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HSPA+終端標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及分析

訊石光通訊網(wǎng)   發(fā)布時間:2008/1/9 9:16:44   編者:iccsz    
摘要：隨著移動通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各標(biāo)準(zhǔn)化組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究工作也正在越發(fā)緊鑼密鼓地進(jìn)行。其中，HSPA+作為介于HSPA與LTE之間的一種技術(shù)，目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織初步將其歸類到R7系列。本文從HSPA+終端類別的定義出發(fā)，探討它與HSPA終端的關(guān)系，以及HSPA+終端的新特點(diǎn)。

　　隨著移動通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各標(biāo)準(zhǔn)化組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究工作也正在越發(fā)緊鑼密鼓地進(jìn)行。其中，HSPA+作為介于HSPA與LTE之間的一種技術(shù)，目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織初步將其歸類到R7系列。本文從HSPA+終端類別的定義出發(fā)，探討它與HSPA終端的關(guān)系，以及HSPA+終端的新特點(diǎn)。

　　HSPA+終端分類情況

　　HSPA+是HSPA(3GPPR6)的向下演進(jìn)版本，是上下行能力增強(qiáng)的一項(xiàng)技術(shù)，在FDD系統(tǒng)中，上下行資源是分開處理的，因此這里討論的HSPA+的終端類別要分別從上下兩個角度進(jìn)行。

　　從標(biāo)準(zhǔn)定義的角度，HSPA+的下行業(yè)務(wù)信道是HS-DSCH，因此下行的終端類別也稱為“HSDPA終端類別”，當(dāng)然這里的“HSDPA終端類別”不同于3GPPR5中的HSDPA。同樣，HSPA+的上行業(yè)務(wù)信道是E-DCH，因此上行的終端類別可稱為“HSUPA終端類別”，也不同于3GPPR6中的“HSUPA終端類別”。

　　按照3GPP25.306V730的定義，HSDPA(FDD)的終端共分為16類,如表1所示。


表1 HSDPA終端類別及參數(shù)一覽表

 
　　由表1可見，HSPA+終端完全后向兼容HSDPA的終端，Category1～12即為HSDPA的終端定義。HSPA+終端的標(biāo)準(zhǔn)仍在進(jìn)一步修訂中，有可能還存在其他類別的終端。
 

　　按照3GPP25.306V730的定義，HSUPA(FDD)的終端共分為7類，如表2所示。


表2 HSDPA終端類別及參數(shù)一覽表

 
　　由表2可見，HSPA+終端完全后向兼容HSUPA的終端，Category1～6即為HSUPA的終端定義。同樣地，HSPA+終端的標(biāo)準(zhǔn)仍在進(jìn)一步修訂中，也有可能還存在其他類別的終端。
 
　　影響HSPA+終端性能的關(guān)鍵要素
 
　　表1及表2詳細(xì)地列出了不同類別的終端所對應(yīng)的峰值速率以及影響峰值速率的主要因素，影響HSPA+終端性能的關(guān)鍵因素主要有以下幾方面。
 
　　1.調(diào)制方式
 
　　HSPA+可采用QPSK，16QAM，64QAM三種調(diào)制方式。QPSK每一符號代表2bit，16QAM每符號代表4bit，而64QAM每符號代表6bit。因此由于調(diào)制方式的不同，每符號代表的信息量也有區(qū)別。
 
　　由表1可見，Category1～10的峰值速率是在16QAM調(diào)制方式下計算出的，高于只支持QPSK調(diào)試方式的Category11～12的峰值速率，而Category13～14采用64QAM調(diào)制后較前面的12類都要更高。
 
　　由表2可見，速率更高的Category7采用16QAM調(diào)制，而其他6類只支持QPSK調(diào)制方式。
 
　　2.天線方式
 
　　3GPPR6規(guī)范及以前的版本均采用傳統(tǒng)的收發(fā)天線，而HSPA+采用全新的MIMO(2X2)配置，利用天線間的不相關(guān)性極大地提高系統(tǒng)效率，特別是在信號環(huán)境好的情況下，每根天線可傳輸不同的信息，實(shí)現(xiàn)峰值速率的加倍。
 
　　由表1可見，配置了MIMO的終端Category15～16峰值速率最大，其計算過程如下。
 
　　Category15在單TTI(2ms)內(nèi)的可傳輸?shù)淖畲髠鬏攭K為23370bit，因此它的峰值速率為：23370bit/2ms×2=23.4Mbit/s。
 
　　Category16在單TTI(2ms)內(nèi)的可傳輸?shù)淖畲髠鬏攭K為27952bit，因此它的峰值速率為：27952bit/2ms×2=28Mbit/s。
 
　　這里要說明一點(diǎn)：上面兩個計算公式中后面乘上的2，是代表2根發(fā)MIMO天線承載不同的信息，因此峰值速率翻倍。
 
　　3.支持的最大碼字?jǐn)?shù)
 
　　(1)HSDPA
 
　　HSDPA采用固定SF=16的碼道，單小區(qū)除公共信道占用一個SF=16的碼字外，HSDPA最大可用的碼字?jǐn)?shù)為15個，由表1可知，16類終端支持的最大碼字?jǐn)?shù)分別為5、10、15。依據(jù)WCDMA的通信原理，信號從信源編碼到信道編碼，再進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制到3.84Mchips/s的帶寬上。
 
　　采用QPSK調(diào)制，HSDPA單碼道極限傳輸能力是：3840/16×2=480kbit/s。
 
　　采用16QAM調(diào)制，HSDPA單碼道極限傳輸能力是：3840/16×4=960kbit/s。
 
　　采用64QAM調(diào)制，HSDPA單碼道極限傳輸能力是：3840/16×6=1440kbit/s。
 
　　可見HSDPA的速率與可使用的碼道數(shù)緊密相關(guān)，在其他條件一致的情況下，使用的碼道數(shù)越多，能夠達(dá)到的峰值速率越大。
 
　　(2)HSUPA
 
　　上行UE可采用的碼道數(shù)跟自身信道環(huán)境和需要傳輸?shù)乃俾氏嚓P(guān)，它采用的可變因子SF分別為64、32、16、8、4、2，同時采用多碼道傳輸。由表2可知，在其他條件(SF、TTI、調(diào)制方式)相同的情況下，4碼道傳輸?shù)乃俾拭黠@高于2碼道傳輸?shù)乃俾省?/div>
 
　　4.軟信道容量
 
　　針對HSDPA的16類終端，規(guī)范分別定義了相應(yīng)的軟信道容量：HARQ的虛擬IR緩存，即HS-DSCH所能傳輸?shù)目傂畔⒘俊?/div>
 
　　混合ARQ是HSDPA的關(guān)鍵技術(shù)之一，它完成信道編碼后的輸出比特數(shù)與映射進(jìn)HS-PDSCH物理信道集合的總比特數(shù)相匹配，HARQ功能由冗余版本(RV)參數(shù)控制，混合ARQ輸出比特的精確設(shè)置依賴于輸入比特數(shù)、輸出比特數(shù)和RV參數(shù)。
 
　　HARQ功能包括2次速率匹配和一個虛擬IR緩存，也稱為軟信道容量，決定了混合ARQ的第一次速率匹配。軟信道容量會影響網(wǎng)絡(luò)側(cè)使用的傳輸格式(RV)，并在一定程度上影響UE的傳輸能力，該容量越大所對應(yīng)有效的傳輸信息量越大，UE的速率會越高，這從表1可以得到驗(yàn)證。
 
　　5.最小TTI的間隔
 
　　HSDPA采用資源共享的方式，幀長TTI為2ms，在碼分方式下，每個TTI可同時容納4個用戶。在資源分配條件允許的情況下，UE可以一直占用資源，同時每個TTI都有信息發(fā)送，可實(shí)現(xiàn)資源利用率的最大化，但是UE在占用TTI的情況下不能發(fā)送數(shù)據(jù)，這將會浪費(fèi)系統(tǒng)資源。例如，最小TTI間隔為2或3的UE與TTI間隔為1的UE相比，在傳輸相同信息量時，由于前者占用時間是后者的2或3倍，所以前者的速率是后者的1/2或1/3。因此，最小TTI間隔也對終端性能有很大影響。
 
　　最小TTI的間隔越小，代表可發(fā)送信息的機(jī)會越多，可實(shí)現(xiàn)的速率越大。性能低的手機(jī)在網(wǎng)時，較高的Inter-TTI會造成網(wǎng)絡(luò)側(cè)基站頻譜利用效率降低。
 
　　影響HSPA+發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)
 
　　上面列出了影響HSPA+終端的關(guān)鍵要素，但實(shí)際上如何處理這些要素、怎樣區(qū)分各類別終端間的差異，關(guān)鍵還是由一系列的新技術(shù)決定。
 
　　體積、耗電等問題是一直以來困擾終端發(fā)展的重要問題之一。眾所周知，3G終端耗電量略高于2G終端，這和3G技術(shù)的復(fù)雜性有關(guān)。3G的CDMA技術(shù)復(fù)雜、基帶數(shù)據(jù)處理量大、射頻功率放大器的線性度要求很高，導(dǎo)致3G終端基帶處理芯片和射頻芯片組的耗電量相對增加；HSPA+需要比HSPA更加復(fù)雜的基帶及射頻技術(shù)，并且，動態(tài)的功率及碼資源調(diào)整、16QAM/64QAM/MIMO等技術(shù)的引入導(dǎo)致HSPA+具有較HSPA更高的功耗；傳輸速率越快，對手機(jī)天線的性能要求越高，所消耗的電量也越大。因此，從信令處理的角度來看，HSPA+終端需要充分考慮節(jié)能省電的相關(guān)技術(shù)。
 
　　隨著All-IP理念的強(qiáng)化，HSPA+將成為全I(xiàn)P、全業(yè)務(wù)運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，因此它需要突破原有HSPA的純粹支持BE業(yè)務(wù)的局限，實(shí)現(xiàn)語音(VoIP)、視頻(VT)、高速下載等多媒體業(yè)務(wù)的融合。
 
　　綜合上述兩個要點(diǎn)，HSPA+終端采用的新技術(shù)主要有以下幾種。
 
　　1.DPCCH時隙的更改
 
　　按照3GPP25.211規(guī)范的定義，原有的上行DPCCH共有6種時隙結(jié)構(gòu)，每個時隙有導(dǎo)頻比特、TFCI、TPC以及FBI四個比特域：導(dǎo)頻比特用來在接收端進(jìn)行信道估計；TFCI指示當(dāng)前幀的傳輸速率；TPC傳送進(jìn)行下行鏈路功率控制需要的功率控制命令；下行鏈路使用閉環(huán)發(fā)射分集時需要FBI比特。
 
　　而采用HS-DSCH后，可實(shí)現(xiàn)盲解碼，不需要TFCI的速率指示。此外，非閉環(huán)時不需要使用FBI，所以此時有效的比特是TPC，Pilot。新增的時隙格式將DPCCH的10bit分為6bit的Pilot，4bit的TPC，保證有效比特單元，減少不必要的比特發(fā)送，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。
 
　　2.UL-DTX
 
　　與WCDMA以前的版本—DPCH傳輸相比，UL_DTX(UplinkDiscontinuousTransmission)只存在于DPDCH數(shù)據(jù)信道，但是在R7中，引入了上行控制信道DPCCH下的UL_DTX功能，UL-DTX的應(yīng)用一方面可減少終端的耗電量，另一方面還可以減少對上行的干擾。
 
　　3.HS-SCCHless Transmissions
 
　　在3GPPR5/R6版本中，HS-SCCH信道是下行物理共享信道，它的引入是為了承載HS-PDSCH信道所需的物理層信令。其擴(kuò)頻因子為128，每2ms對相應(yīng)的終端下發(fā)相應(yīng)的調(diào)度指令，但調(diào)度的情況要參考HS-SCCH的配置數(shù)目：當(dāng)只配一條時，多用戶只能通過時分復(fù)用的形式共享HS-PDSCH信道，在一個TTI內(nèi)只能為一個用戶服務(wù)。它最多可配置4條，即在單TTI內(nèi)可調(diào)度4個用戶。因此，HS-SCCH的使用會耗費(fèi)很大的碼字及功率資源，降低系統(tǒng)的使用效率。
 
　　在3GPPR7版本中引入了HS-SCCHlessTransmissions模式，一方面將部分信令打包承載在HS-PDSCH高速信道上，另一方面在UE端采用盲解調(diào)的方式，極大節(jié)省了HS-SCCH的碼字及功率資源，提高了系統(tǒng)效率。
 
　　4.增強(qiáng)的F-DPCH
 
　　為了優(yōu)化系統(tǒng)使用的效率，3GPPR6規(guī)范引入了F-DPCH(Fractional Dedicated Physical Channel)，主要用來傳輸下行的功控指令TPC，其最大好處是多用戶(最多10個用戶)可時分共享一條SF=256的碼道，但它并不是替代A-DPCH(A-DPCH配置給每個使用HSDPA業(yè)務(wù)的用戶)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)終端的支持情況，既可以選擇F-DPCH，也可以選擇A-DPCH。
 
　　在3GPPR7中，任何一條RL都對應(yīng)相應(yīng)的F-DPCH，同時原A-DPCH承載的信令轉(zhuǎn)移到HS-DSCH上承載，由于HSDPA較R99速率更高，因此SRB承載在HS-DSCH上能夠降低業(yè)務(wù)建立的時延。
 
　　5.增強(qiáng)的Cell_FACH
 
　　考慮到數(shù)據(jù)承載的效率，3GPPR7引入了增強(qiáng)的Cell_FACH。其傳輸信道不再是原有DCH，而是高速的HS-DSCH，容量增加，時延降低。
 
　　6.其他技術(shù)
 
　　在其他版本中，考慮到終端的耗電量、處理復(fù)雜性、體積等問題，MIMO、64QAM等技術(shù)只是在網(wǎng)絡(luò)側(cè)考慮，但是從提升終端性能、提高峰值速率的角度，這些網(wǎng)絡(luò)側(cè)的新技術(shù)也會在終端側(cè)考慮。
 
　　在配合應(yīng)用這些層一技術(shù)的同時，如RLCPDU的大小等層二的功能，也需要相應(yīng)的進(jìn)行調(diào)整。
 
　　總結(jié)
 
　　本文介紹了HSPA+終端的類別以及影響終端性能的關(guān)鍵要素，同時結(jié)合終端性能的提升以及HSPA+的業(yè)務(wù)目標(biāo)給出了影響HSPA+終端的關(guān)鍵技術(shù)。HSPA+終端仍在進(jìn)一步發(fā)展中，還存在新終端類別出現(xiàn)的可能，相關(guān)技術(shù)也需要進(jìn)一步的完善。
內(nèi)容來自：通信世界 作者：中國電信廣州研究院 朱紅梅 李寶榮
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