HSDPA

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HSDPA(High Speed Downlink Packet Access，高速下行分組接入技術)

　　HSDPA是3GPP在R5協議中引入的一種能夠提高下行容量和數據業務速率的增強技術。

　　WCDMA R5版本高速數據業務增強方案新增加一條高速共用通道(HS-DSCH)，同時採用了自適應鏈路層技術。共用通道使得傳輸功率、PN碼等資源可以統一利用，根據用戶實際情況動態分配，從而提高了資源的利用率。自適應鏈路層技術根據當前通道的狀況對傳輸參數進行調整，從而儘可能地提高系統的吞吐率。

　　在R99的空中介面體系中，數據重傳方式是由RNC來負責完成的，數據重傳需要繞經lub介面，數據重傳的周期較長；NodeB僅僅起到一個根據RNC的指令完成物理層編碼、傳輸的功能，NodeB本身基本不具有對物理資源的控制和調度能力。而在HSDPA中，為了在空中介面上實現更大的吞吐能力，對NodeB的功能進行了增強，在NodeB的層面引入了物理層重傳和快速資源調度的概念。通過在更靠近空中介面的NodeB上引入這些原本只有RNC才具有的功能，加快了重傳以及對空中資源調度的效率。同時，結合AMC(Adaptive Moduiation and Coding，自適應調製編碼)、HARQ(Hybrid Automatic Repeat request)等新技術，採用了更短的TTI(Transmit Time Interval)長度(2ms)、固定擴頻因數的多碼道傳輸，從而在下行方向上實現了遠高於R99的高速的分組數據傳輸能力。為了加快系統響應速度，在NodeB結點增加MAC-hs實體：RNC的MAC-d將DTCH／DCCH上的數據映射到HS-DSCH數據幀通過MAC-d流發送給MAC-hs。MAC-hs需要完成與MAC-d之間的流量控制(共用Iub傳輸)、小區內用戶數據的調度、傳輸格式選擇等動作，見圖1。

　　圖2描述了HSDPA的基本工作原理以及實現相應功能的物理通道。NodeB通過用戶從上行專用控制通道HS-DPCCH中反饋的信息得到用戶的下行通道情況，然後NodeB根據所收集的所有用戶的通道情況，通過一定的調度策略，為它所服務的所有用戶分配HSDPA的下行數據傳輸的物理資源(HS-DSCH、HS-SCCH)，同時選擇相應的最合適的AMC方案，以此來實現系統吞吐量最大化、用戶吞吐量最大化、用戶Qos保證等資源調度目標。

　　在3G應用里，運營商的主要業務和收入都將來自數據業務。在數據業務中，大家尤其看好視頻流媒體和背景下載類業務，但這些業務對下行傳輸速率的要求非常高。而現在的WCDMA網路下行傳輸速率理論上是384kbit／s，實際環境中的速率為150～250kbit／s，遠遠不能滿足要求。運營商迫切需要提高傳輸速率，高速下行分組接入(HSDPA，HighSpeedDownlinkPacketAccess)作為3GPP的Release5中提出的無線解決方案，理論傳輸速率可達到14Mbit／s。HSDPA是在3GPPR99／R4網路結構上自然演進，旨在滿足上下行數據業務不對稱的需求而提出的。HSDPA採用的關鍵技術包括自適應調製編碼(AMC)、混合自動重發請求(HARQ)、單獨的共用通道和快速調度(Fast Scheduling)等。AMC是根據無線通道變化選擇合適的調製和編碼方式，使用戶達到儘量高的數據傳輸速率。不同的編碼和調製方式的組合，產生不同的傳輸速率。HARQ基於通道條件提供精確的編碼速率調節，可自動適應瞬時通道條件。HSDPA將AMC和HARQ技術結合起來可以達到更好的鏈路自適應效果。HSDPA技術增加了高速下行共用通道(HS—DSCH)，不同的用戶在時間和碼字空間上共用HS．DSCH通道。調度演算法控制著共用資源的分配，調度時主要基於通道條件，同時考慮等待發送的數據量以及業務的優先等級等情況。HSDPA技術為了能更好地適應通道的快速變化，將調度功能單元放在NodeB而不是RNC，同時也將TTI(Transmission Time Interval)縮短到2ms。採用此類手機時，用戶峰值理論速率可達到14Mbit／s。由於HSDPA是在WCDMA網路上無線部分的增強技術，所以不需要升級和改變WCDMA核心網路的設備。

　　(1)AMC技術

　　AMC屬於鏈路自適應的範疇，AMC的基本原理是通過改變調製和編碼的格式使7已在系統限制範圍內和通道條件相適應，而通道條件則可以通過發送反饋來估計。通過使用AMC技術，用戶可以在理想通道條件下使用較高階的調製編碼方式和較高的編碼速率，而在不太理想的通道條件下則使用較低階的調製編碼方式和較低的編碼速率。

　　由於數據業務與語音業務具有不同的特性，語音通信業務通常採用功率控制技術以抵消通道衰落對系統的影響，以獲得相對穩定的速率，而數據業務相對可以容忍延時，可以容忍速率的短時變化。因此，HSDPA不是試圖去對通道狀況進行改善，而是根據通道情況採用相應的速率。由於HS-DSCH(高速下行共用通道)每隔2ms就更新一次通道狀況信息，因此，鏈路層調整單元司以快速跟蹤通道變化情況，並通過採用不同的編碼調製方案來實現速率的調整。

　　當通道條件較好時，HS-DSCH採用更高效的調製方法，即16QAM，以獲得更高的頻帶利用率。理論上，高階QAM調製方法雖然能提高通道利用率，但由於調製信號間的差異性變小，因此需要更高的碼片功率，以提高解調能力。因此，高階QAM調製方法通常用於帶寬受限而非功率受限的場合。在HSDPA中，通常靠近基站的用戶接收信號功率相對較強，可以得到高階QAM調製方法帶來的好處。

　　(2)HARQ技術

　　HARQ是將FEC和ARQ結合起來的一種誤碼控制方案，它也是一種鏈路自適應的技術。在AMC中，採用顯式的C／I測量來設定調製編碼的格式，而在HARQ中，鏈路層的信息用於進行重傳判決。

　　終端通過HARQ機制快速請求基站重傳錯誤的數據塊，以減輕鏈路層快速調整導致的數據錯誤帶來的影響。終端在收到數據塊後5ms內向基站報告數據正確解碼或出現錯誤。終端在收到基站重傳數據後，在進行解碼時，結合前次傳輸的數據塊以及重傳的數據塊，充分利用它們攜帶的相關信息，以提高解碼概率。基站在收到終端的重傳請求時，根據錯誤情況以及終端的存儲空間，控制重傳相同的編碼數據或不同的編碼數據(進一步增加信息冗餘度)，以幫助提高終端糾錯能力。

　　有很多方法可以實現HARQ，如軟合併和增量冗餘。軟合併的策略是發送有相同編碼的數據組，然後在接收端可以將這些多個重發信息進行SNR加權合併來獲得分集接收，再進行解碼，增量冗餘是實現HARQ的另一種方式，這種策略是在第一次解碼失敗時另外再傳送附加冗餘信息，而不是再將整個數據碼組重發一次。

　　AMC可以根據UE的測定或者網路提供的信息條件來靈活地選擇適當的調製編碼方式，但需要UE進行準確通道測量並且受到相應延遲的影響。HARQ能夠自動地適應通道條件的變化並且對測量誤差和時延不敏感。AMC和HARQ二者結合起來可以得到最好的效果，AMC提供粗略的數據速率選擇，而HARQ可以根據數據通道條件對數據速率進行較精細的調整。

　　(3)快速調度演算法

　　HSDPA技術為了更好地適應通道的快速變化，將調度功能單元從RNC轉移到Node B。調度根據通道條件、等待發射的數據量、UE的能力及業務優先順序等情況對系統資源在各個用戶之間的分配進行動態的調整，從而實現系統性能的最優化。在實現HSDPA快速分組調度演算法事先需要掌握的信息：每個傳輸時隙(TTI)可用的碼資源和功率資源；UE上報的無線通道質量(CQI)；以前發送數據是否被正確接收的反饋信息(ACK／NACK)；將要發送數據塊的優先順序等。實現快速調度演算法可以使AMR技術和HARQ技術更好地發揮效能。

　　以上是HSDPA Phase 1採用的主要技術，在HSDPA後續階段還採用了快速小區切換(FCS)技術、MIMO技術和OFDM技術等，以進一步提高系統性能。

　　①HSDPA移動互聯網業務的發展

　　目前的3G系統在容量、速率和成本方面都不足以支持包月的移動互聯網業務，迫切需要高容量、低成本的HSDPA。而HSDPA能否成功的關鍵是看其能否滿足包月移動互聯網的業務的需求。

　　HSDPA移動互聯網業務已經超出蜂窩行動電話數據業務進入寬頻無線接入市場，應用對象包括PDA和筆記本電腦。運營商採用HSDPA來搭建無線網路，可以在網路潛力較低的情況下提供更大的分區和用戶數據處理量，而數據傳輸能力的改進可以使運營商為用戶提供更多的具有更強吸引力、內容更豐富的新服務和新應用，並滿足消費者對視頻點播、音頻點播、圖像／視頻簡訊和基於位置的服務等內容豐富的媒體業務日益高漲的需求。HSDPA技術的頻譜效率優勢可以使運營商以較低的成本提供這類服務，給用戶帶來優於傳統技術的體驗。

　　HSDPA的引進還可為運營商開闢新的業務門類：運營商可以進一步考慮企業和消費群體膝上型電腦高速接入、電纜和數字用戶線路(DSL)無法達到的地區的固定無線寬頻接入等需求。

　　②HSDPA——3G/WCDMA移動運營商的必然選擇

　　目前，Wi-Fi、CDMA2000 1x EV-DO等移動寬頻技術已經為人們所熟悉，WiMAX等新的移動寬頻技術正在浮出水面。考慮到WCDMA網路向移動寬頻的進一步發展，HSDPA將是移動運營商的最佳選擇。

　　HSDPA是基於現有WCDMA網路的演進，引入HSDPA只要在WCDMA無線網路部分作相應升級，將WCDMA下行速率從384 kbit／s提升到14 Mbit／s，而整個網路架構及整個核心網路都保持不變；另一方面，HSDPA將繼續使用WCDMA的頻率而不需要單獨的載頻。HSDPA不但有效地保護了運營商的投資成本(CAPEX)，還擴大了運營商的業務範圍，為提高APRU創造了條件。

　　所以說HSDPA是3G／WCDMA運營商採取的一種既具有前瞻性又具有保護作用的發展策略，是未來發展的必然選擇。

　　③HSDPA——移動產業的革命性發展

　　從消費需求角度看，HSDPA是移動和寬頻結合的產物。

　　隨著消費者對有線寬頻(ADSL)、有線區域網(LAN)和無線區域網(WLAN)使用的增多，用戶對移動寬頻的需求越來越大。同時，3G時代以視頻為主的多媒體業務，例如移動電視、音樂電視及電影片段的下載、具有3D效果的互動式多方游戲、大容量郵件的傳遞等，在超高速3G網路的承載下會達到更好的效果。而HSDPA正滿足了用戶這種需求，不但使用戶在移動的情況下享受與固定寬頻相當甚至更好的業務體驗，而且為用戶提供更廣範圍內的漫游功能。

　　引入HSDPA的劃時代意義在於，HSDPA為移動業務的拓展提供了廣闊的空間，並將改變移動業務收入結構，使目前移動業務以語音業務收入為主轉為以數據業務收入為主。

　　④HSDPA——機遇與挑戰共存

　　HSDPA所提供的高速數據下載性能不但為運營商帶來無限商機，同時也將帶動電信產業鏈上的各個環節的全面發展，包括設備供應商、終端製造商和內容提供商等。目前包括愛立信在內的各大廠商紛紛推出HSDPA網路設備，終端和晶元製造商也推出支持HSDPA的產品。

　　HSDPA給產業鏈上各個環節提供機會的同時也帶來了挑戰。概括地說，由於HSDPA提供高速數據下載的新型業務，原有WCDMA商業模型要改進，而且整個網路規劃建設，包括話務模型、容量建設、業務集成、終端定製、資費策略等各個方面都將受到影響。面對機遇和挑戰，移動運營商在決策之際關鍵是要選擇最佳的合作伙伴。

　　目前在各大通信展與技術論壇上，兩種後3G技術——WiMAX和HSDPA正在成為新的技術焦點。在蜂窩移動通信的陣營中，由於數據業務的比例不斷增加，移動通信在向提供無線高速數據業務的方向演進，移動通信設備製造商也相應地優化系統結構，不斷提高數據傳輸速率。例如GSM的演進路線，傳輸速率從GPRS的40kbit／s到EDGE的130kbit／s以及UMTS的384kbit／s和即將到來的HSDPA3Mbit／s發展，最終實現話音和數據的移動寬頻。在另一陣營中，一些業內的主要設備製造商期望用WiMAX標準為固定數據通信(如DSL)，即線纜通信中增加無線移動接入功能，允許話音通信通過IP傳輸，並且在WiMAX的下一步擴展中增加移動性，最終使WiMAX能夠實現話音和數據的移動寬頻。WiMAX和HSDPA在標準、技術特點和市場定位等方面各有千秋，也盡顯移動通信寬頻化和寬頻網路無線接入的不同。

　　儘管WiMAX的理論傳輸速率遠遠大於HSDPA，理論覆蓋範圍比HSDPA更大，但實際上如果只是簡單地將傳輸速率和覆蓋範圍做比較是很片面和主觀的，其實兩者在根本上存在巨大的差異。

　　1．數據傳輸速率和覆蓋範圍

　　HSDPA技術最終將能夠在5MHz頻帶上為採用MIMO智能天線技術的系統提供20Mbit／s左右的傳輸速率。在理想狀態下，WiMAX技術在50km範圍內的最高傳輸速率為70Mbit／s。

　　2．移動性和網路漫游

　　雖然WiMAX提供的傳輸速率高，但更傾向於固定位置的游牧式使用，移動性差，切換／漫游能力欠缺。802．16e是移動WiMAX標準，增加了一定的移動功能。由於3G／HSDPA移動通信網路從設計之初就是要支持快速切換／漫游，因此實際部署的無線網路能夠滿足高質量的無縫覆蓋，這使得其小區半徑遠小於WiMAX，投資遠大於WiMAX，這也是目前一些呼聲稱WiMAX是3G終結的原因之一。但是從技術自身的角度來看，WiMAX還不具備像3GmSDPA這樣的公眾移動通信網路的廣域漫游、安全特性和終端便攜等移動特性，最終將限制其作為公眾移動通信的應用。

　　3．技術標準成熟度

　　儘管WiMAX技術已經成為新的熱點，但兼容WiMAX的設備在市場上非常少。受限於晶元成熟度、發射功率等問題，目前WiMAX基本沒有手機產品。據市場分析人士和設備供應商分析預測，從移動WiMAX晶元問世到變成廉價產品而嵌入筆記本電腦，這一系列工作將需要數年時間。而HSDPA標準已經在R5中確定，基本標準已經凍結。截至2007年6月份，全球已建成128張HSDPA商用網。HSDPA標準發展和商用都大大早於WiMAX移動標準。

　　4．無線頻譜

　　國外的運營商已經進行了3G牌照的拍賣，國內的運營商為了得到3G網路的頻率營運執照，也已經投入了大量人力、財力用於網路建設的前期工作。而WiMAX無線頻譜可能是免費的，對於申請不到3G頻率的運營商，這是他們青睞WiMAX的理由之一。然而，目前WiMAX最主要的問題是沒有一個統一的全球頻段規劃，所以目前整個業內都致力於實現WiMAX頻段的統一化。最起碼形成幾個有限的選擇，以避免出現傳統無線寬頻市場各種頻譜、各樣結構充斥市場的局面，導致市場的規模小、成本高，影響應用的普及。HSDPA是在WCDMAR99／R4網路基礎上的無線增強技術，採用的仍然是WCDMA的頻譜，無需額外的頻譜資源，初期高速數據的業務量要求不高時，也可以與R99共載波。

　　5．市場應用定位

　　3G／HSDPA網路的基本市場定位是提供公眾語音及多媒體業務，實現個人手機終端全球、區域和國家漫游。HSDPA的典型應用是Internet瀏覽和視頻點播。WiMAX市場定位從長期而言，可以支持“最後lkm”以及攜帶式寬頻無線，有效延伸WLAN的連接，也更加適合於部署在城郊、農村和邊緣地帶xDSL以及Cable Modem不能有效覆蓋的區域。在802．16a基礎上增強改進的802．16e標準更有助於有效延伸WLAN的連接，實現步行速度具有有限的切換能力，主要面向家庭接入和企業市場，容量較大。總之，HSDPA旨在覆蓋廣域，而WiMAX更多針對核心城市地區。

　　另外，兩種技術設備在成本方面也有較大的區別，HSDPA不需要任何新的網路設備，只是在現有的WCDMAR99的網路基礎上平滑地軟體升級而已；WiMAX則需要全新的網路設備。