HSDPA(高速数据分组接入)

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一、 对高速移动分组数据业务的支持能力是3G系统最重要的特点之一。WCDMAR99版本可以提供384Kbps的数据速率，这个速率对于大部分现有的分组业务而言基本够用。

然而，对流量和时延要求较高的数据业务如视频、流媒体和下载等，需要系统提供更高的传输速率和更短的时延。

为了更好地发展数据业务，3GPPR5从这两方面对空中接口做了改进，引入了HSDPA技术。HSDPA(HighSpeedDownlink Packet Access)是WCDMA的增强型无线技术，即高速下行分组接入。HSDPA采用了自适应调制和编码(AMC)、混合自动重传请求(HARQ)和快速调度等关键技术，在不改变已经建设的WCDMA网络结构的情况下，把下行数据业务峰值速率提高到14Mb/s，同时可以把当前无线频谱中的系统数据容量提高一倍以上，是WCDMA网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。

1、HSDPA的物理层实现

为了实现HSDPA的功能特性，在物理层规范中引入了三种新的信道。

1.1高速下行链路共享信道(HS-DSCH)

在下行链路方向承载用户数据。与R99已有的信道相比，HS-DSCH有许多独特之处。传输时间间隔(TTI)或交织周期定义为2ms，使得在重传过程中终端和NODE-B之间可以有较短的往返时延。引入如16QAM的更高阶的调制方案及降低编码冗余增加了瞬时的峰值数据速率。从码域看，SF固定为16，多码传输和不同用户间的码复用都是可能出现的，终端最大可用码数为15。

1.2高速共享控制信道(HS-SCCH)

承载必须的物理层控制信息，以确保能够对HS-DSCH上的数据进行解码。如果发生认为是错误的数据包而需要重传时，还有可能要对HS-DSCH上发送的数据进行物理层合并。

1.3上行链路高速专用物理控制信道(HS-DPCCH)

承载上行链路中必要的控制信令，即ARQ确认(肯定和否定)和下行链路质量反馈信息。

2、HSDPA的关键技术

2.1自适应调制和编码(AMC)

AMC(AdaptiveModulationandCoding)的基本原理就是网络侧根据当前无线信道的质量状况和网络资源的使用情况选择最佳的下行链路调制和编码方式，从而尽可能增大终端用户的数据吞吐量，降低传输迟延。用户在理想信道条件下选择高阶调制和高速率的信道编码方式来传送用户数据，例如16QAM调制和3/4编码速率，从而得到较高的传输速率；用户处于不太理想的信道条件下则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案，例如QPSK调制和1/4编码速率，从而保证通信质量。

2.2混合自动重传请求(HARQ)

HARQ(HybridAutomaticRepeatRequest)是将前向纠错编码(FEC)和自动重传请求(ARQ)相结合的技术。在无线传输环境下，信道噪声和由于移动性带来的衰落以及其他用户的干扰使得信道传输质量较差，为保证通信质量，就必须对数据分组加以保护，这种保护主要采用前向纠错编码(FEC)，即在分组中传输额外的比特开销。FEC提高了传输的可靠性，但当信道情况较好时，由于纠错比特过多，反而降低了吞吐量。ARQ是一次数据传输失败就要求重传的一种传输机制，ARQ在误码率不是很高的情况下可以得到理想的吞吐量，但会引起时延。HARQ将FEC和ARQ结合起来，在发送的每个数据包中含有纠错和检错的校验比特，如果接收包中出错的比特数目在纠错能力之内，则错误被自行纠正；当差错严重，已超出FEC的纠错能力时，则让发端重发。HARQ能够自动地适应信道条件的变化并且对测量误差和时延不敏感。

2.3快速调度(FastScheduling)

NodeB中新增的MAC-hs功能实体负责HSDPA的快速分组调度和HS-DSCH信道的实时控制。分组调度算法控制着共享资源的快速分配，在很大程度上决定了AMC和HARQ的效率和性能。根据无线信道的质量状况和等待发射的数据量以及业务的优先等级等因素，分组调度算法快速地实现共享资源的最优分配。HSDPA技术为了能更好地适应无线信道的快速变化，将调度功能单元放在NodeB中而不是RNC中，传输时间间隔也因此缩短到2ms以内。

实际上，以上三种技术都属于链路自适应技术，以这种技术处理短时间内数据速率变化的业务比功率控制方式更有效。

3、HSDPA的演进

HSDPA是在3GPPR5标准中引入的，可以显著提高WCDMA下行链路分组数据的吞吐量。HSDPA的进一步增强可以增加用户的比特速率和小区吞吐量。在3GPPR6中，将引入天线阵列处理技术，进一步改进下行链路性能，使峰值数据速率达到30Mb/s。

在Node-B中应用多个发射天线，在终端中应用多个接收天线，可以提高HSDPA的比特速率，这项技术称为多输入多输出技术(MIMO)。更高的数据速率可以采用下面两种方法中的一种达到：

●改进天线发射和接收分集来提高信道质量：

●在不同的天线上对扩频序列进行再利用。为了区分同一扩频码字上的多个子数据流，终端采用多天线和空间信号处理技术。

随着HSDPA技术的成熟和发展，其良好的应用前景和平滑的演进能力正在引起越来越多人们的热切关注。作为后3G时代的主流技术之一，很多人甚至将HSDPA称为3.5G技术。目前，很多移动运营商都在高度关注它的进展，众多通信产品供应商也都开始启动了HSDPA技术的商用化进程。

二、随着HSDPA的面世，人们能够以快于传统WCDMA的速度传输数据。这主要是通过一种更加复杂的调制格式和重复发送数据的步骤实现的。这些新的功能也影响到了相应的测试设备和测试方法，本文介绍了HSDPA与传统WCDMA的区别，并介绍了HSDPA对测试设备及方法提出的新要求。

HSDPA（高速下行链路分组接入）扩展了UMTS标准。这种改进与EDGE对GSM标准的增强类似：像HSDPA一样，EDGE使用了一种不同的编码机制。就EDGE而言，这使其可以更加有效地使用GSM时槽，将可用数据速率提升三倍，最高可达384 Kb/s。事实上，由于EDGE已经被公认为一种3G移动射频技术，很多没有获得CDMA许可的服务供应商都将 EDGE视为一种替代技术。

图1 信息会车的底层上的逻辑、传输和物理通道

HSDPA的理论数据传输速率为下行14.4Mb/s，与之相对应的上行链路技术HSUPA的速率为5.8Mb/s。虽然专家们认为3Mb/s的速率就足以满足应用需要，但是这仍然需要大幅度地扩展现有的频谱资源。这种扩展可以通过在UMTS基站（节点B）和无线设备（即用户设备，简称UE）之间的第一和第二协议中，通过高阶调制格式16QAM（正交幅度调制）和重复呼叫方法，借助复杂的通信算法实现，图1显示了使用射频连接的OSI通信的底层。

更高的数据传输速率，更低的延时

不同层之间的信息传输需要使用特定的传输通道：逻辑通道、传输通道和物理通道。这些通道被用于传输信令协议和用户数据。为了更好地理解HSDPA，还应当将物理通道纳入考虑的范围。

在通过物理通道传输数据之前，需要通过CRC编码、通道编码、数据交错和数据分块等技术防止数据丢失。复用的传输通道被映射到物理通道（代码通道）上，进行扩展、加扰和调制。数据传输则使用传输通道，将发往不同接收者的数据分组和用户或控制信息复合到一起。

HSDPA可以通过一个传输通道和相关的物理通道，扩展图1所显示的架构。表1指出了传统WCDMA和HSDPA之间的区别。

利用HSDPA，可以传输长度只有2ms的短数据分组（短于过去的10ms）。在相同的速率下，调制和传输参数可以进行调整。射频通道的测量可以被用于改进传输参数，以便将HS-DSCH（高速下行链路共享通道）的数据块错误率保持在10%以下。

QPSK能够按照每个波形调制两个比特，再根据比特的组合情况，采用四种具有相同幅度的相位中的一种。但是，16QAM使用了16种具有不同幅度的状态，每个波形都是四个比特的组合（参见图2），因此16QAM的数据传输速率是QPSK的两倍。16QAM的缺点在于：必须大幅度地提高射频通道的质量，才能获得较高的数据传输速率，因此它需要更高的信噪比（SNR）。在接收端检测到一个错误时，它会请求重新发送所传输的数据，这会导致有效数据速率的降低。如果基站知道射频通道质量，它就可以根据各个射频通道的特性，优化传输参数，例如调制机制。因此，无线终端必须能够有效地反馈通道质量信息。这些终端可以在HS-DPCCH（高速专用物理控制通道）上提供这些反馈。

图2 16QAM的星座图

除了射频通道质量以外， HS-DPCCH还被用于向基站说明数据分组是否被成功接收。这是自动重发请求（ARQ）的组成部分，它也被称为重新传输协议。另外，如果它采取措施来保护数据（正向纠错），这就被称为复合自动重发请求（HARQ）。总共有三种不同的HARQ协议，HSDPA使用的是其中的II和III型。

通过一种新的信令通道—— HS-SCCH （高速共享控制通道），UE可以获知哪些数据分组被分配给它。该通道包含了关于UE标识、HS-PDSCH扩展编码、HARQ协议类型和其他协议数据。无线设备必须能够分析四种不同的HS-SCCH。

用户数据则在与HS-DSCH传输通道相连的HS-PDSCH（高速物理下行链路共享通道）上传输。根据具体的特性，HS-DSCH可以将数据发送到一个或者多个（最多15个）HS-PDSCH上。在不采用通道编码的情况下，这在理论上最高可以容纳14.4Mb/s的速率。通过2:3的编码率（每两个需要传输的比特搭配一个冗余比特），可以达到9.6Mb/s的数据速率。

第一代HSDPA设备只能并行处理5个HS-PDSCH。这是由目前使用的接收端架构所导致的，即所谓的Rake接收端。这种类型的接收端会将可以达到的最大传输速率下降到3.6 Mb/s。要获得更高的数据速率，必须使用一种新的接收端。另外，还需要采用新的接收端测量方法。

新增的测试要求

HSDPA也需要进行新的测量。新的测试包括了对接收端、发送端和信号处理的检查。新的调制机制——16QAM——在接收端提出了新的挑战。为了正确地检测带有16种相位和幅度状态的16QAM信号，SNR必须高于QPSK，因此在实际中，较高的数据速率只能在无线终端靠近基站时才能实现。在类型审核阶段，终端的正确检测信号状态的能力将通过一种数据块错误率（BLER）测量方法，在较高的接收端功率等级下进行测试。发回的接收确认信息被用于判断数据块的错误率。在实际使用和服务中，接收端通常只通过GSM和宽频CDMA调制进行测试。

另一种更加适合较高的数据速率的方法是评估通过HS-DPCCH报告到节点B的通道质量指数（CQI）。CQI还定义了无线终端在BLER不超过10%的情况下可以处理的数据速率。测试设备会选择一种与CQI 值16相对应的传输格式。传输格式将会决定数据块大小、并发通道个数和调制类型等参数。

在测试的第一个阶段，下行链路通道的配置将保持不变，同时会记录2000个CQI值。下一步则是确定CQI的中值。90%的（即1800个）CQI值必须处于“CQI中值-2<CQI中值<CQI中值+2”的范围内。如果通过了这个部分的测试，那么就将启动测试的第二个阶段：下行链路通道的传输格式被设为CQI中值。在反复执行上述步骤的同时，记录ACK、NACK和传输间隔（DTX）。如果那么就以下一个较低的CQI值重复测试。如果高于0.1，那么就将CQI值加2，重复这个步骤。再次记录1000个ACK、NACK 和 DTX值，同时下行链路通道继续保持原先的配置——即使HS-DPCCH发出了一个不同的CQI值。上述公式将被再次使用；如果上式小于0.1（即BLER低于10%），那么测试就算通过。

只有在UE能够随时正确地向基站报告接收端质量的情况下，才能够利用HSDPA进行传输。用于检查这种功能的测试目前还处于研发阶段——HS-DPCCH的不连续传输和部分延时传输向发送端提出了新的挑战。这是在系列化生产之前必须进行的另外一项测试。

HSDPA的面世是人们在提高移动射频下行链路的数据速率、缩短网络游戏的延时方面迈出的重要一步。就所使用的技术而言，HSDPA是一个复杂的里程碑，能够在不同特性的射频通道上提供高度有效的射频通道。