TD-SCDMA 技术与实现 第五章 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 1 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 TD-SCDMA HSDPA技术背景.............................................................................................1 HSDPA的技术发展的背景........................................................................................1 CCSA N频点和HSPA规范的引入...........................................................................1 3GPP TD-SCDMA标准规范.....................................................................................4 TD-SCDMA HSDPA关键技术.............................................................................................5 关键技术概述............................................................................................................5 共享信道...................................................................................................................6 调制技术...................................................................................................................7 快速调度算法............................................................................................................8 最大C/I算法.........................................................................................................8 轮询算法RR.........................................................................................................9 正比公平算法PF.................................................................................................10 AMC-自适应调制和编码..........................................................................................10 AMC概述............................................................................................................10 AMC的控制机制.................................................................................................11 HARQ－混合自动重传............................................................................................12 多载波HSDPA.......................................................................................................13 TD-SCDMA HSDPA物理层原理.......................................................................................16 HSDPA协议结构....................................................................................................16 HSDPA信道...........................................................................................................18 HSDPA信道概述................................................................................................18 HS-DSCH与HS-PDSCH特点............................................................................19 HS-SCCH特点....................................................................................................20 HS-SICH特点.....................................................................................................21 HS-DSCH的编码过程............................................................................................22 HS-SCCH的编码过程............................................................................................26 HS-SICH的编码过程..............................................................................................28 HSDPA基本流程....................................................................................................30 编码和调制对速率的影响........................................................................................31 资源配置.................................................................................................................32 准入控制.................................................................................................................33 HSDPA在TD-SCDMA与WCDMA系统中的差别.............................................................34 本章练习...........................................................................................................................37 2 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 本章目标： • 了解TD-SCDMA HSDPA的标准化过程 • 了解HSDPA的关键技术 • 至少说出3个关键技术功能或过程 • 了解HSDPA物理层原理 • 熟悉TD-SCDMA HSDPA物理信道功能 • 了解TD-SCDMA与WCDMA在HSDPA中的区别 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 3 PDF created with pdfFactory Pro trial version
PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 TD-SCDMA HSDPA技术背景 HSDPA的技术发展的背景 HSDPA技术为高速下行分组接入技术，在R99的工作完成后，3GPP的改进工作被提上日程，TD-SCDMA在R4中被引入，目的为增强分组域提供一种高效解决方案标准。 运营商和市场对移动网络系统提出了更多的需求： － 更高的数据速率，如高速的多媒体服务； － 更低的数据成本； － 更大的小区容量； TD-SCDMA HSDPA技术是为满足以上需求而提出的理想解决方案。 CCSA N频点和HSPA规范的引入 2000年5月的ITU-R全会上由中国提出的TD-SCDMA无线传输技术（RTT）被正式接纳为IMT-2000方案之一，随后开始了在3GPP组织内的标准融合和制定工作，在2001年3月的3GPP RAN第11次全会上，包含TD-SCDMA无线接入技术在内的3GPP R4版本规范正式发布。此时，TD-SCDMA系统具备了一整套技术标准，构成了一个完整的移动通信系统。在3GPP的技术中，又常称TD-SCDMA为LCR TDD（低码片速率TDD）。 3GPP R6 or R7 HSUPA 3GPP R6 MBMS 3GPP R5 HSDPA单载波 3GPP R4 LCR TDD Q3 Q4 Q1 Q2 Q 3 Q4 Q 1 Q2 Q3 Q1 Q2 Q3 Q1 Q2 2000 2001 2002 2004 2007 图 TD-SCDMA 标准进展-3GPP TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 1 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 TD-SCDMA与WCDMA这两种3G制式都是在3GPP组织内进行标准化工作的，在实际的标准制定中，TD-SCDMA标准具有鲜明的特征。TD-SCDMA与WCDMA在核心网络、业务应用等方面共用技术标准，差异主要体现在无线接入网（RAN）部分，特别是在无线接口物理层技术方面。 随着技术发展和研究的深入，在制定TD-SCDMA基于3GPPR4的第一版行业标准中引入了N频点（多载频）特性。简单来说，N频点特性是针对未考虑多载频配置对网络运行的影响所带来的一些问题而提出的。 具体地说，此前的TD-SCDMA标准（即纳入3GPPR4的LCRTDD）中，在Uu接口、Iub接口均是针对各载频分别进行资源的操作与配置，每个载频都被当作一个逻辑小区，在每个小区都配置一整套公共信道。如一个三扇区三载频基站，将被视作9个小区，所有小区都发送各自的导频和广播信息等公共信道，而其中的BCH、FACH和PCH等公共信道在小区覆盖区内是全向发射的。因此在采用多载频基站组网时，不但对基站发射功率要求较高，而且在同频组网情形下，将可能在某些覆盖区域存在大量的同频邻小区，而这些同频邻小区都配置有全向发射的公共信道，彼此间的干扰将很突出。因此在多载频基站所组成的无线网络中，可能出现诸如小区搜索困难、终端测量复杂、切换困难和系统效率偏低等问题。 为解决上述问题，面向同一扇区／小区配置多个载频，行业标准中引入了N频点技术。N频点技术的主要特性包括： － 每小区／扇区配置N个（典型为3个）载频，其中一个为主载频，其它为辅载频。承载P-CCPCH信道的载频为主载频，不承载P-CCPCH的载频为辅载频，每小区／扇区有且只有一个主载频，同一UE所占用的上下行时隙配置在同一载频上。 － 所有公共信道均配置于主载频，辅载频仅配置业务信道和有条件地配置部分公共信道（如UE在切换时可以在辅载频上使用UpPCH、FPACH信道进行上行同步建立）。 为了满足用户日益增长的对高速分组数据业务的需求，3GPP在R5引入了HSDPA技术。对TD-SCDMA和WCDMA而言，HSDPA所采用的关键技术是基本一致的。 在2005年，业内提出了将N频点特性和HSDPA特性有机结合起来，通过多载波捆绑的方式提高TD-SCDMA HSDPA系统中单用户峰值速率，即所谓的多载波HSDPA方案。 3GPP R5引入HSDPA后，下行链路的传输速率和吞吐量得到了很大提高。相比而言，上行链路速率和吞吐量偏低，为满足要求更高的上行速率业务发展需要，3GPP从R6版本开始，开展了对上行链路增强或称为高速上行分组接入（HSUPA）的研究和标准制定工作。 3GPPR5引入HSDPA后，下行链路的传输速率和吞吐量得到了很大提高。相比而言，上行链路速率和吞吐量偏低，为满足要求更高的上行速率业务发展需要，3GPP从R6版本开始，开展了对上行链路增强或称为高速上行分组接入（HSUPA）的研究和标准制定工作。 2 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 CCSA TD-SCDMA N-频点 多载波 TD-SCDMA TD-SCDMA HSDPA TDD－LTE LCR TDD LCR TDD LCR TDD 3GPP （R4） HSDPA HSUPA （R5） （R6 or R7） 图 TD-SCDMA 3GPP R4 网络结构 对于当前和今后一段时间内TD-SCDMA的研究和标准化工作，首先需要业界群策群力，争取在较短的时间内高效地完成多载波HSDPA行业标准的制定，为产品的开发奠定技术基础；与此同时，对HSUPA的研究和标准化也是一项重要而迫切的任务。在HSDPA、HSUPA标准化工作的基础上，需要进一步对TD-SCDMA的继续演进开展研究，并推动相关标准的制定。总之，标准化工作的任务是艰巨的，但应该相信，TD-SCDMA技术和产品在实际应用中将不断发展，从而又将推动标准向前发展。 • 3GPP LTE TDD LCR LCR LCR LCR MC-OFDMA SC-FDMA TDD TDD TDD TDD CDMA TDD /OFDMA • CCSA TD-SCDMA Stage III N TD-SCDMA TD-FrequencStage I SCDMA （TD-SOFDMA R4 Stage II Multi-carrier Current status Short Term Evolution Long Term Evolution 2005 2007 图 TD-SCDMA 演进路线 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 3 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 3GPP TD-SCDMA标准规范 TD-SCDMA HSDPA基于3GPP的相关规范可参考: 3GPP R5 - 物理层（3GPP ） - 层2和层3（3GPP ） - UTRAN（3GPP ） - UE一致性（3GPP ） - RF性能（3GPP ） TD-SCDMA HSDPA基于CCSA的相关规范可参考: 系统设备 - 2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（HSDPA）无线接入子系统设备技术要求 - 2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（HSDPA）无线接入子系统设备测试方法 终端设备 - 2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（HSDPA）终端设备技术要求 - 2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（HSDPA）终端设备测试方法 UU接口 - 2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（HSDPA）Uu接口物理层技术要求 - 2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（HSDPA）Uu接口层2技术要求 - 2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（HSDPA）Uu接口RRC层技术要求 Iub接口 - 2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（HSDPA）Iub接口技术要求 - 2GHz TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（HSDPA）Iub接口测试方法 4 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 TD-SCDMA HSDPA关键技术 关键技术概述 移动分组数据业务的支持能力是3G系统最重要的特点之一。随着移动通信和Internet网络的迅速发展，许多对流量和迟延要求较高的数据业务如视频、流媒体和下载等不断涌现。这些业务对移动通信系统提出了更高的需求，要求系统提供更高的传输速率和更小的传输时延。为了满足日益增长的分组业务需求，特别是下行业务需求，3GPP提出了HSDPA技术并进行了标准化，HSDPA作为3GPP Release 5版本中的最主要特性（包括FDD以及TDD），于2002年完成了标准化。HSDPA通过采用AMC、HARQ以及高阶调制（16QAM）等技术，并在基站侧实现快速调度，从而可以快速自适应的反映用户信道的变化，获得较高的用户峰值速率和小区数据吞吐率。 TD-SCDMA HSDPA有以下技术特点: 实现更高的峰值速率 －单载波最高达 信道可以被多个用户共享 速率调整快 －每5ms可对用户资源重新分配一次 TD-SCDMA HSDPA采用了以下关键技术: 自适应调制和编码(AMC) －根据链路质量快速调整调制和编码 －高阶调制（QPSK和16-QAM） 混合ARQ(HARQ) －Type II，Type III 快速调度 －Node B的物理层调度 图 TD-SCDMA HSDPA 关键技术 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 5 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 共享信道 为了适应分组数据业务的特点，HSDPA中引入了共享信道的机制，多个用户共享无线资源。考虑到分组业务的特性，突发性强，持续时间不确定，系统采用共享信道的方式为分组用户提供服务，用户通过时分或者码分的形式共享无线资源。系统定义了新的共享信道以及相应的上下行控制信道以支持HSDPA特性。 HS-PDSCH HHSS-PDSCH 下行-PDSCH HS-SCCH HS-SICH 上行 HHSS-SICH -SICH 图 HSDPA 新增信道 HSDPA新增了一种共享传输信道和三种共享物理信道: 传输信道：HS-DSCH, High Speed Downlink Shared Channel。 物理信道 － HS-PDSCH 下行信道，承载HSDPA业务数据，High Speed Physical Downlink Shared Channel。 － HS-SCCH 下行信道，HSDPA专用的下行控制信道，承载所有相关底层控制信息，High Speed Shared Control Channel。 － HS-SICH 上行信道，用于反馈相关的上行信息，包括ACK/NACK和CQI ，High Speed Shared Indication Channel。 其中HS-DSCH是新增加的传输信道，用于承载高速下行数据，映射到HS-PDSCH上。为了支持HSDPA相关的信令，系统增加了两个物理信道HS-SCCH/HS-SICH，由NodeB控制，用于传递HS-DSCH的控制信息以及终端的反馈信息。HS-DSCH支持数据的TTI为 5ms，采用AMC以及HARQ等链路自适应技术，为多个用户以时分或者码分的形式共享。下行控制信道，HS-SCCH使用两个SF=16的码道，携带的控制信息包括用户标识，HS-PDSCH使用的码资源，调制方式，TBS块大小，以及HARQ相关信息。上行控制信道HS-SICH，使用一个SF=16 的码道，和HS-SCCH成对使用，用户用于反馈信道质量（CQI）以及下行数据ACK/NACK的信息。 6 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 调制技术 HSDPA调制分为QPSK和16QAM两种。在有利位置的用户(如离基站较近的用户)会被分配较高的调制等级和较高的编码速率(例如16QAM和R=3/4的码率)，而在不利位置的用户(接近小区边缘的用户)会被分配较低的调制等级和编码速率(例如QPSK和R=1/2的码率)。系统仿真表明，采用16QAM和QPSK组合调制比单一QPSK调制的系统可提高大约20%的平均吞吐率。 QAM是一种矢量调制，它将输入比特先映射到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q分量（对应复平面的实部和虚部）对两个相互正交的同频载波进行幅度调制，利用已调信号在同一带宽内频谱正交的性质，来实现两路并行的数字信息在同一信道内互不干扰的进行传输。QAM对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，所以QAM调制又称为星座调制。8PSK、QPSK、16QAM的星座图如图所示。 图 HSDPA 调制技术 在TD-SCDMA HSDPA系统中，使用了QPSK和16QAM两种技术自适应调制。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 7 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 快速调度算法 通过将数据的调度和重传移到NodeB实现，可以更加快速的适应信道变化。基站根据UE的反馈，依据一定的调度准则选择用户，或者调整UE使用的调制方式编码速率，以优化系统性能。同时，调度以及数据重传在NodeB实现，可以减小数据传输的时延。 快速调度算法有几个重要的特点： 快速调度算法是在动态复杂的无线环境下使多用户更有效地使用无线资源，提高整个扇区的吞吐量； 调度算法功能实现于基站； 需要考虑两个重要因素：吞吐量和公平性。 基于以上因素的考虑，HSDPA系统中有三种常用的调度算法： Max C/I ：最大载干比算法； RR ：轮寻算法； PF ：正比公平算法 在HSDPA系统调度算法的实现中，需要遵循以下的调度基本原则： 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。 最大C/I算法 最大C/I算法的基本概念是： Max C/I基本思想是对所有待服务移动台依据其接收信号C/I预测值进行排序，并按照从大到小的顺序进行各用户数据的发送。 最大C/I算法的缺点是： 距离基站近的移动台由于其信道条件好会一直接收服务，而处于小区边缘的用户的由于C/I较低，这些用户将得不到服务机会，甚至出现所谓“饿死现象”，从占有系统资源的角度来看，这种调度算法是最不公平的。 图 最大C/I算法示意图 采用最大载干比算法的系统，其服务用户集中在距离NodeB非常近的区域，对用户的覆盖范围小，这在大多数场景中是不可用的。 8 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 该算法所得到的系统容量可以作为其它调度算法的上界。另外该算法的实现也是最简单的。 轮询算法RR 轮询算法RR基本概念是： RR算法的基本思想是保证小区内的用户按照某种确定的顺序循环占用等待时间的无线资源来进行通信。每个用户对应一个队列以存放待传数据，在调度时非空的队列以轮循的方式接受服务以传送数据。 轮询算法RR的优点： 轮循算法不仅可以保证用户间的长期公平性，还可以保证用户的短期公平性；另外算法实现简单。 轮询算法RR的缺点： 该算法由于没有考虑到不同用户无线信道的具体情况，因此系统吞吐量是很低的。 如图所示，通常，人们认为RR算法是最公平的，因为它保证所有用户占用等量的时间进行通信；同时人们认为该算法是性能最低的(它的系统吞吐量在实际系统中是最低的)。 图 轮询算法RR示意图 RR算法是公平性的上界和算法性能的下界。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 9 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 正比公平算法PF 正比公平算法PF基本概念是： 如果用户的信道条件较好，其请求传输的速率也较大，该用户的优先权也提高；如果一个用户因为信道条件较差，特别是由于它处于小区边缘，C/I长时间较低，得不到传输的机会，其平均吞吐量减少，平均速率降低，这种情况下的用户同样会提高优先权，获得传输的机会。 图 正比公平算法PF示意图 从统计意义上来看，每个用户分配的资源是相同的，公平性与RR相当，而系统容量高于RR，接近Max C/I，较适合实际系统使用。 AMC-自适应调制和编码 AMC概述 链路自适应方式主要采用两种方式： 方式一： 功率自适应方式，发送端改变发送数据的传输功率来适应信道条件的变化； 方式二： AMC方式，发送端通过改变数据的传输码率，进而适应信道变化。 AMC的原理就是在系统限制范围内，根据由大尺度衰落引起的瞬时无线链路信道质量的变化，灵活地调整发送给每个用户的数据的MCS（调制编码方式） 具体来说，AMC(Adaptive Modulation and Coding Schemes)通过改变调制方式和信道编码率来调整传输速率，目前采用QPSK和16QAM两种调制方式。系统根据自身物理层能力和信道变化情况，建立一个在共享信道HS-DSCH中传输格式的编码调制格式集合（MCS），每个MCS中的传输格式包括传输数据编码速率和调制方式等参数，当信道条件发生变化时，系统会选择与信道条件对应的不同传输格式来适应信道变化并通知UE。 10 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 引入AMC的原因： 无线信道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性，短时间的瑞利衰落可以达到十几甚至几十分贝。 对这种时变特性进行自适应跟踪会给系统性能的改善带来极大的好处。 链路自适应技术可以有很多方法，如功率控制和AMC等。 HSDPA在原有系统固定调制和编码方案的基础上，引入更多编码速率和16QAM调制，使系统能够通过改变编码方式和调制方式对链路变化进行自适应跟踪。 图 AMC示意图 如图所示，HSDPA采用AMC作为基本的链路自适应技术对调制编码速率进行粗略的选择。靠近基站的用户接收信号功率强，采用高阶调制方式(如16QAM)和高速率信道编码(3/4编码速率)，使用户获得尽量高的数据吞吐率；当信号较差时，则选取低阶调制方式(如QPSK)和低速率信道编码(1/4编码速率)来保证通信质量。 AMC的控制机制 如下图所示，AMC的控制机制： 1. 起初，UE和NodeB建立通信后，NodeB设置默认的调制和编码方式、传输块大小信息给UE，并使用该设置信息； 2. 手机根据测量的信道质量，反馈信道质量指示、建议下次的调制编码方式和传输块大小给NodeB； 3. NodeB收到UE的反馈信息后，根据UE的反馈信息和自身的AMC算法规则，调整合适的调制和编码方式，以及传输块大小信息，并将调整后的信息设置给UE。此后，NodeB和UE将在该阶段使用被设置的新的调制和编码方式，以及传输块信息； 4. 根据信道质量的不断变化，NodeB和UE会反复执行以上协商过程。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 11 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 图 AMC控制机制 NodeB和UE协商可选择的调制方式可以使QPSK或者16QAM，协商的传输块大小范围是40bit～14056bit。 AMC的优点： 处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率，提高小区平均吞吐率。 链路自适应基于改变调制编码方案代替改变发射功率，以减小冲突。 HARQ－混合自动重传 HARQ是自动重传请求（ARQ）和前向纠错(FEC)技术相结合的一种纠错方法，通过发送附加冗余信息，改变编码速率来自适应信道条件，是一种基于链路层的隐含的链路自适应技术。 采用HARQ技术的接收方在译码失败的情况下，保存接收数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传数据和前面的数据进行合并，再送到译码器进行译码。因为数据在译码前进行了合并，译码数据具有更多的信息量，可以提高译码的成功率，降低错误率。HARQ技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效码元速率，补偿由于采用链路适配不合适所带来的误码。AMC中是利用反馈信息等设定调制和编码的级别从而实现自适应控制，而HARQ通过链路层的确认信号来决定重发与否隐含地实现了自适应控制。 12 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 在HSDPA中，HARQ技术主要作用是补偿AMC选择的传输格式不恰当带来的误码。AMC的机制提供了大动态范围的粗略的、慢速的自适应控制，而HARQ的机制则提供了小动态范围的精确的、快速的自适应控制；AMC的机制对测量的误差和时延敏感，而HARQ是对信道即时状态的反应，与测量误差和时延无关。将HARQ与AMC这两种链路自适应技术结合使用可以取得比较理想的效果，即AMC基于信道测量结果等信息大致决定数据传输速率，HARQ在此基础上根据实时信道条件再对数据传输速率进行微调。研究表明，通过HARQ技术可有效的将由于AMC选择传输格式不恰当所造成吞吐量损失减少50％。同时，HARQ在不降低系统性能的情况下，还可以减少MCS的调制编码类型，降低系统调度和实现复杂度。 通俗来讲，混合自动重发请求是一种差错控制技术，目的在于提高信号的传输质量，保证信息可靠性。 HARQ＝FEC＋ARQ： FEC：根据接收数据中冗余信息来进行纠错，特点是“只纠不传”； ARQ：依靠错码检测和重发请求来保证信号质量特点是“只传不纠”。 HARQ技术综合了FEC与ARQ的优点。 图 HARQ的工作机制 在HARQ中，发端会发送具有一定冗余信息的数据，收端首先进行FEC，如果依然不能正确解调则要求发端重新发送数据。 HARQ避免了FEC需要复杂的译码设备和ARQ方式信息连贯性差的缺点，并能使整个系统误码率很低。 多载波HSDPA 为了提高对分组业务的支持能力，取得更高的峰值速率，使TD-SCDMA系统与其它系统相比具有相当的竞争优势，在CCSA对TD-SCDMA 标准化过程中，提出了多载波HSDPA技术，通过多载波捆绑提高TD-SCDMA系统中单用户峰值速率。多载波HSDPA也是对已有N频点技术的自然延伸，在N频点小区中，一个小区拥有多个载波资源，为多载波的捆绑提供了便利。使用多个载波进行捆绑来提供HSDPA业务，可以显著提供单用户的峰值速率。而且多载波捆绑方式资源配置灵活，同时后向兼容单载波。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 13 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 TD-SCDMA多载波技术，是指在使用HSDPA技术时，多个载波上的信道资源可以为同一个用户服务，即该用户可以同时接收本扇区多个载波发送的信息。这样，如果采用N个载波同时为一个用户发送，理论上用户可以获得原来N倍的数据速率。同时，由于在HSDPA技术中引入了多载波特性，MAC- hs除了完成共享用户的调度，AMC、HARQ等链路自适应的功能，还增加了多载波分流、数据处理的功能。具体体现：当一个用户的数据同时在多个载波上传输时，HS-DSCH所使用的物理资源包括载波、时隙和码道，由MAC-hs统一调度和分配。当一个用户的数据在多个载波上同时传输时，由MAC-hs对数据进行分流，即将数据流分配到不同的载波，各载波独立进行编码映射、调制发送以及相应的信道质量反馈，对于UE，则需要有同时接收多个载波数据的能力，各个载波独立进行译码处理后，由MAC-hs进行合并。 MAC-d flows Scheduling/Priority Handling MAC-hsPriority Queue DistributionPriority Queue Distribution Priority Priority Priority Priority QueueQueueQueueQueue HARQ Entity Carrier #1Carrier #2Carrier #3HARQ Process(1~8)HARQ Process(1~8)HARQ Process(1~8) Carrier #1 PhysChannel CodingCaChannel Codingical rrier #2 CaChannel Coding rrier #3 LayerPhysical Physical LayerLayer ...... 3GPP ...HSDPA 3GPP 3GPP channel HSDPA HSDPA codingchannel channel coding coding HS-SCCHHS-DSCHHS-SICHHS-SCCHHS-DSCHHS-SICHHS-SCCHHS-DSCHHS-SICH 图 多载波HSDPA技术方案UTRAN侧处理框图 从网络侧来看，MAC-d流数据发送到MAC-hs实体中的相应的优先级队列中。MAC-hs实体的调度模块根据优先级来对各个优先级队列中的数据进行调度，将被调度到的优先级队列中的PDU分发到相应的一个或者多个载波的HARQ进程中。 来自每个载波上的HARQ数据进行HS-DSCH信道编码时，采用和R5 TD-SCDMA HSDPA相同的处理方式，如图所示。 14 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 图 多载波HSDPA中HS-DSCH编码处理框图 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 15 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 TD-SCDMA HSDPA物理层原理 HSDPA协议结构 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。 DTCH DCCH DCCH DTCH MAC-d MAC-d MAC-hs MAC-HS-HS- hs DSCHFP DSCHFP PHY PHY TNL TNL TNL TNL UE Uu NodeB Iub CRNC Iur SRNC 图 L1/L2协议结构1 HSDPA的引入要求增加和修改的UTRAN内部使用的控制面协议如下图主要包括： 无线资源控制(RRC)协议，负责一系列UTRAN专用功能，包括(信令)无线承载(Radio Bearer)管理。 Node-B应用部分(NBAP)协议，它在Iub接口(即Node-B和RNC之间的接口)上实现，NBAP使得RNC能够管理Node-B上的资源。HS-DSCH构成了一种额外的Node-B资源类型，也需要使用NBAP协议进行管理。 无线网络子系统应用部分(RNSAP)在两个RNC之间的Iur接口上实现，也受到HSDPA影响，因为在这种情况下，Node B中的HSDPA相关资源由不同于Node B主控RNC的服务RNC管理。 16 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 HSDPA的引入要求增加和修改的UTRAN内部使用的用户面协议如图所示主要包括： 用来在UTRAN内部传送HS-DSCH传输块的相关用户面协议是HS-DSCH帧协议(HS-DSCH FP)，如图所示。顾名思义，帧协议一般负责把传输块(从MAC层传送到物理层的数据的基本单位)集合“打包”成可以通过UTRAN传输网络(在Rel. 99 UMTS中是基于ATM的)传送的格式。帧协议支持的其它功能包括节点和传输信道同步。 一个重要的HS-DSCH FP功能与需要控制HS-DSCH中从RNC发送到Node-B的MAC-d协议数据单元(PDU)有关。由于Node-B缓冲器有限，因此必需采用某种流量控制形式，这可以用RNC和Node-B之间交换的专用HS-DSCH FP消息实现。RNC把容量请求消息发送到Node-B，表明数据准备传输。根据Node-B内部当前缓冲器状态，这个网元(network element)通过容量分配消息，表明在一定时间周期内允许RNC传输多少个(如果有的话) MAC-d协议数据单元。 图 L1/L2协议结构2 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 17 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 HSDPA信道 HSDPA信道概述 如前所述，TD-SCDMA系统中为HSDPA增加了三类物理信道和一类传输信道。三类物理信道包括：HS-PDSCH, HS-SCCH和HS-SICH。一类传输信道是HS-DSCH。HSDPA高层逻辑信道DTCH映射在传输信道HS-DSCH，HS-DSCH映射在HS-PDSCH物理信道，如下图红色部分所示。 图 TD-SCDMA信道映射1 在TD-SCDMA系统中所有传输信道和物理信道映射关系如下图所示。 传输信道 物理信道 DCH 专用物理信道(DPCH) BCH 主公共控制物理信道(P-CCPCH) PCH 辅助公共控制物理信道(S-CCPCH) FACH 辅助公共控制物理信道(S-CCPCH) PICH RACH 物理随机接入信道(PRACH) USCH 物理上行共享信道 (PUSCH) DSCH 物理下行共享信道 (PDSCH) 下行导频信道 (DwPCH) 上行导频信道 (UpPCH) 快速物理接入信道F-PACH HS-DSCH 高速物理下行共享信道(HS-PDSCH) 下行HS-DSCH共享控制信道 (HS-SCCH) 上行HS-DSCH共享信息信道 (HS-SICH) 图 TD-SCDMA信道映射2 18 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 HS-DSCH与HS-PDSCH特点 高速下行共享信道（HS-DSCH）有如下特点： 高速下行共享信道（HS-DSCH）是一种被几个UE通过时分复用和码分复用共享的下行传输信道。对于一个UE可以进行多码传输，这取决于UE的能力。 HS-DSCH和一个下行DPCH和一个或者几个共享控制信道（HS-SCCH）相伴随。 HS-DSCH在整个小区或者通过使用赋形天线在部分小区进行发送。 采用链路自适应技术。 高速物理下行共享信道 (HS-PDSCH) 有如下特点： HS-DSCH映射到一个或多个高速物理下行共享信道（HS-PDSCH）。 －调制方式：QPSK或者16QAM －扩频因子：固定SF16（或者SF1） －时隙格式：无TFCI，TPC，SS －不支持动态功率控制 －编码：1/3 Turbo编码 对支持多个载波的UE，HS-PDSCH可以在多个载波上同时发送，高层分给同一用户的HS-PDSCH所在的多个载波应该是连续的载波。 如果UE只支持单载波的能力，高层仅分配一个载波的HS-PDSCH资源，并且该载波与伴随的DPCH在同一载波上。 如果把整个业务时隙都配成HS-PDSCH资源池，在使用16QAM调制方式下，可使一个时隙一次最多传2816bit。 按照符号数，扩频引资和码片的关系：Symbols×SF ＝ 352chips，如果SF＝1，每个数据区352码片就是352个符号。如此，每个时隙数据结构有两个352码片数据区，便有352×2＝704个符号。在使用16QAM作为调制方式的情况下，每个符号可以表示4个bit，所以每个时隙一次最多传704×4＝2816个bits。具体公式如下所示： 352 * 2(两个数据区）* 4(每个符号表示4个bit)=2816bit Data Midamble Data GP 352chips 144chips 352chips 16 864chips 图 业务时隙数据结构，无TFCI, TPC, SS TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 19 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 HS-SCCH特点 下行高速共享控制信道 (HS-SCCH)有以下特性 ： 调制方式：QPSK。 扩频因子：SF16。 时隙格式：无TFCI，分为HS-SCCH1和HS-SCCH2两个物理信道： － HS-SCCH1有TPC和SS － HS-SCCH2无TPC和SS 支持动态功率控制。 编码：1/3卷积编码 。 HS-SCCH是一个携带用于HS-DSCH高层控制信息的下行物理信道。 HS-SCCH上的信息有两个单独的物理信道携带（HS-SCCH1和HS-SCCH2）。术语HS-SCCH指这些物理信道的整体。 如果UE支持多个载波的HS-DSCH发送，对应每个载波的HS-DSCH都各自使用独立的HS-SCCH用于控制信息的传输。 用来控制同一UE同一载波上的HS-DSCH的HS-SCCH与HS-SICH需要在同一个载波上。 终端接收HS-PDSCH的数据必须要在HS-SCCH控制信息的配合下才能完成。HS-SCCH被所有HSDPA数据的UE所共享，但对单个HS-SCCH传输时间间隔，每个HS-SCCH只为一个UE承载HS-DSCH相关的下行控制信令。 图 HS-SCCH/HS-SICH的数据结构 HS-SCCH上的控制信息主要包括UE-ID,TFRI,HARQ等相关信息: UE-ID：用于标识当前控制信息的所属UE。 当UE收到高层信息需要接收HS-DSCH数据后，UE开始连续监视HS-SCCH信道，最多需要监视4个HS-SCCH数据，寻找属于自己的控制信息。当UE获得此控制信息后，才能接收HS-PDSCH的数据。 20 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 TFRI：传输格式资源指示，主要包括码和时隙的分配信息，调制方案信息和传输块大小，分别用于指示UE当前HS-PDSCH所用的码字和所处的时隙位置，标识HS-PDSCH下一个传输时间间隔数据的调制方式QPSK还是16QAM及其传输块的大小。 码分配信息表明HS-PDSCH使用的是信道化码。为了简单方便，要求可用的信道化码是连续分配的，这样可定义为介于一个起始码和一个结束码之间。 可以用4个比特分别表示码的起始位置和终止位置，能够分配给HS-PDSCH的时隙是TS2到TS6，最多5个时隙，这样可以用5个bit表示TS2到TS6时隙的占用情况。 HARQ信息：HARQ的过程信息，冗余版本信息和新数据指示信息。 其中冗余版本信息可以指示数据分组的HARQ类型，如是否采用增量冗余，分组后是否具有自解码能力等。 对16QAM调制方案包括星座信息，指示星座重排的方案，新的数据指示信息可以指示此数据是新数据还是重发数据。 HS-SICH特点 HS-DSCH共享信息信道 (HS-SICH)有以下特性 ： 调制方式：QPSK。 扩频因子：SF16。 时隙格式：无TFCI，有TPC和SS。 支持动态功率控制。 编码：ACK/NACK Xan,1的编码是由1bit 重复到36bit。CQI包括推荐传输块大小（RTBS）和推荐调制方式（RMF）。RTBS域的6bit信息通过（32，6）的一阶Reed-Muller编码器得到。 HS-SICH是一个上行物理信道。 它反馈相关的上行信息，主要包括应答/非应答（ACK/NACK)和信道质量指示CQI。 CQI包括推荐调制格式（RMF）和推荐传输块大小（RTBS）。 如果UE支持多个载波的HS-DSCH发送，那么对应每个载波的HS-DSCH都各自使用一个独立的HS-SICH用于控制信息的传输。 用来控制同一UE同一载波上的HS-DSCH的HS-SCCH与HS-SICH需要在同一个载波上。 CQI当前信道质量 ： － 信道估计在UE端完成，可以通过测量PCCPCH的RSCP/ISCP来进行信道估计。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 21 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 － 根据估计结果，UE按照已知的HS-PDSCH资源分配状态选取合适的CQI进行反馈。 － CQI同样需要有很高的可靠度，因为NodeB根据CQI决定下一次发送的传输格式。 一般来说，HS-SICH映射到TS1，并采用值为16的扩频因子 HS-SICH在时隙中的数据结构和HS-SCCH在时隙中的数据结构完全一样，如图所示。 HS-SICH也需要保持上行同步。HS-SICH初始定时来于上行DPCH，同步的维持根据HS-SCCH上的SS命令，步长来自高层。但由于UE会有接收不到HS-SCCH传输的时候，此时SS命令的接收来自于伴随的下行DPCH，直到UE接收到HS-SCCH传输。 HS-DSCH的编码过程 对于的TD-SCDMA系统，HS-DSCH信道的TTI为5ms，且传输块数为1，也就是说一个子帧时间就能传输完一个HS-DSCH信道的数据。尽管数据量大，但传输时间少，因此传输速率高。一个传输块的大小，即承载的数据量或者说bit数是根据需要传输的数据量来决定的，使用不同类型的物理信道，其承载的数据大小也是不同的。HS-DSCH信道的编码方式都是采用高速率的Turbo编码，编码过程如图所示，具体可参见相应的Turbo编码的相关文献。 图 HS-DSCH的编码过程 分段后的码块在Turbo编码器中进行编码，并将编码后的数据送往HARQ功能块进行混合重传，如图所示。Turbo编码用于前向纠错（FEC）。 22 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 图 HS-DSCH 1/3 Turbo编码 First Rate Matching Virtual IR Buffer Second Rate Matching Systematic Nbs ys N t,sys its RM_S CParity 1 NT TI bN p1 N it t,p 1 bNW bits RM_P1_1 RM_P1_2it d ata separation collection Parity2 bN its RM_Pp2 N t,p 2 2_1 RM_P2_2 图 速率匹配 在Trubo编码过程中要进行两次TrCH的速率匹配过程。两次速率匹配的作用分别是： 第一次速率匹配：通过Parity Bit打孔使输入不超过虚拟IR缓存。 第二次速率匹配：根据软合并类型由冗余版本（RV）参数控制数据输出，并与HS-PDSCH承载能力相匹配。 一条传输信道上不同的传输时间间隔中的比特数有可能不一样，但是上下行链路都对传输的比特率有一定的要求：下行链路中如果比特数低于最小值的就会被中断；上行链路中各传输时间间隔的比特数不同，但需要保证第二次交织后的总比特率等于所分配的专用物理信道的总比特率。因此需要重复或者凿去传输信道上的一些比特。速率适配就是指在传输信道上的数据比特被凿孔(Puncturing)或重复(Repeating)，以便使信道映射时达到传输格式所要求的比特速率。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 23 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 混合重传请求HARQ分为三种重传类型： I型HARQ：接收端在纠错不成功后，将接收到的包完全丢弃，并要求发端重传。重传的数据包将和上一次的一样。 II型HARQ－ Incremental Redundancy递增冗余：在HARQ-II中，接收到的错误数据包不会立即被丢弃，待重传的数据包收到，和错误的数据包合并后再进行译码，这样就能大幅度提高纠错能力。 II型HARQ缺点：重传数据是冗余信息，不包括系统比特，当第一次传输的数据包被严重破坏，将无法恢复系统比特。 III型HARQ－ Chase Combining（chase博士最早提出）：对II型HARQ进行了改进，重传的码字具有自解码的能力，并不依赖于第一次传输的数据。 其中第II, III型HARQ为TD-SCDMA系统所使用。 与普通的Turbo编码过程不同的是，交织的输出数据需要进行一个星座重排的过程，如图所示，这一过程仅仅是针对16QAM调制方式的，而对于QPSK调制方式来说是透明的。 图 16QAM星座图重排（4bits/symbol） 24 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 把编码过程中各功能块之间的数据输入和输出如下图表示。 图 HS-DSCP编码数据流 假设交织的输出数据V1，V2，V3…需要进行一个星座重排的过程，重排是对4个bit一组进行操作，分为四种情况，由星座版本参数b来决定。交织后的四个比特Vk，Vk+1，Vk+2，Vk+3重排后的输出bit序列rk，rk+1，rk+2，rk+3和输入比特的关系如图所示，其中k mod 4=1，参数b是由HS-SCCH所携带的冗余版本rv参数来确定的。 图 16 QAM星座重排关系 同所有下行信道一样，与HS－DSCH对应的物理信道，即HS－PDSCH信道，可以使用扩频因子SF为16或者l，它不携带任何控制信息，也就是说burst结构中不含传输格式组合指示（TFCI，Transport Format Combination Indicator）和TPC的信息比特，当然，其可以采用QPSK或者16QAM调制方式。它的控制信息是由专门的控制信道HS－SCCH信道来传送的。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 25 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 HS-SCCH的编码过程 为了保证UE有足够的时间来解析HS-SCCH信道所携带的信息，要求HS-SCCH和其对应的HS-PDSCH信道必须相隔3个时隙及以上，如图所示： 图 HS-SCCH和HS-PDSCH的时间关系 如果HS-SCCH在一个子帧的TS2上发送的，则对应的第一个HS-DPSCH信道可在当前子帧的TS5时隙上发送，而如果HS-SCCH信道是在一个子帧的末尾时隙发送的，则对应的第一个HS-PDSCH信道需要在其下一子帧的TS2时隙上进行发送。 一个UE的一个HS-PDSCH信道可以有1个或者2个HS-SCCH信道伴随。其中，HS-SCCH1使用的时隙格式可携带TPC和SS。HS-SCCH2使用的时隙格式都不携带TPC、SS以及TFCI。 那么，HS-SCCH中传递的信息有些什么呢？如图所示，它包括以下的信息： 信道化码集信息（8bits）：Xccs,l，Xccs,2，…，Xccs,8 时隙信息（5bits）：Xts,1，Xts,2，…，Xts,n 调制方案信息（1bit）：Xms,1 传输块大小信息（6bits）：Xtbs,l，Xtbs,2，…，Xtbs,m 混合ARQ过程信息（3bits）：Xhap,l，Xhap,2，…，Xhap,3 冗余版本信息（3bits）：Xrv,l，Xrv,2，…，Xrv,3 新数据指示（1bit）：Xnd,l HS-SCCH循环序列数（3bits）：Xhcsn,l，Xhcsn,2，…，Xhcsn,3 UE身份（16bits）：Xue,l，Xue,2，…，Xue,16 26 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 这些信息比特将会排列组合起来，并经过编码（包括信息bit复用、CRC校验、信道编码、RM、交织和映射等流程），再发送给UE，如下图所示： 图 HS-SCCH编码复用结构 其中，使用的时隙由比特信息Xts,1，Xts,2，…，Xts,５，标记，bit Xts,n携带信息为时隙n+1，当对应bit置为1时，表示该对应时隙可用，比如说比特Xts,1为1，则表示该HS-DSCH信道在时隙2上使用。与TD-SCDMA系统帧结构的规定相同，时隙0和l是专用的下行时隙和上行时隙，因此，对HS-DSCH来说，这两个时隙也是不可用的资源。所有可用的时隙将使用相同的信道化码集，并由信道化码集信息bit指示。 和TD-SCDMA系统中常用的控制信道一样，HS-SCCH信道只使用SF=16，采用QPSK调制方式，并且使用卷积编码方式。UE接收到该信道后，只需进行解调译码和解映射，再按照排列的序列将各信息bit取出即可使用。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 27 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 HS-SICH的编码过程 通过前面的论述，我们知道UE将在任何给定的HS－SICH信道上发送最近的CQI值，但是HS－SICH信道与HS－PDSCH信道之间的间隔时隙数必须大于或等于9，如图所示。 图 HS－SICH和HS-PDSCH信道的时间间隔 也就是说，如果HS-SICH紧跟着上一个HS-DSCH时隙，那就使用后面的可用的HS-SICH信道，此时，那些没有发送的CQI将被丢弃。 HS-SICH物理信道携带下列信息，如图： 推荐调制格式RMF（1bit）：Xrmf,1 。 推荐传输块大小RTBS（nbits n的大小同TBS）：Xtbs,l，Xtbs,2，…，Xtbs,n 。 混合ARQ信息ACK/NACK（1bit）：Xan,l 。 相对来说，HS-SICH信道的编码过程比较简单，其中，RMF，RTBS和ACK/NACK信息是独立编码，然后经过信息复用和交织以及物理信道映射，如下图所示： 28 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 图 HS-SICH编码复用结构 其中，6比特的RTBS使用（32，6）lst阶Reed-Muller编码方案，编码至32比特。编码过程如图所示，和TFCI的编码方式类似。 图 RTBS信息比特编码结构 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 29 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 而RMF bit Xrmf,1将会重复编码至16bits，并填充到Z33、Z34，…，ZnCQI。其中，nCQI=48，ACK/NACK bit Xan,1直接重复编码至36bits，记为C1…C36，复用的时候，会直接将CQI bit和ACK的bit连接在一起，少于物理信息总bit数的位置填充全0数据即可，即d1,d2,…dnCQI=Z1,Z2,…,ZnCQI；dnCQI+1,dnCQI+2+dnCQI+36=C1,C2…C36；dnCQI+37,dnCQI+38+dU=0，0…0。 复用后，经过交织和物理信道的映射，则完成了编码过程，然后进行调制，即可发送给网络端。HS-SICH信道是上行信道，有TPC和SS，没有TFCI，并且使用扩频因子SF为16。HS-SICH信道携带着CQI信息和ACK信息发送给网络端，网络端接收到此报告信息后，对UE的调制参数和编码参数进行控制和调节，最终实现高速率的数据业务。 HSDPA基本流程 HSDPA过程简单描述如下： 基站首先通过HS-SCCH通知UE相应的HS-DSCH信息，包括用户标识、HS-PDSCH码道资源、调制方式等。然后相隔预定的时间后，在HS-DSCH上发送数据。UE则监控HS-SCCH，通过识别用户标识，判断该时刻信息是否是给自己的。如果是，则根据 HS-SCCH携带的信息，接收并解调共享信道HS-DSCH，获得数据。然后根据测量结果和数据接收的情况，在HS-SICH信道，反馈数据块是否正确接收以及信道质量信息。基站根据反馈，可以决定是否重传数据并且可自适应的调整共享信道的调制和编码方式。 图 HSDPA基本流程 如图，HSDPA基本流程步骤解释如下： 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。 30 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 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通知终端一些必要的参数。 4) 终端监测HS-SCCH，监测是否有发给自己的信息，如果有的话，终端开始接收HS-DSCH，并进行缓存。 5) 根据HS-SCCH上的信息，终端可以判断在HS-DSCH上接收到的数据是否需要和soft buffer中的数据进行合并。 6) 终端对在HS-DSCH上接收到的数据进行解调，并根据CRC结果在上行HS-SICH上发送响应ACK/NACK。 7) 如果Node B收到了NACK，会进行数据的重发，直到收到终端的ACK消息或达到最大重传次数。 编码和调制对速率的影响 使用不同的编码和调制方法会对码道，时隙和载波速率产生不同程度的影响。 对于R4单码道： TD-SCDMA无线帧中一个5ms的突发含有两个数据块，共704个chip，对于不同的扩频因子t对应不同的符号数是704/t 。 R4的SF=16，一个SF＝16（基本RU）的符号数是704/16＝44， 在QPSK的调制方式下2bit代表一个符号，所以SF＝16的码道速率为44*2/5ms＝ 采用1/2的编码方式，因此实际的单码道速率为 对于HSDPA来说: 假设条件：SF=1，采用16QAM调制，HARQ的损耗情况暂时不考虑： 若采用1：5的配置，每时隙传输的比特数为: 704×4（16AQM调制）＝2816bits， 每个子帧：2816×5（5个时隙传下行）＝14080bits； 则：传输速率：14080bits/＝。 若采用满时隙配置，即6个时隙全部用于传下行数据，则传输速率： （2816*6）/＝； 故单载波的HSDPA的传输速率是（理论值）；多载波HSDPA的传输速率是： ×N，N代表小区载波数量。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 31 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 资源配置 对于不同的时隙配置，小区拥有的不同载波数和不同的场景需求，小区可以有不同的资源配置，参见下图的小区资源配置情况，N代表小区载波数量。 时隙比小区最大 CS资源 适用场景 例吞吐量（等效AMR） （UL:DL） （PS） 3：3 N*N*（23~0） 数据需求较小地区 （0~) 2：4 N*N* (15~0) 偏重数据业务 （0~） 1：5 N*N* (7~0) 数据业务极端繁忙地区 （0~） 图 HSDPA小区资源配置 注：HSDPA和语音业务可以同时配置在多个载频上，也可将 HSDPA与语音业务配置在不同载频上。 如下图所示，在UL/DL 1：5配置下，HS-SCCH/HS-SICH/HS-PDSCH以及伴随的上下行DPCH在如下资源配置情况下，HSDPA下载速率可以达到 图 HS-SCCH/HS-SICH/HS-PDSCH资源配置一例 32 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 准入控制 在真正的HSDPA系统中，可以通过RNC对HSDPA业务门限进行配置，配置的HSDPA门限可以是64K, 128K, 384K, 512K等等，经过配置后，一旦用户申请的PS业务超过该门限值，系统便把该业务作为HSDPA业务处理。 在TD-SCDMA系统中还有用户数门限值，TD系统中，每载波可以支持的HSDPA用户数最大值为8个用户，如果该载波已经接纳了8个用户，一旦有其他HSDPA用户继续接入，该载波将不予处理该用户业务。 业务门限和用户门限的作用主要为保证HSDPA系统的可靠服务质量，如图所示。 图 HSDPA按门限值配置 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 33 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 HSDPA在TD-SCDMA与WCDMA系统中的差别 在中国，HSDPA被寄予厚望。因为在3G布局上，我们需要依靠采用HSDPA技术获得一个后发优势。另外随着我国TD-SCDMA产业的发展，也不可避免地会演进到TD-HSDPA技术上来。 HSDPA在近年得到了迅猛的发展，据统计截至2006年7月，全球已有34个HSDPA网络投入运营，而目前全世界计划部署、正在部署或已经商业部署的HSDPA网络的数量达到108个，预计到2011年，HSDPA将占领全球移动宽带市场的主体，市场份额大约有65%，可以说HSDPA已经进入规模商用阶段，产业链是整体兴奋的。在中国，对HSDPA也是寄予厚望，毕竟我们在3G布局上已经落后于日、韩、欧美等发达国家，所以需要依靠采用HSDPA技术获得一个后发优势。另外随着我国TD-SCDMA产业的发展，也不可避免地会演进到TD-HSDPA技术上来，那么HSDPA技术在TD-SCDMA与WCDMA两种制式上有什么异同点就是一个值得研究的问题。 从本质上说HSDPA是一些无线增强技术的集合，利用HSDPA技术可以在3G现有技术的基础上使下行数据峰值速率有很大的提高。HSPDA是3GPP Release 5 RAN的一个重要特性，与R4版本TD-SCDMA、WCDMA系统相比较引入HSDPA技术主要是通过修改空中接口来增强系统性能，主要操作在UE、NodeB的物理层和MAC层，而RLC(无线链路控制)和PDCP(分组数据汇聚协议)不做任何改动。无论是在UE侧还是在NodeB侧MAC层主要是增加了MAC-hs实体，相关HS-DSCH的MAC层操作都在这里完成，除了包括流控和优先级处理功能外，还需要完成HARQ协议的相关操作，包括调度、重传、重排等。另外RRC和NBAP协议需要提供相应流程支持。HSDPA技术可以同时适用于WCDMA和TD-SCDMA两种不同制式，在这两种不同制式中其实现方式十分相似，基本原理和关键技术都是大体相同的。不同之处主要表现在以下方面： 帧结构不同： 由于WCDMA和TD-SCDMA两种制式本身帧结构的不同导致W-HSDPA和TD-HSDPA帧结构的不同，W-HSDPA子帧是2ms，相当于3个目前定义的W-CDMA时隙，而TD-HSDPA子帧是5ms，有7个业务时隙和3个特殊时隙。 信道结构的异同： HSDPA引入的专用传输信道是HS-DSCH，它是高速下行共享信道，下行链路方向，负责承载用户高速业务数据，W-HSDPA和TD-HSDPA都有此信道。HSDPA引入的物理信道有3类，TD-HSDPA物理层引入HS-PDSCH，HS-SCCH和HS-SICH三个信道，W-HSDPA物理层引入HS-PDSCH，HS-SCCH和HS-DPCCH三个信道，分别有：高速物理下行共享信道，下行链路方向，承载净荷数据。W-HSDPA和TD-HSDPA都是HS-PDSCH信道；高速下行链路共享控制信道，下行链路方向，承载相关UE标识和TFRI(传输格式资源组合)，HARQ等相关信息。W-HSDPA和TD-HSDPA都是HS-SCCH信道，但扩频因子分别为128和16，调制方式都是QPSK；高速物理控制信道，上行链路方向，承载HARQ确认(ACK)和信道质量指示符(CQI)信息。W-HSDPA中是HS-DPCCH信道，是一个专用信道，扩频因子是256。TD-HSDPA中对应的是HS-SICH，是一个共享信息信道，扩频因子是16。 物理过程的异同： 34 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 整体而言HSDPA对于TD-SCDMA、WCDMA两种制式的物理过程基本类似。 频谱效率的比较： W-HSDPA单载波(10MHz带宽上)支持的理论峰值吞吐量为。对于TD-HSDPA，在上下行时隙配置为1:5时，单载波(带宽)TD-HSDPA的理论峰值速率可以达到。在10MHz带宽内(即6个载波)能够达到的峰值速率为，已经大于W-HSDPA相应的。而在多载波TD-HSDPA系统中，若考虑将辅载波上物理帧结构中常规时隙TS0也利用起来承载数据，则系统的绝对数据传输速率将达到((N-1)+)Mbps(N为载波个数)，此时对应10MHz带宽多载波TD-HSDPA来说峰值吞吐量为，系统的频谱利用效率较W-HSDPA系统将更有优势；再者对于WCDMA，如果要在10MHz的带宽内提供HSDPA，要求上下行的5MHz带宽分别都是连续的。而TD-HSDPA则可以使用6个分离的载波，在载波资源受限情形下，这无疑也是一个较大的优势。 网络规划的比较： 对于3GPP R4网络，引入HSDPA时需要考虑的是采用连续覆盖还是热点覆盖，是单独使用载波还是与R4共享载波。连续覆盖可以提高用户的满意度，但成本较高。另外考虑初期用户可能是采用笔记本电脑用HSDPA高速接入的方式会比较多，所以网络部署初期可以是热点覆盖。随着高速数据用户的增加及引入HSDPA的智能手机的普及，可以发展连续覆盖。分别使用不同载波优点是HSDPA和R4可同时获得最高的容量。缺点是相比共享载波方式，网络部署成本较高。 共享载波的优点是，可以以低成本进行网络部署，无须增加新的频率和系统硬件，相比R4有更好的性能表现，更高的系统吞吐量。缺点是相比单独载波方式，频率利用率较低。 为实现HSDPA的最大传输速率，需消耗近乎所有的信道码资源。为支持一个载波下HSDPA+R4方式的运营，必须为R4的业务预留一些信道码资源，这也意味着HSDPA可获得的码资源减少，导致HSDPA的吞吐量和容量在码资源上受限。还需注意的是HSDPA对下行功率使用的突发特性会对R4业务造成影响，在功率资源的分配上应给R4业务保留适当的余量以减轻这种影响，但这又会影响HSDPA吞吐量。总之，需要在二者间进行功率资源和码资源的权衡。 而针对TD-SCDMA的特点，TD-HSDPA网络建设初期可能有两种方案，分别是：HSDPA与TD-SCDMA共小区直接建网，以及HSDPA与TD-SCDMA使用不同的小区分层建网。 共小区组网即HSDPA与TD-SCDMA共小区，包括异载频和共载频等形式。两者共同使用基站功率、载频、时隙和信道化码等资源，在系统统一调度下发挥各自优势。 采用同频组网方案，需要平衡TD-SCDMA传统承载业务(主要指CS业务)和HSDPA高速数据业务对无线资源的使用。在建网初期，预测CS业务和HSDPA的业务量分别约为70%和30%，则在无线资源的分配上也大致按此比例。 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 35 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 根据网络发展阶段容量的预测，TD-SCDMA小区采用3载波可以满足城区的容量需求(CS话音+PS数据业务)，这样根据上述无线资源的分配比例并结合TD-SCDMA载波特点，可以有几种无线资源的分配方案，包括采用上下行对称的承载方式和上下行非对称的承载方式。 异小区组网则是HSDPA采用与TD-SCDMA不同的小区进行组网，组成另外一层网络。TD-SCDMA网络承载CS业务和低速R4数据业务，HSDPA网集中提供高速数据业务，通过切换实现两个系统间业务承载能力的互补。 总而言之，由于HSDPA技术并不针对具体的空中接口技术，因此对于TD-SCDMA和WCDMA其基本原理和关键技术、实现方案和思路都基本相同。由于空中接口技术的不同，导致TD-HSDPA和W-HSDPA在具体的时隙格式与扩频因子、信道结构等方面有不同，导致峰值速率和频谱利用率也不同。当然TD-HSDPA由于具有特有的上行同步、动态信道分配等特点，使TD-HSDPA能更好地支持非对称数据业务。 对于TD-SCDMA与WCDMA系统，HSDPA的技术实现和技术指标上会有很多不同，具体差别参见下图。 TD-SCDMA WCDMA • HS-DSCH: SF16 or 1 • HS-DSCH: SF16 扩频因子 • HS-SCCH: SF16 • HS-SCCH: SF128 • HS-SICH: SF16 • HS-PDCCH: SF256 帧长度 5ms子帧，7个时隙 2ms短帧 峰值速率单载波峰值速率为 N载波峰值速率为N×单载波峰值速率为 bps • HSDPA与DPCH不同时隙，无功率分配，HSDPA可占用功率分配满载波功率。 • HSDPA与DPCH相同固定或动态功率分配 时隙，下行总发射功率包括DPCH的功率以及HSDPA功率。 •5码字、10码字、15码字 HSDPA与DPCH不同时隙，无码资源分配码资源总共占用率公式： 码资源分配 •Nvoice/128+Nvp/64+NHS- HSDPA与DPCH相同业务时隙时，小区下行码资源需分配DSCH/16+NHS-给下行SCCH/128+NHSDPA*x%/256+4/1DPCH信道以及HSDPA 28 <=1 HS-SICH初始的上行同步来自于上行同步 DPCH，同步的维持根据HS-SCCH无 上的SS命令 波束赋型采用伴随的DPCH的波束赋型方 向赋型无 图 HSDPA在TD-SCDMA与WCDMA系统中的差别 36 TD-SCDMA HSDPA技术 TD-T00-S51-121 PDF created with pdfFactory Pro trial version
TD-SCDMA 技术与实现 本章练习 1：填空题： 1． TD-SCDMA HSDPA 系统中用到了_______，________，_____，______，______等5项关键技术。 2． HSDPA系统中有三种快速调度算法是：__________，_______，_________。 3． TD-SCDMA HSDPA使用了两种调制方式是：__________和___________。 4． TD-SCDMA HSDPA系统中用到的三种共享信道是：__________，_______和________。 5． 每个HSDPA载波最多可以支持________个HSDPA用户。 6． TD-SCDMA系统中HSDPA HS-PDSCH可以用到的扩频因子有____和____。 7． 填充HS-DSCH编码复用步骤中缺少的部分： 附加长度为24对于Turbo编Turbo编码 的校验bit 码 1 / 3 HS-DSCH CRC 码块 信道 附加 分段 编码 比特 HS-DSCH 物理信 加扰 交织 道映射物理信 防止连0或连1的出现 TD-T00-S51-121 TD-SCDMA HSDPA技术 37 PDF created with pdfFactory Pro trial version
