HSDPA及其在TD-SCDMA中的应用

摘要　高速下行分组接入技术（HSDPA）是提高通信网络下行数据传输速率最为重要的技术。文章首先介绍了HSDPA技术特点及当前数据服务的状况，然后结合TD-SCDMA的发展分析了HSDPA对数据传输业务的增强作用，并给出了HSDPA和TD-SDCMA的组网方式，分析了结合了HSDPA技术的TD-SCDMA的巨大发展前景。

1、引言

在未来几年内，数据服务将会取得大幅度增长，并成为第三代移动通信的主要收入来源。为了适应多媒体服务对高速数据传输日益增长的需要，第三代移动通信合作项目组（3GPP）对空中接口作了改进，引入了HSDPA技术。HSDPA不但支持高速不对称数据服务，而且在大大增加网络容量的同时还能使运营商投入成本最小化，它为UMTS更高数据传输速率和更高容量提供了一条平稳的演进途径。HSDPA在近年取得了迅猛的发展，随着我国TD-SCDMA产业的发展，不可避免要演进到TD-SCDMA技术上来。有关人士表示，3G牌照发放后，中国移动将首先在沿海发达及重要城市部署HSDPA网络，一时间，HSDPA技术在中国电信业众人瞩目。

2、HSDPA技术及其特点

高速下行分组接入（HSDPA，High Speed Downlink Packages Access）技术是实现提高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。HSDPA采取的主要技术为：

（1）自适应调制与编码技术

链路适配是HSDPA改善数据吞吐量的一种重要途径。采用的技术是自适应调制和编码（AMC）。在每个用户传输过程中，把系统的调制编码方案与平均信道条件相匹配。传输的信号功率在子帧周期期间保持不变，它改变调制和编码格式，以与当前收到的信号质量或信号条件相匹配。在这种情况下，BTS附近地区的用户一般会配置速率较高的高阶调制（例如，有效码速率为0.89的16QAM），但随着距BTS的距离增大，调制阶和码速率将下降。如前所述，可以采用1/3码速增强编码，通过各种速率匹配参数获得不同的有效码速率。

（2）混合自动重传技术

混合自动重传请求技术将前向纠错（FEC，Forward Error Correction）技术同ARQ技术相结合，利用FEC技术的纠错能力以提高系统的传输效率，并通过ARQ技术来提高系统传输的可靠性。快速混合自动重传也是一种链路自适应的技术，它采用了FEC原理，是指接收方在解码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传一定的数据。在HARQ中，链路层的信息用于进行重传判决，HARQ能够自动地适应信道条件的变化并且对测量误差和时延不敏感。AMC和HARO两者结合起来可以得到最好的效果：AMC提供粗略的数据速率选择，而HARQ可以根据数据信道条件对数据速率进行较精细的调整。FEC原理包括了递增冗余（每次重传包括了更多的奇偶校验位）和跟踪组合（同样的数据块将被完全重传），可以根据系统的存储空间和系统性能对二者进行选择。

（3）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行为。调度时应主要基于信道条件，同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先等级等情况，并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据，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，但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。HSDPA技术为了能更好地适应信道的快速变化，将调度功能单元放在Node B而不是RNC，同时也将TTI缩短到2ms。

从本质上说HSDPA实际上是无线增强技术的集合，利用HSDPA技术可以在3G现有技术的基础上使下行数据峰值速率有很大的提高。与R4版本TD-SCDMA系统相比较，引入HSDPA技术主要是通过修改空中接口来增强系统性能，主要操作在UE、Node B的物理层和MAC层，而无线链路控制（RLC，Radio Link Control）和分组数据汇聚协议（PDCP，Packet Data Convergence Protocol）不做任何改动。

3、TD-HSDPA技术及其优势

3.1　TD-HSDPA技术

TD-SCDMA标准作为我国提出的第三代移动通信技术标准，在最近几年取得了令人欣喜的成果，产业链日趋完善，系统和终端逐渐成熟。随着市场对高速数据业务需求的日益增长，3GPP在Release 5和Release 6版本规范中引入了重要的增强技术：高速下行分组接入技术以同其它无线接入技术相抗衡。HSDPA技术是3G系统中为了提高系统的下行业务速率而引入的一种改进技术。目前，TD-SCDMA在这方面的进展也非常快。

TD-SCDMA标准针对HSDPA的改动并不大，主要是在Node B加入一个新的媒体接入控制子层（MAChs）用于控制高速数据传输，同时增加定义了几种新的传输信道和物理信道，这样可以做到前向兼容。对TD-SCDMA系统设备而言，通过升级换代设备具有HSDPA功能十分容易。这是因为TD-SCDMA标准的很多物理层技术都通过软件无线电来实现，通过软件升级实HSDPA物理层技术正是该系统设备的优势所在，实现更为容易，不需要更改硬件设备。

TD-HSDPA资源的分配原则与现阶段网络一样都是基于载波和时隙的，TDD技术组网的灵活性、多样性依然适用于TD-HSDPA技术。灵活可变的时隙转换点，按需分配占用时隙数量，HS-PDSCH既可与DPCH共用某个载波，也可以独立占用一个载波，甚至多载波。针对不同的网络建设阶段以及不同覆盖区域的综合业务量的预测分析，我们可以考虑相应的灵活多样的TD-HSDPA组网方案。

（1）共小区组网

HSDPA与TD-SCDMA共小区，包括异载频和共载频等形式。两者共同使用基站功率、载频、时隙和信道化码等资源，在系统统一调度下发挥各自优势。采用同频组网方案，需要平衡TD-SCDMA传统承载业务（主要指CS业务）和HSDPA高速数据业务对无线资源的使用。在建网初期，预测CS业务和HSDPA的业务量分别约为70%和30%，则在无线资源的分配上也大致按此比例。根据网络发展阶段容量的预测，TD-SCDMA小区采用3载波可以满足城区的容量需求（CS话音+PS数据业务），这样根据上述无线资源的分配比例并结合TD-SCDMA载波特点，可以有几种无线资源的分配方案。

（2）异小区组网

HSDPA采用与TD-SCDMA不同的小区进行组网，组成另外一层网络。TD-SCDMA网络承载CS业务和低速R4数据业务，HSDPA网集中提供高速数据业务，通过切换实现两个系统间业务承载能力的互补。HSDPA网络TD-SCDMA网络互不影响，避免了复杂的码资源、功率资源规划。二者可以充分发挥各自的长处，实现无线资源的最佳使用。

3.2　TD-HSDPA的优势

TD-HSDPA可灵活组网适用于各种应用场景的特点直接源自于TDD技术的灵活性以及TD-SCDMA技术标准的先进性。TD-HSDPA的引入不会对TD-SCDMA的组网造成不良影响，其主要优势可归纳为以下三点：

（1）TD-HSDPA与语音业务可使用不同时隙，不存在功率分配的问题，HSDPA业务对覆盖的影响较小，对容量没有什么影响；

（2）同一覆盖区内可只配置一个多载波小区，通过载频间资源分配即可满足用户的各类业务需求，无须进行小区间切换；

（3）无论载波数量多或少，网络规划复杂度相同，且可灵活满足单用户峰值速率高、小区吞吐量大以及支持的语音用户数量多等各种要求。

4、结论

增强型技术对于TD-SCDMA的意义并不仅仅限于数据速率的提升，在更高的频谱利用率的基础上，还可以降低每用户的运营成本，并增强网络覆盖和网络容量，同时保证系统的后向兼容性。而这些无疑都是运营商在衡量3G网络建设费效比时非常关心的主要问题。当然，TD-HSDPA与其它新技术一样，不可能一蹴而就，在其组网应用的过程中也会不可避免地面临这样或那样的问题。在实际的组网中，应紧扣运营商的业务开展需求，仔细做好规划，做到最佳组合，充分发挥TD-SCDMA的全部优势，使移动新生活进入千家万户。

综上所述，TD-SCDMA向HSDPA的演进，将使TD-SCDMA具备持续的发展能力和更长远的竞争力，更增强运营商在3G建网制式选择时对于TD-SCDMA系统的信心。