W(初级)-HSDPA基本原理20080428-V10-A

W(初级)-HSDPA基本原理20080428-V10-A第一页，共68页。课程目标掌握HSDPA的基本原理及特性掌握HSDPA信道结构了解HSDPA的各项关键技术理解HSDPA无线资源管理学习完本课程，您将能够：Page2第二页，共68页。第一章HSDPA基本概念与特点第二章物理信道第三章关键技术第四章HSDPA无线资源管理内容介绍Page3第三页，共68页。HSDPA基本概念HSDPA全称是高速下行分组接入（HighSpeedDownlinkPacketAccess），是3GPPR5版本的重要特性。HSDPA引入的原因：移动市场的发展需要，用户要求提供更高、更快和质量更好的数据接入市场竞争的压力：EDGE，CDMA1XEV/DO，Wimax从实际的业务需求来看，下行的吞吐量需求远大于上行的吞吐量需求；目前的信道配置方式，由于数据业务的突发和低活动性特征，使下行容量的实际利用率非常低，进一步加剧了下行容量受限的矛盾。Page4第四页，共68页。HSDPA技术特点HSDPA是WCDMA下行高速数据解决方案Page5第五页，共68页。HSDPA技术特点通过采用这些技术,可以提高下行峰值数据速率，改善业务时延特性；提高下行吞吐量，有效的利用下行码资源和功率资源，提高下行容量。理论上，HSDPA的物理层最高速率可以达到14.4MbpsPage6第六页，共68页。NodeB增加MAC-hs实体：RNC的MAC-d将DTCH/DCCH上的数据映射到HS-DSCH数据帧，通过MAC-d流发送给MAC-hs。MAC-hs需要完成与MAC-d之间的流量控制（共享Iub传输）、小区内用户数据的调度、传输格式选择等动作。HSDPA协议栈结构

Page7第七页，共68页。第一章HSDPA基本概念与特点第二章物理信道第三章关键技术第四章HSDPA无线资源管理内容介绍Page8第八页，共68页。HSDPA相对于R99新增了3个物理信道Page9第九页，共68页。HSDPA传输信道到物理信道的映射Page10第十页，共68页。HSDPA

相关物理信道每条HS-PDSCHSF=16每条HS-SCCH,SF=128,每小区最多配4条（限于手机能力）每条HS-DPCCH,SF=256,每H用户1条Page11第十一页，共68页。伴随信道DPCH在这3种物理信道之外，还有一条DPCH为专用信道，在HSDPA业务过程中，我们称之为伴随信道，主要用于信令传输和功率控制；一般不承载业务，但是也可以承载诸如AMR等实时业务（多RAB，为CS+PS）。Page12第十二页，共68页。HSDPA物理信道HS-SCCH/HS-PDSCH都是下行共享信道，为所有用户共享，那我怎么知道什么时候、哪些信道传输的是我的数据呢？HS-SCCH就像队列最前方举旗帜的排头兵，UE会一直侦察HS-SCCH上的UEid判断该TTI对应的HS-PDSCH承载的数据是否属于自己，是，就接收解调，不是，就不做响应。Page13第十三页，共68页。HSDPA相关物理信道－HS-SCCHHS-SCCH的发射功率可以采用固定功率发射；也可以与UE下行专用物理信道的导频功率之间相差一个固定的偏置，这样HS-SCCH可以伴随专用信道的功控保持合理的发射功率。Page14第十四页，共68页。HSDPA相关物理信道－HS-PDSCHHS-PDSCH每小区最多配置15条，小区里所有的HS-PDSCH必须配置码号连续的码字。配置15条HS-PDSCH的情况下，HSDPA最大支持速率可以达到3.84M×4(16QAM)×15/16(SF)=14.4Mbps。HS-PDSCH的发射功率由NodeB根据CQI、数据量以及分配给HSDPA的功率进行调整。HS-PDSCH的发射功率可以采用静态或者动态配置方法来配置Page15第十五页，共68页。HSDPA相关物理信道－HS-DPCCHPage16第十六页，共68页。物理信道时序关系HS-SCCH和P-CCPCH对齐，HS-PDSCH和HS-SCCH相差2个时隙，UE根据HS-SCCH解调HS-PDSCH。HS-SCCH/PDSCH是公共信道，因此它和DPCH之间没有时序约束Page17第十七页，共68页。UE能力等级（供参考）Page18第十八页，共68页。HSDPA相关物理信道的发射功率PHSDPA（HSDPA总发射功率）＝PHS-PDSCH+PHS-SCCHHS-PDSCH的发射功率由NodeB根据以下因素进行调整CQI数据量分配给HS-PDSCH的可用功率分配给HS-PDSCH的可用码资源HS-SCCH的发射功率可以采用固定功率发射（户外5％，室内3％）；与下行伴随信道相差一个固定的偏置，通常大于伴随信道功率，这样HS-SCCH可以伴随专用信道的功控保持合理的发射功率HS-DPCCH发射功率以上行DPCH为基准有个偏置，承载HARQ-ACK/NACK与CQI的时隙可以设置不同的偏置Page19第十九页，共68页。HSDPA–信道映射当RAB的下行方向映射到HS-DSCH时，无论上行有没有数据，都需要配置对应的DCH，用来传输上行RLC确认消息，以及可能的上行数据。下图是下行使用HS-DSCH承载业务，SRB和上行业务在DCH承载，在软切换状态下，DCH有多个小区承载，HS-DSCH服务小区只有一个。Page20第二十页，共68页。第一章HSDPA基本概念与特点第二章物理信道第三章关键技术第四章HSDPA无线资源管理内容介绍Page21第二十一页，共68页。HSDPA关键技术OverviewAMCFastSchedulingHARQ（HybridARQ）16QAMSF16,2msandCDM/TDM3NewPhysicalChannelsPage22第二十二页，共68页。HSDPA关键技术快速调度（2ms短帧与调度）AMC(支持QPSK和16QAM)HARQPage23第二十三页，共68页。快速调度基础物理层基础10ms帧（15TimeSlots）一旦只有一小部分不能正确接收解码，将Delay10ms进行重传2ms短帧（3TimeSlots）一旦不能正确接收解码，仅仅是一个2ms进程重传，而其他几个（产品实现最多6个）2ms的HARQ进程可以继续传送数据，极大地提高了空口资源利用率Page24第二十四页，共68页。快速调度(schedule)调度算法可以基于CDM,TDM信道条件(CQI)队列中等待的数据的多少（buffervolume)公平性(Queuepriority,waitingtime)蜂窝吞吐量等调度基本原则：在短期内以信道条件为主，而在长期内应兼顾到对所有用户的吞吐量和公平性一些基本的调度算法RoundRobin(RR)最大C/I(MAXC/I)等ProportionalFair(PF)快速调度Schedule能够有效分配小区功率、码资源，提高小区吞吐量。Page25第二十五页，共68页。共享信道的共享和调度(schedule)下图是4个用户时的调度示例图码分与时分混合方式，CDM+TDMAllcodesreservedforHSDPAtransmission2msPage26第二十六页，共68页。哪些用户发送功率信道码以及数据的属性快速调度基本过程调度算法（SchedulingAlgorithm）可用的资源对资源需求算法中间统计量调度算法的输入：1、可用的资源，包括功率、信道码；2、对该资源的需求，包括用户、各用户的数据量、是否重传、空口能力估计、伴随信道功率、伴随信道的上下行压缩沟、DiscardTimer；3、调度算法的中间统计量，例如等待时间、平均信道C/I等。调度算法的输出：哪些用户发送、功率为多少、用何种信道码以及发送该数据的属性(QueueID、Xrv，决定丢弃那些超时效的数据包)Page27第二十七页，共68页。基于最大载干比的调度算法(MaxC/I)

特点：1)最大C/I调度算法在一个TTI期间，为最大C/I的用户提供资源分配2)这种方式自然导致小区吞吐量最大，因为被提供服务的用户，具有最好的信道条件。3)然而，这种方式不能保证用户的公平性。事实上，在小区边缘的用户，由于过多的业务延迟和信号质量变差，受到比较大的处罚，影响比较大Page28第二十八页，共68页。基于公平分配的调度算法

(RR-RoundRobin)特点：1)RR调度算法对于每个用户，采用“先到先分配”的原则2)对于各个用户而言，具有高度“公平性”，但是，整体系统开销比较大，获得系统吞吐量（即频谱效率）的成本较高Page29第二十九页，共68页。基于部分公平的调度算法

(PF-ProportionalFair)特点：1)提供较好的平衡算法，公平性和资源分配效率介于前两种算法（RR算法和最大C/I算法）之间2)对所有用户提供服务的概率相同，虽然，所有用户可能经历不同的平均信道质量3)提供系统吞吐量和公平性之间的平衡Priority根据R/r得到R:UE的请求速率（根据CQI得到TBSize/2ms）r:该UE之前（1.6s内）传输层所传送的有效数据量（不含重传数据）Page30第三十页，共68页。HSDPA关键技术快速调度（2ms短帧与调度）AMC（支持QPSK和16QAM）HARQPage31第三十一页，共68页。自适应调制与编码(AMC)AMC(自适应调制和编码)，基于信道质量的信息反馈调整数据速率来补偿信道条件好的信道条件–更高速率坏的信道条件–更低速率调整编码速率来补偿信道条件坏的信道条件–1/3编码好的信道条件-3/4编码调整调制方案来补偿信道条件好的信道条件–16QAM坏的信道条件–QPSK信道质量的信息反馈，即ChannelQualityFeedback(CQI)UE测量信道质量(SNR)报告(每2ms或更长周期)给Node-BNode-B基于CQI来选择调制方案，块大小和数据速率Throughput~SIR关系自适应调制与编码AMC能够提高空口带宽，适应高速无线传输。Page32第三十二页，共68页。调制方式HSDPA

ModulationQPSK16QAMPage33第三十三页，共68页。CQI映射表(Category10)CQIvalueTransportBlockSizeNumberof

HS-PDSCHModulationReferencepoweradjustmentNIRXRV0N/AOutofrange11371QPSK028800021731QPSK032331QPSK043171QPSK053771QPSK064611QPSK076502QPSK0……………1217423QPSK01322794QPSK01425834QPSK01533195QPSK0163565516-QAM0.........……216554516-QAM0227168516-QAM0239719716-QAM02411418816-QAM025144111016-QAM026172371216-QAM0…………030255581516-QAM0协议推荐的自适应编码与调制方案根据CQI，采用相应的TBSize、调制方式和发射功率Page34第三十四页，共68页。链路仿真-AMCAMC(Adaptivemodulationandchannelcoding)性能

AMC用于根据瞬时的信道条件调整发射参数，且能最优化数据速率

AMC性能受信道质量策略误差及衰落信道中反馈延迟的影响低速时，AMC性能较好，优于固定编码调制(FixedMCS)

高速时，AMC相对于固定编码调制(FixedMCS)有负面效果供了解Page35第三十五页，共68页。自适应编码调制(AMC)的过程UE对接收信道进行测量UE反馈CQINodeB根据上报的CQI经过滤波、校正后得出真实CQI（信道质量）根据CQI、待发数据量、可用功率和码资源选定信道数、发射功率、调制方式等Page36第三十六页，共68页。HSDPA关键技术快速调度（2ms短帧与调度）AMC（支持QPSK和16QAM）HARQPage37第三十七页，共68页。混合重传(HARQ)传统的ARQ对收到的传输块进行解码检测解码后的块是否有CRC错误如果错误

抛弃错误的块请求重传HybridARQ对收到的传输块进行解码检测解码后的块是否有CRC错误如果错误

存储错误的块（不抛弃）请求重传对新收到的重传块和早先的块进行合并

合并处理递增冗余混合重传HARQ能够减少重传时间，提高小区吞吐量。Page38第三十八页，共68页。混合自动重传(HARQ)的概念HSDPA中HARQ技术主要是系统端对编码数据比特的选择重传以及终端对物理层重传数据合并。通过RV参数来选择虚拟缓存中不同编码比特的传送。不同RV参数配置支持：CC（ChaseCombining）（重复发送相同的数据）PIR（PartialIncrementalRedundancy）（优先发送系统比特）FIR（FullIncrementalRedundancy）（优先发送校验比特）不同次重传，尽可能采用不同的r参数，使得打孔图样尽可能错开，保证不同编码比特传送更为平均。供了解Page39第三十九页，共68页。HARQ的增益不同重传方式的一次重传增益CodeRate1/31/22/33/4CCGain(dB)3.03.03.03.0PIRGain(dB)3.13.33.66.5FIRGain(dB)3.13.54.38.4IR方式由于优先传送校验比特，重传后有效编码比特更为平均，特别是高编码率时，性能增益尤为明显。供了解Page40第四十页，共68页。链路仿真-HARQHARQ(HybridARQ)Performance

HARQ可以减小由于信道测量误差与反馈时延造成的影响，提供AMC性能增益HARQ的益处在高速行驶条件下体现的更大供了解Page41第四十一页，共68页。调度与HARQ配合简化示意图PriorityQueue1PriorityQueue2PriorityQueue3Scheduler确定优先级，按顺序，给相应的进程分配资源假设刚才UE1的初传数据未能正确接收，则到下一次调度到UE1时，重传第一帧PriorityQueue3PriorityQueue3Page42第四十二页，共68页。第一章HSDPA基本概念与特点第二章物理信道第三章关键技术第四章HSDPA无线资源管理内容介绍Page43第四十三页，共68页。HSDPA无线资源管理HSDPA的功率和码资源分配HSDPA的信道映射HSDPA的功率控制HSDPA的移动性管理HSDPA的信道类型切换和迁移Page44第四十四页，共68页。静态HSDPA功率分配HS-PDSCH和HS-SCCH信道的最大允许发射功率由RNC配置实际发射功率不能超过RNC的配置RNC可以通过OM重新配置时间小区总功率分配给HSDPA的功率分配给公共信道的功率DPCH的发射功率没有充分利用的功率静态功率分配方法优点简单受控RNC为小区内的HSDPA信道分配一个最大允许发射功率，在通信过程中，HSDPA相关信道的总发射功率不能超过该值的限制。小区内扣除为HSDPA预留的功率以及公共信道功率以外的部分由DPCH占用，各DPCH信道的功率通过内外环功率来分配。Page45第四十五页，共68页。动态HSDPA功率分配HS-PDSCH/HS-SCCH信道和R99信道动态共享小区总发射功率R99信道具有更高的优先级。R99信道剩余的功率都可以分配给HS-PDSCH和HS-SCCH信道使用。小区总发射功率得到充分利用。

动态功率分配在NodeB内部实现，RNC不需要配置HSDPA的最大允许发射功率。为了维持系统稳定，在分配功率给HSDPA时可以保留一定的余量，以满足DPCH的功率攀升（功控）。（余量的缺省值为10％）时间小区总功率HSDPA可用功率功率分配给公共信道的功率DPCH的发射功率小区功率得到充分利用Page46第四十六页，共68页。HSDPA的静态信道码分配RNC分配一定的码资源给HS-SCCH信道和HS-PDSCH信道HS-SCCH：扩频因子SF=128，和公共信道一起分配。HS-PDSCH：扩频因子SF=16，信道码必须连续配置。专用信道公共信道HS-SCCHSF=16SF=8SF=4HS-PDSCH目前实现的是静态信道码资源分配方法Page47第四十七页，共68页。

SF=256

SF=128┏━●C(256,0):PCPICH

┏0┫

SF=64┃┗━●C(256,1):PCCPCH┏0┫┃┃┏━●C(256,2):AICH

┃┗1┫

SF=32┃┗━●C(256,3):PICH

┏0┫

SF=16┃┗●C(64,1):SCCPCH1┏0┫┃┃┃┃┏●C(64,2):SCCPCH2┃┃┃

┃┗1┫

SF=8┃┃┏━●C(128,6):HS-SCCH1

┏0┫┗3┫

SF=4┃┗━○1┃┏0┫┗━●C(128,7):HS-SCCH2┃┗○1┃┗━○1┏━○2┃┏○6

●CCH┃┃SF=16

●HSDPA┃┃┏●C(16,14):HS-PDSCH2○DCH┗━3┫┃┗7┫┗●C(16,15):HS-PDSCH1HSDPA静态码分配举例假设RNC分配：两条HS-SCCH两条HS-PDSCHPage48第四十八页，共68页。HSDPA的动态信道码分配（1）RNC控制的动态信道码分配在静态码分配的基础上，RNC实时监测小区中码资源的使用情况。如果发现DPCH信道有比较多的信道码剩余，并且存在一个SF为16的信道码和已经预留给HSDPA的信道码相邻，则RNC可以把这个符合要求的信道码从DPCH信道中释放出来，重新分配给HSDPA使用；反之，如果RNC发现DPCH信道上码资源紧张，则RNC会考虑从预留给HSDPA的码资源中释放一个SF为16的信道码给DPCH信道。为了保证HSDPA信道上流业务的需求，并考虑到DPCH信道上也存在BE业务（由于存在R99版本的手机终端），RNC在释放预留给HSDPA的信道码时会保留一个最少的码资源给HSDPA（通过静态分配方式进行预留）。7891011121314654315210共享码字公共信道预留码字当前DPCH可以使用的信道码当前HSDPA可用的信道码最大码字数目最小码字数目Page49第四十九页，共68页。HSDPA的动态信道码分配（2）NodeB控制的动态信道码分配（完全动态的码分配方法）RNC按照话务模型所需容量来预留HSDPA的信道码，也可以不预留。NODEB处统计扩频SF=16的信道码的分配情况，当一个SF为16的信道码或它的子码被RNC分配给DPCH信道时，NodeB标识该虚拟码字为占用状态。在每个MAC-hs调度周期，NODEB检查虚拟码字的空闲情况，若有空闲（从大码字开始往下查找），则在下一个2ms使用该码字，并标记为临时使用。如果NodeB临时使用的码字正好和RNC所分配码字冲突，NodeB在收到RNC的码字分配消息后立即释放所临时使用的信道码。由于调度时间很短（2ms），不会产生RNC分配给DPCH的信道码被NodeB使用在HSDPA上的可能。为了使NODEB尽可能获得它所需要的码号大的信道码，RNC在分配DCH用户的码字时总是从小开始分配，尽量留出码号大的和SF小的码。Page50第五十页，共68页。HSDPA的业务映射信道映射InteractiveBackgroundStreamingmappingRBonDCHRBonHS-DSCHRBonFACH基本原则：实时业务分配到R99的DCH信道上，非实时业务分配到HS-DSCH信道上。由于业务分配到HS-DSCH信道上时，也要占用小带宽的HS-DPCCH（上行）、DPCH（上/下型），以及共享的HS-SCCH信道，因此，对于低速率的数据业务，也可以直接分配到R99的DCH信道上。主要参数：BE业务、PS流业务映射到HSDPA上的速率门限另外对于流业务，还有一个控制是否把流业务映射到HSDPA上的开关。Page51第五十一页，共68页。HSDPA信道的功率控制下行方向，HSDPA可用功率是作为共享资源在多个HSDPA用户间共享，包括HS-PDSCH信道和HS-SCCH信道的功控。RNC给NodeB配置HSDPA相关信道的最大可用发射功率时，NodeB用于HSDPA的发射功率不能超过RNC的配置。R99信道和HSDPA信道动态共享功率时，NodeB可以在总功率中R99信道使用剩下的功率分配给HSDPA使用。上行方向，包括HS-DPCH信道的功控。Page52第五十二页，共68页。HSDPA信道的功率控制HS-SCCHHS-SCCH：存在一个可选的相对于下行伴随DPCCH导频比特的功率偏置（Poweroffset）。HS-SCCH的功率由SRNC配置，HS-SCCH信道的实际发射功率大小随着下行DPCCH的变化而变化。当RNC不配置功率偏置时，基站可以使用任何方法确定HS-SCCH功率。方案一：固定发射功率：固定每条HS-SCCH的发射功率，发射功率的大小通过OM配置。这种配置方式最简单，但是需要按照公共信道的方式进行功率配置以满足覆盖要求，对功率的开销最大。方案二：HS-SCCH功率相对于伴随DPCH功率偏置：配置方式复杂度适中，需要配置DPCH承载不同业务时HSDPA用户在切换区和非切换区的功率偏置（在切换区的功率偏置要适当配置大一些）相对方案1节省功率。Page53第五十三页，共68页。HSDPA信道的功率控制HS-PDSCHHS-DSCH信道的功率控制完全由NodeB决定。NodeB中MAC_hs实体通过调度算法在不同用户之间动态分配HS-PDSCH信道功率。在RNC进行HSDPA静态功率分配时，一个小区内所有HS-PDSCH和HS-SCCH功率和不能超过RNC设置的最大允许发射功率（HS-PDSCHandHS-SCCHTotalPower）。在动态功率分配方式下，该最大发射功率限制就是每个时刻小区总发射功率中扣除R99信道功率和功率余量以后的所有功率。NodeB需要根据HS-SCCH信道的实际发射功率来调整HS-DSCH信道的总功率。Page54第五十四页，共68页。HSDPA的功率控制HS-DPCCHHS-DPCCH功率控制：相对于其伴随的上行DPCCH信道存在一个功率偏置；上行HS-DPCCH的功率偏置是由SRNC配置的，包括：PO-ACK，PO-NACK，PO-CQI。 其中PO-ACK，PO-NACK分别在HS-DPCCH上传输ACK或NACK的时候使用。PO-CQI使用在映射CQI的时隙。UE根据PO-ACK，PO-NACK，PO-CQI来计算HS-DPCCH信道相对于DPCCH的功率，其中deltaHS-DPCCH分别为PO-ACK，PO-NACK，PO-CQI。Page55第五十五页，共68页。HSDPA的移动性管理HS-DSCH服务小区更新R99<->HSDPA小区之间的切换RNC之间的切换直接重试基于业务的切换Page56第五十六页，共68页。服务小区更新对一个用户而言，如果有一个RAB映射到一个小区的HS-DSCH,该小区就是该用户的的HS-DSCH服务小区，在该小区的无线链路就是HS-DSCH服务无线链路。一个RAB只能映射到一个小区的HS-DSCH，这就意味着HS-DSCH不能进行软切换。但是该用户的其他DCH可以进行软切换。对于HSDPA用户的切换，我们使用“HS-DSCH服务小区更新”来描述HS-DSCH的切换，而使用“切换”来描述DCH的切换。由于HS-PDSCH信道不支持软切换，因此，引入HSDPA之后对移动性管理的主要影响就是如何选择和改变HS-DSCH信道的服务小区，以获得最好的数据传输性能。HS-DSCH信道的服务小区更新可以发生在：NodeB内、NodeB之间或者不同RNC小区之间。Page57第五十七页，共68页。HS-DSCH服务小区更新为使得HS-DSCH上的数传达到最好的效果，RNC应当尽可能的将RAB映射在质量最好小区的HS-DSCH上。因此通常使用1D测量事件（最好小区改变）来触发HS-DSCH服务小区改变。CELL1R5CELL2R5小区2触发ID事件HS-DSCH服务小区更新后CELL1R5CELL2R5HS-DSCHHS-DSCH为避免频繁的服务小区更新而造成对数据传输的影响，可以针对服务小区更新设置一个定时器，该定时器限制HSDPA用户在一个新的服务小区中必须停留的时间长度。只有当定时器超时后，才能根据活动集中小区的信号质量情况确定是否有必要进行服务小区的更新。该定时器长度运营商可设置。

Page58第五十八页，共68页。硬切换-HS-DSCH服务小区更新硬切换和服务小区改变的组合较为简单，硬切换的同时进行HS-DSCH服务小区的更新。NodeB内/NodeB间硬切换伴随服务小区更新采用相同的过程，连同HS-DSCH一起在新小区建立无线链路，然后物理信道重配置，删除旧链路。Page59第五十九页，共68页。CarrierBCarrierAHSDPA用户R5CELLAR99R99CELL1CELL2HSDPA用户R99R5CELL1CELL2Case1Case2R99cell<->HSDPA小区之间的切换(1)信道类型发生切换HS-DSCHCELL1R99CELL2R5DCHBERABCELL1R99CELL2R5BERABUuDCHDCH小区2加入到活动集HSDPA=>R99cellR99cell=>HSDPAPage60第六十页，共68页。跨RNC的切换（1）RNC之间发生软切换把DRNC小区加入到活