HSDPA技術原理探討
HSDPA是指高速下行分組接入，它是3GPP在R5協(xié)議中為了滿足上/下行數(shù)據(jù)業(yè)務不對稱的需求而提出的一種調(diào)制解調(diào)算法，它可以在不改變已經(jīng)建設的WCDMA網(wǎng)絡結構的情況下，把下行數(shù)據(jù)業(yè)務速率提高到10Mbps。該技術是WCDMA網(wǎng)絡建設后期提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務速率的一種重要技術。HSDPA技術的應用可以充分滿足運營商在3G網(wǎng)絡成熟期面臨容量需求特別大時進行擴容的實施。
一、HSDPA技術及性能
為了達到提高下行分組數(shù)據(jù)速率和減少時延的目的，HSDPA主要采用了自適應的編碼和調(diào)制(AMC adaptive modulation and coding)、快速混合自動重傳(HARQ hybrid ARQ)和快速調(diào)度技術。其實，上述三種技術都屬于鏈路自適應技術，也可以看成是WCDMA技術中可變擴頻技術和功率控制技術的進一步提升。
(1)自適應編碼和調(diào)制(AMC)
AMC是根據(jù)無線信道變化選擇合適的調(diào)制和編碼方式，網(wǎng)絡側(cè)根據(jù)用戶瞬時信道質(zhì)量狀況和目前資源選擇最合適的下行鏈路調(diào)制和編碼方式，使用戶達到盡量高的數(shù)據(jù)吞吐率。當用戶處于有利的通信地點時(如靠近NodeB或存在視距鏈路)，用戶數(shù)據(jù)發(fā)送可以采用高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式，例如：16QAM和3/4編碼速率，從而得到高的峰值速率;而當用戶處于不利的通信地點時(如位于小區(qū)邊緣或者信道深衰落)，網(wǎng)絡側(cè)則選取低階調(diào)制方式和低速率的信道編碼方案，例如：QPSK和1/4編碼速率，來保證通信質(zhì)量。
(2)HARQ技術
HARQ技術可以提高系統(tǒng)性能，并可靈活地調(diào)整有效編碼速率，還可以補償由于采用鏈路適配所帶來的誤碼。HSDPA將AMC和HARQ技術結合起來可以達到更好的鏈路自適應效果。HSDPA先通過AMC提供粗略的數(shù)據(jù)速率選擇方案，然后再使用HARQ技術來提供精確的速率調(diào)解，從而提高自適應調(diào)節(jié)的精度和提高資源利用率。HARQ機制本身的定義是將FEC和ARQ結合起來的一種差錯控制方案，HARQ機制的形式很多，而HSDPA技術中主要是采用三種遞增冗余的HARQ機制：TYPE-I HARQ，TYPE-II HARQ，TYPE-III HARQ。可以根據(jù)系統(tǒng)性能和設備復雜度來選擇相應的HARQ機制。
(3)快速調(diào)度
調(diào)度算法控制著共享資源的分配，在很大程度上決定了整個系統(tǒng)的行為。調(diào)度時應主要基于信道條件，同時考慮等待發(fā)射的數(shù)據(jù)量以及業(yè)務的優(yōu)先等級等情況，并充分發(fā)揮AMC和HARQ的能力。調(diào)度算法應向瞬間具有最好信道條件的用戶發(fā)射數(shù)據(jù)，這樣在每個瞬間都可以達到最高的用戶數(shù)據(jù)速率和最大的數(shù)據(jù)吞吐量，但同時還要兼顧每個用戶的等級和公平性。HSDPA技術為了能更好地適應信道的快速變化，將調(diào)度功能單元放在NodeB而不是RNC，同時也將TTI縮短到2ms。
二、對HSDPA的引入
在R99系統(tǒng)中引入HSDPA技術，在MAC層新增了MAC-hs實體，MAC-hs位于NodeB而不位于RNC，其作用主要是負責處理HARQ操作以及快速調(diào)度算法。HSDPA使R99的UTRAN增加了三個新的物理信道：
(1)HS-DSCH信道：下行鏈路，負責傳輸用戶數(shù)據(jù)，信道共享方式主要是時分復用和碼分復用
(2)HS-SCCH信道：下行鏈路，負責傳輸HS-DSCH信道解碼所必需的控制信息
(3)HS-DPCCH信道：上行鏈路，負責傳輸必要的控制信息，主要是對ARQ的響應以及下行鏈路質(zhì)量的反饋信息
HSDPA功能主要是對NODEB修改比較大，對RNC主要是修改算法協(xié)議軟件，硬件影響很小。如果在原有設備中考慮了HSDPA功能升級要求(如16QAM、緩沖器及處理器的性能等)，一般來講實現(xiàn)HSDPA功能不需要硬件升級，只要軟件升級即可，所以現(xiàn)在很多廠家都宣稱可通過軟件升級支持HSDPA功能。實現(xiàn)這個功能難度不是太大，關鍵是實現(xiàn)的性能，所以HSDPA技術實現(xiàn)后的真正性能需要驗證。
三、性能測試的考慮
引入HSDPA技術需要分階段的進行功能驗證和性能測試，有兩點需要運營商注意：一是目前硬件所能達到的處理性能將決定將來的HSDPA性能，升級后實現(xiàn)的HSDPA的性能需要明確;另外，實現(xiàn)HSDPA功能時，HSDPA技術對于網(wǎng)絡性能的影響。針對目前HSDPA技術的研發(fā)現(xiàn)狀，建議采取分階段性能測試的方案來對HSDPA技術進行網(wǎng)絡性能驗證，同時通過性能測試來研究如何引入HSDPA的問題，為將來WCDMA網(wǎng)絡容量和性能的不斷發(fā)展和演進做好技術上的準備。
不過目前業(yè)界還沒有一個廠家可提供商用HSDPA功能，部分廠家的現(xiàn)有產(chǎn)品在硬件上已經(jīng)具有了處理HSDPA功能的能力，已經(jīng)為軟件升級到HSDPA做好了準備。但是，HSDPA功能的引入還需要考慮終端的研發(fā)進度和能力，各大廠家也在與終端設備開發(fā)商和芯片設計公司協(xié)商研發(fā)時間表，以便進行互操作試驗。
四、結束語
HSDPA技術在3GPP制定的WCDMA標準Release'5版本中被正式引入，從而完成了HSDPA技術的標準化工作。不過隨著Release'5版本的凍結，也標志著HSDPA技術標準的成熟化。按照3GPP組織的最初規(guī)劃，每個Release版本應以年為周期進行正式發(fā)布。
通過以上對HSDPA的介紹和分析，可以看出HSDPA技術作為WCDMA的增強型無線技術將提高系統(tǒng)的頻譜效率和碼資源效率，是一種提升網(wǎng)絡性能和容量的有效方式。HSDPA不僅能有效地支持非實時業(yè)務，同樣可以用于支持某些實時業(yè)務，如流媒體業(yè)務等。
【編輯推薦】
