TD-SCDMA與WCDMA在HSDPA技術(shù)上的比較分析

HSDPA在今年得到了迅猛的發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)截至2006年7月，全球已有34個(gè)HSDPA網(wǎng)絡(luò)投入運(yùn)營，而目前全世界計(jì)劃部署、正在部署或已經(jīng)商業(yè)部署的HSDPA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量達(dá)到108個(gè)，預(yù)計(jì)到2011年，HSDPA將占領(lǐng)全球3.5G移動(dòng)寬帶市場的主體，市場份額大約有65%，可以說HSDPA已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模商用階段，產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)钦�體興奮的。在我們國內(nèi)，對(duì)HSDPA也是寄予厚望，畢竟我們?cè)?G布局上已經(jīng)落后于日、韓、歐美等發(fā)達(dá)國家，所以需要依靠采用HSDPA技術(shù)獲得一個(gè)后發(fā)優(yōu)勢。另外隨著我國TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也不可避免的會(huì)演進(jìn)到TD-HSDPA技術(shù)上來，那么HSDPA技術(shù)在TD-SCDMA與WCDMA兩種制式上有什么異同點(diǎn)就是一個(gè)值得研究的問題，本文從技術(shù)角度就關(guān)鍵技術(shù)和性能、物理層、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等方面對(duì)此進(jìn)行了探討。為敘述方便，在兩種制式上的HSDPA技術(shù)我們分別稱之為TD-HSDPA和W-HSDPA。

首先，從本質(zhì)上說HSDPA是一些無線增強(qiáng)技術(shù)的集合，利用HSDPA技術(shù)可以在3G現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上使下行數(shù)據(jù)峰值速率有很大的提高。HSPDA是3GPPRelease5RAN的一個(gè)重要特性，與R4版本TD-SCDMA、WCDMA系統(tǒng)相比較引入HSDPA 技術(shù)主要是通過修改空中接口來增強(qiáng)系統(tǒng)性能，主要操作在UE、NodeB的物理層和MAC層，而RLC（無線鏈路控制）和PDCP（分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）不做任何改動(dòng)。無論是在UE側(cè)還是在NodeB側(cè)MAC層主要是增加了MAC-hs實(shí)體，相關(guān)HS-DSCH的MAC層操作都在這里完成，除了包括流控和優(yōu)先級(jí)處理功能外，還需要完成HARQ 協(xié)議的相關(guān)操作，包括調(diào)度、重傳、重排等。另外RRC和NBAP協(xié)議需要提供相應(yīng)流程支持�；�本原理都是通過引入高速下行共享信道HS-DSCH增強(qiáng)空中接口，并在UTRAN中增加相應(yīng)的功能實(shí)體來實(shí)現(xiàn)。從底層來看主要通過引入自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）、混和自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）等鏈路自適應(yīng)技術(shù)以及快速調(diào)度、MAC-hs協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐量，降低時(shí)延和提高峰值速率。

總之，HSDPA技術(shù)可以同時(shí)適用于WCDMA和TD-SCDMA兩種不同制式，在這兩種不同制式中其實(shí)現(xiàn)方式十分相似，基本原理和關(guān)鍵技術(shù)都是大體相同的。不同之處主要表現(xiàn)在以下方面：

1. 幀結(jié)構(gòu)不同

由于WCDMA和TD-SCDMA兩種制式本身幀結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致W-HSDPA和TD-HSDPA幀結(jié)構(gòu)的不同，W-HSDPA子幀是2ms，相當(dāng)于3個(gè)目前定義的W-CDMA 時(shí)隙，而TD-HSDPA子幀是5ms，有7個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙。W-HSDPA較短的幀允許用戶在較短持續(xù)時(shí)間內(nèi)把數(shù)據(jù)傳送分配至一個(gè)或多個(gè)物理信道，從而使網(wǎng)絡(luò)能在時(shí)域和碼域重新調(diào)整它的資源分配。

2. 信道結(jié)構(gòu)的異同

HSDPA引入的專用傳輸信道是HS-DSCH，它是高速下行共享信道，下行鏈路方向，負(fù)責(zé)承載用戶高速業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，W-HSDPA和TD-HSDPA都有此信道。對(duì)于W-HSDPA，信道共享方式為時(shí)分復(fù)用+碼分復(fù)用，擴(kuò)頻因子為16（最多映射15條物理信道）。對(duì)于TD-HSDPA，擴(kuò)頻因子為1。

HSDPA引入的物理信道有3類，TD-HSDPA物理層引入HS-PDSCH，HS-SCCH和HS-SICH三個(gè)信道，W-HSDPA物理層引入HS-PDSCH，HS-SCCH和HS-DPCCH三個(gè)信道，分別來說有：

Ø高速物理下行共享信道，下行鏈路方向，承載凈荷數(shù)據(jù)。W-HSDPA和TD-HSDPA都是HS-PDSCH信道

Ø 高速下行鏈路共享控制信道，下行鏈路方向，承載相關(guān)UE標(biāo)識(shí)和TFRI（傳輸格式資源組合），HARQ等相關(guān)信息。W-HSDPA和TD-HSDPA都是HS-SCCH信道，但擴(kuò)頻因子分別為128和16，調(diào)制方式都是QPSK。

Ø高速物理控制信道，上行鏈路方向，承載HARQ確認(rèn)(ACK)和信道質(zhì)量指示符(CQI)信息。W-HSDPA中是HS-DPCCH信道，是一個(gè)專用信道，擴(kuò)頻因子是256。TD-HSDPA中對(duì)應(yīng)的是HS-SICH，是一個(gè)共享信息信道，擴(kuò)頻因子是16。

3. 物理過程的異同

整體而言HSDPA對(duì)于TD-SCDMA、WCDMA兩種制式的物理過程基本類似。

4. 頻譜效率的比較

W-HSDPA單載波（10MHz帶寬上）支持的理論峰值吞吐量為14.4Mbps。對(duì)于TD-HSDPA，在上下行時(shí)隙配置為1：5時(shí)，單載波(1.6MHz帶寬)TD-HSDPA的理論峰值速率可以達(dá)到2.8Mbps。在10MHz帶寬內(nèi)（即6個(gè)載波）能夠達(dá)到的峰值速率為16.8Mbps，已經(jīng)大于W-HSDPA相應(yīng)的14.4Mbps。而在多載波TD-HSDPA系統(tǒng)中，若考慮將輔載波上物理幀結(jié)構(gòu)中常規(guī)時(shí)隙TS0也利用起來承載數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)的絕對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率將達(dá)到((N-1)X3.3+2.8)Mbps(N為載波個(gè)數(shù))，此時(shí)對(duì)應(yīng)10MHz帶寬多載波TD-HSDPA來說峰值吞吐量為19.3Mbps，系統(tǒng)的頻譜利用效率較W-HSDPA系統(tǒng)將更有優(yōu)勢；再者對(duì)于WCDMA，如果要在10MHz的帶寬內(nèi)提供HSDPA，要求上下行的5MHz帶寬分別都是連續(xù)的。而TD-HSDPA則可以使用6個(gè)分離的1.6MHz載波，在載波資源受限情形下，這無疑也是一個(gè)較大的優(yōu)勢。

5. 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的比較

W-HSDPA組網(wǎng)方案

對(duì)于WCDMAR4網(wǎng)絡(luò)，引入HSDPA時(shí)需要考慮是采用連續(xù)覆蓋還是熱點(diǎn)覆蓋，是單獨(dú)使用載波還是與R4共享載波。連續(xù)覆蓋可以提高用戶的滿意度，但成本較高，另外考慮初期用戶可能是采用筆記本電腦用HSDPA高速接入的方式會(huì)比較多，對(duì)移動(dòng)性要求不高，所以網(wǎng)絡(luò)部署初期可以是熱點(diǎn)覆蓋。隨著高速數(shù)據(jù)用戶的增加以及引入HSDPA的智能手機(jī)的普及，可以發(fā)展連續(xù)覆蓋。分別使用不同載波優(yōu)點(diǎn)是HSDPA和R4可同時(shí)獲得最高的容量。缺點(diǎn)是相比共享載波方式，網(wǎng)絡(luò)部署成本較高。

共享載波

優(yōu)點(diǎn)是，可以以低成本進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，無需增加新的頻率和系統(tǒng)硬件，相比R4有更好的性能表現(xiàn)，更高的系統(tǒng)吞吐量。缺點(diǎn)是相比單獨(dú)載波方式，頻率利用率較低。為實(shí)現(xiàn)HSDPA的最大傳輸速率,需消耗近乎所有的信道碼資源。為支持一個(gè)載波下HSDPA+R4方式的運(yùn)營，必須為R4的業(yè)務(wù)預(yù)留一些信道碼資源,這也意味著 HSDPA可獲得的碼資源減少，導(dǎo)致HSDPA 的吞吐量和容量在碼資源上受限。還需注意的是HSDPA對(duì)下行功率使用的突發(fā)特性會(huì)對(duì)R4業(yè)務(wù)造成影響，在功率資源的分配上應(yīng)給R4業(yè)務(wù)保留適當(dāng)?shù)挠嗔恳詼p輕這種影響，但這又會(huì)影響HSDPA吞吐量�？傊�，需要在二者間進(jìn)行功率資源和碼資源的權(quán)衡。

TD-HSDPA組網(wǎng)方案

針對(duì)TD-SCDMA的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期可能有兩種方案，分別是：HSDPA與TD-SCDMA共小區(qū)直接建網(wǎng)，以及HSDPA與TD-SCDMA使用不同的小區(qū)分層建網(wǎng)。

共小區(qū)組網(wǎng)

HSDPA與TD-SCDMA共小區(qū)，包括異載頻和共載頻等形式。兩者共同使用基站功率、載頻、時(shí)隙和信道化碼等資源，在系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度下發(fā)揮各自優(yōu)勢。

采用同頻組網(wǎng)方案，需要平衡TD-SCDMA傳統(tǒng)承載業(yè)務(wù)(主要指CS業(yè)務(wù))和HSDPA高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)無線資源的使用。在建網(wǎng)初期，預(yù)測CS業(yè)務(wù)和HSDPA的業(yè)務(wù)量分別約為70%和30%，則在無線資源的分配上也大致按此比例。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段容量的預(yù)測，TD-SCDMA小區(qū)采用3載波可以滿足城區(qū)的容量需求(CS話音+PS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))，這樣根據(jù)上述無線資源的分配比例并結(jié)合TD-SCDMA載波特點(diǎn)，可以有幾種無線資源的分配方案。

(1)采用上下行對(duì)稱的承載方式

(2)采用上下行非對(duì)稱的承載方式

異小區(qū)組網(wǎng)

HSDPA采用與TD-SCDMA不同的小區(qū)進(jìn)行組網(wǎng)，組成另外一層網(wǎng)絡(luò)。TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)承載CS業(yè)務(wù)和低速R4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，HSDPA網(wǎng)集中提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過切換實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)間業(yè)務(wù)承載能力的互補(bǔ)。

總而言之，由于HSDPA技術(shù)并不針對(duì)具體的空中接口技術(shù)，因此對(duì)于TD-SCDMA和WCDMA其基本原理和關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)現(xiàn)方案和思路都基本相同。由于空中接口技術(shù)的不同，導(dǎo)致TD-HSDPA和W-HSDPA在具體的時(shí)隙格式與擴(kuò)頻因子、信道結(jié)構(gòu)等方面有不同，導(dǎo)致峰值速率和頻譜利用率也不同。當(dāng)然TD-HSDPA由于具有特有的上行同步、動(dòng)態(tài)信道分配等特點(diǎn)，使TD-HSDPA能更好地支持非對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

烽火移動(dòng)已經(jīng)推出了成熟的WCDMAHSDPA商用網(wǎng)絡(luò)解決方案和產(chǎn)品，TD-HSDPA的解決方案和產(chǎn)品也即將面世。在目前HSDPA的發(fā)展正如火如荼之時(shí)，烽火移動(dòng)希望以業(yè)界領(lǐng)先的技術(shù)和豐富經(jīng)驗(yàn)貢獻(xiàn)自己的一份力量，推動(dòng)HSDPA的發(fā)展。