摘要

　?。龋樱模校潦牵常牵校性冢遥祬f(xié)議中引入的一種能夠提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的增強(qiáng)技術(shù)。本文介紹了ＨＳＤＰＡ技術(shù)的基本原理、性能和應(yīng)用情況，對(duì)ＨＳＤＰＡ所采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。，對(duì)ＨＳＤＰＡ的引入策略提出了一些建議。

　?。龋樱模校粒ǜ咚傧滦蟹纸M接入，ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＤｏｗｎｌｉｎｋＰａｃｋａｇｅｓ?。粒悖悖澹螅螅┘夹g(shù)，是３ＧＰＰ在Ｒ５協(xié)議中引入的，它可以在不改變ＷＣＤＭＡ系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，大大提高用戶下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率（理論峰值可達(dá)１４．４Ｍｂｉｔ／ｓ），極大地改善了ＷＣＤＭＡ不支持?jǐn)?shù)據(jù)密集型應(yīng)用的缺陷，是ＷＣＤＭＡ網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的一種重要技術(shù)。

　?。?、ＷＣＤＭＡ標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)

　?。祝茫模停翗?biāo)準(zhǔn)在發(fā)展過(guò)程中形成了Ｒ９９、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７等版本，其中Ｒ９９、Ｒ４、Ｒ５版本分別于２０００年３月、２００１年３月和２００２年６月推出，Ｒ６版本預(yù)計(jì)２００６年內(nèi)推出，Ｒ７版本仍在討論中。Ｒ９９版本比較成熟，網(wǎng)仍然沿用了ＧＳＭＭＡＰ標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮了對(duì)現(xiàn)有ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)的向下兼容和投資保護(hù)，目前的商業(yè)部署幾乎全部采用了Ｒ９９版本。相比Ｒ９９版本，Ｒ４版本的無(wú)線接入部分只改動(dòng)了一些接口協(xié)議的特征，相應(yīng)功能得到增強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有變化。Ｒ４版本網(wǎng)部分改動(dòng)比較大：由ＴＤＭ的中心節(jié)點(diǎn)交換型結(jié)構(gòu)演進(jìn)為典型的ＡＴＭ分組語(yǔ)音分布式體系結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)采用開放式結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)邏輯和底層承載相分離；ＵＴＲＡＮ與網(wǎng)語(yǔ)音承載方式均由分組方式實(shí)現(xiàn)；語(yǔ)音采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式傳遞，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬動(dòng)態(tài)分配，避免ＴＤＭ擴(kuò)容時(shí)需反復(fù)調(diào)配２Ｍｂｉｔ／ｓ電路的繁瑣程序。Ｒ５版本是全ＩＰ的個(gè)版本，引入ＩＰ傳輸作為ＡＴＭ外的第二種可選傳輸機(jī)制；并在無(wú)線部分引入了ＨＳＤＰＡ的概念，使下行鏈路可以支持高達(dá)１０Ｍｂｉｔ／ｓ（理論峰值１４．４Ｍｂｉｔ／ｓ）的傳輸速率；另外，其網(wǎng)增加了ＩＭＳ（ＩＰ多媒體子系統(tǒng)）。Ｒ６版本正在討論中，無(wú)線接入部分主要引入了ＨＳＵＰＡ。Ｒ７版本將主要引入正交頻分復(fù)用（ＯＦＤＭ）和多入多出（ＭＩＭＯ）技術(shù)。

　　對(duì)高速移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力是３Ｇ系統(tǒng)重要的特點(diǎn)之一。ＷＣＤＭＡＲ９９版本可以提供３８４ｋｂｉｔ／ｓ的數(shù)據(jù)速率，這個(gè)速率對(duì)于大部分現(xiàn)有的分組業(yè)務(wù)而言基本夠用。然而，對(duì)于許多對(duì)流量和時(shí)延要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)如視頻、流媒體和等，需要系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更短的時(shí)延。同時(shí)，ｃｄｍａ２０００１ｘＥＶ－ＤＯ、ＷＬＡＮ和ＷｉＭＡＸ等技術(shù)的快速發(fā)展，也對(duì)ＷＣＤＭＡ?。遥梗箻?gòu)成威脅，使得ＷＣＤＭＡ?。遥梗梗遥窗姹久媾R著一旦商用，就會(huì)在技術(shù)上落伍的尷尬境地。為了更好地發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，３ＧＰＰ從提高傳輸速率和縮短傳輸時(shí)延這兩方面對(duì)空中接口作了改進(jìn)，引入了ＨＳＤＰＡ技術(shù)。ＨＳＤＰＡ不但支持高速不對(duì)稱數(shù)據(jù)服務(wù)，而且在大大增加網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)還能使運(yùn)營(yíng)商投入成本化。它為ＵＭＴＳ更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更高容量提供了一條平穩(wěn)的演進(jìn)途徑，類似于在ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)中引入ＥＤＧＥ。

　?。?、ＨＳＤＰＡ的基本原理

　　在Ｒ９９的空中接口體系中，數(shù)據(jù)重傳方式是由ＲＮＣ來(lái)負(fù)責(zé)完成的，數(shù)據(jù)重傳需要繞經(jīng)Ｉｕｂ接口，數(shù)據(jù)重傳的周期較長(zhǎng)；ＮｏｄｅＢ僅僅起到一個(gè)根據(jù)ＲＮＣ的指令完成物理層編碼、傳輸?shù)墓δ埽危铮洌澹卤旧砘静痪哂袑?duì)物理資源的控制和調(diào)度能力。而在ＨＳＤＰＡ中，為了在空中接口上實(shí)現(xiàn)更大的吞吐能力，對(duì)ＮｏｄｅＢ的功能進(jìn)行了增強(qiáng)，在Ｎｏｄｅ?。碌膶用嬉肓宋锢韺又貍骱涂焖儋Y源調(diào)度的概念。通過(guò)在更靠近空中接口的Ｎｏｄｅ?。律弦脒@些原本只有ＲＮＣ才具有的功能，加快了重傳以及對(duì)空中資源調(diào)度的效率。同時(shí)，結(jié)合ＡＭＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ?。停铮洌酰欤幔簦椋铮睢。幔睿洹。茫铮洌椋睿?，自適應(yīng)調(diào)制編碼）、ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ?。粒酰簦铮恚幔簦椋恪。遥澹穑澹幔簟。颍澹眩酰澹螅簦┑刃录夹g(shù)，采用了更短的ＴＴＩ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ?。裕椋恚濉。桑睿簦澹颍觯幔欤╅L(zhǎng)度（２ｍｓ）、固定擴(kuò)頻因子的多碼道傳輸，從而在下行方向上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)高于Ｒ９９的高速的分組數(shù)據(jù)傳輸能力。

　　為了實(shí)現(xiàn)ＨＳＤＰＡ的功能特性，在物理層規(guī)范中引入了三種新的物理信道。

　?。ǎ保└咚傧滦墟溌饭蚕硇诺溃ǎ龋樱模樱茫龋涸谙滦墟溌飞?，傳輸用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。采用固定的擴(kuò)頻因子ＳＦ＝１６，由于需要給公共信道、ＨＳ－ＳＣＣＨ及相關(guān)的ＤＣＨ預(yù)留可用的信道碼，所以可用信道數(shù)為１５。傳輸時(shí)間間隔定義為２ｍｓ（３個(gè)時(shí)隙），遠(yuǎn)小于Ｒ９９中規(guī)定的１０ｍｓ、２０ｍｓ等長(zhǎng)度，從而大大縮短了數(shù)據(jù)重傳時(shí)終端和ＮｏｄｅＢ之間的往返時(shí)延。

　　（２）高速下行共享控制信道（ＨＳ－ＳＣＣＨ）：在下行鏈路上，傳送ＨＳＤＰＡ的專用信令，如傳輸格式和系統(tǒng)資源指示等；采用固定的擴(kuò)頻因子ＳＦ＝１２８，每個(gè)終端多可以同時(shí)監(jiān)測(cè)４個(gè)ＨＳ－ＳＣＣＨ。

　?。ǎ常└咚賹Ｓ梦锢砜刂菩诺溃ǎ龋樱模校茫茫龋涸谏闲墟溌飞?，發(fā)送反饋信道信息（如信道質(zhì)量指示ＣＱＩ）和傳輸塊發(fā)送確認(rèn)信息（承載ＨＡＲＱ進(jìn)程需要的ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信息）。用戶終端通過(guò)測(cè)量ＣＰＩＣＨ得到ＣＱＩ信息，ＣＱＩ的上報(bào)周期和映射可由網(wǎng)絡(luò)定義。

　?。危铮洌澹峦ㄟ^(guò)用戶從上行專用控制信道ＨＳ－ＤＰＣＣＨ中反饋的信息得到用戶的下行信道情況，然后ＮｏｄｅＢ根據(jù)所收集的所有用戶的信道情況，通過(guò)一定的調(diào)度策略，為當(dāng)前用戶分配ＨＳＤＰＡ的下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢碣Y源（ＨＳ－ＤＳＣＨ、ＨＳ－ＳＣＣＨ），同時(shí)選擇相應(yīng)的合適的ＡＭＣ方案，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量化、用戶吞吐量化、用戶ＱｏＳ保證等資源調(diào)度目標(biāo)。

　　３、ＨＳＤＰＡ的關(guān)鍵技術(shù)

　?。龋樱模校良夹g(shù)的思路和目標(biāo)是提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率和頻譜效率，以滿足３Ｇ中對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)需求。目前，常用的提高頻譜效率的手段主要是根據(jù)信道條件的變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和調(diào)制算法進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。

　?。龋樱模校恋年P(guān)鍵技術(shù)主要包括以下方面。

　?。常弊赃m應(yīng)調(diào)制編碼（ＡＭＣ）

　?。粒停眉夹g(shù)的基本原理是根據(jù)信道的情況來(lái)確定合適的調(diào)制編碼方式，以限度的發(fā)送數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)高的傳輸速率。同時(shí)，根據(jù)用戶信道質(zhì)量的反饋，動(dòng)態(tài)地調(diào)整調(diào)制編碼方案，從而獲得較高的傳輸速率和頻譜利用率。除了ＷＣＤＭＡＲ９９中的ＱＰＳＫ調(diào)制以外，ＨＳＤＰＡ還引入了１６ＱＡＭ調(diào)制。與ＱＰＳＫ相比，１６ＱＡＭ的峰值速率是ＱＰＳＫ的兩倍。

　　基于ＡＭＣ技術(shù)，當(dāng)用戶處于有利的通信環(huán)境時(shí)（如終端靠近基站或者終端和基站之間存在良好的視距鏈路時(shí)），可以采用高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式，如：采用１６ＱＡＭ和３／４編碼速率，從而得到較高的數(shù)據(jù)速率；當(dāng)用戶處于不利的信道環(huán)境時(shí)（如終端位于小區(qū)邊緣或者無(wú)線信道衰落較深時(shí)），可以選擇低階調(diào)制方式和低速率的信道編碼方案，如：采用ＱＰＳＫ和１／４編碼速率，降低數(shù)據(jù)速率，以保證通信質(zhì)量。

　?。常部焖倩旌献詣?dòng)重傳（ＦａｓｔＨＡＲＱ）

　　重傳技術(shù)是為了在復(fù)雜多變的無(wú)線環(huán)境中提高數(shù)據(jù)的正確接收率而提出的。ＨＡＲＱ是指接收方先對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行自我檢錯(cuò)糾錯(cuò)，如果錯(cuò)誤可以進(jìn)行自我糾正，就正確接收；否則保存本次接收的數(shù)據(jù)包，并請(qǐng)求發(fā)送方重傳。接收方將重傳的數(shù)據(jù)包和先前接收到的數(shù)據(jù)包在解碼前進(jìn)行合并，充分利用它們攜帶的相關(guān)信息，以提高正確譯碼的概率。

　?。龋粒遥咽菍ⅲ粒遥押停疲牛孟嘟Y(jié)合的一種差錯(cuò)控制方案。ＡＲＱ具有高可靠性、低復(fù)雜度的特點(diǎn)，但它的效率低、時(shí)延大；ＦＥＣ則有效性較高，但可靠性比ＡＲＱ低，而且復(fù)雜度也較高；將二者結(jié)合起來(lái)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，就產(chǎn)生了混合型ＡＲＱ，即ＨＡＲＱ技術(shù)。ＨＡＲＱ的類型主要包括以下兩種：軟合并（ＳｏｆｔＣｏｍｂｉｎｉｎｇ）和增量冗余（ＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＲｅｄｕｎｄａｎｃｙ）。

　?。龋粒遥炎裱埃樱粒祝ǎ樱簦铮穑粒睿洌祝幔椋簦辈呗?，發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包后，只有收到“確認(rèn)（ＡＣＫ）”信息后才能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)；如果返回ＮＡＣＫ信息，則要根據(jù)ＨＡＲＱ類型選擇重發(fā)數(shù)據(jù)。這種機(jī)制簡(jiǎn)單可靠，但是信道利用率較低。通常，ＨＳＤＰＡ采用Ｎｃｈａｎｎｅｌ－ＳＡＷ協(xié)議：Ｎ個(gè)用戶可以并行發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)一個(gè)用戶等待ＡＣＫ信息時(shí)，其他用戶可以利用信道間隙發(fā)送數(shù)據(jù)，從而提高了信道利用率。

　?。常郴景{(diào)度（ＮｏｄｅＢＳｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）

　　調(diào)度是對(duì)系統(tǒng)有限共享資源進(jìn)行合理分配，使資源利用率達(dá)到滿足合理前提的化。調(diào)度算法控制著共享資源的分配，在很大程度上決定著整個(gè)系統(tǒng)的行為。系統(tǒng)根據(jù)所有用戶的情況，采用一定的調(diào)度策略決定哪個(gè)用戶可以使用信道，以及以何種速度使用信道?；景{(diào)度為信道條件好的用戶分配高的數(shù)據(jù)速率，從系統(tǒng)的角度來(lái)講，提供了多用戶分集增益，增加了系統(tǒng)吞吐量。

　　不同的調(diào)度算法對(duì)系統(tǒng)性能影響很大，常用的調(diào)度算法主要包括：資源公平（ＦａｉｒＲｅｓｏｕｒｃｅ，ＦＲ）算法、Ｃ／Ｉ算法（Ｍ－Ｃ／Ｉ）、正比公平（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＦａｉｒＲｅｓｏｕｒｃｅ，Ｐ－ＦＲ）算法等。

　　圖１為某廠商提供的仿真結(jié)果，從圖上可以看到，采用不同的調(diào)度算法，小區(qū)中用戶的平均吞吐量的差別較大。在考慮系統(tǒng)吞吐量化的同時(shí)，也需要兼顧公平性原則。

　　圖１　采用不同調(diào)度算法下的小區(qū)吞吐量比較

　　３．４２ｍｓ短幀

　?。龋樱模校林幸肓耍玻恚螅裕裕桑啾龋保埃恚螅裕裕?，大大減少了空中接口的傳輸時(shí)延，并且ＵＥ和ＮｏｄｅＢ相應(yīng)的處理時(shí)延也大大降低，可以更好地配合ＨＡＲＱ和基站快速調(diào)度的實(shí)施，提高系統(tǒng)的吞吐量。另外，采用２ｍｓＴＴＩ帶來(lái)的快速反應(yīng)可以顯著提高響應(yīng)速度，從而大大提高用戶終端的服務(wù)質(zhì)量，使系統(tǒng)提供類似于實(shí)時(shí)視頻、流媒體等多媒體服務(wù)成為可能。

　　４、ＨＳＤＰＡ的性能

　　圖２給出了宏蜂窩和微蜂窩兩種環(huán)境下ＨＳＤＰＡ和Ｒ９９的性能比較。從圖中可以看出，在宏蜂窩（Ｍａｃｒｏｃｅｌｌ）環(huán)境下，相比Ｒ９９，ＨＳＤＰＡ可以把小區(qū)吞吐量提高１００％；在微蜂窩（ＭｉｃｒｏＣｅｌｌ）下，由于信道條件相對(duì)較好，ＨＳＤＰＡ可以采用高速率的數(shù)據(jù)調(diào)制和編碼方案，極大地提高用戶的下行數(shù)據(jù)速率，從而使ＨＳＤＰＡ帶來(lái)的小區(qū)吞吐量增益超過(guò)２００％。另外，從圖２中，我們可以看到在不同的調(diào)度算法下，小區(qū)吞吐量的差別：資源公平算法（ＦａｉｒＲｅｓｏｕｒｃｅ）下各個(gè)用戶得到相等的資源分配，小區(qū)吞吐量依賴于用戶所處的實(shí)際環(huán)境，系統(tǒng)資源利用率不高，總的系統(tǒng)吞吐量相對(duì)較??；而正比公平（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ?。疲幔椋颉。遥澹螅铮酰颍悖澹┧惴ɑ谟脩魞?yōu)先權(quán)進(jìn)行資源分配，選擇相對(duì)信道條件較好的用戶進(jìn)行優(yōu)先調(diào)度和資源分配，系統(tǒng)總的吞吐量有較大提升。

　　圖２?。龋樱模校梁停遥梗沟男阅鼙容^

　　另外，對(duì)同一類ＨＳＤＰＡ終端，在不同的移動(dòng)速度、不同的多徑信道中，數(shù)據(jù)吞吐量也有所不同。如圖３顯示了終端類別６ＵＥ在ＶｅｈＡ１２０、ＶｅｈＡ５０、Ｖｅｈ　Ａ３、Ｐｅｄ?。粒担?、Ｐｅｄ?。粒澈停蹋希印。斗N不同的無(wú)線環(huán)境中，ＨＳＤＰＡ用戶數(shù)據(jù)吞吐量的比較。在無(wú)線環(huán)境較好的情況下，如視距（ＬＯＳ）情況下，由于多徑干擾較少，終端可以采用高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式，如：采用１６ＱＡＭ和３／４編碼速率，從而得到較高的數(shù)據(jù)速率。在同一種移動(dòng)環(huán)境下，用戶在小區(qū)中移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)用戶距離基站較近時(shí)，對(duì)應(yīng)的載干比Ｃ／Ｉ較高，對(duì)應(yīng)的信道條件也越好，同樣，終端也會(huì)采用高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式，從而得到較高的數(shù)據(jù)速率。

　　圖３　不同無(wú)線環(huán)境下ＨＳＤＰＡ用戶終端的數(shù)據(jù)吞吐量比較

　?。怠ⅲ龋樱模校恋膽?yīng)用

　　目前，ＨＳＤＰＡ標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)穩(wěn)定，技術(shù)也日益成熟，產(chǎn)品性能通過(guò)測(cè)試得到驗(yàn)證，終端產(chǎn)品在市場(chǎng)上也已陸續(xù)推出。隨著ＨＳＤＰＡ技術(shù)不斷發(fā)展和設(shè)備不斷成熟，其良好的應(yīng)用前景和平滑的演進(jìn)能力正在引起業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注，ＨＳＤＰＡ幾乎得到了所有ＷＣＤＭＡ設(shè)備廠商的支持，在世界范圍內(nèi)，各主要運(yùn)營(yíng)商也已開始計(jì)劃部署或已經(jīng)部署ＨＳＤＰＡ。

　?。担眴?wèn)題分析

　　引入ＨＳＤＰＡ組網(wǎng)時(shí)，需要考慮兩個(gè)問(wèn)題：

　　，采用連續(xù)覆蓋還是熱點(diǎn)覆蓋？

　　連續(xù)覆蓋可以提高用戶的滿意度，但成本較高，另外考慮初期用戶可能是采用筆記本電腦用ＨＳＤＰＡ高速接入的方式會(huì)比較多，對(duì)移動(dòng)性要求不高，所以網(wǎng)絡(luò)部署初期可以是熱點(diǎn)覆蓋。隨著高速數(shù)據(jù)用戶的增加以及引入ＨＳＤＰＡ的智能終端的普及，可以發(fā)展連續(xù)覆蓋。

　　第二，單獨(dú)使用載波還是與Ｒ９９共享載波？

　　單獨(dú)使用載波：優(yōu)點(diǎn)是ＨＳＤＰＡ和Ｒ９９可同時(shí)獲得的容量；缺點(diǎn)是相比共享載波方式，網(wǎng)絡(luò)部署成本較高。共享載波：優(yōu)點(diǎn)是可以以低成本進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，無(wú)需增加新的頻率和系統(tǒng)硬件，相比Ｒ９９有更好的性能表現(xiàn)，更高的系統(tǒng)吞吐量；缺點(diǎn)是相比單獨(dú)載波方式，頻率利用率較低。

　　當(dāng)ＨＳＤＰＡ和Ｒ９９共享同一個(gè)載頻時(shí)，為實(shí)現(xiàn)ＨＳＤＰＡ的傳輸速率，需消耗近乎所有的信道碼資源。為支持同一載波下ＨＳＤＰＡ＋Ｒ９９方式的正常運(yùn)營(yíng)，必須為Ｒ９９的業(yè)務(wù)預(yù)留一些信道碼資源，這意味著ＨＳＤＰＡ可獲得的碼資源減少，導(dǎo)致ＨＳＤＰＡ的吞吐量和容量在碼資源上受限。還需注意的是ＨＳＤＰＡ對(duì)下行功率使用的突發(fā)特性會(huì)對(duì)Ｒ９９業(yè)務(wù)造成影響，在功率資源的分配上也應(yīng)給Ｒ９９業(yè)務(wù)保留適當(dāng)?shù)挠嗔恳詼p輕這種影響，但這又會(huì)影響ＨＳＤＰＡ吞吐量。總之，需要在二者間進(jìn)行功率資源和碼資源的權(quán)衡。

　?。担惨氩呗?/FONT>