TD HSDPA技术的分析与实现

摘要

广大的移动用户对高速移动数据业务的需求越来越急迫，但2G网络的数据传输能力有限，TD-SCDMA HSDPA将成为满足高速移动数据业务的优秀载体。随着2008年奥运会的来临，各TD-SCDMA系统和终端厂家都纷纷拿出自己的HSDPA解决方案，重邮信科多年来不遗余力地投入TD-SCDMA终端产品的开发和研究，领先HSDPA数据上网卡的开发。目前重邮信科的HSDPA数据上网卡性能良好、质量稳定、具有良好的兼容性。重邮信科将努力为我国自主知识产权的TD-SCDMA事业作出应有的贡献。

1  引言

广大的移动用户对高速移动数据业务的需求越来越急迫，2G网络的数据传输能力有限，TD-SCDMA HSDPA将成为满足高速移动数据业务的优秀载体。随着2008年奥运会的来临，各TD-SCDMA系统和终端厂家都纷纷拿出自己的HSDPA解决方案，重邮信科多年来不遗余力地投入TD-SCDMA终端产品的开发和研究，领先HSDPA数据上网卡的开发。目前重邮信科的HSDPA数据上网卡性能良好、质量稳定、具有良好的兼容性。重邮信科将努力为我国自主知识产权的TD-SCDMA事业作出应有的贡献。

2  HSDPA关键技术

由于数据调制编码、调度、重传等技术原因，3GPP R4阶段的分组数据业务最高速率只为384kbit/s，而在R5阶段HSDPA采用多种通信技术来提高了下行数据的传输速率。但是，同时也给终端和系统设计带来一定的技术难度。下面将大概介绍一下在HSDPA中使用到的各种关键技术。

2.1  自适应调制和编码技术

无线信道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性，短时间瑞利衰落可以达到十几个甚至几十个dB,对于高速移动终端和高速数据传输表现更加明显。为了解决这个问题，在HSDPA中引入了AMC技术，这种技术对时变特性进行自适应跟踪，会给系统性能的改善带来很大的好处。具体过程是网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前无线资源，选择最合适的下行链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据吞吐率。当用户处于有利的通信地点时（如靠近NodeB或存在视距链路），用户数据发送可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式，如16QAM和3/4编码速率，从而得到高的峰值速率。而当用户处于不利的通信地点，信号质量差时（如位于小区边缘或者信道深衰落），网络侧则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案，如QPSK和1/4编码速率，来保证通信质量。这样保证了无论在何种通信环境下，终端都可以得到高速的下行数据传输。

2.2  HARQ技术

无线通信环境的条件远远比传统有限传输恶劣许多，由于终端的移动将带来功率制、定时控制问题，加之HSDPA需要实现高速下行数据速率的传输，大大增加了数据重传的概率，使用原来RLC重传来保证数据传输的正确性已经不能满足HSDPA数据传输的要求。为了提高数据重传效率和增加无线信道的利用率，国际电联将HARQ技术引入到HSDPA标准中。

从理论的角度讲，HARQ重传技术总计用三种方式，在原有的TD-SCDMA系统上的RLC ARQ模式就属于类型I的HARQ。是在基本的类型I的HARQ中加有CRC，采用FEC编码。在接收端对FEC编码进行解码，并对包的质量进行校验（CRC校验）。如果发现有错误则要求包重传，并将整个错误包丢弃。重传采用与第一次传输相同的编码。

为了提高效率，在HSDPA中将采用类型II和类型II的HARQ技术，类型II的H-ARQ也被称作增量冗余方案，重传的数据块不能丢弃不用，而是要连同一些由发射端提供的用于解码的冗余信息。对于H-ARQ类型II来说，为了纠错，重传携带了附加的冗余信息。附加的冗余与先前接收到的包合并在一起，得到的码字具有更高的编码增益。每一次重传的冗余量是不同的，而且重传通常只能在与先前传的数据合并后才能被解码。类型III的HARQ也属于一种增量冗余编码方案，与类型Ⅱ不同的是，类型Ⅲ每次的重发信息具有自解码能力。类型Ⅲ还分为单一冗余方案和多冗余方案。其中单一冗余方案由于Dr. Chase最早论述的ARQ技术，也称作CC技术（CC：Chase Combining）。由于采用类型II和类型II的HARQ技术，HSDPA的重传效率得到了大大的提高。

在HSDPA中，为了增强无线资源的使用，终端和网络之间可以同时存在多个HARQ进程进行数据传输，每个HARQ之间独立高效地工作，这也是HSDPA技术特点之一。

2.3  高阶调制技术

使用原有的信号调制方式，已经无法达到下行数据传输速率2.8Mbit/s的目标，所以HSDPA将无法避免地使用高阶信号调制技术和高效的编码方案来提高用户的下行数据传输速率。这也是将16QAM高阶调制技术引入到HSDPA中的原因。

高阶调制技术的运用对硬件提出了更高的要求，为了实现这个目前，重邮信科公司将C3220专用的芯片的时间同步从1/8Chip提高到1/32chip，大大方便了16QAM的解调。

2.4  快速调度

调度算法控制着共享资源的分配,在很大程度上决定了整个系统的性能，在原有的TD-SCDMA系统中，无线资源的调度是由RNC控制的，而RNC和Node B所有信息交互都需要通过Iub接口实现，大大增加了信息处理的时延，已经不能满足HSDPA高速下行数据传输的要求，并且缺乏灵活性。为了解决这个问题，HSDPA将部分无线资源的调度移植到Node B来实现，这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量，但同时也兼顾每个用户的等级和公平性，无线资源的调度也可以精确到每个TTI。

3  HSDPA的实现方案

由于HSDPA采用多种新技术，对实现的硬件上存在一定的要求，在单位时间内需要处理很多的信息，以往的通信处理芯片已经很难完成。由此重庆重邮信科公司将推出了一款专用芯片C3220。

C3220芯片集成一颗ARM926EJ核、两颗ZSP500核、TD-SCDMA专用处理IP和一组通用接口芯片。在处理能力上，该芯片可以支持384kbit/s高速数据业务、HSDPA业务、MBMS业务、数据和话音的并发业务、同频组网以及同时支持基带、协议栈和应用的处理。在集成工艺上，采用了0.13?m工艺、LFBGA封装技术，使得芯片体积小，适用于不同外观HSDPA终端产品的设计。并且在芯片中包含了TD-SCDMA专门的省电电路，很好地解决了TD-SCDMA终端功耗的问题。

由于C3320是一款专门的TD-SCDMA处理芯片，所以集成度高，图1是重庆重邮信科公司HSDPA上网的硬件原理框图。围绕C3220芯片，外部只需少量器件，并且所有器件都可以有替代方案，成本容易控制，适合进行大量商用推广。

为了配合硬件平台实现HSDPA功能，对原有的TD-SCDMA协议栈也进行了重新设计来满足HSDPA数据传输的要求。在MAC模块增加了MAC-hs和MAC-ehs模块专门用来处理HSDPA高速下行数据的接收。为了更好的实现HSDPA的数据的重传功能，重邮信科将HARQ部分功能移到物理层实现，大大简化了HARQ实现难度，同时提高了上网卡数据重传的速度。

重庆重邮信科公司推出的HSDPA上网卡解决方案，经过大量的室内测试和室外测试，通过了信息产业部组织的各种测试，也通过了中国移动组织IOT各项测试，表现性能优越，在TD-SCDMA的HSDPA同类产品中处于领先地位。从而有力地证明了重邮信科提供的C3220芯片具有处理HSDPA高速下行数据传输的能力，也同时证明了HSDPA技术完全适合于商用推广。

4  HSDPA的演进

HSDPA在解决高速下行数据传输的问题时，下行数据传输速率可达到2.8Mbit/s，但是HSDPA对于高速上行数据传输的问题显的无能为力，对于远程监控、用户数据上载问题等不能很好地解决。在此基础上TD-SCDMA将引入HSUPA的技术，重点解决高速上行数据传输问题。TD-SCDMA HUDPA技术的使用，使得每个用户上行数据速率可以达到2.24Mbit/s/单载波。

在实际的应用过程中，TD-SCDMA终端往往需要同时提供HSDPA和HSUPA的数据传输能力，因而自然将HSDPA＋HSUPA表示成HSPA技术。

HSPA+是HSPA（3GPPR6）的向下演进版本，是上下行能力增强的一项技术，HSPA+作为介于HSPA与LTE之间的一种技术，目前3GPP标准化组织初步将其归类到R7系列，主要解决短突发性数据传输问题。

重邮信科已经在TD-SCDMA上网卡上完成HSDPA功能。经过努力，提供的上网卡性能稳定，已经达到了商用的标准，得到各界同行的认可。同时，重邮信科一直关注HSUPA技术和标准的发展动态，并将在近期准备启动具有HSUPA功能的上网卡开发项目。相信重邮信科根据在HSDPA上网卡所展示的开发研究能力，在HUSPA中将依然保持领先地位。

5  HSDPA的市场前景分析

2008年北京奥运会即将开幕，在奥运会期间，对体育节目的实时广播、各种多媒体短信业务等流媒体业务的需求急剧增加。为了实现在任何时间、任何地方都能够浏览奥运节目，移动数据传输将势在必行。现有的GSM运营网络已经远远不能满足数据传输的要求，在数据传输领域，HSDPA将自然而然地成为数据传输的主角。HSDPA提供的2.8Mbit/s数据速率可以极大可以满足移动业务对数据传输的需求。

重庆重邮信科公司提供的HSDPA上网卡具体如下功能：

（1）能够提供高速下行数据传输。

（2）支持话音和短消息业务。

（3）支持数据和话音、短消息的并发。

（4）灵活的WINDOWS界面操作。

（5）通过USB接口进行数据下载。

在单时隙下，能够提供高速下行数据传输完全满足了人们对流媒体播发的需求，实现了在2008年奥运期间人们对运动项目的实时图像浏览和播发，同时上网卡支持数据和话音、短消息的并发，使得用户在观看奥运节目的期间，可以和远在异地的家人或是朋友通话，共同享受奥运给人们带来的快乐。

重庆重邮信科公司不仅在HSDPA上网卡的研发上处于领先地位，与此同时也正在紧张地为上网卡大规模生产做准备。重邮信科公司希望和TD-SCDMA各个厂商齐心协力，不仅向中国人展示我国3G的技术实力，同时在奥运期间也向世界人民展示中国的科技实力。

6  结束语

TD-SCDMA的一系列的技术标准对我们国家的发展有着深远的意义，她不仅是我们国家提交的第一个国际性的通信标准，也是我们在移动通信领域赶上和超过发达国家通信技术的一次机会，所以一直得到国家各个部门和领导的关注和支持。到目前为止，经过TD-SCDMA各个系统和终端厂商的一致努力，已经在北京、上海、天津、青岛、沈阳、秦皇岛、厦门、保定、广州、深圳十个城市开通了试验网，并且测试性能良好，基本达到了商用的标准，大家等待已久的第三代移动通信TD-SCDMA系统将面向用户。

TD-SCDMA系统在原有的384kbit/s数据传输条件下，已经基本满足人们对移动数据传输的要求，HSDPA的提出，则将TD-SCDMA推向更高台阶。它的无线资源使用效率和灵活性为将TD-SCDMA推向市场提供了条件。重庆重邮信科股份有限公司从1998年开始，一直专注于TD-SCDMA产品的开发和研究。目前提出的HSDPA方案以及实现的产品，在中兴、大唐、普天、鼎桥系统厂家上表现良好，充分显示了重邮信科在TD-SCDMA上的技术开发实力。