hsdpa中的关键技术及特性分析(1)

HSDPAHSDPA 中的关键技术及特性分析中的关键技术及特性分析(1)(1) 目前,移动通信领域中存在各种无线接入技术与标准,3GPP 协议的 R99 版本和 R4 版本可以提供最高 2Mbps 的数据传输 速率,3GPP2 协议的 EV-DO 版本则可以提供最大的数据传输 速率,WiMAX 技术则将提高数据传输速率到 30Mbps。因此为 了使 WCDMA 可以与其他技术相抗衡,WCDMA 引入了 HSDPA 技 术,使之可以支持高达的下行峰值速率。HSDPA 可以作为 WCDMA 网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种重 要技术。本文主要讨论 HSDPA 技术特征与性能,同时与 WiMAX 无线接入技术进行了一定的比较,从而期望获得对 HSDPA 更清晰的认识。 HSDPA 协议栈结构 3GPP 中对于 HSDPA 协议规范的描述主要在、和中,下图给出 了 HSDPA 无线接口协议结构。从图中可以看出,NodeB 中新 增加了 MAC 层的功能,增加了 MAC-hs 功能模块,MAC-hs 主要 完成 HARQ 功能、调度和优先级处理。RNC 继续保留原有的 R99/R4 的功能,包括 RLC 层的重传控制,而 HARQ 的重传机制 在物理层和 MAC 层中实现。 HSDPA 中的关键技术 众所周知,WCDMA 中采用了可变 SF 技术和功率控制技术来克 服 CDMA 的远近效应,但是 HSDPA 没有采用 R99 版本中的链 路自适应技术,而采用了自适应调节速度更快的自适应编码 调制技术、混合自动重传和快速资源调度算法,这主要是为 了达到高速下行分组数据速率和减少时延的目的。 540)=540“space=“0“ 1.自适应编码调制 AMC 是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式,网络 侧根据用户瞬时信道质量状况和目前无线资源,选择最合适 的下行链路调制和编码方式,使用户达到尽量高的数据吞吐 率。当用户处于有利的通信地点时,用户数据发送可以采用 高阶调制和高速率的信道编码方式,例如:16QAM 和 3/4 编码 速率,从而得到高的峰值速率;而当用户处于不利的通信地 点时,网络侧则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案,例 如:QPSK 和 1/4 编码速率,来保证通信质量。 技术 HARQ 是 HSDPA 系统中采用的又一种新技术,它可以提高系统 性能,并可灵活地调整有效编码速率,还可以补偿由于采用 链路适配所带来的误码。HSDPA 将 AMC 和 HARQ 技术结合起 来可以达到更好的链路自适应效果。HSDPA 先通过 AMC 提供 粗略的数据速率选择方案,然后再使用 HARQ 技术来提供精 确的速率调节,从而提高自适应调节的精度和提高资源利用 率。HARQ 机制本身的定义是将 FEC 和 ARQ 结合起来的一种 差错控制方案,HARQ 机制的形式很多,而 HSDPA 技术中主要 是采用三种递增冗余的 HARQ 机制:TYPE-IHARQ,TYPE- IIHARQ,TYPE-IIIHARQ。其中: TYPE-IHARQ:主要采用了 chase 合并算法,这种算法是 chase 博士在 1985 年提出,发送方每次都发送整个完整的编码码 字,接收端将每次收到的数据包与之前收到的所有数据包进 行 chase 合并,组合成一个具有更强纠错能力的码字,从而 达到递增冗余的目的。 TYPE-IIHARQ:又称为完全递增冗余机制,这种机制在 1988 年被首次提出,系统信息经过编码后,将编码比特按照一定 的周期穿孔,根据码率兼容原则分批发送给接收端,接收端 每次都进行码组合,将之前接收的所有比特组合形成更低码 率的码字,从而达到递增冗余的目的。 TYPE-IIIHARQ:又称为部分递增冗余机制,这种方案与 TYPE- II 的主要区别在于,发送端每次发送的码字都是可以独立译 码的码字,重传包不但包含与之前帧不同的冗余比特,还包 含所有的系统比特。接收机每次也同样进行码组合,由于重 传包中含有增加的冗余比特,同时系统比特每次都进行了优 化选择,从而达到了递增冗余的目的。 540)=540“space=“0“ HSDPA 中采用的重传协议为 stop-and-wait 协议,这种机制 简单可靠,同时降低了对于接收机的缓存空间的要求,但是 信道利用效率较低,为了避免这种不利,HSDPA 采用了 NchannelSAW 协议,这种方案是发送端在信道上并行地运行 N 套不同的 SAW 协议,利用不同信道间的间隙来交错地传递 数据和信令,从而提高了信道利用率。 3.快速调度 调度算法控制着共享资源的分配,在很大程度上决定了整个 系统的行为。调度时应主要基于信道条件,同时考虑等待发 射的数据量与可分配资源的关系、UE 的能力级和缓冲器状 态以及业务优先级等情况,并充分发挥 AMC 和 HARQ 的能力。 调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据,这样 在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据 吞吐量,但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。HSDPA 技术为了能更好地适应信道的快速变化,将调度功能单元放 在 NodeB 而不是 RNC,同时也将 TTI 缩短到 2ms,这使得在重 传过程中对于终端和 NodeB 之间的往返时延能够更小。 HSDPA 性能 使用 HSDPA 技术的小区数据吞吐量与小区内、小区间的干 扰分布,信道的时间色散特性,系统中无线资源管理算法的 准确性和合理性,终端的检测性能和多码支持程度等都有着 直接、密切的关系。对于宏蜂窝的情况,时延扩展和其他小 区干扰可能限制 HSDPA 小区容量到达其峰值,但是由于 HARQ 提高了谱效率、更强大的编码方案、高分辨率的多码传输 等技术,还是可以明显的提高小区的吞吐量。对于微蜂窝的 情况,由于链路自适应技术和高效编码调制可以更充分的利 用有利的信道环境,用户峰值速率迅速提高,所以 HSDPA 的 增益可以超过 200%,大大提高了小区的数据吞吐量。HSDPA 在不同调制和编码配置下的速率如下表: 通过以上对 HSDPA 技术性能分析可以看出,HSDPA 技术作为 WCDMA 的增强型无线技术将提高系统的频谱效率和码资源效 率,是一种提升网络性能和容量的有效方式。为了使 HSDPA 可以尽可能多地承载各种类型的业务,保证各种业务类型的 QoS,HSDPA 的分组调度不再由 RNC 负责,而是改由 NodeB 来 直接管理,这样可以使资源调度更接近空中接口,缓解 Iub 信令产生的延迟限制。更快的调度方式使得不需要通过 DCH 承载,就可以采用分组调度提供恒定比特速率的业务,所以 HSDPA 不仅能有效地支持 Interactive,Background 等非实 时业务,同样可以用于支持某些实时业务,如 Streaming 业 务等。 HSDPA 对于无线网络的影响 WCDMA 从 R5 开始引入 HSDPA,其目的是为了适应未来大量的 移动数据业务而在无线接口增加下行链路的数据传输速率。 引入 HSDPA 后,无线部分的总体结构虽与 R99 基本一致,但 仍存在部分差异。在 R99 系统中引入 HSDPA 技