HSPA+終端標準現(xiàn)狀及其分析

隨著移動通信的快速發(fā)展，競爭加劇，各標準組織緊鑼密鼓的開展相關標準的研究工作。HSPA+是介于HSPA與LTE之間的標準，3GPP初步將其歸類到R7系列。本文從HSPA+終端類別的定義，來探討它與HSPA終端的關系，以及HSPA+終端的新特點。

1 終端類別

HSPA+是HSPA（3GPPR6）的向下演進版本，是上下行增強的技術，在FDD系統(tǒng)中，上下行資源是分開處理的，因此這里討論的HSPA+的終端類別要分別從上下兩個角度進行。

從標準定義的角度，HSPA+的下行業(yè)務信道是HS-DSCH，因此一定程度上下行的終端類別也稱為“HSDPA終端類別”，當然這里的“HSDPA終端類別”是不同于3GPPR5中的HSDPA。同樣，從標準的角度，HSPA+的上行業(yè)務信道是E-DCH，因此上行的終端類別可稱為“HSUPA終端類別”。，當然阿媽妮這也是不同于3GPPR6的“HSUPA終端類別”。

1.1 HSDPA終端類別

表格1 HSDPA終端類別及參數(shù)一覽表

分析上表格，可見HSPA+終端完全后向兼容HSDPA的終端，Category1-12即為HSDPA的終端定義。當然HSPA+終端的標準還在進一步修訂中，也許還存在其他類別的終端。

1.2 HSUPA終端類別

按照3GPP25.306V730的定義，HSUPA（FDD）的終端共分為7類，如表格2所示。

表格2 HSDPA終端類別及參數(shù)一覽表

分析上表格，可見HSPA+終端完全后向兼容HSUPA的終端，Category1-6即為HSUPA的終端定義。當然HSPA+終端的標準還在進一步修訂中，也許還存在其他類別的終端。

1.3 與HSPA終端的關系

2 影響HSPA+終端性能的關鍵要素

表格1，2詳細的列出了不同類別的終端對應的峰值速率，以及影響峰值速率的各種因素�？偨Y如下，影響HSPA+終端的各種關鍵因素如下：

2.1 調(diào)制方式

HSPA+可采用QPSK，16QAM，64QAM三種調(diào)制方式。QPSK每一符號代表2bit，16QAM每符號代表4bit，而64QAM每符號代表6bit，因此隨著調(diào)制方式的差異，每符號代表的信息量呈現(xiàn)差異。

從表格一可見，Category1-10的峰值速率是在16QAM下計算出，它高于Category11-12的峰值速率，后者只支持QPSK。而Category13-14采用64QAM后較前面的12類都要高。

從表格二可見，Category7速率最高，它采用16QAM，而其他6類只采用了QPSK。

2.2 天線方式

3GPPR6及以前的版本都采用傳統(tǒng)的收發(fā)天線，HSPA+采用全新的MIMO（2X2）配置，利用天線間的不相關性極大系統(tǒng)效率，特別是在信號環(huán)境好的情況下，每根天線可傳輸不同的信息，實現(xiàn)峰值速率的翻倍。

從表格一可見，配置了MIMO的終端Category15-16峰值速率最大，計算過程如下：

Category15在單TTI（2ms）內(nèi)的可傳輸?shù)淖畲髠鬏攭K為23370bit，因此它的峰值速率為：23370bit/2msx2=23.4Mbps；

Category16在單TTI（2ms）內(nèi)的可傳輸?shù)淖畲髠鬏攭K為27952bit，因此它的峰值速率為：27952bit/2msx2=28Mbps；

這里要說的是上面兩個計算公式中后面乘上的2，是代表2根發(fā)MIMO天線承載不同的信息，因此峰值速率翻倍。

2.3 支持的最大碼字數(shù)

一、HSDPA

HSDPA采用固定SF=16的碼道，單小區(qū)除公共信道占用一個SF=16的碼字外，HSDPA最大可用的碼字數(shù)為15個。從表格一可見，16類終端支持的最大碼字數(shù)分別為5、10、15。依據(jù)WCDMA的通信原理，信號從信源編碼，到信道編碼，再進行擴頻調(diào)制到3.84Mchips/s的帶寬上，因此：

如果是QPSK調(diào)制，HSDPA單碼道的極限傳輸能力是：3840/16´2=480kbps；

如果16QAM調(diào)制，HSDPA單碼道極限傳輸能力是：3840/16´4=960kbps；

如果是64QAM調(diào)制，HSDPA單碼道極限傳輸能力是：3840/16´6=1440kbps；

由此可見HSDPA的速率與可使用的碼道數(shù)緊密相關，在其他條件一致的情況下，使用的碼道數(shù)越多，能夠達到的峰值速率越大。

二、HSUPA

上行UE可采用的碼道數(shù)跟自身信道環(huán)境，以及需要傳輸?shù)乃俾氏嚓P，它采用可變的可變因子SF，分別是64、32、16、8、4、2。同時它采用多碼道傳輸。從表格二可見，在其他條件（SF,TTI，調(diào)制方式）相同的情況下，4碼道的傳輸速率明顯高于2碼道的能力。

2.4 軟信道容量

針對HSDPA的16類終端，規(guī)范分別定義了相應的軟信道容量，HARQ的虛擬IR緩存，即HS-DSCH能傳輸?shù)目傂畔⒘俊?/p>

混合ARQ是HSDPA的關鍵技術之一。它完成信道編碼后的輸出比特數(shù)與映射進HS-PDSCH物理信道集合的總比特數(shù)的匹配。HARQ功能由冗余版本(RV)參數(shù)控制�；旌螦RQ的輸出比特的精確設置依賴于輸入比特數(shù)、輸出比特數(shù)和RV參數(shù)。

HARQ功能包括2次速率匹配和一個虛擬IR緩存，也稱為軟信道容量，軟信道容量決定了混合ARQ的第一次速率匹配，會影響網(wǎng)絡側使用的傳輸格式(RV)，一定程度上影響了UE的傳輸能力，當然該容量越大對應有效的傳輸信息越大，UE的速率會越高。從表格一可以得到驗證。

2.5 最小TTI的間隔

HSDPA采用資源共享的方式，幀長TTI為2ms，碼分方式下，每個TTI可同時容納4個用戶。假如在資源分配許可的情況下，UE可以一直占用資源，而且每個TTI都有信息發(fā)送，那么可實現(xiàn)資源利用率的最大化；但是UE在占用TTI的情況下，卻不能發(fā)送數(shù)據(jù)，就會浪費系統(tǒng)資源。例如最小TTI間隔為2或3的UE，與TTI間隔為1的相比，在傳輸同等的信息量的情況下，前者的速率是后者的1/2或1/3，因為它占用的時間比別人長2到3倍。因此最小TTI間隔也影響終端的性能。

當最小TTI的間隔越小，代表可發(fā)送信息的機會越多，可實現(xiàn)的速率越大。性能低的手機在網(wǎng)時，即較高的Inter-TTI會造成網(wǎng)絡側基站頻譜利用效率降低

當然從目前的各芯片廠商的研發(fā)來看，開發(fā)最小TTI間隔較大的終端不太可能，如Category1，2，3，4類的終端。

3 HSPA+關鍵技術

上面列出了影響HSPA+終端的關鍵要素，但實際上如何保證這些要素，怎么實現(xiàn)各類別終端間的差異，關鍵還是由一系列的新技術決定。

此外，從終端的角度，一直以來困擾終端的問題就是體積，耗電的問題。眾所周知，3G終端耗電量略高于2G終端，這一方面和3G技術的復雜性相關。3G的CDMA技術復雜，基帶數(shù)據(jù)處理量大，射頻功率放大器的線形度要求很高，導致3G終端基帶處理芯片和射頻芯片組的耗電量相對增加。而且HSPA+提供了比HSPA更加復雜的基帶及射頻技術，動態(tài)的功率及碼資源調(diào)整，16QAM/64QAM/MIMO的引入等導致HSPA+具有較HSPA更高的功耗。此外，速率越快，對手機天線的性能要求越高，所消耗的電量也越大。因此HSPA+終端從信令處理的角度充分考慮了節(jié)能省電相關的技術。

此外，隨著All-IP理念的強化，HSPA+將成為一個全IP，全業(yè)務的運營網(wǎng)絡，因此它突破原有的HSPA純粹支持BE業(yè)務的局限，將實現(xiàn)語音（VoIP）、視頻（VT）、高速下載等多媒體業(yè)務的融合。

綜合上述兩個要點，HSPA+終端采用的新技術如下：

3.1 DPCCH 時隙的更改

按照3GPP25.211的規(guī)范定義，原有的上行DPCCH共有6種時隙結構，每個時隙有導頻比特、TFCI、TPC以及FBI四個比特域。導頻比特用來在接收端進行信道估計，TFCI指示當前幀的傳輸速率，TPC傳送進行下行鏈路功率控制需要的功率控制命令。下行鏈路使用閉環(huán)發(fā)射分集時需要FBI比特。

但是采用HS-DSCH后，可實現(xiàn)盲解碼，不需要TFCI的速率指示，此外，非閉環(huán)時不使用FBI，因此有效的比特就是TPC，Pilot。新增的時隙格式4將DPCCH的10bit分為6bit的Pilot，4bit的TPC，即保證有效比特單元，減少不必要的比特發(fā)送，實現(xiàn)資源的有效利用。

3.2 UL-DTX

對于WCDMA以前的版本，DPCH傳輸?shù)臅r候，UL_DTX（UplinkDiscontinuousTransmission）只存在DPDCH數(shù)據(jù)信道，但是在R7中，引入了上行控制信道DPCCH下的UL_DTX功能，主要應用在以下場景：

當HS-DPCCH沒有HARQ-ACK/NACK消息發(fā)送時；

當HS-DPCCH沒有CQI消息發(fā)送時；

在ULDPCCH上沒有E-DCH的相關傳輸；

當時隙處于ULDPCCHburst樣式時；

UL-DTX的應用一方面可減少終端的耗電量，此外還可以減少對上行的干擾。

3.3 HS-SCCH less Transmissions

在3GPPR5/R6版本中，HS-SCCH信道是下行物理共享信道，它的引入是為了承載HS-PDSCH信道所需的物理層信令。其擴頻因子為128，每2ms對相應的終端下發(fā)相應的調(diào)度指令。但調(diào)度的情況要依據(jù)HS-SCCH的配置數(shù)目，當只配一條時，多用戶只能通過時分復用的形式共享HS-PDSCH信道，在一個TTI內(nèi)只能為一個用戶服務，當然它最多可配置4條，即在單TTI內(nèi)可調(diào)度4用戶。

因此，HS-SCCH的使用耗費很大的碼字、功率資源，降低系統(tǒng)的使用效率，在R7版本中，引入HS-SCCHlessTransmissions模式，一方面將部分信令打包承載在HS-PDSCH高速信道上，此外，UE端采用盲解調(diào)的方式，極大節(jié)省了HS-SCCH的碼字、功率資源，提高系統(tǒng)效率。

3.4 增強的F-DPCH

為了最優(yōu)系統(tǒng)使用效率，R6引入了F-DPCH（FractionalDedicatedPhysicalChannel），它主要用來傳輸下行的功控指令TPC，它的最大好處是多用戶（最多10個用戶）可時分共享一條SF=256的碼道。但它并不是替代A-DPCH（A-DPCH配置給每個使用HSDPA業(yè)務的用戶），網(wǎng)絡側根據(jù)終端的支持情況，即可以選擇F-DPCH，也可以選擇A-DPCH。

但是在R7中，對應任何一條RL，都對應相應的F-DPCH，同時原A-DPCH承載的信令轉移到HS-DSCH上承載，由于HSDPA較R99速率高，因此SRB承載在HS-DSCH上能夠降低業(yè)務建立的時延。

3.5 增強的Cell_FACH

考慮到數(shù)據(jù)承載的效率，引入了增強的Cell_FACH，Cell_PCH狀態(tài)，它的傳輸信道不再是原有的DCH，而是高速的HS-DSCH，因此容量增加，時延降低。

3.6 其他技術

在其他版本中，考慮到終端的耗電量、處理復雜形，體積等問題，因此如MIMO，64QAM等只是在網(wǎng)絡側考慮，但是從提升終端性能，提高峰值速率的角度，這些網(wǎng)絡側的新技術也會在終端側考慮。

當然為配合應用這些層一技術的時候，層二相應的功能，如RLCPDU的大小也需要相應的進行調(diào)整。

4 總結

本文給出了HSPA+終端的類別，以及影響性能的關鍵要素，同時結合終端性能的提升以及HSPA+的業(yè)務目標給出HSPA+終端的新技術。當然HSPA+終端還在進一步發(fā)展中，還存在新終端類別出現(xiàn)的可能，相關新技術也需要進一步的完善，預計在今年底能夠凍結。但是HSPA+終端是完全后向兼容HSPA終端，因此它會有效保護已部署HSPA的運營商的投資。