TD HSDPA技術(shù)的分析與實(shí)現(xiàn)

摘要

廣大的移動(dòng)用戶對(duì)高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越急迫，但2G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力有限，TD-SCDMA HSDPA將成為滿足高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)秀載體。隨著2008年奧運(yùn)會(huì)的來(lái)臨，各TD-SCDMA系統(tǒng)和終端廠家都紛紛拿出自己的HSDPA解決方案，重郵信科多年來(lái)不遺余力地投入TD-SCDMA終端產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研究，領(lǐng)先HSDPA數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡的開(kāi)發(fā)。目前重郵信科的HSDPA數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡性能良好、質(zhì)量穩(wěn)定、具有良好的兼容性。重郵信科將努力為我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA事業(yè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

1  引言

廣大的移動(dòng)用戶對(duì)高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越急迫，2G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力有限，TD-SCDMA HSDPA將成為滿足高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)秀載體。隨著2008年奧運(yùn)會(huì)的來(lái)臨，各TD-SCDMA系統(tǒng)和終端廠家都紛紛拿出自己的HSDPA解決方案，重郵信科多年來(lái)不遺余力地投入TD-SCDMA終端產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研究，領(lǐng)先HSDPA數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡的開(kāi)發(fā)。目前重郵信科的HSDPA數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡性能良好、質(zhì)量穩(wěn)定、具有良好的兼容性。重郵信科將努力為我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA事業(yè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

2  HSDPA關(guān)鍵技術(shù)

由于數(shù)據(jù)調(diào)制編碼、調(diào)度、重傳等技術(shù)原因，3GPP R4階段的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最高速率只為384kbit/s，而在R5階段HSDPA采用多種通信技術(shù)來(lái)提高了下行數(shù)據(jù)的傳輸速率。但是，同時(shí)也給終端和系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的技術(shù)難度。下面將大概介紹一下在HSDPA中使用到的各種關(guān)鍵技術(shù)。

2.1  自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)

無(wú)線信道的一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是具有很強(qiáng)的時(shí)變性，短時(shí)間瑞利衰落可以達(dá)到十幾個(gè)甚至幾十個(gè)dB,對(duì)于高速移動(dòng)終端和高速數(shù)據(jù)傳輸表現(xiàn)更加明顯。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在HSDPA中引入了AMC技術(shù)，這種技術(shù)對(duì)時(shí)變特性進(jìn)行自適應(yīng)跟蹤，會(huì)給系統(tǒng)性能的改善帶來(lái)很大的好處。具體過(guò)程是網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)用戶瞬時(shí)信道質(zhì)量狀況和目前無(wú)線資源，選擇最合適的下行鏈路調(diào)制和編碼方式，使用戶達(dá)到盡量高的數(shù)據(jù)吞吐率。當(dāng)用戶處于有利的通信地點(diǎn)時(shí)（如靠近NodeB或存在視距鏈路），用戶數(shù)據(jù)發(fā)送可以采用高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式，如16QAM和3/4編碼速率，從而得到高的峰值速率。而當(dāng)用戶處于不利的通信地點(diǎn)，信號(hào)質(zhì)量差時(shí)（如位于小區(qū)邊緣或者信道深衰落），網(wǎng)絡(luò)側(cè)則選取低階調(diào)制方式和低速率的信道編碼方案，如QPSK和1/4編碼速率，來(lái)保證通信質(zhì)量。這樣保證了無(wú)論在何種通信環(huán)境下，終端都可以得到高速的下行數(shù)據(jù)傳輸。

2.2  HARQ技術(shù)

無(wú)線通信環(huán)境的條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)有限傳輸惡劣許多，由于終端的移動(dòng)將帶來(lái)功率制、定時(shí)控制問(wèn)題，加之HSDPA需要實(shí)現(xiàn)高速下行數(shù)據(jù)速率的傳輸，大大增加了數(shù)據(jù)重傳的概率，使用原來(lái)RLC重傳來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼�確性已經(jīng)不能滿足HSDPA數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求。為了提高�?shù)據(jù)重傳效率和增加無(wú)線信道的利用率，國(guó)際電聯(lián)將HARQ技術(shù)引入到HSDPA標(biāo)準(zhǔn)中。

從理論的角度講，HARQ重傳技術(shù)總計(jì)用三種方式，在原有的TD-SCDMA系統(tǒng)上的RLC ARQ模式就屬于類型I的HARQ。是在基本的類型I的HARQ中加有CRC，采用FEC編碼。在接收端對(duì)FEC編碼進(jìn)行解碼，并對(duì)包的質(zhì)量進(jìn)行校驗(yàn)（CRC校驗(yàn)）。如果發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤則要求包重傳，并將整個(gè)錯(cuò)誤包丟棄。重傳采用與第一次傳輸相同的編碼。

為了提高效率，在HSDPA中將采用類型II和類型II的HARQ技術(shù)，類型II的H-ARQ也被稱作增量冗余方案，重傳的數(shù)據(jù)塊不能丟棄不用，而是要連同一些由發(fā)射端提供的用于解碼的冗余信息。對(duì)于H-ARQ類型II來(lái)說(shuō)，為了糾錯(cuò)，重傳攜帶了附加的冗余信息。附加的冗余與先前接收到的包合并在一起，得到的碼字具有更高的編碼增益。每一次重傳的冗余量是不同的，而且重傳通常只能在與先前傳的數(shù)據(jù)合并后才能被解碼。類型III的HARQ也屬于一種增量冗余編碼方案，與類型Ⅱ不同的是，類型Ⅲ每次的重發(fā)信息具有自解碼能力。類型Ⅲ還分為單一冗余方案和多冗余方案。其中單一冗余方案由于Dr. Chase最早論述的ARQ技術(shù)，也稱作CC技術(shù)（CC：Chase Combining）。由于采用類型II和類型II的HARQ技術(shù)，HSDPA的重傳效率得到了大大的提高。

在HSDPA中，為了增強(qiáng)無(wú)線資源的使用，終端和網(wǎng)絡(luò)之間可以同時(shí)存在多個(gè)HARQ進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)HARQ之間獨(dú)立高效地工作，這也是HSDPA技術(shù)特點(diǎn)之一。

2.3  高階調(diào)制技術(shù)

使用原有的信號(hào)調(diào)制方式，已經(jīng)無(wú)法達(dá)到下行數(shù)據(jù)傳輸速率2.8Mbit/s的目標(biāo)，所以HSDPA將無(wú)法避免地使用高階信號(hào)調(diào)制技術(shù)和高效的編碼方案來(lái)提高用戶的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。這也是將16QAM高階調(diào)制技術(shù)引入到HSDPA中的原因。

高階調(diào)制技術(shù)的運(yùn)用對(duì)硬件提出了更高的要求，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目前，重郵信科公司將C3220專用的芯片的時(shí)間同步從1/8Chip提高到1/32chip，大大方便了16QAM的解調(diào)。

2.4  快速調(diào)度

調(diào)度算法控制著共享資源的分配,在很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能，在原有的TD-SCDMA系統(tǒng)中，無(wú)線資源的調(diào)度是由RNC控制的，而RNC和Node B所有信息交互都需要通過(guò)Iub接口實(shí)現(xiàn)，大大增加了信息處理的時(shí)延，已經(jīng)不能滿足HSDPA高速下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求，并且缺乏靈活性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，HSDPA將部分無(wú)線資源的調(diào)度移植到Node B來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣在每個(gè)瞬間都可以達(dá)到最高的用戶數(shù)據(jù)速率和最大的數(shù)據(jù)吞吐量，但同時(shí)也兼顧每個(gè)用戶的等級(jí)和公平性，無(wú)線資源的調(diào)度也可以精確到每個(gè)TTI。

3  HSDPA的實(shí)現(xiàn)方案

由于HSDPA采用多種新技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)的硬件上存在一定的要求，在單位時(shí)間內(nèi)需要處理很多的信息，以往的通信處理芯片已經(jīng)很難完成。由此重慶重郵信科公司將推出了一款專用芯片C3220。

C3220芯片集成一顆ARM926EJ核、兩顆ZSP500核、TD-SCDMA專用處理IP和一組通用接口芯片。在處理能力上，該芯片可以支持384kbit/s高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、HSDPA業(yè)務(wù)、MBMS業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)和話音的并發(fā)業(yè)務(wù)、同頻組網(wǎng)以及同時(shí)支持基帶、協(xié)議棧和應(yīng)用的處理。在集成工藝上，采用了0.13?m工藝、LFBGA封裝技術(shù)，使得芯片體積小，適用于不同外觀HSDPA終端產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。并且在芯片中包含了TD-SCDMA專門的省電電路，很好地解決了TD-SCDMA終端功耗的問(wèn)題。

由于C3320是一款專門的TD-SCDMA處理芯片，所以集成度高，圖1是重慶重郵信科公司HSDPA上網(wǎng)的硬件原理框圖。圍繞C3220芯片，外部只需少量器件，并且所有器件都可以有替代方案，成本容易控制，適合進(jìn)行大量商用推廣。

為了配合硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)HSDPA功能，對(duì)原有的TD-SCDMA協(xié)議棧也進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)來(lái)滿足HSDPA數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求。在MAC模塊增加了MAC-hs和MAC-ehs模塊專門用來(lái)處理HSDPA高速下行數(shù)據(jù)的接收。為了更好的實(shí)現(xiàn)HSDPA的數(shù)據(jù)的重傳功能，重郵信科將HARQ部分功能移到物理層實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了HARQ實(shí)現(xiàn)難度，同時(shí)提高了上網(wǎng)卡數(shù)據(jù)重傳的速度。

重慶重郵信科公司推出的HSDPA上網(wǎng)卡解決方案，經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)測(cè)試和室外測(cè)試，通過(guò)了信息產(chǎn)業(yè)部組織的各種測(cè)試，也通過(guò)了中國(guó)移動(dòng)組織IOT各項(xiàng)測(cè)試，表現(xiàn)性能優(yōu)越，在TD-SCDMA的HSDPA同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位。從而有力地證明了重郵信科提供的C3220芯片具有處理HSDPA高速下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰�，也同時(shí)證明了HSDPA技術(shù)完全適合于商用推廣。

4  HSDPA的演進(jìn)

HSDPA在解決高速下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題時(shí)，下行數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到2.8Mbit/s，但是HSDPA對(duì)于高速上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題顯的無(wú)能為力，對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控、用戶數(shù)據(jù)上載問(wèn)題等不能很好地解決。在此基礎(chǔ)上TD-SCDMA將引入HSUPA的技術(shù)，重點(diǎn)解決高速上行數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。TD-SCDMA HUDPA技術(shù)的使用，使得每個(gè)用戶上行數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到2.24Mbit/s/單載波。

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，TD-SCDMA終端往往需要同時(shí)提供HSDPA和HSUPA的數(shù)據(jù)傳輸能力，因而自然將HSDPA＋HSUPA表示成HSPA技術(shù)。

HSPA+是HSPA（3GPPR6）的向下演進(jìn)版本，是上下行能力增強(qiáng)的一項(xiàng)技術(shù)，HSPA+作為介于HSPA與LTE之間的一種技術(shù)，目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織初步將其歸類到R7系列，主要解決短突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。

重郵信科已經(jīng)在TD-SCDMA上網(wǎng)卡上完成HSDPA功能。經(jīng)過(guò)努力，提供的上網(wǎng)卡性能穩(wěn)定，已經(jīng)達(dá)到了商用的標(biāo)準(zhǔn)，得到各界同行的認(rèn)可。同時(shí)，重郵信科一直關(guān)注HSUPA技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，并將在近期準(zhǔn)備啟動(dòng)具有HSUPA功能的上網(wǎng)卡開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。相信重郵信科根據(jù)在HSDPA上網(wǎng)卡所展示的開(kāi)發(fā)研究能力，在HUSPA中將依然保持領(lǐng)先地位。

5  HSDPA的市場(chǎng)前景分析

2008年北京奧運(yùn)會(huì)即將開(kāi)幕，在奧運(yùn)會(huì)期間，對(duì)體育節(jié)目的實(shí)時(shí)廣播、各種多媒體短信業(yè)務(wù)等流媒體業(yè)務(wù)的需求急劇增加。為了實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地方都能夠?yàn)g覽奧運(yùn)節(jié)目，移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸將勢(shì)在必行�，F(xiàn)有的GSM運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求，在�?shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，HSDPA將自然而然地成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鹘恰�HSDPA提供的2.8Mbit/s數(shù)據(jù)速率可以極大可以滿足移動(dòng)業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

重慶重郵信科公司提供的HSDPA上網(wǎng)卡具體如下功能：

（1）能夠提供高速下行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）支持話音和短消息業(yè)務(wù)。

（3）支持?jǐn)?shù)據(jù)和話音、短消息的并發(fā)。

（4）靈活的WINDOWS界面操作。

（5）通過(guò)USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)下載。

在單時(shí)隙下，能夠提供高速下行數(shù)據(jù)傳輸完全滿足了人們對(duì)流媒體播發(fā)的需求，實(shí)現(xiàn)了在2008年奧運(yùn)期間人們對(duì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的實(shí)時(shí)圖像瀏覽和播發(fā)，同時(shí)上網(wǎng)卡支持?jǐn)?shù)據(jù)和話音、短消息的并發(fā)，使得用戶在觀看奧運(yùn)節(jié)目的期間，可以和遠(yuǎn)在異地的家人或是朋友通話，共同享受奧運(yùn)給人們帶來(lái)的快樂(lè)。

重慶重郵信科公司不僅在HSDPA上網(wǎng)卡的研發(fā)上處于領(lǐng)先地位，與此同時(shí)也正在緊張地為上網(wǎng)卡大規(guī)模生產(chǎn)做準(zhǔn)備。重郵信科公司希望和TD-SCDMA各個(gè)廠商齊心協(xié)力，不僅向中國(guó)人展示我國(guó)3G的技術(shù)實(shí)力，同時(shí)在奧運(yùn)期間也向世界人民展示中國(guó)的科技實(shí)力。

6  結(jié)束語(yǔ)

TD-SCDMA的一系列的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我們國(guó)家的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義，她不僅是我們國(guó)家提交的第一個(gè)國(guó)際性的通信標(biāo)準(zhǔn)，也是我們?cè)谝苿?dòng)通信領(lǐng)域趕上和超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家通信技術(shù)的一次機(jī)會(huì)，所以一直得到國(guó)家各個(gè)部門和領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)注和支持。到目前為止，經(jīng)過(guò)TD-SCDMA各個(gè)系統(tǒng)和終端廠商的一致努力，已經(jīng)在北京、上海、天津、青島、沈陽(yáng)、秦皇島、廈門、保定、廣州、深圳十個(gè)城市開(kāi)通了試驗(yàn)網(wǎng)，并且測(cè)試性能良好，基本達(dá)到了商用的標(biāo)準(zhǔn)，大家等待已久的第三代移動(dòng)通信TD-SCDMA系統(tǒng)將面向用戶。

TD-SCDMA系統(tǒng)在原有的384kbit/s數(shù)據(jù)傳輸條件下，已經(jīng)基本滿足人們對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求，HSDPA的提出，則將TD-SCDMA推向更高臺(tái)階。它的無(wú)線資源使用效率和靈活性為將TD-SCDMA推向市場(chǎng)提供了條件。重慶重郵信科股份有限公司從1998年開(kāi)始，一直專注于TD-SCDMA產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研究。目前提出的HSDPA方案以及實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品，在中興、大唐、普天、鼎橋系統(tǒng)廠家上表現(xiàn)良好，充分顯示了重郵信科在TD-SCDMA上的技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)力。