HSDPA相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用前景分析

1、HSDPA技術(shù)背景

　　無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是移動通信當前的熱點和未來的方向，3G的應(yīng)用成為業(yè)界討論的焦點。當前全球已商用的WCDMA系列R99和R4版本雖然可以勝過CDMA2000 1X，但還是無法同CDMA 2000 1X EV-DO RA在技術(shù)上展開競爭。為更好地發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，3GPP在R5版本對WCDMA空中接口做了改進，引入了HSDPA技術(shù)。3GPP R5版本已于2002年3月凍結(jié)。HSDPA為UMTS向更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更大容量演進提供了一條平穩(wěn)途徑，就如同在GPRS中引入EDGE一樣。HSDPA技術(shù)主要目標是為UMTS提供一種高性價比，高下行帶寬，低延時的面向分組的無線寬帶接入業(yè)務(wù)，可以為手機、PDA和其它移動終端提供高速下載業(yè)務(wù)和移動視頻點播、移動電視等流媒體業(yè)務(wù)。

　　從3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進路線(參見圖1)看出，在3G第一輪的標準做完之后，速率更高的增強型技術(shù)成為未來的研究熱點，近期我國會推出基于HSDPA的TD-SCDMA增強型技術(shù)標準。為了能夠與WiMAX競爭，2004年3GPP提出了長期演進LTE(Long Term Evolution)計劃，3GPP2提出了AIE(Air Interface Evolution)計劃，LTE和AIE計劃預(yù)計在2007年主體標準穩(wěn)定。我國在2005年向3GPP提交了兩個TD-SCDMA長期演進方案，均被接受為評估方案，奠定了我國在移動通信后續(xù)發(fā)展中的國際影響力和保持持續(xù)競爭的優(yōu)勢。


圖1　3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進路線

2、HSDPA技術(shù)簡介和演進

　　3GPP中確定了HSDPA發(fā)展的三個階段，即基本HSDPA階段、增強HSDPA階段以及HSDPA進一步演進階段和每階段采用的關(guān)鍵技術(shù)，其中HSDPA進一步演進階段目前還未最終確定，仍在3GPP內(nèi)進行研究，見表1。

表1　HSDPA演進的三階段及相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)簡表
[table]

HSDPA演進的三階段	引入版本	引入的關(guān)鍵技術(shù)	下行峰值速率可達(Mbit/s)
基本型HSDPA	WCDMA R5	Node B的高速媒體訪問控制協(xié)議(MAC-hs)和AMC	10.8-14.4
增強型HSDPA	WCDMA R6	智能天線和MIMO等	30
HSDPA進一步演進	制定中	OFDM和64QAM；多標準MAC控制實體	100

[/table]

　　在基本型HSDPA技術(shù)方案中，HSDPA參考cdma2000 1X EV-DO體制，充分考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特點，涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要包括4種：自適應(yīng)編碼調(diào)制AMC、混合重傳H-ARQ(Hybrid ARQ)、先進分組調(diào)度PS(Packet Scheduling) 和快速小區(qū)選擇FCS。

　　GPRS的演進型EDGE技術(shù)在數(shù)據(jù)發(fā)送和重發(fā)機制上采用了鏈路適配LA和增量冗余IR功能，提高了鏈路質(zhì)量。HSDPA采用的AMC和H-ARQ技術(shù)與EDGE采用的LA和IR在基本原理和思路上是一樣的，AMC和H-ARQ也屬于鏈路自適應(yīng)的范疇。AMC的基本原理是基于信道質(zhì)量的信息反饋來改變調(diào)制和編碼的格式并使它在系統(tǒng)限制范圍內(nèi)和信道條件相適應(yīng)。H-ARQ結(jié)合了前項糾錯FEC和接收端ARQ，基站在收到終端的重傳請求時，根據(jù)錯誤情況以及終端的存儲空間，控制重傳編碼數(shù)據(jù)的信息冗余度，以提高接收成功率。AMC提供粗略的數(shù)據(jù)速率選擇而H-ARQ可以根據(jù)當時信道條件對數(shù)據(jù)速率進行較精細的調(diào)整，AMC和H-ARQ二者結(jié)合起來可以得到極佳的效果�？焖僬{(diào)度技術(shù)追求的是系統(tǒng)級的最優(yōu)，該機制使得系統(tǒng)可以根據(jù)所有用戶的情況決定哪個用戶可以使用信道，以何種速率使用信道，最大限度地提高信道利用率。HSDPA使用快速小區(qū)選擇技術(shù)FCS可以在越區(qū)切換時由UE選擇一個最好的小區(qū)用于下行鏈路，而不是采用基站控制的方式，最好小區(qū)原則的確定不僅要基于無線信號傳播的條件，還要考慮在激活集(active set)中小區(qū)的功率和碼字空間的資源。

　　HSDPA采用的自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC，快速物理層重傳策略H-ARQ、先進集中調(diào)度PS代替了WCDMA采用的可變擴頻因子SF和快速功率控制兩個主要的基本機制，同時增強了多碼操作(Multi_code Operation)。HSDPA沒有相應(yīng)的功控開銷，也沒有軟切換機制。分組調(diào)度傳輸時間間隔TTI(Transmission Time Interval)從WCDMA的1Oms或20ms變?yōu)镠SDPA固定的2ms，大大減少了時延。

　　HSDPA是對WCDMA R99結(jié)構(gòu)的增強，在R5中引入HSDPA技術(shù)后，UTRAN部分的結(jié)構(gòu)基本不變，在NodeB通過增加板卡，在MAC層新增媒體接入控制實體MAC-hs功能塊，將調(diào)度功能從基站控制器RNC移到NodeB，MAC-hs位于NodeB而不位于RNC，其作用主要是負責(zé)處理H-ARQ操作以及快速調(diào)度算法。HSDPA功能主要對NodeB修改比較大，對RNC主要是軟件升級，對硬件影響很小。NodeB在物理層新增了三種新的物理信道：15個高速物理下行共享信道HS-PDSCH(High Speed Physical Downlink Shared Channel)、1個高速共享控制信道HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel)和1組高速專用物理控制信道HS-DPCCH(High Speed Dedicated Physical Control Channel)。其中HS-PDSCH信道是下行鏈路，負責(zé)傳輸用戶數(shù)據(jù)，信道共享方式主要是時分復(fù)用TDM和碼分復(fù)用CDM；HS-SCCH信道是下行鏈路，負責(zé)傳輸HS-PDSCH信道譯碼所必需的控制信息；HS-DPCCH信道是上行鏈路，負責(zé)傳輸必要的控制信息，主要是對H-ARQ的響應(yīng)以及下行鏈路品質(zhì)的反饋信息。

　　在3GPP R6中引入的HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)將解決上行鏈路分組化問題，提高上行速率，進一步引入自適應(yīng)波束成形和MIMO等天線陣處理技術(shù)，可將下行峰值速率提高到30Mbit/s。目前，3GPP組織對OFDM、MIMO與高階調(diào)制等技術(shù)在做進一步的研究，以期使HSDPA的后續(xù)發(fā)展獲得更高的系統(tǒng)容量和頻率利用率。

3、HSDPA發(fā)展思路和在我國的應(yīng)用前景分析

　　對運營商來說，引進HSDPA將提高WCDMA網(wǎng)絡(luò)承載數(shù)據(jù)服務(wù)的容量，增強頻譜效率，提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的有效性，從而降低每比特的成本，也就降低了運營商普遍關(guān)注的CAPEX和OPEX費用。對普通用戶來說，HSDPA可以提供更高的數(shù)據(jù)率和更短的服務(wù)反應(yīng)時間，從而獲得更可靠的服務(wù)質(zhì)量。由于HSDPA的后向兼容性，運營商可以在WCDMA網(wǎng)絡(luò)上直接引入HSDPA。為了節(jié)省3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期的投資，HSDPA將與WCDMA共用一個載頻，后期隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增加在熱點地區(qū)引入HSDPA獨立載頻。HSDPA是在3GPP R5版本中引入的無線數(shù)據(jù)增強技術(shù)，而R4是在核心網(wǎng)絡(luò)部分引入軟交換的概念，實現(xiàn)了控制平面和用戶平面的分離，兩者都是3G標準規(guī)范中的前沿技術(shù)。在3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，選擇R4和HSDPA組網(wǎng)，可以保持網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的高起點和先進性，實現(xiàn)3G市場的主導(dǎo)業(yè)務(wù)優(yōu)勢。HSDPA網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備目前還基本處于測試和試商用階段，技術(shù)的不成熟和版本的不穩(wěn)定仍是實現(xiàn)商用的障礙，同時市場的成熟度和業(yè)務(wù)需求的規(guī)模也是HSDPA商用要考慮的問題。

　　我國移動通信市場長期以來存在G網(wǎng)與C網(wǎng)之間的競爭。中國聯(lián)通將C網(wǎng)升級到CDMA2000 1X完成后，充分利用CDMA2000 1X網(wǎng)絡(luò)的速度優(yōu)勢，進行市場影響、拓展和滲透，特別是在高端市場，中國聯(lián)通對中國移動產(chǎn)生了強大的沖擊，其在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上擁有了比中國移動更大的競爭優(yōu)勢。中國移動一直致力于打造一流的精品網(wǎng)絡(luò)，但由于3G牌照的延期，為了盡快扭轉(zhuǎn)這種不利的競爭局面，中國移動在南方少部分地區(qū)部署了EDGE網(wǎng)絡(luò)，未來HSDPA的部署將是中國移動保持業(yè)務(wù)領(lǐng)先的正確選擇。HSDPA和GPRS/EDGE在技術(shù)和覆蓋上互為補充，可以使G網(wǎng)的競爭優(yōu)勢得到鞏固。我國3G牌照晚發(fā)，躲過了3G初期的泡沫，也為等待HSDPA的技術(shù)成熟和商用化進程贏得了寶貴的時間和機會。

　　我國采取謹慎穩(wěn)妥的態(tài)度來發(fā)展3G，強調(diào)技術(shù)的成熟性和市場的需要性。技術(shù)建立在市場基礎(chǔ)上，市場建立在產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)上，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)建立在普通用戶的大量使用上。從全國范圍來看，無論是GRPS用戶，還是CDMA 1X用戶，相對來說數(shù)量都十分有限，說明目前我國3G的市場需求不足，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)尚處于市場培養(yǎng)階段，HSDPA的市場條件還不成熟，業(yè)務(wù)需求有限。在3G時代，以提升流媒體性能為出發(fā)點的HSDPA要把技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為市場需求還面臨很大挑戰(zhàn)。

　　寬帶化和多媒體化是移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展方向。如果起步晚，起點可以高一些，HSDPA的出現(xiàn)是我國高起點建設(shè)3G的一個機會。由于HSDPA技術(shù)的優(yōu)越性和較高的性價比，業(yè)界仍然對HSDPA的發(fā)展持樂觀態(tài)度。隨著HSDPA技術(shù)的成熟和終端瓶頸的解決，其良好的應(yīng)用前景和平滑的演進能力會日益顯現(xiàn)。

　　縱觀中國3G市場發(fā)展的進度，2006年將會是中國3G部署的最早時間表，此時成熟的HSDPA技術(shù)和移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將在3G市場中扮演著核心角色，部署HSDPA技術(shù)的運營商會擁有在移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場的差異化競爭優(yōu)勢，從而提高整體市場占有率和盈利能力。經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)是目前移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場競爭最激烈的區(qū)域和未來3G發(fā)展最初的用戶來源地。采用WCDMA制式的我國3G運營商建設(shè)初期可以采取總體規(guī)劃，分布實施的思路，在業(yè)務(wù)需求大的沿海發(fā)達地區(qū)和內(nèi)地城市人口密集的地區(qū)考慮HSDPA的鋪設(shè)，占據(jù)贏得3G市場的先機，重新培養(yǎng)用戶的消費意識、行為和特性，而后根據(jù)3G業(yè)務(wù)開展情況分階段在我國發(fā)達郊區(qū)和農(nóng)村利用WCDMA提供相應(yīng)的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，逐步實現(xiàn)先進移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的整體演進升級。

4、小結(jié)

　　本文介紹了HSDPA的提出背景和采用的關(guān)鍵技術(shù)以及未來演進的方向，并結(jié)合我國市場實際對HSDPA的商用前景進行了分析展望。3G及未來E3G/B3G技術(shù)在不同國家的商用發(fā)展策略都是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其相關(guān)因素非常多。我國會繼續(xù)受益于發(fā)展3G的現(xiàn)有思路和政策，在技術(shù)和市場成熟時，結(jié)合我國國情進行科學(xué)的3G戰(zhàn)略規(guī)劃，營造規(guī)范有效的3G市場競爭格局。