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TD-SCDMA HSDPA向多载波演进
 
慧聪网   2006年2月16日10时20分   信息来源:通信产业网    

  为了满足用户日益增长的对高速分组数据业务的需求,也为了能够更好地与其他无线技术对数据业务的支持相竞争,3GPP在Rel5引入了HSDPA技术。HSDPA通过采用AMC和HARQ技术,引入高阶调制(16QAM),在基站侧增加了一个MAC-hs实体,用于数据的快速调度,可获得较Rel4更高的用户峰值速率和小区数据吞吐率。

  目前对于TD-SCDMA,单载波(占用1.6MHz频谱)HSDPA采用的上下行时隙比例为1∶5时,理论峰值速率可达到2.8Mbps。为进一步提升TD-SCDMA系统支持高速数据业务的能力,增强TD-SCDMA竞争优势,将HSDPA与多载波相结合(即多载波HSDPA技术),通过多载波技术和高阶调制可以显著提高HSDPA的峰值传输速率和频谱利用率。例如,当采用16QAM调制时,TD-SCDMA系统三载波理论峰值速率可达8.4Mbps。更进一步的,在多载波HSDPA技术方案中,辅载波上TS0也可用于传输数据,峰值传输速率将得到进一步提高。量化的分析表明,若使用辅载波TS0传输数据,则三载波(共占用5MHz频谱)HSDPA可提供的峰值速率将高达10Mbps。

  多载波HSDPA实现方案

  TD-SCDMA HSDPA中引入的传输信道为HS-DSCH,用于承载各用户高层数据,其对应的物理信道为HS-PDSCH,为了实现快速调度,引入了两个共享控制信道HS-SCCH和HS-SICH,用于基站和UE控制信息的交互。

  在引入多载波概念后,同一UE的HS-DSCH数据由MAC-hs分配到各个载波,即意味着一个用户的数据可以同时在多个载波上传输,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,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。对于UE来说,每个载波都有一组HS-SCCH/HS-SICH用于控制信息的交互。

  沿用单载波技术

  TD-SCDMA单载波HSDPA所采用的关键技术将延用到多载波HSDPA技术方案中。这些关键技术包括AMC(多种编码率与QPSK、16QAM相结合)和HARQ。

  和功率控制一样,AMC也是一种链路自适应技术,通过采用了更多的编码率和多种调制方式(QPSK、16QAM),根据链路质量自适应地调整数据的调制和编码方式,以补偿由于信道变化对接收信号所造成的衰落影响,从而提高信号的信噪比性能。

  HSDPA中AMC技术主要应用于HS-DSCH信道,AMC与HARQ相结合,对处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率,提高了小区平均吞吐量。

  另外,通过自适应地改变编码调制方案来代替改变发射功率,充分地利用了基站的发射功率,这样做的结果是:在信道条件好时充分利用系统资源提高传输速率,而在信道条件差时又不提高功率,因而不会增加对其他用户和小区的干扰。

  HARQ即ARQ和FEC混合使用,目前HSDPA中FEC仍采用1/3的Turbo码。在HSDPA中,HARQ技术需要与AMC结合使用,其主要作用是补偿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。

  为了提高信道利用率,HSDPA的HARQ重传机制采用N通道停等HARQ(N-channel-SAW-HARQ,N-SAWARQ)方式,即在一个传输物理信道上同时并列进行N个HARQ进程(N的个数最大为8),当下行链路一个HARQ进程发送完数据包等待反馈消息的时候,启动另外一个HARQ进程发送数据包。也就是说,当下行链路传送一个HARQ进程的数据包的时候,上行链路传输的是其他HARQ进程的反馈信息。这样,系统资源可以被充分利用,但要求接收端能存储N个传输块的信息。目前HSDPA中采用HARQ技术包括Type II HARQ和Type III HARQ两种方案,在引入多载波后,HARQ方案未受影响。

  多载波HSDPA后续增强

  多载波HSDPA技术是在保持了与现有TD-SCDMA系统后向最大兼容性的情况下,有效解决大容量高速传输的一种可行方法。在本文的技术方案的基础上,通过其他先进方法的引入,可以进一步挖掘多载波HSDPA的技术潜力。目前主要考虑两种成熟的技术,即更高阶次的调制模式和更高效的调度算法。

  在合适的环境下,将来可以考虑采用64QAM高阶调制,64QAM调制方式理论上可以比目前的16QAM调制提高性能1.5倍,从而使得单载波峰值速率可达4.2Mbps,3载波时峰值速率可达12.6Mbps。从仿真结果来看,如果在HSDPA中采用64QAM,需要信噪比要求在25dB以上才能获得明显的性能增益。因此,64QAM调制主要应用于信道条件好,移动速度慢或静止的状态。

  另外,优秀的调度算法也会提升多载波HSDPA技术的优势,目前,较多采用的调度算法有最大C/I、轮训调度、正比公平调度。快速调度算法的研究正进一步深入,有许多能够兼顾吞吐量最大化和公平性的算法被提出,如对正比公平算法改进后的反馈受控调度算法、速率受限的最大C/I算法等。一个优秀的调度算法既要保证系统的数据吞吐量达到一个较理想的值,又要考虑到用户公平性的制约。系统的吞吐量越大,运营商的效益比就越高,但如果一些用户长时间得不到服务,必然会影响到用户的满意程度。优秀的调度算法需要考虑不同用户所传输业务的优先级别,优先级高的业务应该被优先传输,对时延要求不高的业务可以适当降低传输级别。调度算法必须与HSDPA信道特点相结合,充分地利用HSDPA的传输特性,最大化地优化HSDPA的性能。

  TD-SCDMA的HSDPA技术方案得到了业界主要设备厂商与运营商的广泛肯定,目前单载波HSDPA标准已经在3GPP和CCSA中完成,而多载波HSDPA技术方案的标准化工作也正在稳步推进中,TD-SCDMA产业联盟众多成员单位也正加紧开展该技术在系统与终端设备上的研发工作。TD-SCDMA的HSDPA技术无疑将力助国内外运营商建设富有竞争力的3G网络。
 
作者:张建辉,吴松 
 
 
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