R6中ServingHS—DSCH小区的改变也是通
过 Active Set更新过程。
HSDPA支持压缩模式，UE可以进行系
统间和频率问测量。但HS—DSCH信道并
没有实现任何的压缩模式，在压缩模式那个
帧的时候，数据有可能丢失或者传输暂停。
目前的替代性质的解决办法是在有压缩模
式时，HS—DSCH的数据暂时由DCH来传
输，在降低传速率代价下达到了压缩模式和
系统间切换的目的。
HSUPA移动性
在 R99中，为了达到更好的功率控制
的目的，DCH的Active Set大小为6，也就是
一 个用户最多同时和 6个小区保持连接。
而在HSUPA中，这样做并不能提高上行传
输效率，而且 HSUPA很多调度和重传都下
放到了NodeB，因此没有必要维护和那么多
小区的联系，HSUPA中Active Set最大值为
4。
另外 E—DCH的引入使得 HSUPA终
端维护的 Active Set包括了2种类型的小
区，一种是支持 E—DCH的，一种是普通
DCH的，只要是 E—DCH Active Set中的小
区一定也是 DCH Active Set中的小区，反之
不成立。通过事件 1d的测量，HSUPA实现
了servingE—DCH小区的更新，其处理过程
类似于 HSDPA。
对于压缩模式，在 2msTfl时，HSUPA
处理思路类似于 HSDPA，就是在压缩模式
时数据延迟，然后再传送。对于 10msTfl，
在发送数据时，可采取首次发送使用压缩模
式，丢掉压缩 GAP部分的数据，在二次重传
时传送全部数据；也可以采用首次发送传送
全部数据，二次重传使用压缩模式，丢掉压
缩 GAP 部分的数据。
HSDPA和 HSUPA设计理念的不同，造
成切换某些实现上有很大差别，它们之间没
有依赖关系，从 R99可以升级到任一系统
上，这并不是一个理想化的道路，在 LTE时
代，希望上下行技术能够发展出一个比较统
一 的演进思路。
HSDPA技术研究
郎为民 王金泉
1．HSDPA的演进阶段
HSDPA技术是 WCDMA在无线部分的
增强与演进。引入 HSDPA技术后的WCD．
MA无线部分，在 Node B增加了一个新的
MAC—hs子层，但基本结构仍与 R99保持
一 致。而且，引入 HSDPA后，只是在原有
的物理信道上增加了新的信道。因此，支持
HSDPA技术的终端可以和 R99终端在一个
载波内共存，这点与 cdma2000 EV—DO不
同，无须运行在独立的载波上。
3GPP R5中确定了HSDPA未来演进的
3个阶段，即基本 HSDPA阶段、增强 HSD．
PA阶段以及HSDPA进一步演进阶段，其中
HSDPA进一步演进阶段 目前还未最终确
定，仍在 3GPP内进行研究。HSDPA中的
关键技术包括快速链路自适应、高阶调制、
快速 HARQ、快速调度算法、快速小区选择、
独立的 OFDM调制、MIMO和空时编码、多
天线反馈等。HSDPA演进阶段的划分及相
应关键技术如表 1所示。
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维普资讯
表 1 HSDPA演进阶段的划分
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1。1基本 HSDPA阶段
为提高下行分组数据速率和减少时延，
基本 HSDPA阶段采用了3种关键技术，即
自适应调制和编码(AMC)、混合 自动请求
重传(HARQ)和快速调度算法，替代了R99
中的可变扩频码和快速功率控制。
1．1．1自适应调制和编码(AMC)
自适应调制与编码也属于链路自适应
的范畴。AMC的基本原理就是改变调制和
编码的格式并使它在系统限制范围内和信
道条件相适应，而信道条件则可以通过发送
反馈来估计。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。在 AMC系统中，当用
户在理想信道条件下(如靠近 Node B或存
在视距链路)，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，如 16QAM
和3／4编码速率，从而得到高的峰值速率，
来最大化下行链路的数据吞吐量；而在不太
理想的信道条件下(如位于小区边缘或者
信道深衰落)，网络侧则选取低阶调制方式
和低速率的信道编码方案，如 QPSK(正交
相移键控)和 1／4编码速率，来保证通信质
· 24·
量。
在 R99中，下行链路的功率控制的动
态范围大约是 20dB，而上行链路的功控动
态范围可达70dB。这主要是由于下行链路
的功率受限于小区内干扰(并行码道上的
用户间干扰)，同时也意味着当用户靠近
Node B时，基站的发射功率会有所降低但
不可能在短时间内大幅度下降。R5采用
AMC后，处于有利位置的用户可以具有更
高的数据速率，由此蜂窝平均吞吐量得到提
高；在链路自适应过程中，通过调整调制编
码方案而不是调整发射功率的方法可以降
低干扰水平。
目前实现 AMC面临几项挑战。首先，
AMC对测量误差和延迟比较敏感，为了选
择适合的调制方式，必须首先知道信道的质
量，对信道估测的错误可能会使系统选择错
误的数据传输数据率，使传输功率过高，浪
费系统容量或者因功率太低而出现误码率
升高；其次，由于移动信道的时变特性，信道
测量报告的延迟降低了信道质量估计的可
靠性；另外，干扰的变化也增加测量的误差，
此时可以寻求与其它技术的结合，比如利用
混合判决反馈重传技术可以降低 MCS的要
求识别和对测量误差和流量波动的敏感性。
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1．1．2混合自动请求重传技术
快速混合自动请求重传(HARQ)是指
接收方在解码失败的情况下，保存接收到的
数据，并要求发送方重传数据，接收方将重
传的数据和先前接收到的数据在解码之前
进行组合。混合自动请求重传技术可以提
高系统性能，并可灵活地调整有效码元速
率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的
误码。
如果在一个 r兀(传输时间间隔)内的
数据解码错误，那么重传操作会在后面几个
传输时间间隔时段内执行。一旦数据被重
传，用户设备将对先前版本的数据和当前重
传的数据进行组合，这极大地提高了重传成
功的几率。直到数据成功解码或达到了预
先定义的最大尝试次数，重传操作才会结
束。由于混合自动请求重传机制是在 Node
B中执行的，因此重传请求操作可以非常迅
速。
HARQ也是一种链路 自适应的技术。
在 AMC中，采用显式的 C／I测量来设定调
制编码的格式，而在 HARQ中，链路层的信
息用于进行重传判决。终端通过 HARQ机
制快速请求基站重传错误的数据块，以减轻
链路层快速调整导致的数据错误带来的影
响。终端在收到数据块后5ms内向基站报
告数据正确解码或出现错误。终端在收到
基站重传数据后，在进行解码时，结合前次
传输的数据块以及重传的数据块，充分利用
它们携带的相关信息，以提高译码概率。基
站在收到终端的重传请求时，根据错误情况
以及终端的存储空间，控制重传相同的编码
数据或不同的编码数据(进一步增加信息
冗余度)，以帮助提高终端纠错能力。
HARQ有两种运行方式。一种是在重
传时，与初次发射时相同，这种方式又被称
之为 Chase合并或软合并。Chase合并的策
略是发送有相同编码的数据组，然后在接收
端可以将这些多个重发信息进行 SNR(信
噪比)加权合并来获得分集接收再进行译
码。另一种就是重传时的数据与前次发射
有所不同，这种方式又被称之为增量冗余。
增量冗余策略是在第一次译码失败时另外
再传输附加冗余信息而不是再将整个数据
码组重发一次。HARQ—type一111也是增量
冗余方案中的一种，然而在 HARQ—type一
Ⅲ中，每次的重传是可以自解码的，这一点
与HARQ一1I不同。在多冗余的HARQ—
type一111中，每次重发冗余信息时要对不同
的比特进行打孔。增量冗余方式的性能要
优于Chase合并方式，但在接收端侧需要更
大的内存。终端的缺省内存容量是根据终
端所能支持的最大数据速率和 Chase合并
方式设计的，因而在最大数据速率时，只可
能使用 Chase合并。而在使用较低的数据
速率传输数据时，两种方式都可以使用。
AMC可以根据 UE的测定或者网络提
供的信息条件来灵活地选择适当的多点通
信服务，但需要UE进行准确信道测量并且
受到相应延迟的影响。HARQ能够 自动地
适应信道条件的变化并且对测量误差和时
延不敏感。
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。HSD-
PA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
的速率调解，从而提高自适应调节的精度和
提高资源利用率。
1．1．3快速调度算法
快速调度算法是决定 HSDPA性能的
关键因素。edma2000 1X EV—DO以及HS．
DPA追求的是系统级的最优，如最大扇区
通过率，集中调度机制使得系统可以根据所
有用户的情况决定哪个用户可以使用信道，
· 25·
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以何种速率使用信道。快速调度技术使得
信道总是为与信道状况相匹配的用户所使
用，从而最大限度地提高信道利用率。
信道状况的变化有慢衰落与快衰落两
类。慢衰落主要受终端与基站间距离影响，
而快衰落则主要受多径效应影响。数据速
率相应于信道的这两种变化也存在短时抖
动与长时变化。数据业务对于短时抖动相
对可以容忍，但对于长时抖动要求则较严。
好的调度算法既要充分利用短时抖动特性，
也要保证不同用户的长时公平性。亦即，既
要使得最能充分利用信道的用户使用信道
以提高系统吞吐率，也要使得信道条件相对
不好的用户在一定时间内能够使用信道，也
保证业务连续性。
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，并充分发
挥AMC和 HARQ的能力。因此，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。
常用的调度算法包括比例公平算法、乒
乓算法、最大 CIR算法。乒乓算法不考虑
信道变化情况；比例公平算法既利用短时抖
动特性也保证一定程度的长时公平性；最大
CIR算法使得信道条件较好的少数用户可
以得到较高的吞吐率，多数用户则有可能得
不到系统服务。
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 Node B而
不是RNC，同时也将传输时间间隔缩短到
2ms。
1．2增强 HSDPA阶段
增强 HSDPA阶段的目标是将峰值数
． 26·
据速率提高到30Mbit／s，关键技术包括快速
蜂窝选择(FCS)、多输入多输出(MIMO)和
空时编码(STC)技术。
1．2．1快速蜂窝选择
FCS是为 HSDPA而推荐使用的。使用
FCS，liE能指示一个最好的小区用于下行
链路。确定“最好的”蜂窝不仅要基于无线
信号传播的条件，还要考虑在激活集中小区
的功率和码字空间的资源。一般而言，同时
有很多小区处于激活集，但只有最适合的小
区基站允许发送，这样可以降低干扰提高系
统容量。
在离小区中心较远的边缘，每个信道质
量都比较低。使用 FCS策略可以选择一个
服务小区使得链路的质量相对稳定。它是
通过 C／I和上行 DCCH的小区指示信息来
对各个小区进行比较的。FCS对物理层方
面的要求和 R99中的选择性分集发射相
似。
如果使用 Node B之间的单元选择，在
HSDPA调度和终端就绪之后，需要实现
HARQ状态和调度表的同步。一种传输状
态同步的方法是通过空中传播的物理层实
现的。如果 FCS可以选择变化的 Node B，
那么就需要让所有的Node B都能侦测到上
行链路的物理层发送信号，而这和常规的上
行链路功率控制策略矛盾。它这种策略不
能确定上行链路发送信号能被所有的 Node
B侦测。有两种途径可以解决：使用改进的
上行链路功率策略，当任何 Node B需要时，
liE的传递功率都能相应增加；第二种方式
还是使用常规的功率控制策略，但加上一个
功率偏移来保证传输状态能被新的Node B
侦测。这两种方式中，优先推举第二种方
式。但是，必须评估需要多大的功率偏置及
其对整个系统的性能影响。
1．2．2 MIMO技术
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多人多出(MIMO)系统是在发送和接
收端同时使用多天线，这样相对于只在发送
端使用多个天线有更多好处。在 MIMO系
统中，通过码复用技术可以使峰值吞吐量得
到提高。
采用码复用技术后，为HS—DSCH(高
速下行共享信道)分配的信道／扰码对用来
调制 M个独立的数据流(M为发送的天线
数)。复用了相同信道化码、扰码的数据必
须用空间参数加以区分，这要求在接收端使
用至少 M个天线。在理论上，使用码复用
的峰值传输速率是单天线传输的 M倍。通
过码复用可以结合码复用技术和一个较低
阶的星座调制如 16QAM来达到一个适中
的数据传输速率，而若不采用码复用技术，
达到相同的数据速率可能需要采用 64QAM
调制。相对于使用单天线传输加上较高阶
的星座调制达到的相同速率，码复用技术可
以降低对 Eb／No的要求，从而提高整个系
统的性能。
在关注 HSDPA中使用的 MIMO技术
时，重点集中在具有代表性的开环方式MI-
MO。在常规单天线发送的HSDPA中，一组
下行信道(N个)在多个用户间共享。使用
M个发射天信的开环MIMO，也使用同样数
量的下行信道码，但是每个码字被复用了M
次，并且每个码字用来调制不同的数据子
串。特别的数据以更高的编码速率进行编
码、速率匹配和交织。
共享同一个码字的 M个数据子串的充
分统计量(向量)中的每个量(标量)包含了
空间多址干扰，然而在平坦衰落信道下，因
为在信道传输过程中码字的正交性得到了
保持，作为一组的这些子串并不受到其他码
字所产生子串的干扰。对 M个编码子串中
的每一组，采用多用户检测来消除 MAI(多
址干扰)的影响。可采用的多用户检测方
法包括最大似然检测和 V—BLAST检测。
最大似然检测方法可以通过充分统计向量
的噪声方差直接推导出来，但是最大似然检
测的复杂度是随 MR指数增长的，因此，次
最优但复杂度较低的V—BLAST是较可行
的方法。V—BLAST检测器包括两部分：一
个线性变换和一个串行干扰抵消器，线性变
换通过迫零算法或最小均方误差准则消除
MAI，经过线性变换后，子流中的具有最高
信噪比编码符号被检测出来，并抽取出充分
统计量中的对应信号。使用修正过的充分
统计量，线性变换和干扰抵消重复进行，直
到所有的子串都被检测出来。经过 MIMO
检测器后，MN个子串恢复成高速数据流，
解映射到比特，然后解交织、译码。
1．2．3空时编码技术
空时编码(STC)是近年来移动通信领
域出现的一种新的编码和信号处理技术，在
发射端和接收端同时使用多个天线进行信
息的发射和接收，接收端综合利用时域和空
域二维信息进行分集接收。空时编码将空
间分集、频率分集及时间分集结合在一起，
大大提高了网络的信道质量和容量。
空时编码技术结合了信道编码和多发
送天线，通过空时编码后的数据被串并转换
成n个数据流，每一路数据流经脉冲形成、
调制，然后通过 n个天线同时发送到无线空
间。在接收端，可以用单一天线，也可以用
多个天线进行接收，每一个接收天线接收到
的是 n个发送信号与干扰噪声线性的叠加
(衰落系数为权重)，然后通过最大似然检
测的方法，正确地识别出发送信号。空时译
码算法和信道估计技术结合以获得分集增
益和编码增益。空时编码的优点是可以在
不牺牲系统带宽的前提下获取更大的编码
增益，从而大大改善移动通信系统的信息容
且 亘
o
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维普资讯
目前，空时编码基本上有空时分组码、
空时格状码和空时级联码等多种。由于空
时格状码考虑了前后输入的关联，所以它除
了可以获得分集增益外还可以获得一定的
编码增益，因此，它比空时分组码应该具有
更好的性能。但是，对于发射天线数固定的
空时格状码而言，其译码复杂度与发射数据
速率成指数关系。而根据正交设计理论的
空时分组码虽然不能获得编码增益，却具有
很低的译码复杂度，利用简单的最大似然译
码算法即可，而且还可能得到最大的发射分
集增益。
多天线系统加空时编码技术能在不增
大发射功率和不扩展频带前提下实现高速
数据传输。是空间资源利用技术的发展方
向，这必将有效地满足未来无线移动通信对
高数据率传输的要求。多天线的空时编码
技术已成了第四代移动通信标准。
1．3 HSDPA进一步演进阶段
空中接口决定系统的性能和复杂性，因
此它的选择对于提高网络的容量和速率非
常关键。目前，HSDPA正处于积极研究的
第3阶段，该阶段的目标是引入新的空中接
口，增加平均比特率，将峰值速率提高到
50Mbit／s以上，这就需要额外的频谱和改进
的信号处理技术。该阶段将采用的关键技
术包括改进的信号处理技术和正交频分复
用(OFDM)技术。
改进的信号处理技术包括智能天线、
联合检测、改进的接收机、波束赋形、改
进的信道预估和预测及链路 自适应能力。
智能天线利用信号传输的空间特性和数字
信号处理技术，通过先进的算法处理，对
基站的接收和发射波束进行波束形成和赋
形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大
覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提
高无线数据传输速率的目的。联合检测技
· 28·
术是在多用户检测技术基础上提出的。该
技术是减弱或消除多址干扰、多径干扰和
远近效应的有效手段，能够简化功率控制，
降低功率控制精度，弥补正交扩频码互相
关性不理想所带来的消极影响，从而改善
系统性能、提高系统容量、增大小区覆盖
范围。
OFDM与自适应调制和编码、快速调度
技术等一起进一步优化频谱效率。
2．HSDPA的应用
为了支持 HSDPA，在 MAC层新增 了
MAC—hs实体，位于Node B，负责HARQ操
作以及相应的调度，并在物理层引入了3种
新的信道：HS—DSCH(高速下行共享信
道)、HS—SCCH(高速共享控制信道)和 HS
— DPCCH(高速专用物理控制信道)。
HS—DSCH位于下行链路，负责传输用
户数据，其基本功能是携带实际分组数据；采
用 QPSK和 16QAM调制技术；由Node B控
制功率；每个信元可以拥有多达l5个 I-IS—
DSCH；每个信元峰值速率可达14．4Mbit／s。
HS—SCCH位于下行链路，主要用于承
载下行链路的信令信息。这些信令信息包
括信道编码集、调制方案、传输分组大小、
HARQ处理号、新数据标志和UE身份。
HS—DPCCH位于上行链路，主要用于
携带上行链路的信令信息。这些信令信息
包括确认／否认应答(ACK／NACK)、信道质
量指示器、QPSK和端接 Node B。
HS—DSCH信道的共享方式有两种，最
基本的方式是时分复用，即按时间段分给不
同的用户使用，这样 HS—DSCH信道码每
次只分配给一个用户使用。另一种就是码
分复用，在码资源有限的情况下，同一时刻，
多个用户可以同时传输数据。
在 HS—DSCH和 HS—SCCH中无宏分
集传输，但接人 HSDPA的用户设备始终具
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有一个关联的 DCH连接，并且有可能使用
宏分集传输。
每个信元的HS—DSCH和 HS—SC CH
的最大发射功率由RNC通过控制层确定。
3GPP R99规范并未使用每个信元的所有可
用发射功率，而 HS—DSCH和 HS—SCCH
可以全部使用这些发射功率。
HS—DSCH、HS—HS—SCCH和 HS—
DPCCH均使用长度为 2ms的传输时间间
隔。这个时间间隔也称为“子帧”。HSDPA
系统的调制、编码率、功率和其它传输参数、
都可以随每一个子帧而改变。
HSDPA的使用过程如图 1所示。Node
B根据发射功率控制信息、ACK／NACK应
答信息以及用户反馈信息，估计出每个活跃
的HSDPA用户的信道质量。根据 目前的
信道质量，Node B内的 AMC会采取相应的
调制及编码算法，发射数据。
图1 HSDPA的使用过程
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臼遗建lIl瓢《 K釉t6QAM》{蠛 茉戈缓辩侈巷竣备韩捷燃其霸 辫翁方纂e6哟A )翔戈 媛毖器拯
零 酩 -o陡B巾典钉蓊适建'擘蠖体 竣寨IIc群技术静锌蘸犬线：砖 轰}台鹅目 国 《 窆攘分 掰)l 转 乱人鳓瞻
控铥{M^C-hs} 渡 予强 ：舞|}镪天我鹅l善旃醴 1人jIIjff捷建璃度穗餐的醚AC h$／
f 鏊。祷 {人 l 姻l童_謇 斌Ill多§ Il e《~x-MAC》
}氛焱瞧联袭体：_茂遵匏嫡兮链震技术
具体步骤如下。
(1)Node B内的调度模块对不同的用
户进行评估，考虑他们的信道条件、每个用
户的缓冲区的数据量以及最近一次的服务
时间等因素；
(2)决定好服务的用户后，Node B确定
HS—DSCH的参数；
(3)Node B在发射HS—DSCH之前，先
发射 HS—SCCH通知用户设备一些必要的
参数；
(4)用户设备监测 HS—SCCH，监测是
否有发给自己的信息，如果有的话，用户设
备开始接收HS—DSCH，并进行缓存；
(5)根据 HS—SCCH上的信息，用户
设备可以判断在 HS—DSCH上接收到的数
据是否需要和软缓冲区中的数据进行合并；
(6)用户设备对在 HS—DSCH上接收
到的数据进行解调，并根据 CRC结果在上
行 HS—DPC CH上发送响应 ACK／NACK。
如果 Node B收到了 NACK，会进行数
据的重发，直到收到用户设备的 ACK消息
或达到最大重传次数。
3．结论
HSDPA是一种在 WCDMA下行链路提
供基于分组的数据业务的标准。HSDPA的
标准主要是 由3GPP组织制定的，用于在
WCDMA系统的下行链路中提供基于分组
的数据业务，其数据传输速率可达 lOMbit／
S，使用的是5MHz的信道带宽。
· 29·
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