第三代移動(dòng)通信-第6章 HSPA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

第6章HSPA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述6.1HSPA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.2高速下行分組接入6.3

HSPA技術(shù)演進(jìn)（HSPA+）6.6TD-SCDMA系統(tǒng)中的HSPA技術(shù)

6.5高速上行分組接入6.4為了在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上以最大的靈活性提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，移動(dòng)通信領(lǐng)域新技術(shù)層出不窮，本章主要介紹如下內(nèi)容：HSDPA/HSUPA網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及演進(jìn)HSDPA/HSUPA對(duì)R99/R4版本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響HSDPA的關(guān)鍵技術(shù)及空中接口的變化HSUPA的關(guān)鍵技術(shù)及空中接口的變化TD-SCDMA系統(tǒng)中HSPA技術(shù)的特點(diǎn)HSPA+的主要目標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和采用的主要技術(shù)6.1概述國(guó)際電信聯(lián)盟1998年提出了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化要求，主要目標(biāo)就是希望第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)能同時(shí)提供電路交換業(yè)務(wù)和分組交換業(yè)務(wù)，最高傳輸速率為2Mbit/s。隨著信息社會(huì)對(duì)無(wú)線Internet業(yè)務(wù)需求的日益增長(zhǎng)，2Mbit/s的傳輸速率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)正逐步采用各種速率增強(qiáng)型技術(shù)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)傳輸解決方案具有非對(duì)稱性、峰值速率高、激活時(shí)間短等特點(diǎn)，可以有效利用無(wú)線頻譜資源，增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量。cdma2000lx系統(tǒng)增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率的下一個(gè)發(fā)展階段稱為cdma2000lxEV，其中EV是Evolution（演進(jìn)）的縮寫，意指在cdma2000lx基礎(chǔ)上的演進(jìn)系統(tǒng)。cdma2000lxEV不僅要和原有系統(tǒng)保持后向兼容，而且要能夠提供更大的容量，更佳的性能，滿足高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的需求。cdma2000lxEV又分為兩個(gè)階段：cdma2000lxEV-DO和cdma2000lxEV-DV。相關(guān)內(nèi)容將在第7章介紹。WCDMA和TD-SCDMA系統(tǒng)增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率技術(shù)為HSDPA/HSUPA，HSDPA/HSUPA統(tǒng)稱HSPA。文中如不特別說(shuō)明，HSDPA/HSUPA均指WCDMA系統(tǒng)采用的速率增強(qiáng)技術(shù)，下面依次介紹基于WCDMA系統(tǒng)和TD-SCDMA技術(shù)的HSPA技術(shù)。1．HSPA的概念（1）HSDPA3GPP在2002年3月發(fā)布的R5版本中引入了高速下行鏈路分組接入（HighSpeedDownlinkPacketAccess，HSDPA）技術(shù)。HSDPA技術(shù)通過(guò)使用在GSM/EDGE標(biāo)準(zhǔn)中已有的方法來(lái)提高分組數(shù)據(jù)的吞吐量，這些方法包括自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)（AdaptiveModulationandCoding，AMC）、混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求技術(shù)（HybridAutomaticRepeatonRequest，HARQ）。HSDPA業(yè)務(wù)信道使用Turbo編碼，可以在2ms內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)資源共享，包括共享碼道資源和功率資源。HSDPA增加了物理信道，并采用多碼傳輸方式、短傳輸時(shí)間間隔、快速分組調(diào)度技術(shù)和先進(jìn)的接收機(jī)設(shè)計(jì)等，使小區(qū)下行峰值速率達(dá)到14.4Mbit/s。為了實(shí)現(xiàn)HSDPA的功能特性，在物理層規(guī)范中引入了1個(gè)傳輸信道和3個(gè)物理信道。①高速下行共享信道（HighSpeedDownlinkSharedChannel，HS-DSCH）②高速下行物理共享信道（HighSpeedPhysicalDownlinkShareChannel，HS-PDSCH）③高速下行共享控制信道（HighSpeedSharedControlChannelforHS-DSCH，HS-SCCH）④高速上行專用物理控制信道（HighSpeedDedicatedPhysicalControlChannelforHS-DSCH，HS-DPCCH）（2）HSUPA3GPP在2004年12月發(fā)布的R6版本中引入了增強(qiáng)型上行鏈路技術(shù)，初期是在增強(qiáng)型上行鏈路專用信道（E-DCH）的項(xiàng)目下啟動(dòng)的，又可以稱為高速上行鏈路分組接入（HighSpeedUplinkPacketAccess，HSUPA）技術(shù)，考慮到上行鏈路的特點(diǎn)，HSUPA對(duì)如下技術(shù)進(jìn)行了深入研究。①上行的物理層快速混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）；②上行的基于NodeB的快速調(diào)度技術(shù)；③更短的傳輸時(shí)間間隔；④上行采用高階調(diào)制；⑤快速的專用信道建立。E-DCH的定義中引入了5條新的物理信道。①增強(qiáng)專用物理數(shù)據(jù)信道（E-DCHDedicatedPhysicalDataChannel，E-DPDCH）②增強(qiáng)專用物理控制信道（E-DCHDedicatedPhysicalControlChannel，E-DPCCH）③絕對(duì)授予信道（E-DCHAbsoluteGrantChannel，E-AGCH）④相對(duì)授予信道（E-DCHRelativeGrantChannel，E-RGCH）⑤HARQ確認(rèn)指示信道（E-DCHHARQAcknowledgementIndicatorChannel，E-HICH）2．TD-HSPA（1）TD-HSDPA對(duì)TD-SCDMA和WCDMA而言，HSDPA采用的關(guān)鍵技術(shù)是基本一致的，實(shí)現(xiàn)方式也非常相似，兩者不同的地方主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)。①幀結(jié)構(gòu)不同②信道結(jié)構(gòu)不同③TD-SCDMA的N頻點(diǎn)特性（2）TD-HSUPA2003年6月，3GPPRAN第20次全會(huì)上，對(duì)TDD上行鏈路增強(qiáng)的可行性研究被列為研究項(xiàng)目（StudyItern）。研究目的是考察NodeB快速調(diào)度、HARQ和AMC等上行鏈路增強(qiáng)技術(shù)對(duì)提高上行鏈路的覆蓋和吞吐量，降低時(shí)延的可行性和性能。HSUPA的引入對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議框架的影響，主要包括需引入新的增強(qiáng)型上行傳輸信道（EnhancedUplinkChannel，E-UCH）以及新的MAC功能實(shí)體。3．HSPA的演進(jìn)（HSPA+）HSPA+是在HSPA基礎(chǔ)上的演進(jìn)，在關(guān)鍵技術(shù)上，它保留了HSPA的如下特征：快速調(diào)度、混合自動(dòng)重傳（HARQ）、下行短幀（2ms）、上行可變幀長(zhǎng)（10ms/2ms）、自適應(yīng)調(diào)制和編碼，同時(shí)保留了HSPA的所有信道及特征：HS-PDSCH、HS-SCCH、HS-DPCCH、E-DPCCH、E-DPDCH、E-RGCH、E-AGCH、E-HICH、F-DPCH等。因此，它向下完全兼容HSPA技術(shù)，但為了支持更高的速率和更豐富的業(yè)務(wù)，HSPA+也引入了更多的新技術(shù)：（1）MIMO技術(shù)（2）分組數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸技術(shù)（3）上下行均采用更高階調(diào)制（4）接入網(wǎng)架構(gòu)的優(yōu)化6.2HSPA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.2.1引入HSPA對(duì)R99/R4版本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響HSPA疊加在WCDMA網(wǎng)絡(luò)之上，既可以與WCDMA共享一個(gè)載波，也可以部署在另一個(gè)載波上。在兩種方案中，HSPA和WCDMA可以共享核心網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)的所有網(wǎng)元，包括基站（NodeB）、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）、GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）以及GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）等。WCDMA和HSPA還可以共享站址、天線和饋線。從WCDMA到HSPA需要進(jìn)行軟件升級(jí)，基站和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器還需要更新一些硬件。1．引入HSDPA對(duì)R99/R4版本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響圖6-1引入HSDPA對(duì)R99/R4版本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響示意圖（1）對(duì)NodeB的影響①M(fèi)AC層增加了新的MAC-hs實(shí)體，實(shí)現(xiàn)HARQ和快速調(diào)度；②增加了新的傳輸信道（HS-DSCH）與物理信道（HS-PDSCH、HS-SCCH和HS-DPCCH）；③引入16QAM調(diào)制解調(diào)方式，對(duì)射頻功放提出更高要求；④支持Iub接口數(shù)據(jù)的流量控制。（2）對(duì)RNC的影響①

RRM算法增強(qiáng)接納控制資源分配移動(dòng)性管理②傳輸接口信令需要修改在Iub/Iur上新增數(shù)據(jù)和控制幀NBAP（Iub接口）RNSAP（Iur接口）RRC協(xié)議（Uu接口）③相應(yīng)的傳輸接口帶寬需要增加（如Iub、Iu接口等）（3）HSDPA對(duì)UE的影響①要求UE新增MAC-hs層；②對(duì)基帶處理能力進(jìn)行增強(qiáng)，使其可處理多碼并傳；③新增對(duì)16QAM解調(diào)的支持；④要求終端具有更大的內(nèi)存；⑤對(duì)更先進(jìn)的接收機(jī)和接收算法的支持；⑥提供12類HSDPA終端。HS-DSCH類別可接受最大的

HS-PDSCH碼數(shù)最小TTI間隙調(diào)制方式最大峰值速率類別153QPSK&16-QAM1.2Mbit/s類別253QPSK&16-QAM1.2Mbit/s類別352QPSK&16-QAM1.8Mbit/s類別452QPSK&16-QAM1.8Mbit/s類別553QPSK&16-QAM3.6Mbit/s類別651QPSK&16-QAM3.6Mbit/s類別7101QPSK&16-QAM7.3Mbit/s類別8101QPSK&16-QAM7.3Mbit/s類別9151QPSK&16-QAM10.2Mbit/s類別10151QPSK&16-QAM14.4Mbit/s類別1152QPSK900kbit/s類別1251QPSK1.8kbit/s表6-1 12類HSDPA終端特性2．HSUPA對(duì)R99/R4版本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響引入HSUPA對(duì)R99/R4版本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響與HSDPA類似，簡(jiǎn)介如下。（1）對(duì)NodeB的影響①M(fèi)AC層增加了新的MAC-e實(shí)體，實(shí)現(xiàn)HARQ重傳和調(diào)度功能。②增加了新的物理信道（E-DPDCH、E-DPCCH、E-AGCH、E-RGCH和E-HICH）；③支持Iub接口數(shù)據(jù)的流量控制。（2）對(duì)RNC的影響①M(fèi)AC-es實(shí)體在RNC中實(shí)現(xiàn)，完成分組數(shù)據(jù)的重排。②最基本的RRM算法包括接納控制、資源分配和移動(dòng)性管理等需要改進(jìn)。③傳輸接口信令需要修改，相應(yīng)的傳輸接口帶寬需要增加（如Iub、Iu接口等）。（3）HSUPA對(duì)UE的影響①要求UE新增MAC-e和MAC-es層；②對(duì)基帶處理能力進(jìn)行增強(qiáng)，使其可處理多碼并傳；③要求終端具有更大的內(nèi)存；④增加上行調(diào)度功能；⑤提供6類HSUPA終端。類型E-DPDCH最大數(shù)量和最小擴(kuò)頻因子支持的TTI/ms最大數(shù)據(jù)速率/（Mbit/s）10msTTI2msTTI11SF4100.72N/A22SF42、101.451.4532SF4101.45N/A42SF42、1022.9152SF2102N/A62SF4+2SF42．1025.76表6-2 HSUPA終端特性6.2.2HSPA的用戶協(xié)議結(jié)構(gòu)圖6-2R99/R4無(wú)線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)1．HSDPA用戶面協(xié)議結(jié)構(gòu)圖6-3HSPA用戶數(shù)據(jù)在無(wú)線接口中的架構(gòu)圖6-4HSDPA用戶面協(xié)議結(jié)構(gòu)2．HSUPA用戶面協(xié)議結(jié)構(gòu)圖6-5HSUPA用戶面協(xié)議結(jié)構(gòu)3．傳輸信道到物理信道的映射圖6-6HSPA中新增傳輸信道和物理信道關(guān)系示意圖6.3高速下行分組接入6.3.1HSDPA系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)高速下行分組接入（HSDPA）系統(tǒng)中選用的關(guān)鍵技術(shù)與WCDMA不完全一致，WCDMA的重要特征—可變擴(kuò)頻因子（SF）、軟切換技術(shù)和快速功率控制不再適用。取而代之的關(guān)鍵技術(shù)是自適應(yīng)調(diào)制與編碼技術(shù)（AMC）、混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求技術(shù)（HARQ）、快速調(diào)度、碼分配與復(fù)用、功率分配和支持多種不同UE能力等。1．自適應(yīng)調(diào)制與編碼技術(shù)（AMC）AMC是根據(jù)無(wú)線信道的變化和終端能力自動(dòng)選擇合適的調(diào)制和編碼方式，網(wǎng)絡(luò)端根據(jù)用戶瞬時(shí)信道質(zhì)量和目前資源占用狀況選擇最合適的下行鏈路調(diào)制和編碼方式，使用戶達(dá)到盡量高的下行數(shù)據(jù)吞吐量。圖6-7AMC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2．混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求技術(shù)（HARQ）數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允峭ㄟ^(guò)重傳來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)前一次嘗試傳輸失敗時(shí)，就要求重傳分組數(shù)據(jù)，這樣的傳輸機(jī)制就稱之為自動(dòng)請(qǐng)求重傳（AutomaticRepeatonRequest，ARQ）。ARQ協(xié)議或?qū)崿F(xiàn)機(jī)制主要有選擇重復(fù)（SelectiveRepeat，SR）、停止等待（StopandWait，SAW）和N通道停止等待（SAW）三種。（1）ARQ協(xié)議①選擇重復(fù)（SR）②停止等待（SAW）③N通道SAW（2）HARQ重傳機(jī)制①第一類HARQ（TypeIHARQ）②第二類HARQ（TypeIIHARQ）③第三類HARQ（TypeIIIHARQ）3．HSDPA的傳輸時(shí)間間隔（TTI）R99/R4版本中，無(wú)線幀長(zhǎng)固定為10ms，而傳輸時(shí)間間隔（TTI）可以為10ms、20ms、40ms和80ms。在每個(gè)無(wú)線幀的邊界，物理層可以請(qǐng)求MAC子層發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)TTI大于10ms時(shí)，數(shù)據(jù)必須分割成10ms長(zhǎng)的數(shù)據(jù)片斷，每個(gè)10ms的數(shù)據(jù)片斷會(huì)復(fù)用到碼復(fù)合傳輸信道（CodedCompositeTransportChannel，CCTrCH）的一個(gè)10ms的無(wú)線幀上。在HSDPA系統(tǒng)中，傳輸時(shí)間間隔固定為2ms，包含3個(gè)時(shí)隙。4．快速分組調(diào)度技術(shù)調(diào)度即是對(duì)系統(tǒng)有限共享資源進(jìn)行合理分配，使資源利用率達(dá)到最大化。調(diào)度算法控制著共享資源的分配，在很大程度上決定著整個(gè)系統(tǒng)的行為。在HSDPA中，分組調(diào)度功能從RNC轉(zhuǎn)移到了NodeB，這樣就大大加速了數(shù)據(jù)分組的調(diào)度速度。下行分組傳輸調(diào)度按照UE反饋的信道質(zhì)量來(lái)執(zhí)行。調(diào)度由NodeB完成，與RNC無(wú)關(guān)。每隔2ms執(zhí)行一次調(diào)度。不同的調(diào)度算法對(duì)系統(tǒng)性能影響很大，常用的調(diào)度算法有輪詢調(diào)度、最大載干比（C/I）調(diào)度算法、比例公平算法等。（1）輪詢調(diào)度（2）最大載干比（C/I）調(diào)度算法（3）比例公平調(diào)度算法6.3.2HSDPA的物理層1．HSDPA新引入的物理信道為了實(shí)現(xiàn)HSDPA的功能特性，R5版本在物理層規(guī)范中引入了1個(gè)傳輸信道高速下行共享信道（HighSpeedDownlinkshareChannel，HS-DSCH）和3個(gè)物理信道高速物理下行共享信道（HighSpeedPhysicaldownlinkShareChannel，HS-PDSCH）、HS-DSCH的共享控制信道（HighSpeedSharedControlChannelforHS-DSCH，HS-SCCH）和HS-DSCH的專用物理控制信道（HighSpeedDedicatedPhysicalControlChannelforHS-DSCH，HS-DPCCH）。高速下行共享信道（HS-DSCH）是HSDPA用來(lái)承載實(shí)際用戶數(shù)據(jù)的傳輸信道。HS-DSCH在物理層被映射到高速下行物理共享信道（HS-PDSCH）。此處重點(diǎn)介紹HS-PDSCH的特性。（1）高速物理下行共享信道（HS-PDSCH）①HS-PDSCH的幀結(jié)構(gòu)圖6-8HS-PDSCH的幀結(jié)構(gòu)②HS-PDSCH的編碼過(guò)程

圖6-9HS-PDSCH信道在2ms內(nèi)傳輸最大傳輸塊時(shí)的編碼過(guò)程示意圖圖6-10HS-PDSCH的編碼過(guò)程③HS-PDSCH引入新的調(diào)制技術(shù)

圖6-11QPSK與16QAM的星座圖（2）高速共享控制信道（HS-SCCH）①第一部分（時(shí)隙0）②第二部分（時(shí)隙1和時(shí)隙2）圖6-12HS-SCCH的幀結(jié)構(gòu)圖6-13HS-SCCH和HS-PDSCH的定時(shí)關(guān)系（3）高速專用物理控制信道（HS-DPCCH）圖6-14HS-DPCCH的幀結(jié)構(gòu)①第一部分：ACK/NACK域②第二部分：CQI域2．HSDPA物理層處理流程當(dāng)有一個(gè)或者多個(gè)用戶使用HS-DSCH時(shí)，HSDPA物理層便開始執(zhí)行如下的物理層處理過(guò)程，接著數(shù)據(jù)會(huì)在NodeB的緩存中暫存。HSDPA物理層處理流程如下。（1）NodeB中的調(diào)度器每2ms對(duì)在緩存中有數(shù)據(jù)的每個(gè)用戶評(píng)估信道狀況、緩存狀態(tài)、最后一次傳輸?shù)臅r(shí)間、掛起的重傳等。調(diào)度器的調(diào)度準(zhǔn)則由制造商自己定義實(shí)現(xiàn)。（2）當(dāng)UE決定在一個(gè)特定的TTI中發(fā)起業(yè)務(wù)時(shí)，NodeB會(huì)識(shí)別必需的HS-DSCH參數(shù)，包括碼字?jǐn)?shù)目、是否使用16QAM和UE能力。（3）NodeB在相應(yīng)HS-DSCH的TTI之前2個(gè)時(shí)隙開始發(fā)送HS-SCCH。假設(shè)在前面的HS-DSCH幀中沒(méi)有該用戶的數(shù)據(jù)，那么HS-SCCH的選擇（最多從4個(gè)信道中選）是任意的。如果前面的HS-DSCH幀中有該用戶的數(shù)據(jù)，必須使用相同的HS-SCCH。（4）UE監(jiān)測(cè)由網(wǎng)絡(luò)給定的特定HS-SCCH集（最多有4個(gè)HS-SCCH），如果UE對(duì)屬于該用戶的HS-SCCH的第一部分進(jìn)行了正確譯碼，那么該UE將對(duì)HS-SCCH的剩余部分進(jìn)行譯碼，并將HS-DSCH中的必要碼字進(jìn)行緩存。（5）UE對(duì)HS-SCCH的第二部分譯碼后，就可以決定數(shù)據(jù)應(yīng)屬于哪一個(gè)ARQ過(guò)程，并確定是否與緩存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。（6）在R6中，前導(dǎo)頻序列代替了原來(lái)的ACK/NACK域，如果網(wǎng)絡(luò)中對(duì)該功能進(jìn)行了配置（以前TTI中沒(méi)有分組數(shù)據(jù)），該前導(dǎo)頻序列的發(fā)送是基于HS-SCCH譯碼，而不是針對(duì)HS-DSCH。（7）對(duì)組合數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼后，根據(jù)對(duì)HS-DSCH數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC計(jì)算，UE在上行方向發(fā)送ACK/NACK指示符。（8）如果網(wǎng)絡(luò)在連續(xù)的TTI時(shí)間內(nèi)向同一個(gè)UE連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么UE將使用與前一個(gè)TTI內(nèi)相同的HS-SCCH。（9）在R6中，當(dāng)數(shù)據(jù)流結(jié)束后，UE在ACK/NACK域發(fā)送后導(dǎo)頻序列，前提是網(wǎng)絡(luò)啟用了該功能。圖6-15單HARQ過(guò)程中物理信道的定時(shí)關(guān)系圖6-16R6中具有前/后導(dǎo)頻序列的工作模式6.3.3HSDPA的MAC子層結(jié)構(gòu)1．MAC子層結(jié)構(gòu)圖6-17UTRAN側(cè)的MAC層結(jié)構(gòu)圖6-18UE側(cè)的MAC子層結(jié)構(gòu)2．UTRAN側(cè)的MAC-hs結(jié)構(gòu)圖6-19UTRAN側(cè)MAC-hs結(jié)構(gòu)3．UE側(cè)的MAC-hs結(jié)構(gòu)圖6-20UE側(cè)的MAC-hs結(jié)構(gòu)6.4高速上行分組接入為了提高上行鏈路數(shù)據(jù)傳輸速率、增大覆蓋范圍、同時(shí)減小時(shí)延，高速上行分組接入（HSUPA）系統(tǒng)結(jié)合上行鏈路的特點(diǎn)，借鑒了HSDPA中采用的物理層的快速HARQ、快速分組調(diào)度、短的傳輸時(shí)間間隔等技術(shù)，同時(shí)上行鏈路中引入了新的擴(kuò)頻因子和軟切換技術(shù)。在HSUPA系統(tǒng)中，新增了一個(gè)增強(qiáng)型專用信道（E-DCH）傳輸HSUPA業(yè)務(wù)。下面簡(jiǎn)要介紹HSUPA關(guān)鍵技術(shù)、物理層和MAC層的新變化。6.4.1HSUPA關(guān)鍵技術(shù)1．上行鏈路快速HARQ采用HSUPA技術(shù)后，上行鏈路使用了快速物理層數(shù)據(jù)包重傳機(jī)制（HARQ），數(shù)據(jù)的重傳在移動(dòng)終端和NodeB間直接進(jìn)行。圖6-21R99與增強(qiáng)型上行鏈路的重傳機(jī)制2．上行鏈路快速分組調(diào)度HSUPA系統(tǒng)中，上行鏈路調(diào)度基于NodeB。用NodeB的物理層調(diào)度方案，大大減小了調(diào)度信令回路時(shí)延，調(diào)度周期比較短，而且NodeB已有的物理層測(cè)量信息可以用來(lái)作為調(diào)度的基礎(chǔ)。這確保更及時(shí)地進(jìn)行調(diào)度決策，以及更有效地利用上行鏈路空中接口可用的容量，更好地利用鏈路資源，提高系統(tǒng)的吞吐量。3．短幀長(zhǎng)HSUPA的幀大小有兩種選擇：2ms和10ms。4．軟切換圖6-22上行鏈路HARQ的軟切換6.4.2物理層信道結(jié)構(gòu)的變化HSUPA對(duì)物理層結(jié)構(gòu)作了一些改進(jìn)，在上行鏈路中引入增強(qiáng)型專用信道所帶來(lái)的基本問(wèn)題是R99的信道結(jié)構(gòu)會(huì)受到影響。技術(shù)指標(biāo)E-DCHDCH重傳機(jī)制L1層的HARQRLC層的HARQ信道編碼Turbo編碼Turbo編碼和卷積編碼TTI2ms或10ms10ms表6-3 E-DCH與DCH對(duì)比圖6-23E-DCH傳輸信道映射到物理信道的過(guò)程（1）CRC校驗(yàn)（2）編碼塊分段（3）信道編碼（4）HARQ功能/速率適配（5）物理信道分段（6）交織及物理信道映射1．E-DCH專用物理數(shù)據(jù)信道（E-DPDCH）E-DPDCH是一個(gè)新的上行物理信道，映射E-DCH傳輸信道的處理結(jié)果，用于實(shí)現(xiàn)從終端到基站的數(shù)據(jù)傳輸。E-DPDCH與3GPPR5中所有上行專用信道（DPDCH、DPCCH和HS-DPCCH）并行共存，HS-DPCCH用于HSDPA反饋信息的傳送。這樣引入HSUPA后，在上行方向最多可以同時(shí)傳輸5種不同類型的專用信道。（1）E-DPDCH的信道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①支持正交可變擴(kuò)頻因子（OVSF），通過(guò)調(diào)整擴(kuò)頻因子達(dá)到實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特需求。通過(guò)支持多條信道并行傳輸達(dá)到比一條物理數(shù)據(jù)信道更高的數(shù)據(jù)速率。信道比特速率/（Mbit/s）DPDCHE-DPDCH0.015～0.96SF256-SF4SF256-SF41.922SF4*2SF42.883SF4*—3.844SF4*2SF24.85SF4*—5.766SF4*2SF4+2SF2表6-4 DPDCH和E-DPDCH物理信道的數(shù)據(jù)速率②使用BPSK調(diào)制以及相同的快速功率控制技術(shù)。③E-DPDCH支持快速物理層HARQ和基于NodeB的快速調(diào)度。④E-DPDCH支持2ms的TTI。而DPDCH僅支持10ms的無(wú)線幀，當(dāng)使用2msTTI時(shí)，10ms的無(wú)線幀必須分成5個(gè)獨(dú)立的子幀。（2）E-DPDCH的幀結(jié)構(gòu)圖6-24E-DPDCH的幀結(jié)構(gòu)2．E-DCH專用物理控制信道（E-DPCCH）E-DPCCH是一條新的上行物理信道，用于從終端向基站傳輸E-DPDCH的控制信息，也就是說(shuō)用于傳輸相應(yīng)數(shù)據(jù)信道的解碼信息。與E-DPDCH一樣，E-DPCCH與3GPPR5所有的上行專用信道并存，并且總是與E-DPDCH成對(duì)出現(xiàn)。E-DPCCH具有與E-DPDCH相同的幀結(jié)構(gòu)，使用固定擴(kuò)頻因子SF=256，在2ms的子幀時(shí)間內(nèi)能夠傳送30個(gè)信道比特。3．E-DCHHARQ確認(rèn)指示信道（E-HICH）E-DCHHARQ確認(rèn)指示信道（E-HICH）是一條新下行物理信道，具有固定擴(kuò)頻因子SF=128，E-HICH信息采用BPSK調(diào)制，具體調(diào)制方式取決于發(fā)送E-HICH的小區(qū)，用于發(fā)送上行數(shù)據(jù)包傳輸確認(rèn)或否認(rèn)信息。如果NodeB正確接收E-DPDCH的分組數(shù)據(jù)，則反饋接收正確數(shù)據(jù)的確認(rèn)信息（ACK），否則將反饋錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的確認(rèn)信息（NACK）。圖6-25E-HICH/E-RGCH幀結(jié)構(gòu)4．E-DCH相對(duì)授權(quán)信道（E-RGCH）E-DCH相對(duì)授權(quán)信道（E-RGCH）是一條新的固定速率的下行物理信道，SF=128，用于傳輸服務(wù)NodeB的調(diào)度授權(quán)信息，即發(fā)送調(diào)度命令以調(diào)整最大允許的E-DPDCH/DPCCH的功率比，進(jìn)而調(diào)整E-DPDCH的發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)UE傳輸速率的調(diào)整。E-RGCH的幀結(jié)構(gòu)同E-HICH的幀結(jié)構(gòu)。相對(duì)授權(quán)在3個(gè)、12個(gè)或15個(gè)連續(xù)的時(shí)隙中傳送。3個(gè)和12個(gè)時(shí)隙時(shí)長(zhǎng)可用于控制小區(qū)為E-DCH服務(wù)小區(qū)且E-DCHTTI分別為2ms和10ms的UE。15時(shí)隙時(shí)長(zhǎng)用于控制小區(qū)不在E-DCH服務(wù)小區(qū)中的UE。5．E-DCH絕對(duì)授權(quán)信道（E-AGCH）E-DCH絕對(duì)授權(quán)信道（E-AGCH）是一條新的固定速率下行公共物理信道，SF=256，用于傳輸NodeB調(diào)度機(jī)制判決的絕對(duì)授權(quán)值。絕對(duì)授權(quán)值指示UE使用數(shù)據(jù)信道傳輸（E-DPDCH）所允許的相對(duì)發(fā)送功率，即在當(dāng)前的傳輸中所采用的業(yè)務(wù)與導(dǎo)頻的功率比，從而等效地告訴UE可以使用的最大傳輸數(shù)據(jù)速率。圖6-26E-AGCH的幀結(jié)構(gòu)6.4.3HSUPA的MAC子層結(jié)構(gòu)1．MAC子層結(jié)構(gòu)在HSUPA中，為了支持增強(qiáng)型上行專用傳輸信道（E-DCH），在UE側(cè)和UTRAN側(cè)引入了新的MAC子層實(shí)體MAC-es和MAC-e，負(fù)責(zé)處理E-DCH的標(biāo)準(zhǔn)功能，如圖6-27和圖6-28所示。圖6-27UE側(cè)的MAC子層結(jié)構(gòu)圖6-28UTRAN側(cè)的MAC子層結(jié)構(gòu)2．UE側(cè)的MAC-es/eUE側(cè)的MAC-es和MAC-e的功能不再細(xì)分，MAC-es/e主要完成E-DCH的處理。在UE側(cè)的MAC-es/e由HARQ實(shí)體、復(fù)用與傳輸序列號(hào)（TransmissionSequenceNumber，TSN）設(shè)置實(shí)體和E-DCH傳輸格式合并（E-DCHTransportFormatcombination，E-TFC）選擇實(shí)體組成，如圖6-29所示。圖6-29UE側(cè)的MAC-es/e實(shí)體（1）HARQ實(shí)體（2）復(fù)用與TSN設(shè)置實(shí)體（3）E-TFC選擇實(shí)體3．NodeB的MAC-eNodeB中為每個(gè)UE提供了一個(gè)MAC-e實(shí)體和一個(gè)E-DCH調(diào)度器功能。NodeB中MAC-e和E-DCH調(diào)度器處理HSUPA相關(guān)功能。MAC-e和E-DCH調(diào)度器組成實(shí)體如圖6-30所示。圖6-30NodeB的MAC-e實(shí)體（1）E-DCH調(diào)度實(shí)體（2）E-DCH控制實(shí)體（3）解復(fù)用實(shí)體（4）HARQ實(shí)體4．RNC的MAC-es對(duì)于每個(gè)UE，RNC中有一個(gè)MAC-es實(shí)體，專門負(fù)責(zé)E-DCH的處理。MAC-es子層處理NodeB中MAC-e實(shí)體上傳的數(shù)據(jù)流，UTRAN側(cè)的MAC-es組成實(shí)體如圖6-31所示。圖6-31UTRAN側(cè)的MAC-es（軟切換情況）（1）重排隊(duì)列分配實(shí)體（2）重排序?qū)嶓w（3）宏分集選擇合并實(shí)體（4）解復(fù)用實(shí)體6.5TD-SCDMA系統(tǒng)中的HSPA技術(shù)6.5.1TD-HSDPA

通過(guò)采用HSDPA技術(shù)，使得TD-SCDMA系統(tǒng)的下行峰值速率有很大的提高。TD-HSDPA中采用了自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC）技術(shù)、混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）技術(shù)；增強(qiáng)了NodeB的處理功能，引入了MAC-hs實(shí)體；引入了4條新信道。1條承載業(yè)務(wù)的傳輸信道和3條物理信道，傳輸信道為高速下行共享信道（HighSpeedDownlinkSharedChannel），HS-DSCH，物理信道分別為高速下行共享物理信道（HighSpeedPhysicalDownlinkSharedChannel，HS-PDSCH）、高速上行共享信息信道（HighSpeedSharedInformationChannel，HS-SICH）和高速下行共享控制信道（HighSpeedSharedControlChannel，HS-SCCH）。1．TD-HSDPA新引入的信道（1）高速下行共享信道（HS-DSCH）高速下行共享信道（HS-DSCH）是下行傳輸信道，它映射到的物理信道為高速下行共享物理信道（HS-PDSCH）。TD-HSDPA的所有下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都由HS-DSCH進(jìn)行承載，很多低層實(shí)現(xiàn)都是在HS-DSCH上進(jìn)行的。對(duì)不同的UE，可以通過(guò)時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)共享。根據(jù)UE的處理能力，一個(gè)UE可以進(jìn)行多碼傳輸。HS-PDSCH的擴(kuò)頻因子為16或者1。①HS-DSCH信道的編碼過(guò)程圖6-32HS-DSCH信道的編碼過(guò)程②HS-DSCH信道的特征一個(gè)HS-DSCH只在一個(gè)CCTrCH中進(jìn)行信息處理和解碼；在一個(gè)UE中只有一個(gè)CCTrCH是為HS-DSCH配置的；CCTrCH可以映射到一個(gè)或者多個(gè)物理信道；在每個(gè)CCTrCH中只有一個(gè)HS-DSCH；僅存在于下行鏈路；可以進(jìn)行波束成形；除功率控制外，可以采用鏈路自適應(yīng)技術(shù)；可在整個(gè)蜂窩中進(jìn)行廣播；總是與DPCH和一個(gè)或者多個(gè)共享物理信道HS-SCCH對(duì)應(yīng)進(jìn)行信息傳輸。③HS-DSCH物理層模型

圖6-33DCH和HS-DSCH對(duì)應(yīng)的下行鏈路物理層模型④HS-DSCH信道的屬性傳輸塊大?。旱谝淮蝹鬏斪詣?dòng)分配，重傳時(shí)必須明確傳輸塊的大小。傳輸塊集大?。阂粋€(gè)傳輸塊集通常只包括一個(gè)傳輸塊。傳輸時(shí)間間隔（TTI）：固定為5ms。編碼參數(shù)：1/3碼率的Turbo編碼。調(diào)制方式：第一次傳輸和重傳時(shí)是動(dòng)態(tài)的。UE必須支持QPSK調(diào)制，如果UE能力允許，可以支持16QAM。冗余版本：動(dòng)態(tài)。CRC大?。汗潭ù笮?4bit，每個(gè)TTI中有一個(gè)CRC。（2）高速共享下行控制信道（HS-SCCH）高速共享下行控制信道（HS-SCCH）是TD-HSDPA專用的下行物理信道，用于承載所有相關(guān)底層控制信息。UE接收HS-DSCH的數(shù)據(jù)必須要在HS-SCCH控制信息的配合下才能完成。HS-SCCH被所有發(fā)起HSDPA業(yè)務(wù)的UE所共享，但對(duì)單個(gè)HS-DSCH的TTI來(lái)說(shuō)，每個(gè)HS-SCCH只為一個(gè)UE承載HS-DSCH相關(guān)的下行信令。HS-SCCH上的控制信息主要包括用戶設(shè)備標(biāo)識(shí)（UEIdentifier，UE-ID）、傳輸格式資源指示（TransportFormatResourceIndicator，TFRI）、HARQ等相關(guān)信息。（3）高速上行共享信息信道（HS-SICH）高速上行共享信息信道（HS-SICH）是TD-HSDPA共享的上行物理信道，用于反饋相關(guān)的上行信息，主要包括HARQACK/NACK信息和信道質(zhì)量指示（ChannelQualityIndicator，CQI）。CQI是一個(gè)非常重要的反饋信息，用于指示當(dāng)前信道質(zhì)量。信道估計(jì)在UE側(cè)完成。根據(jù)估計(jì)結(jié)果，UE按照已知的HS-PDSCH資源分配狀態(tài)選取合適的CQI進(jìn)行反饋。CQI同樣需要很高的可靠度，因?yàn)镹odeB根據(jù)CQI決定下一次發(fā)送的傳輸格式。2．多載波TD-HSDPA多載波TD-HSDPA技術(shù)方案以現(xiàn)有行標(biāo)中的N頻點(diǎn)方案作為多載波TD-HSDPA技術(shù)的基礎(chǔ)，在MAC子層進(jìn)行數(shù)據(jù)分流，以完善和提高TD-HSDPA技術(shù)，更好地支持分組業(yè)務(wù)，滿足運(yùn)營(yíng)商對(duì)高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。引入多載波TD-HSDPA方案時(shí)遵循如下原則。（1）盡量不修改3GPPR5HSDPA協(xié)議（物理信道HS-SCCH和HS-SICH信道結(jié)構(gòu)不變）；（2）多載波僅針對(duì)HSDPA信道，即一個(gè)給定的UE將在一個(gè)或者多個(gè)載波上接收和發(fā)送信息；（3）在考慮對(duì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度（尤其是終端實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度）影響的前提下，盡可能兼容3GPPR5規(guī)范中定義的支持單載波TD-HSDPA的UE，TD-HSDPA規(guī)范的制訂要基于3GPPR5相關(guān)的協(xié)議進(jìn)行。6.5.2TD-HSUPAHSUPA是上行鏈路方向針對(duì)分組業(yè)務(wù)的優(yōu)化和研究，它是繼HSDPA之后，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的又一次重要演進(jìn)。TD-HSUPA中通過(guò)使用AMC、HARQ及快速調(diào)度等技術(shù)獲得增強(qiáng)的上行用戶速率和系統(tǒng)吞吐量。在UE和NodeB/RNC的MAC子層引入了MAC-e/MAC-es實(shí)體，完成相關(guān)調(diào)度、優(yōu)先級(jí)處理、反饋、重傳等功能，可以顯著地提高調(diào)度和傳輸/重傳的速度，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼w時(shí)延。TD-HSUPA引入了新的增強(qiáng)專用信道（EnhancedChannel，E-DCH）和對(duì)應(yīng)的E-DCH上行物理信道（E-DCHPhysicalUplinkChannel，E-PUCH）。同時(shí)，為了完成相應(yīng)的控制、調(diào)度和反饋，HSUPA在物理層引入了E-DCH隨機(jī)接入上行控制信道（E-DCHRandomAccessUplinkControlChannel，E-RUCCH）、E-DCH絕對(duì)授權(quán)信道（E-DCHAbsoluteGrantChannel，E-AGCH）和E-DCHHARQ指示信道（E-DCHHARQAcknowledgementIndicatorChannel，E-HICH）。1．物理層模型圖6-34UE側(cè)上行鏈路物理層模型圖6-35UE側(cè)下行鏈路物理層模型2．物理信道（1）E-PUCHE-PUCH是在NodeBMAC-e的調(diào)度實(shí)體控制下的物理資源，映射到CCTrCH的E-DCH傳輸信道。E-PUCH物理資源被定義為非調(diào)度資源和調(diào)度資源。非調(diào)度資源由RNC通過(guò)高層信令進(jìn)行分配，而調(diào)度資源由NodeB的MAC-e的調(diào)度實(shí)體進(jìn)行控制分配。（2）E-AGCHE-AGCH是一個(gè)新的下行物理信道，用于NodeB向UE傳遞調(diào)度資源授權(quán)信息，它包含功率授權(quán)信息、時(shí)隙授權(quán)信息、碼道授權(quán)信息、E-HICH指示、E-UCCH的個(gè)數(shù)指示、資源持續(xù)時(shí)間指示、E-AGCH循環(huán)序列號(hào)等。（3）E-HICHE-HICH用于NodeB向UE反饋每個(gè)E-DCH傳輸塊的ACK/NACK信息。一個(gè)小區(qū)內(nèi)E-HICH的數(shù)量由系統(tǒng)配置。調(diào)度用戶和非調(diào)度用戶的確認(rèn)指示在不同的E-HICH上發(fā)送。一個(gè)調(diào)度用戶的調(diào)度傳輸最多能夠配置4條E-HICH。采用哪個(gè)E-HICH，對(duì)于特定的調(diào)度用戶由E-AGCH特定的標(biāo)識(shí)來(lái)表示，對(duì)于非調(diào)度用戶則由高層通知。非調(diào)度用戶的E-HICH不僅承載確認(rèn)指示，而且承載TPC和SS命令。（4）E-RUCCHE-RUCCH用于CELL_DCH狀態(tài)下的UE在沒(méi)有資源授權(quán)的情況下請(qǐng)求授權(quán)以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸方式為搶占式的接入方式，過(guò)程與PRACH相同，并且可以和PRACH共享物理碼道。6.6HSPA技術(shù)演進(jìn)（HSPA+）隨著全球移動(dòng)通信的快速發(fā)展，HSPA網(wǎng)絡(luò)的大量部署，如何保護(hù)HSPA階段對(duì)網(wǎng)絡(luò)的投資，在盡可能不改變現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)一些增強(qiáng)技術(shù)的引入，在相同帶寬下達(dá)到接近LTE的性能是HSPA+階段需要解決的問(wèn)題。HSPA+是由擁有較多HSDPA、HSUPA專利的廠商、已部署或即將部署HSDPA網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商希望3G擁有一個(gè)較長(zhǎng)的生命周期而提出的技術(shù)方案。1．設(shè)計(jì)目標(biāo)HSPA+的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下。（1）HSPA+要在5MHz內(nèi)達(dá)到與LTE一樣的頻譜效率；（2）HSPA+要盡可能實(shí)現(xiàn)與LTE共享部分資源，如LTE的核心網(wǎng)等；（3）簡(jiǎn)化或減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量；（4）HSPA+要作為一個(gè)僅僅使用高速數(shù)據(jù)信道（HS-DSCH，E-DCH）的分組網(wǎng)絡(luò)；（5）HSPA+網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該后向兼容R99/HSPA的終端；（6）希望能在現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行小規(guī)模的升級(jí)即可支持HSPA+的功能。2．HSPA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)方案HSPA+對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了扁平化處理，將RNC/NodeB合二為一，不改變?cè)械腎u接口，只是對(duì)無(wú)線側(cè)進(jìn)行簡(jiǎn)單的軟件升級(jí)，增加了容量，縮短了時(shí)延。HSPA的引入沒(méi)有改變?cè)蠾CDMAR99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只是進(jìn)行了軟件升級(jí)。HSPA+與HSPA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有如下異同：（1）可共享核心網(wǎng)絡(luò)，Iu接口沒(méi)有改變；（2）NodeB+（HSPA+中的NodeB）具有RNC的功能，消除了Iub，增加了Iur處理量；（3）降低了用戶面時(shí)延，HSPA+用戶面協(xié)議終止于NodeB+，而HSPA終止于RNC；（4）降低了控制面時(shí)延，HSPA+控制面協(xié)議終止于NodeB+，而HSPA終止于RNC；（5）由于移動(dòng)而導(dǎo)致的信令處理量加大；（6）HSPA+網(wǎng)絡(luò)兼容HSPA下的UE，但是對(duì)于基于CS域的語(yǔ)音需要轉(zhuǎn)移到原有的SRNC下進(jìn)行處理；（7）由于引入頻繁的SRNC重定位，移動(dòng)性變?nèi)酢?．HSPA+引入的新技術(shù)HSPA+是在HSPA基礎(chǔ)上的演進(jìn)，在關(guān)鍵技術(shù)上，它保留了HSPA的如下特征：快速調(diào)度、混合自動(dòng)重傳（H