技术与产 口新 热线．'01(1 62303704 口口(1(『二Ix画 而
HSDPA的关键技术及特性分析
目前．移动通信领域 中存在各
种无线接入技术与标准．3GYP协议
的E99版本和R4版本可以提 供最高
2Mbps的数据传输速率，3GPP2J=办议
的EV-DO版本则可以提供最大 2
4Mbpe的数据传输速率，WiMAX(802
I 6e)技术则将提高数据传辅速率
到301VJ3ps。因此为了使WCDMA可以
与其他技术相抗衡 ．WCDMA引入了
HSDPA(High Speed Down『ink Packet
Access)技术 使之可以支持高达
1 4 4Mbps的下行峰值速率。HSDPA
可肚作为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
30PP中对于HSDPA协议规范的
描述主要在2 5 655、25 950和25
308中，下图给出了HgDPA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—he主
要完成 HAP~Q功能、调度和优先级
处理。RN0继续保留原有的1&9g／E4
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
56
谢伟良●中国电信北京研究院
变s F技术和功率控制技术来克服
CDMA的远近效应．但是HgDPA没有
采用 R9 9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 (A M c．
adaptive modulatioi"and coding)、混
台自动重传 (H^Rq．hybrid AEQ)和
快速资源调度算法 这主要是为了
达到高速下行舟组数据速率和减
少时延的訇的。
1．自适应编码调制 (AMC)
AMC是根据无竣信道变化选择
合适 的调制和编码方式．阿络侧根
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
谖制和编码方式 ．使用户达到尽量
高的数据吞吐率，当用户处于有利
曲通信地点时(如靠近NodeB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 曲信道编码
方式，例如：J 6QAM和3／ 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(如位
于小区遗缘或者信道深衰落) 同
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
】／4编码速率，来保证通信质量。
2．HARQ技术
HARQ是HgDPA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 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 H^RQ机制
盎身的定义是将 FEC和AR．Q结合起
来的一种差错控制方案，HARQ机制
的形式很多．而 HBDPA技术中主要
’ r
‘_c_d
L1
国 1：HSDPA无线接口协议蛞向
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技术■分析
是采用三种递增冗佘的H^RQ机制．
TYPE-I HARq．TYPE-If HAR ，TYPE一
l¨ H^Rq 其中
TYPE-]HAP．Q：主要采用了chase
合并算法．这种算法是chase博士在
I 985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—I r HAEQ：又称为完全递增
冗余机制．这种机制在1 988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台，将
之前接收曲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一⋯HARq又称为部分递增
冗余机制 这种方案与TYPE一11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。
H SD P A中采用的重传协议 为
stop—and—walt(SAW)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 ，
HgDPA采用了N channel SAW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 问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
调度算法控制者共享资源的分
配．在很大程度上决定了整个系统
数据宰 数据宰 数据宰
扩频系数 编码玛宰
(5∞d档) (1O,m．dm) (15 cc,4m)
l6 l，4 600kl~B 1．2Mbpg 1．8Mbp丑
l6 2／4 L2M呐 2．4胁 DB 3．6Mbp丑
3／4 1．娟胁p吕 3．6MbpB 5．3胁 pg
4／4 2．4Mbl~ 48^ 曲 B ?-2撕 Ipg l
2／4 20h B 48hn，∞ 7．2矗栅b僻
3／4 3 6枷bpB 7．2Mb 10．7脚
表 1 HSDPA在不同调靓和蝙码配置下的速率
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
量与可舟配资源的关系、uE的能
力级和缓冲器状态以及业务优先
圾等情况，并充分发挥AMC和 ^ q
的能力。调度算法应向瞬间具有
最好信道条件的厢户发射数据 ．
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。HgDPA技求为 了
能更好地适应信道的快速变化 ．
将诵度功能单元教在NodeB而不是
ENC
． 同时也将TTI缩短到2ms(3个
对隙) 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 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 陛和合
理性 终端的检测-^生能和 多码支
持程度等部有着直接、密切的关
系 对于宏蜂窝的一睛况．时延扩展
和其他小区干扰可能服制HSDPA小
区容量到达 其峰值 ．但是 由于
HARQ提商了谱效率、更强大的编
码方案、高分辨率 多码传输等
技术．还是可以明显的提 高小区
的吞吐量 对于徽蜂窝的情况．由
于链路自适应技术和高教编码调
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2 00％，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
(不包含开销)如表 I
通过以上对HSDPA技术性能分
析可以看出：HgDPA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
网络一陛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，HgDPA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 信夸产生的延迟限制。
更快的调度方 式使得不需要通过
DGH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．
Backgroucd等非实时业务，同样可以
用于支持某些实时业务．~pStream—
ing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H$CPA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
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技术与产 口 毡010 6231)3704 口口_df[
统中引八 HSDPA技术．在MAC层新
增了MAC-hs实体 ．MAC一18位于Node8
而不位子RNC，其作用主要是负责
处理HABQ操作以及快速调度算法。
HgDPA在R9g的UTR．AN增加了三个新
的物理信道
(1) MS—DSCH信道 采屑固定
的扩频园子SF=1 6，下行链路．负
责传输用户数据 信道共享方式主
要是时分复用和码分复用 同酵支
持多码传输
(2)HS-~CCH信道：下行链路．
负责传输HS—DSCH信道解码所必需
的控制信息。
(5) HS-DPCCH信道：上行链
路，负责传输必要的控制信息 主
要是对ABQ．的响应以及下行链路质
量的反馈信息。
对于网络设备．MSDPA功能主
要是对NodeB修改比较犬．对RNC主
要是修改算法协议软件．硬件影响
很小 ，可能会增加处理器单元来应
对提升的传输数据量。如果在原有
设备中考虑了HSDPA功能升级要求
(如 1 6QAM、缓， 器及处理器的性
能等)，一般来讲实现HSDPA功能不
需要硬件升级，只要软件升级即
可．所肚现在很多厂家都宣称可通
过软件升级支持HSDPA功能 实现
这个功能难度不是太大．关键是实
现的性能．HgDPA技术实现后的真
正性能需要验证。
HSDPA终端
在R5版本 中．所有HSDPA终端
都必须支持 1 6一qAM调制解调技
术，但是终端的HsD ^ 特性强弱是
可选的。根据物理层所能支持的最
大数据速率、最大支持并行码信道
数和是否支持连续的2msTTI的数据
接收等特征来进行划分，将其舟为
从】．2Mbit／s到1 OMbit／s各不相同的
十多种终端能力级。同时HSDPA终
端接收机中软缓冲器性能也决定
58
终端接牧数据的能力，3GPP协议中
规定了表征软缓j十器能力的绝对
埴，较高的值表示较缓冲器能以最
大数据速率支持T、f P 一ll类型的
A明机制，较小的值则表示软缓冲
器只能采if．TYPE—I类型的HAR．Q机
制
HSDPA与 W iMAX
的技术比较 、
日前．正当HSDPA不断被提上
日程的同时．另一种商退无线技术
也被提出．这就是WiMAX技术。不
可避免的 两种技术被相互进行对
比．关于这方面的讨论正在展开，
本文也对这两种技求的技术特征
连行了初步地劳折和对比 wiMA×
一 般可以分为两种：802 1 6d和802
’fje 前者主要是作为固定宽带无
线接入技术，可 作为ADSL妁补
充；后者主要作为移动宽带无线接
八技术，与HSDPA,及其他jG系统形
成竞争关系 本文讨论妁WiMAX主
要指8,22】6e。下表是FSDP,A与wiM^×
一 些技术特征的对比。
从上述技术对比分析中可以看
出．HgDPA的标准和商阁化进度比
'~iMAX更快，而WiMAX采用了比CDMA
更先进的OFDM技术．在性能上比
HSDPA更具有优势 HSDPA的优势还
在于它可以向下兼容 w c DM A的
P,．gg／R,4网络．而、#iM,c,X到必须重新
搭建一套无线网络系统 二者在未
来高速移动通信网络中的应用取
决于二者技术的进一步发展。
HSDPA通过采用AMC，HABQ_及快
速资源调度算法等技术，提高了无
线网络的数据传输能力和容量．缩
短了高速下行数据传输的时延 所
以HgDPA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。_f
w c802 1．6e) ⅡSm A
标瞌化盎暴 预计2005年下半年发布 R5己经确定
佳麓带寅 支持】25 或1 75M． 5M
1 5h凸 n
其中n为O～4正整数·
一 般采用大于5M
鲕嗥 2 SG丑 与1~．99共载渡
藏工靠式 }DD TDD FDD
用l户胖 10M带宽时，平均可达 蹦 带宽时．可选2～ 144 I
301*,~ops
疆蝴 1～，k血(与频段有关) 与无线环境有关
粼 高移动性 高移动性
帚 oFD^ 0FDM^ CDMA
业务艘 数据J语音(数据为主) 语音臌据
铘嘲 支持 支持
赢用枷畸闻 200"7～2∞8年 200 2007年
表 2：HS~~A与 ,,Vib．／AX曲技术特征
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