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HSDPA原理、影响因数、参数

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HSDPA原理、影响因数与参数HSDPA关键技术HSDPA能够实现较高的下行数传速率，主要是运用了共享信道和多码传输、高阶调制、更短无线帧、自适应编码和调制AMC、快速混合自动重传请求及快速调度算法等几个关键技术。

共享信道与多码传输在R5的Node B 物理层中引入了新的高速下行信道HS-PDSCH（高速物理下行链路共享信道），用于支持增强的交互类、后台类及流媒体类接入承载服务，以使编码和功率资源得到更加有效的使用。

图2.1-1 HS-DSCH时分和码分服用结构HS-DSCH码资源包括扩频因子SF为16的一个或多个信道化码，最多可在码树上按序分配15个码。

可用的信道化码主要在时域上共享，如可在一个TTI内分配给一个用户多个信道化码，但分配给用户的码数目受限于UE的能力级，UE最多可以选择5、10和15个码字。

此外，在一个TTI内多个用户可以共享信道化码资源，这样可以支持较小数据的传输。

高阶调制（16QAM）HSDPA除了使用QPSK(四相相移键控)调制方式外，还可以使用16QAM(正交幅度调制)调制方式提供更高的数据速率，提高了频谱利用率。

图2.2-1给出了QPSK和16QAM的星座图，从星座图可以看出QPSK仅有想为调制，每个符号为2比特，16QAM的幅度和相位都有变化，每符号为4比特。

图2.2-1QPSK与16QAM星座图更短的无线帧为了适应高速数据传输和快速响应信道变化，HS-DSCH将TTI设置为3个slot,即2ms,这样共享资源中的信道码可以每2ms进行一次动态的分配，减少了环路的时间，极大的提高了链路的适配性。

短的时间间隔TTI（2ms）增强了数据速率，为快速链路调整技术提供了方便。

自适应编码和调制（AMC）在移动无线环境下，UE接收信号质量取决于NodeB与UE之间的距离以及信道的衰落情况。

AMC是HSDPA中采用典型的链路自适应技术，其核心思想就是网络(NodeB)根据当前UE上报的无线信道质量情况（CQI）和网络资源的使用情况来选择最佳的下行链路调制和编码方式，以确定发送数据的速率，从而尽可能的增大终端用户的吞吐量，降低传输时延。

数据速率的调整是通过改变调制策略、有效编码速率以及HS-PDSCH码的数目实现的。

当用户处于有利的通信点时（靠近NodeB），则选择高速率的编码方式和高阶调制（16QAM,3/4编码）来传送用户数据，从而得到较高的传输速率；当用户处于不利的通信点(小区边缘)时则选取低阶调制和低速率编码（QPSK,1/4编码）。

从而保证通信质量。

快速调度算法快速调度性能决定在给定时间内共享信道给哪个用户使用。

当多个分组业务流等待接收服务时，必须确定合理的服务规则，安排流的服务顺序和服务时间，以满足各个业务的QoS要求。

基本的调度算法有轮询调度算法、最大C/I调度算法和正比公平调度算法。

轮询调度算法遵循先进先出策略，按照用户接入顺序确定用户的HSDPA服务优先级，依次进行服务。

此类算法能够保证用户之间的公平性，但牺牲了系统性能。

最大C/I调度算法在用户排队序列中选择顺势信道载噪比最好的用户进行分组传输。

用户根据AMC总能选用高阶调制和高速率编码方式，所以系统吞吐量和时延性最好，但信道质量差的用户得不到资源，造成系统用户间的不公平。

正比公平调度算法根据用户的相对瞬时信道质量来对用户的排队序列进行优先级排序，这种相对瞬时信道质量既考虑了瞬时绝对信道质量，也兼顾了一定的公平性，然后根据优先级对用户排序进行资源分配。

快速混合自动重传请求(HARQ)为了满足HARQ处理时间的需求，R5版本在NodeB中增加了新的MAC实体MAC-hs。

这样重传功能就从RNC转移到了NodeB，用户在解码前可以快速请求重发丢失的信息和合并信息，提高容错能力。

终端通过HARQ机制快速请求基站重传错误的数据块，以减轻链路层快速调整导致的数据错误带来的影响。

终端在收到数据块后5ms内向基站报告数据正确解码（返回ACK）或出现错误(返回NACK)。

终端在收到基站重传数据后，在进行解码时，结合前次传输的数据块以及重传的数据块，充分利用它们携带的相关信息，以提高译码概率。

基站在收到终端的重传请求时，根据错误情况以及终端的存储空间，控制重传相同的编码数据或不同的编码数据(进一步增加信息冗余度)，以帮助提高终端纠错能力。

HSDPA信道结构为了实现HSDPA的功能特性，3GPP在物理层规范中引入了三个新的物理信道：HS-DPCCH、HS-SCCH及HS-PDSCH。

HS-DPCCH 信道结构H-SDPCCH信道的子帧结构图如图3.1-1所示。

HS-DPCCH为上行信道，数据速率为15Kbps，SF=256，采用2ms的短帧。

承载包括HARQ确认（ACK/NACK）和信道质量指示（CQI）。

图3.1-1 HS-DPCCH子帧结构1.1.1 3.1.1 CQI定义与映射CQI是信道质量指示，来自UE对P-CPICH信道的测量。

CQI在上报给NodeB之后。

由NodeB对UE上报的CQI值进行修正。

根据理论分析，UE上报的CQI与导频Et/Nt(UE 测量得到，此处Nt为热噪声和干扰值)之间存在的关系如下：CQIue=(Ec/Nt)p-cpich+10log16+MPO+4.5式中CQIue为UE上报的CQI值；Ec/Nt为P-COICH测量值；MPO为网络下发的参数，UE通过信令获得。

MPO=min(13,cellmaxpower-Pp-cpich-MPOc)式中cellmaxpower为小区的最大发射功率；Pp-cpich为P-CPICH的发射功率，MPOc 为常量，在RNC侧进行配置。

CQInodeb=CQIue+(Phs-pdsch-Pp-cpich-MPO)由以上三式可以看出CQI只与导频信道的载噪比、发射功率及HS-PDSCH的可用功率有关，MPO只影响UE的上报值，与AMC无关。

UE在HS-DPCCH上上报了CQI之后，NodeB也选择了调制和编码方式，但是随着CQI 的不断变化，NodeB也会选择不同的调制和编码方式。

与此同时，NodeB还要决定用多少资源来给UE使用。

表3.1.1-1为UE能力类别为10的CQI值与传输块大小，HS-PDSCH 信道数及调制方式的映射表。

表3.1.1-1UE能力类别10的CQI对照表HS-SCCH 信道结构HS-SCCH 是一种速率固定为60kb/s ，SF=128的下行链路物理信道，用于承载调度信息，每条HS-SCCH 在2ms 内只能调度一个UE ，而UE 可以侦听最多4条HS-SCCH 。

图3.2-1HS-SCCH 信道的子帧结构HS-SCCH子帧不仅仅包括UE可以使用哪些资源，还包括混合重传的参数，告诉UE哪些是重传的数据需要合并等。

HS-PDSCH 信道结构HS-PDSCH扩频因子是固定的，且SF=16，即HS-PDSCH对应于固定扩频因子SF=16的一个信道化码，该信道化码属于为HS-PDSCH发射预留的信道化码。

HS-PDSCH允许多码发射，即在相同的HS-PDSCH子帧，可以分配给UE多个信道化码，分配的信道化码数目取决于UE的能力级，UE最多可以选择5、10、15个码字。

不同的UE也可以在不同的时域和码域共享HS-PDSCH 信道。

为了适应高速数据传输和快速响应信道变化，HS-PDSCH的TTI设置为3个时隙，即2ms，并依靠HARQ和AMC对信道变化进行快速调整，这也使得在重传过程中对于UE和NodeB之间的往返时延能够很小。

HS-PDSCH子帧结构如图3.3-1所示。

图3.3-1 HS-PDSCH信道结构.HSDPA实现过程HSDPA的实现过程HSDPA是在新增的三条物信道上利用多码道共享、HARQ、AMC等关键技术实现的，具体过程如图4.1-1所示。

图4.1-1 HSDPA实现过程(1)根据UE上报的CQI，NodeB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。

(2)决定好服务的用户后，Node B确定HS-PDSCH的参数。

(3)Node B在发射HS-PDSCH之前，先发射HS-SCCH通知UE一些必要的参数。

(4)UE监测HS-SCCH，监测是否有发给自己的信息，如果有的话，UE开始接收HS-PDSCH，并进行缓存。

(5)根据HS-SCCH上的信息，终端可以判断在HS-PDSCH上接收到的数据是否需要和soft buffer 中的数据进行合并。

(6)UE对在HS-PDSCH上接收到的数据进行解调，并根据CRC结果在上行HS-DPCCH上发送响应ACK/NACK。

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。

HSDPA数据速率计算1.1.2 4.2.1 W-HSDPA峰值速率计算方法W-HSDPA的限速率是跟UE的能力级，HS-PDSCH信道数，调制和编码方式有关。

UE的能力级如表4.2-1所示。

表4.2-1UE能力级及信道化码以第10类UE为例，理论最大数据速率为：3.84Mchips/s÷16chips×4bit×15×(4/4)=14.4Mb/s其意义为：SF=16时每个符号为16chips，采用16QAM调制时每个符号为4bit，系统配置15个HS-PDSCH并全部分给一个UE使用，并且采用4/4的编码速率，这时的理论最大速率为14.4Mb/S。

HS-PDSCH的OVSF码是固定的16位，所以最多应该16条这样的共享信道。

但是对于基站来说，除了HS-PDSCH，还有其他物理信道，所以不能把所有的码字都分给HS-PDSCH来用，所以最多可以拿出15个16位的OVSF码来给HSDPA用，但是这样的后果是小区没有多余码字分给DCH用，其他业务如AMR, VP等业务都不能发起。

另外在实际的传输环境下，不能用4/4编码速率的编码，当采用3/4编码速率时其峰值速率为：3.84Mchips/s÷16chips×4bit×15×(3/4)=10.8Mb/s由于实际条件的限制，14.4Mb/s是不可实现的，通常认为10.8Mb/s是可实现的最大峰值速率。

1.1.3 4.2.2 TD-HSDPA 峰值速率计算方法由于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WCDMA时隙，而TD-HSDPA子帧是5ms，有7个业务时隙和3个特殊时隙，每个时隙包含2个数据块，每个数据块352chips。

TD-HSDPA的峰值速率计算如下：1. TD-HSDPA一个时隙含有两个数据块，共352×2＝704个chips2. 当SF=1时（SF=1或SF=16），单时隙的符号数达到理论最大值：704个符号3.在16QAM调制方式下每符号表示4比特，编码速率为4/4时，单时隙携带最大数据量为704*4=2816bit4.当上、下行时隙1:5配置时，每子帧携带最大数据量为2816 ×5=14080bit5.这时TD-HSDPA的单载波理论最大速率为 14080÷0.005=2.816Mb/s由于TD-SCDMA的带宽为1.6MHZ，并且采用的是时分双工方式，所以在10M带宽的理论峰值速率可以达到16.8Mb/s，高于W-HSDPA的14.4Mb/s。

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HSDPA原理及网络规划

HSDPA原理及网络规划


Number of HSPDSCH 1 1 1 1 1 1 2 … 3 4 4 5 5 ... 5 5 7 8 10 12 … 15
Modulation
QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK … QPSK QPSK QPSK QPSK 16-QAM … 16-QAM 16-QAM 16-QAM 16-QAM 16-QAM 16-QAM … 16-QAM
Node-B
Transmitter
Packet 1
Packet 1
Packet 2
UE
Receiver
Packet 1?
N
Packet 11? Packet + Packet 1?
A
August 23, 2006
>4
混合自动重传(HARQ)的概念
HSDPA中HARQ技术主要是系统端对编码数据比特的选择重传以及终端对物理层 重传数据合并。 通过RV参数来选择虚拟缓存中不同编码比特的传送。不同RV参数配置支持： CC（Chase Combining）（重复发送相同的数据） PIR（Partial Incremental Redundancy）（优先发送系统比特） FIR（Full Incremental Redundancy）（优先发送校验比特） 不同次重传，尽可能采用不同的r参数，使得打孔图样尽可能错开，保证不同 编码比特传送更为平均。
特点： 1) 提供较好的平衡算法，公平性和资源分配效率介于前两种算法（RR算法和最大C/I算法）之间 2)对所有用户提供服务的概率相同，虽然，所有用户可能经历不同的平均信道质量 3)提供系统吞吐量和公平性之间的平衡
August 23, 2006
+ d*f4
第6讲(均衡、干扰抵消和HSDPA)

第6讲(均衡、干扰抵消和HSDPA)


-6
-5
-4
均衡器长度大于最大时延扩展时的性能
长度对均衡器性能的影响（6）
10
0
3path 3km/h
10
0
3path 3km/h RABiblioteka E LMMSE equalizer
RAKE LMMSE equalizer
SER
SER
10
-1
10
-1
10 -16
-2
-15
-14
-13 -12 -11 -10 DPCH_Ec/Ior(dB)
H H
CHIP均衡器：LMMSE（ CHIP均衡器：LMMSE（2）
低信 噪 比时 ， g MMSE ≈ H H δ D； 高 信 噪比 时， g MMSE ≈ H H {HH H }−1 δ D
低信噪比时，LMMSE均衡器性能与RAKE 接收机一样 高信噪比时，LMMSE均衡器性能与ZF均衡 器一样，但更加稳健
CHIP均衡器：LMMSE（ CHIP均衡器：LMMSE（1）
接 收 信号 矢 量 r ( n ) = H T s ( n ) + η ( n ) 均 衡器 系 数 g = [ g 1 g 2 L g M ] 均 衡器 输 出 s ' ( n ) = g T r[ n ] 准则： Minimize E { g ( H S [ n ] + η [ n ]) − δ S [ n ] }
ˆ w( n + 1) = w ( n ) + α [h − r ( n )u* ( n )]
另一种CHIP均衡器：Griffith均衡器（2 另一种CHIP均衡器：Griffith均衡器（2）
另一种CHIP均衡器：RAKE/均衡器混合接收机 另一种CHIP均衡器：RAKE/均衡器混合接收机
HSDPA(高速下行分组接入)

HSDPA(高速下行分组接入)

HSDPA上的传输速率可达8-10 Mbit/s（如采用MIMO技术，则可达20 Mbit/s）。

在具体实现中，也一直处于缓慢发展的状态。

与此形成鲜明对照的是，在韩国、日本等国家实现商用的CDMA2000 1X EV-DO 网络系统上，已经实现了 2.4Mbps的峰值速率，其宽带接入服务能为客户提供300kBps-500kBps平均下载速率，这足以与有线宽带的速率相媲美。

比较而言，同为已经实现商用的3G网络系统，面对现有的3G业务，WCDMA已经稍显力不从心，在数据传输速率上的巨大落差，以及由此带来的业务能力上的弱势，自然使得WCDMA阵营不甘落后，必须寻找一种赶超CDMA2000 1X EV-DO的有力武器。

HSDPA(高速下行分组接入，High Speed Downlink Packages Access)技术是实现提高WCDMA网络高速下行数据传输速率最为重要的技术，是3GPP在R5协议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的，它可以在不改变已经建设的WCDMA系统网络结构的基础上，大大提高用户下行数据业务速率(理论最大值可达14.4Mbps)，该技术是WCDMA网络建设中提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。

对高速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。

WCDMA R99版本可以提供384kbps的数据速率，这个速率对于大部分现有的分组业务而言基本够用。

然而，对于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，需要系统提供更高的传输速率和更短的时延。

在未来几年内，数据服务将会取得大幅度增长，并成为第三代（3G）移动通信的主要应用和主要收入来源。

目前日本和韩国的3G经营商已经在体验3G服务中获得了巨大的成功。

日本DoCoMo公司于2001年推出的WCDMA-FOMA服务所创造的收入已经占到其总收入的20%以上，截止到2004年5月已拥有400万用户。

韩国电信公司（SKT）2003年第3季度，在部署了1xEV-DO网络之后，该公司数据服务收入占据每用户平均收入（ARPU）值的比例上升到了34%。

HSDPA基本原理及前沿技术

HSDPA基本原理及前沿技术

HSDPA基本原理：HSDPA技术是W-CDMA在无线部分的增强与演进。

HSDPA采用的自适应调制编码AMC，快速物理层重传策略HARQ，先进集中调度PS代替了WCDMA 采用的可变扩频因子SF和快速功率控制两个主要的基本机制，同时增强了多码操作。

(Multi-code Operation)。

HSDPA没有相应的功控开销，也没有软切换机制。

分组调度传输时间间隔TTI(Transmission Time Interval)从WCDMA的10ms或20ms变为HSDPA固定的2ms大大减少了时延。

但基本结构仍与R99保持一致。

而且，引入HSDPA后，只是在原有的物理信道上增加了新的信道。

因此，支持HSDPA技术的终端可以和R99终端在一个载波内共存，这点与CDMA2000EV-DO不同，无需运行在独立的载波上。

HSDPA是对WCDMA R99结构的增强，在RS中引入HSDPA技术后，UTRAN部分的结构基本不变，在NodeB通过增加板卡，在MAC层新增媒体接入控制实体MAC-hs功能块，将调度功能从基站控制器RNC移到NodeB，MAC-hs位于NodeB而不位于RNC，其作用主要是负责处理H-ARQ操作以及快速调度算法。

HSDPA功能主要对NodeB修改比较大，对RNC主要是软件升级，对硬件影响很小。

NodeB在物理层新增了三种新的物理信道:15个高速物理下行共享信道HS-PDSCH(High speed Physical Downlink Shared Channel)，l 个高速共享控制信道HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel)和l组高速专用物理控制信道HS-DPCCH(High Speed Dedicated Physical Control Channel)。

如下图：R99中DSCH的协议栈HSDPA中HS-DSCH的协议栈HS-DSCH信道，下行链路，负责传输用户数据，共享方式有时分复用和码分复用两种，最基本的方式是时分复用，即按时间段分给不同的用户使用，这样HS-DSCH信道码每次只分配给一个用户使用。