WCDMA和TD-SCDMA中HSDPA的比較

摘要：HSDPA可適用于WCDMA和TD-SCDMA，是3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進路線中重要的一部分，是移動通信網(wǎng)由3G（WCDMA/TD-SCDMA）向E3G/B3G演進過程中必經(jīng)的階段，有“3.5G”之稱。

隨著3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐步出臺，移動視頻點播、移動電視等流媒體業(yè)務(wù)以及移動終端的高速下載業(yè)務(wù)受到人們越來越多的關(guān)注。同時，話音業(yè)務(wù)的增長已日趨穩(wěn)定，在此趨勢下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將使移動運營商的業(yè)務(wù)增長點提高到一個新高度。為了保證數(shù)據(jù)服務(wù)的順利提供，提高網(wǎng)絡(luò)下行數(shù)據(jù)傳輸速率勢在必行。高速下行分組接入（HSDPA）技術(shù)可提供更加快速的數(shù)據(jù)傳輸速率，其下行傳輸速率可與目前日韓等國商用的cdma20001xEV-DO相媲美，可使用戶享受到更加便捷的數(shù)據(jù)服務(wù)，因此，HSDPA技術(shù)受到了業(yè)界廣泛的關(guān)注與討論。HSDPA可適用于WCDMA和TD-SCDMA，是3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進路線中重要的一部分，是移動通信網(wǎng)由3G（WCDMA/TD-SCDMA）向E3G/B3G演進過程中必經(jīng)的階段，有“3.5G”之稱。

一、WCDMA和TD-SCDMAHSDPA相同點

1.MAC層

WCDMAHSDPA和TD-SCDMAHSDPA的介質(zhì)訪問控制（MAC）層結(jié)構(gòu)基本相似。其中一個最顯著特點是將MAC層的實體MAC-hs移到了NodeB中，以支持高級調(diào)制和編碼（AMC）、混合自動重傳（HARQ）、快速調(diào)度等。

在通用地面無線接入網(wǎng)絡(luò)（UTRAN）側(cè)，每個小區(qū)有一個MAC-hs實體來支持HS-DSCH傳輸。除此之外，MAC-hs還負責管理分配給HSDPA的資源。MAC-hs通過MAC-control業(yè)務(wù)接入點（SAP）接收從無線鏈路控制（RRC）層來的配置參數(shù)。MAC-hs由四個功能實體組成：流控、調(diào)度/優(yōu)先級處理、HARQ及TFRC選擇。UE側(cè)的MAC-hs由以下實體組成：HARQ、重排序隊列分布、重排序及拆分[1]。

2.物理層

WCDMA和TD-SCDMAHSDPA中都新增了HS-SCCH和HS-DSCH信道，在兩系統(tǒng)的HARQ進程中兩信道上承載的信令也相同。WCDMAHSDPA和TD-SCDMAHSDPA的上行控制鏈路中都傳輸HARQ的確認信息ACK/NACK以及下行鏈路質(zhì)量反饋信息（CQI）。對于下行鏈路，WCDMA和TD-SCDMA HSDPA在HS-SCCH信道中均傳輸HARQ過程識別及新數(shù)據(jù)指示信令。在HS-DSCH信道中傳輸重排序隊列ID及傳輸隊列數(shù)信令[2]。

另外，WCDMAHSDPA和TD-SCDMAHSDPA都采用了AMC、HARQ和基于NodeB調(diào)度三項技術(shù)。與處于不利位置（如小區(qū)邊緣）的用戶相比，AMC使處于有利位置（近基站點）的用戶具有更高的數(shù)據(jù)速率，由此蜂窩平均吞吐量得到提高。同時，在鏈路自適應(yīng)過程中，AMC通過調(diào)整調(diào)制編碼方式而不是調(diào)整發(fā)射功率的方法可以降低干擾水平。但由于AMC取決于CQI的質(zhì)量，因此對測量誤差和延遲比較敏感，此時可以尋求與HARQ的結(jié)合。HARQ功能在MAC層上實現(xiàn)，其實體靠近空中接口，所以HARQ能夠大大降低數(shù)據(jù)的傳輸時延。另外，HARQ采用一個三層虛擬緩沖器來存儲前次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。在一個重傳過程中，重傳的數(shù)據(jù)與緩沖器中的數(shù)據(jù)合并，能夠有效的提高編碼效率。這使重傳過程需要更少的傳輸，提高了系統(tǒng)的平均吞吐量[3]�；�于NodeB的快速調(diào)度使基站控制移動終端的傳輸數(shù)據(jù)速率和傳輸時間�；�站根據(jù)小區(qū)的負載情況、用戶的信道質(zhì)量和所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)狀況來決定移動終端當前可用的最高傳輸速率。

二、WCDMA和TD-SCDMAHSDPA的不同點

1.物理層信令參數(shù)的差異

僅用于FDD模式的信令：信道碼，用來向UE定義接受信息和進行解碼時所需的信道碼；測量反饋率，用來定義用于下行鏈路質(zhì)量測量的反饋率。僅用于TDD模式的信令：HS-PDSCH配置，用來向UE定義它所要接受和解碼的時隙和碼；HS-SCCH循環(huán)序列號（HCSN），在每次HS-SCCH傳輸給目標UE時該參數(shù)值加1。每個UE保持自己特定的計數(shù)器值。UE用該計數(shù)器為閉環(huán)功率控制服務(wù)，衡量HS-SCCH中的BLER[4]。

2.物理信道種類的差異

HSDPA中引入了新的上行物理層控制信道，在WCDMA中為上行高速專用物理控制信道HS-DPCCH，在TD-SCDMA中為上行共享信息信道HS-SICH。HS-DPCCH的作用是承載上行鏈路中必要的控制信令，即ARQ確認（ACK/NACK）和CQI。HS-SICH承載的信令與HS-DPCCH相同。但前者是專用信道，而后者是共享信道。

在WCDMA系統(tǒng)的上行鏈路中，基站通過擾碼來區(qū)分用戶。上行鏈路采用的擾碼序列分為短擾碼和長擾碼，這兩種擾碼族都具有幾百萬個擾碼可供使用，足夠為小區(qū)內(nèi)每個用戶分配不同且唯一的擾碼，方便基站區(qū)分，所以，在上行鏈路方向上不必規(guī)劃碼資源，因此HS-DPCCH更適合設(shè)計為專用信道，這樣可以在不影響以前的系統(tǒng)上簡化終端的設(shè)計。

在TD-SCDMA系統(tǒng)的上行鏈路中，基站通過擴頻碼來區(qū)分用戶。HS-SICH的擴頻因子SF固定為16，這有限的擴頻碼資源，不允許采用類似于WCDMA系統(tǒng)的HSDPA反饋信道HS-DPCCH那樣的設(shè)計——采用專用的物理信道。因此，將HS-SICH設(shè)計為共享的物理信道，使多個用戶同時使用相同的擴頻碼，用戶之間通過正交序列區(qū)分。但這種方法的缺點是增加了HS-SICH設(shè)計的復(fù)雜度，而且由用戶和基站之間的相對運動產(chǎn)生的多普勒頻移，單頻電波受到隨機調(diào)頻，接收到序列的正交性將受到影響。

3.時隙分配的差異

工作在TDD模式下的TD-SCDMA系統(tǒng)在同一載波上進行上、下行鏈路傳輸，上下行的分配是通過時隙調(diào)度來實現(xiàn)的。DwPTS和UpPTS兩時隙間的GP轉(zhuǎn)換點在子幀中的位置是固定不變的，另一個轉(zhuǎn)換點的位置可以在常規(guī)時隙間變化。但系統(tǒng)規(guī)定TSO總是分配給下行鏈路，TS1總是分配給上行鏈路。轉(zhuǎn)換點位置仍有選擇的空間。TD-SCDMA系統(tǒng)這種可動態(tài)分配時隙的無線幀結(jié)構(gòu)，可同時適用于對稱業(yè)務(wù)（圖1）和非對稱業(yè)務(wù)（圖2）。在TD-SCDMA系統(tǒng)上引入HSDPA技術(shù)后，不管對于原來的語音業(yè)務(wù)（對稱業(yè)務(wù)）還是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（非對稱業(yè)務(wù)），頻率資源都可以得到充分的利用[5]。

圖1上、下行時隙的對稱分配

圖2上、下行時隙的不對稱分配

工作在FDD模式下的WCDMA系統(tǒng)，其上、下行數(shù)據(jù)在已經(jīng)分配好的兩個不同的頻段上傳輸，所以不能動態(tài)地根據(jù)上下行的數(shù)據(jù)傳輸量調(diào)整資源的分配，即當進行非對稱業(yè)務(wù)服務(wù)時，信息量較少的那一鏈路方向的剩余頻率資源不能分配給另一鏈路使用，而這些剩余頻率資源處于空閑狀態(tài)，這使得WCDMA系統(tǒng)達不到資源的充分利用，頻譜效率較低。如圖3所示。

圖3WCDMA系統(tǒng)中頻率資源浪費示例

在TD-SCDMA系統(tǒng)上引入具有上、下行鏈路業(yè)務(wù)不對稱特點的HSDPA技術(shù)，由于系統(tǒng)的時分雙工模式，能夠通過靈活的調(diào)整上、下行轉(zhuǎn)換點來動態(tài)的分配時隙，從而充分的利用頻率資源，提高頻譜利用率；而在WCDMA系統(tǒng)上引入HSDPA技術(shù)，由于系統(tǒng)的頻分雙工模式，不能動態(tài)的分配上、下行時隙，造成頻率資源的浪費，使得頻譜利用率較低。我們知道，頻率資源是極為有限的，WCDMA系統(tǒng)這浪費資源的情況是一個很嚴重的弊端，因此，在這一點上，可充分利用頻率資源的TD-SCDMA系統(tǒng)對引入HSDPA技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。

4.技術(shù)上的差異——FCS

WCDMA系統(tǒng)中使用了快速蜂窩選擇（FCS）技術(shù)，而TD-SCDMA系統(tǒng)中則沒有采用，這一差異需要通過兩系統(tǒng)采用的不同切換算法來解釋。

WCDMA系統(tǒng)采用軟切換技術(shù)。軟切換需要同時與多個小區(qū)進行連接，除了服務(wù)小區(qū)，該移動終端（UE）對于其他小區(qū)產(chǎn)生額外干擾，而且耗費了其他小區(qū)的資源。此外，HSDPA提供快速數(shù)據(jù)速率，需要很大的系統(tǒng)的資源。假設(shè)需要的資源為N，若采用軟切換（這里假設(shè)UE同時與M個小區(qū)保持通信），對于系統(tǒng)來說，就要為該UE分配N×M的資源。所以，快速數(shù)據(jù)速率系統(tǒng)不希望進行軟切換。而在HSDPA技術(shù)中，為了更有效地利用基站的發(fā)射功率、減小下行鏈路干擾以及提高整個系統(tǒng)地吞吐量，就需要對小區(qū)進行快速的選擇，因此在下行增強技術(shù)中，通過快速小區(qū)選擇以及硬切換技術(shù)代替了以前的軟切換。

TD-SCDMA系統(tǒng)采用接力切換。接力切換是介于硬切換和軟切換之間的切換技術(shù)。在切換之前，目標基站已經(jīng)獲得移動臺比較精確的位置信息，因此在切換過程中UE先斷開與原基站連接之后，能迅速切換到目標基站。移動臺比較精確的位置信息，主要通過對移動臺比較精確的定位技術(shù)來獲得。接力切換過程如圖4所示。

圖4接力切換過程示意

由于在TD-SCDMA系統(tǒng)中采用的接力切換技術(shù)是信令與業(yè)務(wù)先后轉(zhuǎn)移的過程，雖然在某種程度上與硬切換類似，同樣是在“先斷后連”的情況，但是由于其實現(xiàn)是以精確定位為前提，因而與硬切換相比，UE可以很迅速地切換到目標小區(qū)，降低了切換時延，減少了切換引起的掉話率。由于接力切換技術(shù)采用業(yè)務(wù)“先斷后連”的方式，且能迅速切換到目標小區(qū)，所以它不像軟切換那樣占用其他小區(qū)很多資源并產(chǎn)生干擾。因此，TD-SCDMA系統(tǒng)的HSDPA中不必用FCS技術(shù)來代替接力切換技術(shù)。

5.整體性能的差異

綜合考慮，TD-SCDMAHSDPA具有一些相對優(yōu)勢。首先是頻譜利用效率較高，在上下行時隙配置為1:5時，單載波（1.6MHz帶寬）TD-SCDMAHSDPA的理論峰值速率可以達到2.8 Mbit/s。在10MHz帶寬內(nèi)（WCDMA系統(tǒng)的一個載波帶寬）能夠達到的峰值速率16.8 Mbit/s已經(jīng)大于WCDMA HSDPA相應(yīng)的14.4 Mbit/s。而且如果要在10 MHz的帶寬內(nèi)提供HSDPA，要求上下行的5 MHz帶寬分別都是連續(xù)的。而TD-SCDMA則可以使用6個分離的1.6 MHz載波，在載波資源受限情形下，這無疑是一個極大的優(yōu)勢；此外在R4和HSDPA網(wǎng)絡(luò)共存部署方面，基于窄帶寬載波的TD-SCDMA HSDPA網(wǎng)絡(luò)在資源利用率、組網(wǎng)成本、移動性管理復(fù)雜度和靈活性等方面相較WCDMA HSDPA系統(tǒng)都有優(yōu)勢。但同時WCDMA HSDPA在某些方面也有較TD-SCDMA HSDPA優(yōu)越之處，比如專用信道減小終端設(shè)計復(fù)雜度等。

三、結(jié)語

HSDPA作為移動通信網(wǎng)絡(luò)從3G向B3G過渡的關(guān)鍵階段，其不改變原基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)核心結(jié)構(gòu)及高速下行鏈路速率的特點將助其贏得廣大運營商和用戶的青睞。目前，各大通信企業(yè)都在對HSDPA進行積極的研究，相信HSDPA商用將指日可待。

參考文獻

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