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HSDPA,提升WCDMA性能的高速引擎
 
慧聪网   2005年8月21日13时51分   信息来源:通信世界    

     高速下行分组接入(HighSpeedDownlinkPackage Access, HSDPA),理论上能提供高达14.4Mbit/s的用户数据率。HSDPA通过改进无线调制方式和无线接入管理方法来实现,属于3GPP R5 WCDMA系统规范,在未来R6版本中将包含多天线技术,最大速率提高到30Mbit/s。 

一、 HSDPA中的关键技术

    3G有着更高传输速率和容量的业务需要,HSDPA在技术上的解决思路和目标就是提高网络的传输效率和提高频谱效率。

    目前各种无线技术提高频谱效率的解决手段主要是:信道条件的无线参数的自适应性和更高阶的调制算法。所以无论是在各种3G标准或是无线互联网,以及新兴的WiMAX标准等解决方案中,我们都会看到相同的解决方案。

    另外,由于专用DCH信道是为电路交换业务设计的,旨在应对会话的恒定比特率的QoS和严格的实时性要求。对于分组交换的业务,DCH信道的效率比较低,并且缺乏灵活性。所以需要采用以分组交换业务为导向的下行信道共享信道,以适应多用户环境的突发性分组业务,同时对传输延迟的低敏感性的业务的效率也更高。

    在3GPPR5WCDMA规范中,详细规定了HSDPA的关键技术,主要有:自适应调制和编码(AMC)、混合自动重传申请(HARQ)、快速包调度(FPS)。如图1所示: 

1. 自适应调制和编码AMC

    HSDPA中链路将根据无线链路质量的变化而自适应调制和编码方法。不论用户是在基站附近或是小区边沿,链路自适应调制将确保用户能获得最高可能的传输速率。HSDPA中新的调制编码将极大地提高用户数据率和吞吐量,也就意味着增强了频谱效率。同时,用户能获得更快的连接速度。

    WCDMA采用QPSK(R99)调制方式,HSDPA引入16QAM调制方式作为选项。当使用16QAM调制方式的全部15个码道时,理论最大吞吐量可达到14.4Mbit/s。而采用QPSK调制方式最大吞吐量仅为3.6Mbit/s。 

2. 混合自动重传申请HARQ

    在WCDMAR99中,数据包重传是由RNC控制的。而在HSDPA中,基站将直接控制更快的重传机制。同时,HSDPA还使用了增量冗余(IncrementalRedundancy)技术,该技术使得基站只需重传出错的比特。

    HARQ实际上是将前向纠错编码(FEC)和自动重传申请(ARQ)相结合。FEC提高了传输的可靠性,但当信道情况较好时,过多纠错比特会降低吞吐量。ARQ在误码率不是很高的情况下可以得到理想的吞吐量,但会引起延时。将FEC和ARQ向结合所形成的HARQ。在发送的每个数据包中含有纠错和检错的校验比特。如果接收包中的出错比特数目在纠错能力之内,则错误被自行纠正;当差错严重,已超出FEC纠错能力时,则让发端重发。

    HARQ有两种运行方式。一种是在重传时,与前次发射时相同,这种方式又被称之为SoftCombining。另一种就是重传时的数据与前次发射有所不同,被称职为增量冗余(IncrementalRedundancy)技术。增量冗余技术的性能较优,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SoftCombining方式设计的,因而在最大数据速率时,只可能使用soft combining。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。

    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,所以AMC和HARQ二者结合起来可以得到最好的效果:AMC提供粗略的数据速率选择,而HARQ可以根据数据信道条件对数据速率进行较精细的调整。 

3. 快速包调度方法

    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。调度时应主要基于信道条件,同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先等级等情况,并充分发挥AMC和HARQ的能力。

    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,但同时也应考虑到对每个用户的公平性。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。 

二、 Evolium HSDPA解决方案

    我们认为HSDPA是一个可以有效提升WCDMA网络的性能和容量、优化投资的技术,依靠成熟的设备,通过可靠的设计方法和工具链,上海贝尔阿尔卡特能够为运营商提供一个完全满足3GPPR5版本功能的网络,同时对已有UTRAN网络产生最小的影响,从HSDPA商用的第一天,系统就可以支持QPSK和16QAM调制,最高提供14.4Mbit/s的传输速率,这些性能的获得得益于EvoliumNode B和RNC具有灵活的架构,产品的设计充分考虑了新技术的演进,保护了运营商的投资。

    目前,上海贝尔阿尔卡特的无线产品在硬件上已经完全具备了HSDPA功能,只需要简单的软件升级即可支持HSDPA功能。

    一般而言,HSDPA要求对NodeB的硬件改动较多,如果NodeB不能平滑引入HSDPA功能,那么需要更新现网设备中的芯片或模块,这会大大增加网络工程的复杂度和工作量。而EvoliumNode B和RNC无需更新任何硬件,通过远程软件的下载即可实现HSDPA功能。

    Evolium多标准基站中BB基带处理板是引入HSDPA受影响最大的模块,它要处理新的物理信道和协议栈,每块BB板可以提供10Mbit/s~20Mbit/s的HSDPA的吞吐量,为多达6个小区同时提供HSDPA服务。发射单元TEU,也具备了支持HSDPAQPSK和16QAM调制的功能,并改善了功率放大器链路的线性度和提高了功放的效率。站单元SUMU板可以支持8根E1 2Mbit/s线或2根STM-1,能完全满足Iub接口的传输需求。且每小区最大支持15个码字,支持动态功率分配,并可以实现灵活高效的算法,以保证无线资源的合理配置。

    EvoliumRNC也只需要软件升级即可支持HSDPA功能,对于RNC3000HD和RNC6000HD配置无需任何硬件改动,做到了平滑引入HSDPA,降低了投资成本。为了满足更高的HSDPA数据吞吐量,只需要在RNC配置中增加已有的模块XP处理板,就可以提供额外几百兆 HSDPA数据吞吐量,体现了RNC具有向后平滑演进的架构及灵活的配置。

    为了将HSDPA安全可靠地部署到商用网络中,一般需要分阶段进行功能验证和性能测试,上海贝尔阿尔卡特对HSDPA的引入,采取了四个步骤,包括HSDPA实验室演示―>商用设备集成测试->外场试验网测试评估->商用部署。上海贝尔阿尔卡特通过清晰稳妥的HSDPA部署步骤,借助演示和测试来评估设备和HSDPA网络的性能,并联合终端厂商进行IOT兼容性测试,将HSDPA推向商用市场,使运营商可以从HSDPA快速部署中受益。 

三、 HSDPA商用案例

    2005年7月20日,移动运营商Tele.ring宣布阿尔卡特作为其HSDPA战略伙伴,在澳大利亚Tele.ring选择其HSDPA解决方案,并根据进行一系列的实验室和现场测试数据,于2006年一季度正式在澳大利亚部署商用HSDPA,为其用户提供HSDPA,移动中的数据速率将能达到1.8Mbit/s。

    现在,各设备制造厂商已纷纷投入到HSDPA的发展和布局中,目前开发已逐渐趋于成熟。同时,网络运营商也在紧锣密鼓地进行相应的测试准备工作,预计在2005年底HSDPA网络设备及终端设备都将能够商用。随着3G牌照的发放及网络建设的实施,HSDPA将逐步进入商用运行阶段。


 

 
作者:李家泳 杜宽澄 
 
 
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