TD-SCDMA HSDPA向多載波演進(jìn)

　　【導(dǎo)讀】TD-SCDMA HSDPA中引入的傳輸信道為HS-DSCH，用于承載各用戶高層數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)的物理信道為HS-PDSCH，為了實(shí)現(xiàn)快速調(diào)度，引入了兩個(gè)共享控制信道HS-SCCH和HS-SICH，用于基站和UE控制信息的交互。

　　　　　
　　為了滿足用戶日益增長的對(duì)高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，也為了能夠更好地與其他無線技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持相競爭，3GPP在Rel5引入了HSDPA技術(shù)。HSDPA通過采用AMC和HARQ技術(shù)，引入高階調(diào)制(16QAM)，在基站側(cè)增加了一個(gè)MAC-hs實(shí)體，用于數(shù)據(jù)的快速調(diào)度，可獲得較Rel4更高的用戶峰值速率和小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐率。

　　目前對(duì)于TD-SCDMA，單載波(占用1.6MHz頻譜)HSDPA采用的上下行時(shí)隙比例為1∶5時(shí)，理論峰值速率可達(dá)到2.8Mbps。為進(jìn)一步提升TD-SCDMA系統(tǒng)支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力，增強(qiáng)TD-SCDMA競爭優(yōu)勢，將HSDPA與多載波相結(jié)合(即多載波HSDPA技術(shù))，通過多載波技術(shù)和高階調(diào)制可以顯著提高HSDPA的峰值傳輸速率和頻譜利用率。例如，當(dāng)采用16QAM調(diào)制時(shí)，TD-SCDMA系統(tǒng)三載波理論峰值速率可達(dá)8.4Mbps。更進(jìn)一步的，在多載波HSDPA技術(shù)方案中，輔載波上TS0也可用于傳輸數(shù)據(jù)，峰值傳輸速率將得到進(jìn)一步提高。量化的分析表明，若使用輔載波TS0傳輸數(shù)據(jù)，則三載波(共占用5MHz頻譜)HSDPA可提供的峰值速率將高達(dá)10Mbps。

　　多載波HSDPA實(shí)現(xiàn)方案

　　TD-SCDMA HSDPA中引入的傳輸信道為HS-DSCH，用于承載各用戶高層數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)的物理信道為HS-PDSCH，為了實(shí)現(xiàn)快速調(diào)度，引入了兩個(gè)共享控制信道HS-SCCH和HS-SICH，用于基站和UE控制信息的交互。

　　在引入多載波概念后，同一UE的HS-DSCH數(shù)據(jù)由MAC-hs分配到各個(gè)載波，即意味著一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)可以同時(shí)在多個(gè)載波上傳輸，所使用的物理資源包括載波、時(shí)隙和碼道，由MAC-hs統(tǒng)一調(diào)度和分配。

　　當(dāng)一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)在多個(gè)載波上同時(shí)傳輸時(shí)，由MAC-hs對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分流，即將數(shù)據(jù)流分配到不同的載波，各載波獨(dú)立進(jìn)行編碼映射、調(diào)制發(fā)送，對(duì)于UE，則需要有同時(shí)接收多個(gè)載波數(shù)據(jù)的能力，各個(gè)載波獨(dú)立進(jìn)行譯碼處理后，由MAC-hs進(jìn)行合并。對(duì)于UE來說，每個(gè)載波都有一組HS-SCCH/HS-SICH用于控制信息的交互。

　　沿用單載波技術(shù)

　　TD-SCDMA單載波HSDPA所采用的關(guān)鍵技術(shù)將延用到多載波HSDPA技術(shù)方案中。這些關(guān)鍵技術(shù)包括AMC(多種編碼率與QPSK、16QAM相結(jié)合)和HARQ。

　　和功率控制一樣，AMC也是一種鏈路自適應(yīng)技術(shù)，通過采用了更多的編碼率和多種調(diào)制方式(QPSK、16QAM)，根據(jù)鏈路質(zhì)量自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼方式，以補(bǔ)償由于信道變化對(duì)接收信號(hào)所造成的衰落影響，從而提高信號(hào)的信噪比性能。

　　HSDPA中AMC技術(shù)主要應(yīng)用于HS-DSCH信道，AMC與HARQ相結(jié)合，對(duì)處于有利位置的用戶可以得到更高的數(shù)據(jù)速率，提高了小區(qū)平均吞吐量。

　　另外，通過自適應(yīng)地改變編碼調(diào)制方案來代替改變發(fā)射功率，充分地利用了基站的發(fā)射功率，這樣做的結(jié)果是：在信道條件好時(shí)充分利用系統(tǒng)資源提高傳輸速率，而在信道條件差時(shí)又不提高功率，因而不會(huì)增加對(duì)其他用戶和小區(qū)的干擾。

　　HARQ即ARQ和FEC混合使用，目前HSDPA中FEC仍采用1/3的Turbo碼。在HSDPA中，HARQ技術(shù)需要與AMC結(jié)合使用，其主要作用是補(bǔ)償AMC選擇的傳輸格式不恰當(dāng)帶來的誤碼。AMC的機(jī)制提供了大動(dòng)態(tài)范圍的粗略的、慢速的自適應(yīng)控制，而HARQ的機(jī)制則提供了小動(dòng)態(tài)范圍的精確的、快速的自適應(yīng)控制。

　　為了提高信道利用率，HSDPA的HARQ重傳機(jī)制采用N通道停等HARQ(N-channel-SAW-HARQ，N-SAWARQ)方式，即在一個(gè)傳輸物理信道上同時(shí)并列進(jìn)行N個(gè)HARQ進(jìn)程(N的個(gè)數(shù)最大為8)，當(dāng)下行鏈路一個(gè)HARQ進(jìn)程發(fā)送完數(shù)據(jù)包等待反饋消息的時(shí)候，啟動(dòng)另外一個(gè)HARQ進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)包。也就是說，當(dāng)下行鏈路傳送一個(gè)HARQ進(jìn)程的數(shù)據(jù)包的時(shí)候，上行鏈路傳輸?shù)氖瞧渌鸋ARQ進(jìn)程的反饋信息。這樣，系統(tǒng)資源可以被充分利用，但要求接收端能存儲(chǔ)N個(gè)傳輸塊的信息。目前HSDPA中采用HARQ技術(shù)包括Type II HARQ和Type III HARQ兩種方案，在引入多載波后，HARQ方案未受影響。

　　多載波HSDPA后續(xù)增強(qiáng)

　　多載波HSDPA技術(shù)是在保持了與現(xiàn)有TD-SCDMA系統(tǒng)后向最大兼容性的情況下，有效解決大容量高速傳輸?shù)囊环N可行方法。在本文的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，通過其他先進(jìn)方法的引入，可以進(jìn)一步挖掘多載波HSDPA的技術(shù)潛力。目前主要考慮兩種成熟的技術(shù)，即更高階次的調(diào)制模式和更高效的調(diào)度算法。

　　在合適的環(huán)境下，將來可以考慮采用64QAM高階調(diào)制，64QAM調(diào)制方式理論上可以比目前的16QAM調(diào)制提高性能1.5倍，從而使得單載波峰值速率可達(dá)4.2Mbps，3載波時(shí)峰值速率可達(dá)12.6Mbps。從仿真結(jié)果來看，如果在HSDPA中采用64QAM，需要信噪比要求在25dB以上才能獲得明顯的性能增益。因此，64QAM調(diào)制主要應(yīng)用于信道條件好，移動(dòng)速度慢或靜止的狀態(tài)。

　　另外，優(yōu)秀的調(diào)度算法也會(huì)提升多載波HSDPA技術(shù)的優(yōu)勢，目前，較多采用的調(diào)度算法有最大C/I、輪訓(xùn)調(diào)度、正比公平調(diào)度。快速調(diào)度算法的研究正進(jìn)一步深入，有許多能夠兼顧吞吐量最大化和公平性的算法被提出，如對(duì)正比公平算法改進(jìn)后的反饋受控調(diào)度算法、速率受限的最大C/I算法等。一個(gè)優(yōu)秀的調(diào)度算法既要保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量達(dá)到一個(gè)較理想的值，又要考慮到用戶公平性的制約。系統(tǒng)的吞吐量越大，運(yùn)營商的效益比就越高，但如果一些用戶長時(shí)間得不到服務(wù)，必然會(huì)影響到用戶的滿意程度。優(yōu)秀的調(diào)度算法需要考慮不同用戶所傳輸業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)別，優(yōu)先級(jí)高的業(yè)務(wù)應(yīng)該被優(yōu)先傳輸，對(duì)時(shí)延要求不高的業(yè)務(wù)可以適當(dāng)降低傳輸級(jí)別。調(diào)度算法必須與HSDPA信道特點(diǎn)相結(jié)合，充分地利用HSDPA的傳輸特性，最大化地優(yōu)化HSDPA的性能。

　　TD-SCDMA的HSDPA技術(shù)方案得到了業(yè)界主要設(shè)備廠商與運(yùn)營商的廣泛肯定，目前單載波HSDPA標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在3GPP和CCSA中完成，而多載波HSDPA技術(shù)方案的標(biāo)準(zhǔn)化工作也正在穩(wěn)步推進(jìn)中，TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟眾多成員單位也正加緊開展該技術(shù)在系統(tǒng)與終端設(shè)備上的研發(fā)工作。TD-SCDMA的HSDPA技術(shù)無疑將力助國內(nèi)外運(yùn)營商建設(shè)富有競爭力的3G網(wǎng)絡(luò)。


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