TD-HSDPA关键技术与网络部署
作者：中国电子科技集团公司第七研究所 李进良
td-hsdpa技术
td-scdma虽然能满足互联网下载数据的需求，但只能提供384kbit/s的传输速率，随着移动通信与互联网的飞速发展，许多对流量与时延要求较高的业务如视频、流媒体等不断涌现，这些业务对3g系统提出了更高的要求，系统必须提供更高的传输速率和更小的传输时延。td-scdma单载波提供高速业务能力相对不足，面对wcdma和cdma2000都采用增强技术以提高下行数据速率的挑战，td-scdma在r5版本中也采用了hsdpa技术。td-hsdpa所采用的增强技术主要有共享信道、高阶调制、自适应调制编码、混合自动重传和快速小区选择等。
1.共享信道
td-hsdpa增加了3种物理信道、1种传输信道，在基站中加入新的媒体接入控制子层(mac-hs)，还增加了16qam调制技术，使单载波数据传输速率提高7倍多，达到2.8mbit/s。
新增物理信道包括高速下行共享物理信道hs-pdsch、共享控制信道hs-scch、共享指示信道hs-sich。其中hs-pdsch用于承载高速下行数据，hs-scch/hs-sich支持相应的信令，由基站控制，用于发送传输信道的控制信息和终端的反馈信息。
新增的传输信道是高速下行共享信道hs-dsch，用于承载高速下行数据并映射到高速下行共享物理信道hs-pdsch，它采用1和16两种不同的扩频系数，使基站能更加灵活地应对不同的信道条件，进行合理的分组数据调度，以提高数据的传输速率。
2.高阶调制
频谱效率是移动通信业界关注的重要问题。频谱效率很高的多电平正交调幅(qam，multi-level quadrature amplitude modulation) 是中、大容量数字微波通信最常见的一种调制方式，它过去在宏蜂窝系统中不能应用，但在有很强直达分量的微蜂窝和微微蜂窝中却有可能应用，从而引起业界的重视。qam有16状态正交调幅(16qam)、64状态正交调幅(64qam)、256状态正交调幅(256qam)等等。高阶调制较低阶调制数据速率成倍提高，16qam数据速率即为四相相移键控调制技术(qpsk，quadrature phase shift keying)的2倍。td-scdma采用qpsk、8psk调制技术，hsdpa则增加了16qam调制技术。
3.自适应调制编码(amc，adaptive modulationand coding)
根据用户实时无线信道质量状况选择最合适的下行链路调制方式和信道编码率来调整传输速率，用来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。应用这种物理层链路自适应(linkadaptation)技术，可以使用户达到尽量高的数据吞吐量。amc的实现方式为，系统根据自身物理层能力和信道变化情况，建立一个编码调制格式集合mcs，每个mcs中的传输格式包括调制方式(qpsk、16qam)和传输数据编码速率(传输块长度)，当信道条件发生变化时，系统会选择与信道条件对应的不同传输格式来适应信道变化。当用户处于有利的通信条件下，如靠近基站或视距通信，采用高阶调制(如16qam)和高速率信道编码(如3/4编码速率)来获得高峰值速率。当用户处于不利的通信条件下，如远离基站或非视距通信，采用低阶调制(如qpsk)和低速率信道编码(如1/4编码速率)来保证通信质量。通过调整不同的调制和编码方式自适应下行无线链路的变化，条件好时数据速率高，条件差时数据速率低，这样总数据吞吐量可以尽量提高。在自适应下行链路过程，通过调整调制和编码方式比来调整发射功率，可以降低干扰水平。
4.混合自动重传(harq，hybridautomaticretransmissionrequest)
这是将前向纠错(fec)与自动重传(arq)结合起来的一种差错控制方案，根据信道条件通过发送附加冗余信息、改变编码速率对数据速率进行较精细的调整，按系统性能要求和设备复杂程度来选择2种类型的harq机制，自适应无线信道的变化。采用harq技术的收方，当译码失败时，保存所收数据，并要求对方重发，收方将重传数据和保存数据合并再译码，可以提高译码的成功率。
5.基站快速调度
基站新增mac-hs实体，其主要功能是对发送数据进行调度以及对重传数据进行控制。重传由基站根据用户设备(ue，userequipment)的反馈直接控制，采用合适的调度算法，依据一定的调度准则选择用户或调整编码方式来优化系统性能。这种方式避免了无线网络控制器(rnc，radionetworkcontroller)到ue的时延，提高了重传的速率，减少了数据传输的时延。同时，基站可以根据信道条件快速调度发送数据的大小和发送对象，从而提高小区的吞吐量。
多载波td-hsdpa组网建议
为了取得更高的峰值速率以提高对分组业务的支持能力，使td-scdma系统与时俱进，具有与其它系统相当的竞争优势，除上述单载波hsdpa技术外，中国通信标准化协会(ccsa)还提出了针对td-scdma系统的多载波hsdpa技术，将多载波捆绑以提高td-scdma系统中单用户峰值速率。即多个载波上的信道资源可以为同一个用户服务，该用户可以同时接收本小区多个载波发送的信息。这样，如果采用n个载波同时为一个用户发送数据，理论上该用户可以获得原来n倍的数据速率。如3载波的hsdpa(5mhz带宽)，理论峰值速率可以达到8.4mbit/s；6载波的hsdpa(10mhz带宽)理论峰值速率则可以达到16.8mbit/s。多载波hsdpa也是对已有n频点技术的自然延伸，在n频点小区中拥有n个载波资源，便于多载波捆绑。由于引入多载波，网络侧增加了数据分流处理，用户终端侧增加了数据合并处理，二者的结构发生了变化，能力要有所提高。目前，ccsa已基本完成了td-scdma多载波hsdpa相关技术标准的制定工作。随着行业标准的确定，td-scdma产业链必将加快多载波hsdpa设备的研发进程。
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td-scdma虽然能满足互联网下载数据的需求，但只能提供384kbit/s的传输速率，随着移动通信与互联网的飞速发展，许多对流量与时延要求较高的业务如视频、流媒体等不断涌现，这些业务对3g系统提出了更高的要求，系统必须提供更高的传输速率和更小的传输时延。td-scdma单载波提供高速业务能力相对不足，面对wcdma和cdma2000都采用增强技术以提高下行数据速率的挑战，td-scdma在r5版本中也采用了hsdpa技术。td-hsdpa所采用的增强技术主要有共享信道、高阶调制、自适应调制编码、混合自动重传和快速小区选择等。
1.共享信道
td-hsdpa增加了3种物理信道、1种传输信道，在基站中加入新的媒体接入控制子层(mac-hs)，还增加了16qam调制技术，使单载波数据传输速率提高7倍多，达到2.8mbit/s。
新增物理信道包括高速下行共享物理信道hs-pdsch、共享控制信道hs-scch、共享指示信道hs-sich。其中hs-pdsch用于承载高速下行数据，hs-scch/hs-sich支持相应的信令，由基站控制，用于发送传输信道的控制信息和终端的反馈信息。
新增的传输信道是高速下行共享信道hs-dsch，用于承载高速下行数据并映射到高速下行共享物理信道hs-pdsch，它采用1和16两种不同的扩频系数，使基站能更加灵活地应对不同的信道条件，进行合理的分组数据调度，以提高数据的传输速率。
2.高阶调制
频谱效率是移动通信业界关注的重要问题。频谱效率很高的多电平正交调幅(qam，multi-level quadrature amplitude modulation) 是中、大容量数字微波通信最常见的一种调制方式，它过去在宏蜂窝系统中不能应用，但在有很强直达分量的微蜂窝和微微蜂窝中却有可能应用，从而引起业界的重视。qam有16状态正交调幅(16qam)、64状态正交调幅(64qam)、256状态正交调幅(256qam)等等。高阶调制较低阶调制数据速率成倍提高，16qam数据速率即为四相相移键控调制技术(qpsk，quadrature phase shift keying)的2倍。td-scdma采用qpsk、8psk调制技术，hsdpa则增加了16qam调制技术。
3.自适应调制编码(amc，adaptive modulationand coding)
根据用户实时无线信道质量状况选择最合适的下行链路调制方式和信道编码率来调整传输速率，用来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。应用这种物理层链路自适应(linkadaptation)技术，可以使用户达到尽量高的数据吞吐量。amc的实现方式为，系统根据自身物理层能力和信道变化情况，建立一个编码调制格式集合mcs，每个mcs中的传输格式包括调制方式(qpsk、16qam)和传输数据编码速率(传输块长度)，当信道条件发生变化时，系统会选择与信道条件对应的不同传输格式来适应信道变化。当用户处于有利的通信条件下，如靠近基站或视距通信，采用高阶调制(如16qam)和高速率信道编码(如3/4编码速率)来获得高峰值速率。当用户处于不利的通信条件下，如远离基站或非视距通信，采用低阶调制(如qpsk)和低速率信道编码(如1/4编码速率)来保证通信质量。通过调整不同的调制和编码方式自适应下行无线链路的变化，条件好时数据速率高，条件差时数据速率低，这样总数据吞吐量可以尽量提高。在自适应下行链路过程，通过调整调制和编码方式比来调整发射功率，可以降低干扰水平。
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