HSDPA

　　該協(xié)議在WCDMA下行鏈路中提供分組數(shù)據(jù)業(yè)務，在一個5MHz載波上的傳輸速率可達8-10 Mbit/s（如采用MIMO技術(shù)，則可達20 Mbit/s）。在具體實現(xiàn)中，采用了自適應調(diào)制和編碼（AMC）、多輸入多輸出（MIMO）、混合自動重傳請求（HARQ）、快速調(diào)度、快速小區(qū)選擇等技術(shù)。

　　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(jié)構(gòu)的情況下，把下行數(shù)據(jù)業(yè)務速率提高到10Mbps。該技術(shù)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(shù)。HSDPA技術(shù)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。

　　HSDPA - 概述

　　HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）表示高速下行分組接入技術(shù)。

　　在3G的三大標準的角逐中，WCDMA商用在運營商的支持數(shù)量上取得了領(lǐng)先，但在其網(wǎng)絡所支持的數(shù)據(jù)速率上卻長期停留在理論上的384kbps水平，而其網(wǎng)絡建設也一直處于緩慢發(fā)展的狀態(tài)。

　　與此形成鮮明對照的是，在韓國、日本等國家實現(xiàn)商用的CDMA2000 1X EV-DO網(wǎng)絡系統(tǒng)上，已經(jīng)實現(xiàn)了2.4Mbps的峰值速率，其寬帶接入服務能為客戶提供300kbps-500kbps平均下載速率，這足以與有線寬帶的速率相媲美。

　　比較而言，同為已經(jīng)實現(xiàn)商用的3G網(wǎng)絡系統(tǒng)，面對現(xiàn)有的3G業(yè)務，WCDMA已經(jīng)稍顯力不從心，在數(shù)據(jù)傳輸速率上的巨大落差，以及由此帶來的業(yè)務能力上的弱勢，自然使得WCDMA陣營不甘落后，必須尋找一種趕超CDMA2000 1X EV-DO的有力武器。

　　HSDPA（高速下行分組接入，High Speed Downlink Packages Access）技術(shù)是實現(xiàn)提高WCDMA網(wǎng)絡高速下行數(shù)據(jù)傳輸速率最為重要的技術(shù)，是3GPP在R5協(xié)議中為了滿足上下行數(shù)據(jù)業(yè)務不對稱的需求提出來的，它可以在不改變已經(jīng)建設的WCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的基礎上，大大提高用戶下行數(shù)據(jù)業(yè)務速率（理論最大值可達14.4Mbps），該技術(shù)是WCDMA網(wǎng)絡建設中提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務速率的一種重要技術(shù)。

　　對高速移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務的支持能力是3G系統(tǒng)最重要的特點之一。

　　WCDMA R99版本可以提供384kbps的數(shù)據(jù)速率，這個速率對于大部分現(xiàn)有的分組業(yè)務而言基本夠用。然而，對于許多對流量和遲延要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務如視頻、流媒體和下載等，需要系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更短的時延。

　　在未來幾年內(nèi)，數(shù)據(jù)服務將會取得大幅度增長，并成為第三代（3G）移動通信的主要應用和主要收入來源。目前日本和韓國的3G經(jīng)營商已經(jīng)在體驗3G服務的巨大成功。日本DoCoMo公司于2001年推出的WCDMA-FOMA服務所創(chuàng)造的收入已經(jīng)占到其總收入的20%以上，截止到2004年5月已擁有400萬用戶。韓國電信公司（skt）2003年第3季度，在部署了1xEV-DO網(wǎng)絡之后，該公司數(shù)據(jù)服務收入占據(jù)每用戶平均收入（ARPU）值的比例上升到了34%。

　　為了適應多媒體服務對高速數(shù)據(jù)傳輸日益增長的需要，第三代移動通信合作項目組（3GPP）已經(jīng)公布了一種新的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，叫做高速下行分組接入技術(shù)（HSDPA）。該技術(shù)是WCDMA R’99（也就是我們常說的WCDMA）的強化版本，大大加強了下行鏈路傳輸?shù)墓δ堋?/p>

　　日本的NTT DoCoMo是最早試驗HSDPA技術(shù)的運營商之一，在2004年3GSM全球大會上，HSDPA也同樣改變了所有主要歐洲運營商的日程。在美國，GSM運營商當然也在尋求更多的武器，以便在越來越具有攻擊性的市場中確保領(lǐng)先地位。2004年12月1日，Cingular正式與朗訊科技簽署了一項為期4年的3GW-CDMA設備、軟件和服務供貨協(xié)議，其中就包括了HSDPA技術(shù)的部署。協(xié)議將使Cingular公司從2005年起得以為消費者提供范圍廣泛的多媒體服務。

　　PA咨詢公司和Yankee集團最近認為，HSDPA需求可能首先來自企業(yè)市場。PA咨詢公司相信，HSDPA將在面向企業(yè)市場的W-CDMA案例中扮演核心角色。Yankee集團則將HSDPA技術(shù)視為一個可以使運營商面向企業(yè)市場推出高利潤服務的重要差別化因子，并將在向更快的3G服務演進中扮演極為突出的角色。Gartner集團更關(guān)注新技術(shù)對網(wǎng)絡效率的影響，認為部署HSDPA技術(shù)的運營商將獲得相當?shù)母偁巸?yōu)勢。

　　為了更好地發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務，3GPP從這兩方面對空中接口作了改進，引入了HSDPA技術(shù)。HSDPA不但支持高速不對稱數(shù)據(jù)服務，而且在大大增加網(wǎng)絡容量的同時還能使運營商投入成本最小化。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)的演進途徑，就如在GSM網(wǎng)絡中引入EDGE一樣。 HSDPA的發(fā)展分為三階段，即基本HSDPA階段、增強HSDPA階段以及HSDPA進一步演進階段，其中HSDPA進一步演進階段目前還未最終確定，仍在3GPP內(nèi)進行研究。

　　HSDPA - 基本原理

　　WCDMA R5版本高速數(shù)據(jù)業(yè)務增強方案充分參考了cdma2000 1X EV-DO的設計思想與經(jīng)驗，新增加一條高速共享信道（HS-DSCH），同時采用了一些更高效的自適應鏈路層技術(shù)。共享信道使得傳輸功率、pn碼等資源可以統(tǒng)一利用，根據(jù)用戶實際情況動態(tài)分配，從而提高了資源的利用率。自適應鏈路層技術(shù)根據(jù)當前信道的狀況對傳輸參數(shù)進行調(diào)整，如快速鏈路調(diào)整技術(shù)、結(jié)合軟合并的快速混合重傳技術(shù)、集中調(diào)度技術(shù)等，從而盡可能地提高系統(tǒng)的吞吐率。

　　基于演進考慮，HSDPA設計遵循的準則之一是盡可能地兼容R99版本中定義的功能實體與邏輯層間的功能劃分。在保持R99版本結(jié)構(gòu)的同時，在NodeB（基站）增加了新的媒體接入控制（MAC）實體MAC-hs，負責調(diào)度、鏈路調(diào)整以及混合ARQ控制等功能。這樣使得系統(tǒng)可以在RNC統(tǒng)一對用戶在HS-DSCH信道與專用數(shù)據(jù)信道DCH之間切換進行管理。 HSDPA引入的信道使用與其它信道相同的頻點，從而使得運營商可以靈活地根據(jù)實際業(yè)務情況對信道資源進行靈活配置。 HSDPA信道包括高速共享數(shù)據(jù)信道（HS-DSCH）以及相應的下行共享控制信道（HS-SCCH）和上行專用物理控制信道（HS-DPCCH）。下行共享控制信道（HS-SCCH）承載從MAC-hs到終端的控制信息，包括移動臺身份標記、H-ARQ相關(guān)參數(shù)以及HS-DSCH使用的傳輸格式。這些信息每隔2ms從基站發(fā)向移動臺。上行專用物理控制信道（HS-DPCCH）則由移動臺用來向基站報告下行信道質(zhì)量狀況并請求基站重傳有錯誤的數(shù)據(jù)塊。

　　共享高速數(shù)據(jù)信道（HS-DSCH）映射的信道碼資源由15個擴頻因子固定為16的SF碼構(gòu)成。不同移動臺除了在不同時段分享信道資源外，還分享信道碼資源。信道碼資源共享使系統(tǒng)可以在較小數(shù)據(jù)包傳輸時僅使用信道碼集的一個子集，從而更有效地使用信道資源。此外，信道碼共享還使得終端可以從較低的數(shù)據(jù)率能力起步，逐步擴展，有利于終端的開發(fā)。從共用信道池分配的信道碼由RBS根據(jù)HS-DSCH信道業(yè)務情況每隔2ms分配一次。與專用數(shù)據(jù)信道使用軟切換不同，高速共享數(shù)據(jù)信道（HS-DSCH）間使用硬切換方式。

　　HSDPA - 技術(shù)特點

　　3.1.數(shù)據(jù)業(yè)務與語音業(yè)務的技術(shù)特點

　　數(shù)據(jù)業(yè)務與語音業(yè)務具有不同的業(yè)務特性。語音業(yè)務通常對延時敏感，對于速率恒定性要求較高，而對誤碼率要求則相對較弱；數(shù)據(jù)業(yè)務則相反，通?？梢匀萑潭虝r延時，但對誤碼率要求高。HSDPA參考cdma2000 1X EV-DO體制，充分考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務特點，采用了快速鏈路調(diào)整技術(shù)、結(jié)合軟合并的快速混合重傳技術(shù)、集中調(diào)度技術(shù)等鏈路層調(diào)整技術(shù)。

　　3.1.1.快速鏈路調(diào)整技術(shù)

　　如前所述，數(shù)據(jù)業(yè)務與語音業(yè)務具有不同的業(yè)務特性。語音通信系統(tǒng)通常采用功率控制技術(shù)以抵消信道衰落對于系統(tǒng)的影響，以獲得相對穩(wěn)定的速率，而數(shù)據(jù)業(yè)務相對可以容忍延時，可以容忍速率的短時變化。因此HSDPA不是試圖去對信道狀況進行改善，而是根據(jù)信道情況采用相應的速率。由于HS-DSCH每隔2ms就更新一次信道狀況信息，因此，鏈路層調(diào)整單元可以快速跟蹤信道變化情況，并通過采用不同的編碼調(diào)制方案來實現(xiàn)速率的調(diào)整。

　　當信道條件較好時，HS-DSCH采用更高效的調(diào)制方法---16QAM，以獲得更高的頻帶利用率。理論上，xQAM調(diào)制方法雖然能提高信道利用率，但由于調(diào)制信號間的差異性變小，因此需要更高的碼片功率，以提高解調(diào)能力。因此，xQAM調(diào)制方法通常用于帶寬受限的場合，而非功率受限的場合。在HSDPA中，通常靠近基站的用戶接收信號功能相對較強，可以得到xQAM調(diào)制方法帶來的好處。

　　此外，WCDMA是語音數(shù)據(jù)合一型系統(tǒng)，在保證語音業(yè)務所需的公共以及專用信道所需的功率外，可以將剩余功率全部用于HS-DSCH，以充分利用基站功率。

　　3.1.2結(jié)合軟合并的混合重傳（HARQ）技術(shù)

　　終端通過HARQ機制快速請求基站重傳錯誤的數(shù)據(jù)塊，以減輕鏈路層快速調(diào)整導致的數(shù)據(jù)錯誤帶來的影響。終端在收到數(shù)據(jù)塊后5ms內(nèi)向基站報告數(shù)據(jù)正確解碼或出現(xiàn)錯誤。終端在收到基站重傳數(shù)據(jù)后，在進行解碼時，結(jié)合前次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊以及重傳的數(shù)據(jù)塊，充分利用它們攜帶的相關(guān)信息，以提高譯碼概率?；驹谑盏浇K端的重傳請求時，根據(jù)錯誤情況以及終端的存儲空間，控制重傳相同的編碼數(shù)據(jù)或不同的編碼數(shù)據(jù)（進一步增加信息冗余度），以幫助提高終端糾錯能力。

　　3.1.3集中調(diào)度技術(shù)

　　集中調(diào)度技術(shù)是決定HSDPA性能的關(guān)鍵因素。cdma2000 1X EV-DO以及HSDPA追求的是系統(tǒng)級的最優(yōu)，如最大扇區(qū)通過率，集中調(diào)度機制使得系統(tǒng)可以根據(jù)所有用戶的情況決定哪個用戶可以使用信道，以何種速率使用信道。集中調(diào)度技術(shù)使得信道總是為與信道狀況相匹配的用戶所使用，從而最大限度地提高信道利用率。

　　信道狀況的變化有慢衰落與快衰落兩類。慢衰落主要受終端與基站間距離影響，而快衰落則主要受多徑效應影響。數(shù)據(jù)速率相應于信道的這兩種變化也存在短時抖動與長時變化。數(shù)據(jù)業(yè)務對于短時抖動相對可以容忍，但對于長時抖動要求則較嚴。好的調(diào)度算法既要充分利用短時抖動特性，也要保證不同用戶的長時公平性。亦即，既要使得最能充分利用信道的用戶使用信道以提高系統(tǒng)吞吐率，也要使得信道條件相對不好的用戶在一定時間內(nèi)能夠使用信道，也保證業(yè)務連續(xù)性。

　　常用的調(diào)度算法包括比例公平算法、乒乓算法、最大CIR算法。乒乓算法不考慮信道變化情況；比例公平算法既利用短時抖動特性也保證一定程度的長時公平性；最大CIR算法使得信道條件較好的少數(shù)用戶可以得到較高的吞吐率，多數(shù)用戶則有可能得不到系統(tǒng)服務。

　　對系統(tǒng)性能的影響 HSDPA對系統(tǒng)性能的影響包括兩個業(yè)務與系統(tǒng)吞吐率兩個層面?？焖冁溌穼诱{(diào)整技術(shù)最大限度地利用了信道條件，并使得基站以接近最大功率發(fā)射信號；集中調(diào)度技術(shù)使得系統(tǒng)獲得系統(tǒng)級的多用戶分集好處；高階調(diào)制技術(shù)則提高了頻譜利用率以及數(shù)據(jù)速率。這些技術(shù)的綜合使用使得系統(tǒng)的吞吐率獲得顯著提高。同時，用戶速率的提高以及HARQ技術(shù)的使用使得TCP/UDP性能得到改善，從而提高了業(yè)務性能。但是，業(yè)務性能的提高程度與業(yè)務模型有關(guān)。

　　作為WCDMA R5版本高速數(shù)據(jù)業(yè)務增強技術(shù)，HSDPA通過采用時分共享信道以及快速鏈路調(diào)整、集中調(diào)度、HARQ等技術(shù)提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率以及業(yè)務性能，同時保證系統(tǒng)的前向兼容，除在RBS增加相應的MAC模塊外，不對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來其它影響，從而有利于系統(tǒng)的靈活部署。

　　3.2.無線接口技術(shù)運用特點：

　　為改善WCDMA系統(tǒng)性能，HSDPA在無線接口上作出了大量變化，這主要影響到物理層和傳輸層：

　　縮短了無線電幀；新的高速下行信道；除QPSK調(diào)制外，還使用了16QAM調(diào)制；碼分復用和時分復用相結(jié)合；新的上行控制信道；采用自適應調(diào)制和編碼（AMC）實現(xiàn)快速鏈路適配；使用混合自動重復請求HARQ）。介質(zhì)訪問控制（MAC）調(diào)度功能轉(zhuǎn)移到Node-B上。

　　HSDPA無線幀（在WCDMA結(jié)構(gòu)中實際是子幀）長2ms，相當于目前定義的三個WCDMA時隙。一個10msWCDMA幀中有五個HSDPA子幀。用戶數(shù)據(jù)傳輸可以在更短的時長內(nèi)分配給一條或多條物理信道。從而允許網(wǎng)絡在時域及在碼域中重新調(diào)節(jié)其資源配置。

　　3.2.1下行傳輸信道編碼

　　HS-DSCH從WCDMA R99引入的下行共享信道（DSCH）演變而來，允許在時間上復用不同的用戶傳輸。為有效實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率和更高的頻譜效率，DSCH中的快速功率控制和可變展寬系數(shù)在R5中被代之以HS-DSCH上的短分組長度、多碼操作和AMC以及HARQ等技術(shù)。

　　根據(jù)R99 1/3增強編碼器，信道編碼一直采用1/3速率。但是，根據(jù)兩階段HARQ速率匹配流程中應用的參數(shù)，有效的碼速率會變化。

　　在這一過程中，信道編碼器輸出上的位數(shù)與HS-DSCH上映射的HS-PDSCH的總位數(shù)相匹配。HARQ功能通過冗余版本（RV）參數(shù)控制。輸出上確切的位集取決于輸入位數(shù)、輸出位數(shù)和RV參數(shù)。在使用一個以上的HS-PDSCH時，物理信道分段功能在不同物理信道之間劃分比特位。它對每條物理信道單獨進行交織。

　　HSDPA采用正交相移鍵控調(diào)制（WCDMA中規(guī)定的技術(shù)），在無線電條件良好時，采用16正交幅度調(diào)制（16QAM）。

　　3.2.2下行物理信道結(jié)構(gòu)

　　物理信道的第一個時隙承載HS-PDSCH接收的關(guān)鍵信息，如信道化代碼集和調(diào)制方案。在收到第一個時隙后，UE只有一個時隙解碼信息，準備接收HS-PDSCH。

　　映射到一個HS-DSCH上的HS-PDSCHs（或碼信道）數(shù)量可能會在1-15之間明顯變化。它使用正交可變展寬系數(shù)（OVSF）代碼。多碼數(shù)量和從給定HS-DSCH上映射的HS-PDSCH的相應偏置信息在HS-SCCH上傳送。偏置（0）時的多碼（P）分配如下：

　　Cch，16，0…Cch，16，O+P-1。第二個時隙和第三個時隙承載HS-DSCH信道編碼信息，如傳輸碼組長度、HARQ信息、RV和星座版本及新的數(shù)據(jù)指示符。使用16位UE標識涵蓋三個時隙的數(shù)據(jù)。

　　3.2.3自適應調(diào)制和編碼

　　鏈路適配是HSDPA改善數(shù)據(jù)吞吐量的一種重要途徑。采用的技術(shù)是自適應調(diào)制和編碼（AMC）。在每個用戶傳輸過程中，把系統(tǒng)的調(diào)制編碼方案與平均信道條件相匹配。傳輸?shù)男盘柟β试谧訋芷谄陂g保持不變，它改變調(diào)制和編碼格式，以與當前收到的信號質(zhì)量或信號條件相匹配。在這種情況下，BTS附近地區(qū)的用戶一般會配置速率較高的高階調(diào)制（例如，有效碼速率為O.89的16QAM），但隨著距BTS的距離增大，調(diào)制階和碼速率將下降。如前所述，可以采用1/3碼速增強編碼，通過各種速率匹配參數(shù)獲得不同的有效碼速率。

　　3.2.4混合ARQ

　　混合自動重復請求（HARQ）技術(shù)把前饋糾錯（FEC）和ARQ方法結(jié)合在一起，保存以前嘗試失敗中的信息，用于未來解碼中。HARQ是一種暗示鏈路適配技術(shù)。AMC采用明示的C/I或類似措施，設置調(diào)制和編碼格式，而HARQ則采用鏈路層確認制定重傳決策。從另一個角度講，AMC提供了粗數(shù)據(jù)速率選擇，而HARQ則根據(jù)信道條件提供數(shù)據(jù)速率微調(diào)功能。

　　3.2.5分組調(diào)度功能

　　除信道編碼及物理層和傳輸層變化外，HSDPA還實現(xiàn)了另一個變化，以支持快速傳送分組。它把分組調(diào)試功能從網(wǎng)絡控制器移到了Node-B（BTS）中的MAC層。

　　分組調(diào)度算法考慮無線信道條件（根據(jù)涉及的所有UE的CQI）和傳輸?shù)讲煌脩舻臄?shù)據(jù)數(shù)量。

　　3.3.技術(shù)實際運用上的表現(xiàn)：

　　3.3.1.高速數(shù)據(jù)傳輸和大用戶容量

　　通過實施若干快速而復雜的信道控制機制，包括物理層短幀、自適應編碼調(diào)制（AMC）、快速混合自動重傳技術(shù)（Hybrid-ARQ）和快速調(diào)度技術(shù)，HSDPA使峰值數(shù)據(jù)傳輸速率達到10 Mbps，改善了最終用戶使用數(shù)據(jù)下載服務的體驗，縮短了連接與應答的時間。更為重要的是，HSDPA使分區(qū)數(shù)據(jù)吞吐量增加了三至五倍，這便可以在不占用更多網(wǎng)絡資源的基礎上大幅度增加用戶數(shù)量。

　　3.3.2.支持服務質(zhì)量水平控制

　　HSDPA較高的吞吐量和峰值數(shù)據(jù)傳輸速率有助于激勵和促進WCDMA所不支持的數(shù)據(jù)密集型應用的發(fā)展。事實上，HSDPA可以更加有效地實施由3GPP標準化的服務質(zhì)量水平（QoS）控制，通信網(wǎng)絡可以更加智能地對不同優(yōu)先級的應用與服務進行排序與資源調(diào)撥，首先保證話音通信的質(zhì)量，其次保證對于實時性要求較高的應用的數(shù)據(jù)傳輸需求如實時視頻、網(wǎng)絡游戲等，而網(wǎng)頁瀏覽、下載等應用的數(shù)據(jù)傳輸則可以設置為較低的優(yōu)先級。通過這樣的QoS管理，HSDPA可以根據(jù)用戶業(yè)務的需求，做不同的網(wǎng)絡安排并進行網(wǎng)絡容量分配，更有效地支持和管理多種多樣的實時高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務。

　　3.3.3.后向兼容，無縫建設

　　HSDPA的另一個重要優(yōu)點是WCDMA R’99的后向兼容性，運營商可以根據(jù)網(wǎng)絡建設發(fā)展的需要進行逐級部署，而不會對現(xiàn)有的WCDMA用戶造成影響。

　　3.3.4.低成本網(wǎng)絡部署

　　此外，運營商還將體驗到HSDPA的低成本所帶來強大的競爭優(yōu)勢。由于HSDPA網(wǎng)絡建設所帶來的成本主要用于基站（NODE Bs 或 BTS）和無線網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（RNC）的軟/硬件升級，因此HSDPA的部署具備很高的性價比。事實上，在用戶密度高、用戶數(shù)據(jù)處理量大的城市環(huán)境中，通過HSDPA網(wǎng)絡傳輸1兆字節(jié)的數(shù)據(jù)成本只需3美分，而WCDMA網(wǎng)絡則需要7美分。以較低的用戶成本支持廣泛的多媒體應用、服務內(nèi)容和誘人功能的能力可以使早期采用該技術(shù)的運營商脫穎于其他競爭對手，增加已有用戶的業(yè)務量和新用戶的數(shù)量，提高數(shù)據(jù)市場占有率和盈利能力。