TD-SCDMA HSDPA關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力是3G系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)之一。隨著移動(dòng)通信和Internet網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，許多對(duì)流量和遲延要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)如視頻、流媒體和下載等不斷涌現(xiàn)。這些業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)提出了更高的需求，要求系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更小的傳輸時(shí)延。為了滿足日益增長(zhǎng)的分組業(yè)務(wù)需求，特別是下行業(yè)務(wù)需求，3GPP提出了HSDPA技術(shù)并進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，HSDPA作為3GPP Release 5版本中的最主要特性（包括FDD以及TDD），于2002年完成了標(biāo)準(zhǔn)化。HSDPA通過采用AMC、HARQ以及高階調(diào)制（16QAM）等技術(shù)，并在基站側(cè)實(shí)現(xiàn)快速調(diào)度，從而可以快速自適應(yīng)的反映用戶信道的變化，獲得較高的用戶峰值速率和小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐率。

二、R5 TD-SCDMA HSDPA關(guān)鍵技術(shù)

本章將對(duì)Release 5中TD-SCDMA系統(tǒng)HSDPA的基本情況做一簡(jiǎn)單介紹。

為了適應(yīng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，HSDPA中引入了共享信道的機(jī)制，多個(gè)用戶共享無線資源。同時(shí)根據(jù)用戶所處環(huán)境的不同，系統(tǒng)可以自適應(yīng)的調(diào)整用戶的調(diào)制方式以及編碼速率，以提高系統(tǒng)吞吐量及無線資源效率。

R5 TD-SCDMA HSDPA的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）共享信道

考慮到分組業(yè)務(wù)的特性，突發(fā)性強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間不確定，系統(tǒng)采用共享信道的方式為分組用戶提供服務(wù)，用戶通過時(shí)分或者碼分的形式共享無線資源。系統(tǒng)定義了新的共享信道以及相應(yīng)的上下行控制信道以支持HSDPA特性。

（2）AMC

AMC通過改變調(diào)制方式和信道編碼率來調(diào)整傳輸速率，目前采用QPSK和16QAM兩種調(diào)制方式。系統(tǒng)根據(jù)自身物理層能力和信道變化情況，建立一個(gè)在共享信道HS-DSCH中傳輸格式的編碼調(diào)制格式集合（MCS），每個(gè)MCS中的傳輸格式包括傳輸數(shù)據(jù)編碼速率和調(diào)制方式等參數(shù)，當(dāng)信道條件發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)會(huì)選擇與信道條件對(duì)應(yīng)的不同傳輸格式來適應(yīng)信道變化并通知UE。

（3）HARQ

HARQ是自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）和前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)相結(jié)合的一種糾錯(cuò)方法，通過發(fā)送附加冗余信息，改變編碼速率來自適應(yīng)信道條件。采用 HARQ技術(shù)的接收方在譯碼失敗的情況下，保存接收到的數(shù)據(jù)，并要求發(fā)送方重傳數(shù)據(jù)，接收方將重傳的數(shù)據(jù)和保存數(shù)據(jù)進(jìn)行合并后，再送到譯碼器進(jìn)行譯碼。因?yàn)閿?shù)據(jù)在譯碼前進(jìn)行了合并，譯碼數(shù)據(jù)具有更多的信息量，可以提高譯碼的成功率，降低錯(cuò)誤率。

（4）基站快速調(diào)度

通過將數(shù)據(jù)的調(diào)度和重傳移到NodeB實(shí)現(xiàn)，可以更加快速的適應(yīng)信道變化?；靖鶕?jù)UE的反饋，依據(jù)一定的調(diào)度準(zhǔn)則選擇用戶，或者調(diào)整UE使用的調(diào)制方式編碼速率，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。同時(shí)，調(diào)度以及數(shù)據(jù)重傳在NodeB實(shí)現(xiàn)，可以減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延。

為了支持HSDPA技術(shù)，TD-SCDMA系統(tǒng)新增加的信道如下：

其中HS-DSCH是新增加的傳輸信道，用于承載高速下行數(shù)據(jù)，映射到HS-PDSCH上。為了支持HSDPA相關(guān)的信令，系統(tǒng)增加了兩個(gè)物理信道HS-SCCH/HS-SICH，由NodeB控制，用于傳遞HS-DSCH的控制信息以及終端的反饋信息。HS-DSCH支持?jǐn)?shù)據(jù)的TTI為 5ms，采用AMC以及HARQ等鏈路自適應(yīng)技術(shù)，為多個(gè)用戶以時(shí)分或者碼分的形式共享。下行控制信道，HS-SCCH使用兩個(gè)SF=16的碼道，攜帶的控制信息包括用戶標(biāo)識(shí)，HS-PDSCH使用的碼資源，調(diào)制方式，TBS塊大小，以及HARQ相關(guān)信息。上行控制信道HS-SICH，使用一個(gè)SF=16 的碼道，和HS-SCCH成對(duì)使用，用戶用于反饋信道質(zhì)量（CQI）以及下行數(shù)據(jù)ACK/NACK的信息。

HSDPA過程簡(jiǎn)單描述如下：基站首先通過HS-SCCH通知UE相應(yīng)的HS-DSCH信息，包括用戶標(biāo)識(shí)、HS-PDSCH碼道資源、調(diào)制方式等。然后相隔預(yù)定的時(shí)間后，在HS-DSCH上發(fā)送數(shù)據(jù)。UE則監(jiān)控HS-SCCH，通過識(shí)別用戶標(biāo)識(shí)，判斷該時(shí)刻信息是否是給自己的。如果是，則根據(jù) HS-SCCH攜帶的信息，接收并解調(diào)共享信道HS-DSCH，獲得數(shù)據(jù)。然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果和數(shù)據(jù)接收的情況，在HS-SICH信道，反饋數(shù)據(jù)塊是否正確接收以及信道質(zhì)量信息?；靖鶕?jù)反饋，可以決定是否重傳數(shù)據(jù)并且可自適應(yīng)的調(diào)整共享信道的調(diào)制和編碼方式。

由于上述調(diào)度和重傳以及AMC都是在基站進(jìn)行，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)快速自適應(yīng)的鏈路調(diào)整。采用HSDPA技術(shù)，可以獲得較高的用戶峰值速率和小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐率。針對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)，在1.6M的帶寬上，采用HSDPA技術(shù)后，理論上下行峰值速率可以達(dá)到2.8Mbit/s。

典型的流程如圖1：

圖1　HSDPA資源分配過程

資源分配好之后，調(diào)度和重傳就在基站和終端之間完成，如圖2所示：

圖2　基站和終端之間的快速調(diào)度

可以看出，HSDPA由于采用了AMC、HARQ以及高階調(diào)制（16QAM）等技術(shù)，并在基站側(cè)增加了MAC-hs模塊，用于實(shí)現(xiàn)快速調(diào)度，從而可以快速自適應(yīng)的反映用戶信道的變化，獲得較高的用戶峰值速率和小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐率。對(duì)于單載波的情況，采用HSDPA技術(shù)后，理論上下行峰值速率可以達(dá)到 2.8Mbit/s。雖然2.8Mbit/s的峰值速率已經(jīng)使系統(tǒng)性能得到較大的提升，考慮到TD-SCDMA單載波1.6M的帶寬限制，可以提供的下行速率還是有限。

三、TD-SCDMA多載波HSDPA

為了提高對(duì)分組業(yè)務(wù)的支持能力，取得更高的峰值速率，使TD-SCDMA系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相比具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在CCSA對(duì)TD-SCDMA 標(biāo)準(zhǔn)化過程中，提出了多載波HSDPA技術(shù)，通過多載波捆綁提高TD-SCDMA系統(tǒng)中單用戶峰值速率。多載波HSDPA也是對(duì)已有N頻點(diǎn)技術(shù)的自然延伸，在N頻點(diǎn)小區(qū)中，一個(gè)小區(qū)擁有多個(gè)載波資源，為多載波的捆綁提供了便利。使用多個(gè)載波進(jìn)行捆綁來提供HSDPA業(yè)務(wù)，可以顯著提供單用戶的峰值速率。而且多載波捆綁方式資源配置靈活，同時(shí)后向兼容

TD-SCDMA多載波技術(shù)，是指在使用HSDPA技術(shù)時(shí)，多個(gè)載波上的信道資源可以為同一個(gè)用戶服務(wù)，即該用戶可以同時(shí)接收本扇區(qū)多個(gè)載波發(fā)送的信息。這樣，如果采用N個(gè)載波同時(shí)為一個(gè)用戶發(fā)送，理論上用戶可以獲得原來N倍的數(shù)據(jù)速率。同時(shí)，由于在HSDPA技術(shù)中引入了多載波特性，MAC- hs除了完成共享用戶的調(diào)度，AMC、HARQ等鏈路自適應(yīng)的功能，還增加了多載波分流、數(shù)據(jù)處理的功能。具體體現(xiàn)：當(dāng)一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)同時(shí)在多個(gè)載波上傳輸時(shí)，HS-DSCH所使用的物理資源包括載波、時(shí)隙和碼道，由MAC-hs統(tǒng)一調(diào)度和分配。當(dāng)一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)在多個(gè)載波上同時(shí)傳輸時(shí)，由MAC-hs對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分流，即將數(shù)據(jù)流分配到不同的載波，各載波獨(dú)立進(jìn)行編碼映射、調(diào)制發(fā)送以及相應(yīng)的信道質(zhì)量反饋，對(duì)于UE，則需要有同時(shí)接收多個(gè)載波數(shù)據(jù)的能力，各個(gè)載波獨(dú)立進(jìn)行譯碼處理后，由MAC-hs進(jìn)行合并。

在標(biāo)準(zhǔn)化的過程中，考慮到對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的影響以及對(duì)設(shè)備的復(fù)雜度影響，對(duì)如何引入多載波形成了以下的一些原則：

（1）多載波HSDPA的技術(shù)基礎(chǔ)：多載波HSDPA以N頻點(diǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)并兼容N頻點(diǎn)行標(biāo)；多載波HSDPA技術(shù)中的多個(gè)載波是N頻點(diǎn)小區(qū)中的多個(gè)載波；目前設(shè)計(jì)中考慮終端最多支持6個(gè)載波的情況；

（2）多載波HSDPA的資源分配：在多載波小區(qū)中的一個(gè)或者多個(gè)載波上配置高速下行物理共享信道HS-PDSCH資源和一對(duì)或者多對(duì)HS- SCCH和HS-SICH物理信道資源，多個(gè)載波上的HS-PDSCH物理信道為多個(gè)用戶終端以時(shí)分或者碼分的方式共享，一個(gè)用戶終端可被同時(shí)分配一個(gè)或者多個(gè)載波上的HS-PDSCH物理信道資源?？紤]到終端的實(shí)現(xiàn)，要求分配給一個(gè)用戶的資源占用的多載波是連續(xù)的；

（3）數(shù)據(jù)分流的位置：當(dāng)一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)在多個(gè)載波上同時(shí)傳輸時(shí)，由MAC-hs對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分流，即將數(shù)據(jù)流分配到不同的載波，各載波獨(dú)立進(jìn)行編碼映射、調(diào)制發(fā)送，對(duì)于UE，則需要有同時(shí)接收多個(gè)載波數(shù)據(jù)的能力，各個(gè)載波獨(dú)立進(jìn)行譯碼處理后，由MAC-hs進(jìn)行合并；

（4）HARQ：在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，每個(gè)用戶建立一個(gè)HARQ實(shí)體。HARQ功能實(shí)體中，為每個(gè)載波建立單獨(dú)的HARQ進(jìn)程（1～8個(gè)），每個(gè)HARQ進(jìn)程獨(dú)立進(jìn)行各自的處理過程，每個(gè)進(jìn)程由載波標(biāo)識(shí)和process Id一起標(biāo)識(shí)；

（5）UE側(cè)資源配置：對(duì)多載波UE而言，每個(gè)載波各自具有至少一對(duì)HS-SCCH/HS-SICH，HS-SCCH/HS-SICH進(jìn)行該載波HS-DSCH資源的獨(dú)立控制和反饋。首先對(duì)每個(gè)載波配置一對(duì)或者多對(duì)HS-SCCH/HS-SICH，業(yè)務(wù)過程中選擇其中的一對(duì)獨(dú)立控制和反饋該載波上的HS-PDSCH物理信道資源；

（6）資源分配方式：控制信道HS-SCCH/HS-SICH所指示的HS-PDSCH的載波信息通過高層信令配置；HS-PDSCH資源分配過程分為兩步進(jìn)行，第一步：RNC通過NBAP消息申請(qǐng)載波資源，Node B分配載波資源，與每個(gè)載波關(guān)聯(lián)的HS-SCCH和HS-SICH信道資源，以及每個(gè)載波HARQ相關(guān)的資源，并通過NBAP消息反饋給RNC，RNC將載波資源分配結(jié)果通過RRC消息發(fā)送給UE。第二步：MAC-hs實(shí)時(shí)分配每個(gè)載波上的HS-PDSCH資源，通過載波關(guān)聯(lián)的一對(duì)HS-SCCH和HS- SICH進(jìn)行分配；

（7）控制信道的安排方式：為簡(jiǎn)化終端實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，控制信道HS-SCCH/HS-SICH在載波上有以下兩種擺放方式：