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，則可達20 Mbit/s）。在具體實現(xiàn)中，采用了自適應調制和編碼（AMC）、多輸入多輸出（MIMO）、混合自動重傳請求（HARQ）、快速調度、快速小區(qū)選擇等技術。

　　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制解調算法，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。

　　HSDPA - 概述

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

　　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，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)絡結構的基礎上，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。

　　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，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，叫做高速下行分組接入技術（HSDPA）。該技術是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集團更關注新技術對網(wǎng)絡效率的影響，認為部署HSDPA技術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。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。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。自適應鏈路層技術根據(jù)當前信道的狀況對傳輸參數(shù)進行調整，如快速鏈路調整技術、結合軟合并的快速混合重傳技術、集中調度技術等，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版本結構的同時，在NodeB（基站）增加了新的媒體接入控制（MAC）實體MAC-hs，負責調度、鏈路調整以及混合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 - 技術特點

　　3.1.數(shù)據(jù)業(yè)務與語音業(yè)務的技術特點

　　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，采用了快速鏈路調整技術、結合軟合并的快速混合重傳技術、集中調度技術等鏈路層調整技術。

　　3.1.1.快速鏈路調整技術

　　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制方案來實現(xiàn)速率的調整。

　　當信道條件較好時，HS-DSCH采用更高效的調制方法---16QAM，以獲得更高的頻帶利用率。理論上，xQAM調制方法雖然能提高信道利用率，但由于調制信號間的差異性變小，因此需要更高的碼片功率，以提高解調能力。因此，xQAM調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結合軟合并的混合重傳（HARQ）技術

　　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集中調度技術

　　集中調度技術是決定HSDPA性能的關鍵因素。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。集中調度技術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能夠使用信道，也保證業(yè)務連續(xù)性。

　　常用的調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。快速鏈路層調整技術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；集中調度技術使得系統(tǒng)獲得系統(tǒng)級的多用戶分集好處；高階調制技術則提高了頻譜利用率以及數(shù)據(jù)速率。這些技術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。

　　作為WCDMA R5版本高速數(shù)據(jù)業(yè)務增強技術，HSDPA通過采用時分共享信道以及快速鏈路調整、集中調度、HARQ等技術提高了系統(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)結構帶來其它影響，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調制外，還使用了16QAM調制；碼分復用和時分復用相結合；新的上行控制信道；采用自適應調制和編碼（AMC）實現(xiàn)快速鏈路適配；使用混合自動重復請求HARQ）。介質訪問控制（MAC）調度功能轉移到Node-B上。

　　HSDPA無線幀（在WCDMA結構中實際是子幀）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。

　　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制（WCDMA中規(guī)定的技術），在無線電條件良好時，采用16正交幅度調制（16QAM）。

　　3.2.2下行物理信道結構

　　物理信道的第一個時隙承載HS-PDSCH接收的關鍵信息，如信道化代碼集和調制方案。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。采用的技術是自適應調制和編碼（AMC）。在每個用戶傳輸過程中，把系統(tǒng)的調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，它改變調制和編碼格式，以與當前收到的信號質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制（例如，有效碼速率為O.89的16QAM），但隨著距BTS的距離增大，調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）技術把前饋糾錯（FEC）和ARQ方法結合在一起，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。AMC采用明示的C/I或類似措施，設置調制和編碼格式，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)速率微調功能。

　　3.2.5分組調度功能

　　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。它把分組調試功能從網(wǎng)絡控制器移到了Node-B（BTS）中的MAC層。

　　分組調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、自適應編碼調制（AMC）、快速混合自動重傳技術（Hybrid-ARQ）和快速調度技術，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撥，首先保證話音通信的質量，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、服務內容和誘人功能的能力可以使早期采用該技術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。