一、概述

移動分組數據業務的支持能力是3G系統最重要的特點之一。隨著移動通信和Internet網絡的迅速發展，許多對流量和遲延要求較高的數據業務如視頻、流媒體和下載等不斷涌現。這些業務對移動通信系統提出了更高的需求，要求系統提供更高的傳輸速率和更小的傳輸時延。為了滿足日益增長的分組業務需求，特別是下行業務需求，3GPP提出了HSDPA技術并進行了標準化，HSDPA作為3GPP Release 5版本中的最主要特性（包括FDD以及TDD），于2002年完成了標準化。HSDPA通過采用AMC、HARQ以及高階調制（16QAM）等技術，并在基站側實現快速調度，從而可以快速自適應的反映用戶信道的變化，獲得較高的用戶峰值速率和小區數據吞吐率。

二、R5 TD-SCDMA HSDPA關鍵技術

本章將對Release 5中TD-SCDMA系統HSDPA的基本情況做一簡單介紹。

為了適應分組數據業務的特點，HSDPA中引入了共享信道的機制，多個用戶共享無線資源。同時根據用戶所處環境的不同，系統可以自適應的調整用戶的調制方式以及編碼速率，以提高系統吞吐量及無線資源效率。

R5 TD-SCDMA HSDPA的主要技術特點如下：

（1）共享信道

考慮到分組業務的特性，突發性強，持續時間不確定，系統采用共享信道的方式為分組用戶提供服務，用戶通過時分或者碼分的形式共享無線資源。系統定義了新的共享信道以及相應的上下行控制信道以支持HSDPA特性。

（2）AMC

AMC通過改變調制方式和信道編碼率來調整傳輸速率，目前采用QPSK和16QAM兩種調制方式。系統根據自身物理層能力和信道變化情況，建立一個在共享信道HS-DSCH中傳輸格式的編碼調制格式集合（MCS），每個MCS中的傳輸格式包括傳輸數據編碼速率和調制方式等參數，當信道條件發生變化時，系統會選擇與信道條件對應的不同傳輸格式來適應信道變化并通知UE。

（3）HARQ

HARQ是自動重傳請求（ARQ）和前向糾錯（FEC）技術相結合的一種糾錯方法，通過發送附加冗余信息，改變編碼速率來自適應信道條件。采用 HARQ技術的接收方在譯碼失敗的情況下，保存接收到的數據，并要求發送方重傳數據，接收方將重傳的數據和保存數據進行合并后，再送到譯碼器進行譯碼。因為數據在譯碼前進行了合并，譯碼數據具有更多的信息量，可以提高譯碼的成功率，降低錯誤率。

（4）基站快速調度

通過將數據的調度和重傳移到NodeB實現，可以更加快速的適應信道變化。基站根據UE的反饋，依據一定的調度準則選擇用戶，或者調整UE使用的調制方式編碼速率，以優化系統性能。同時，調度以及數據重傳在NodeB實現，可以減小數據傳輸的時延。

為了支持HSDPA技術，TD-SCDMA系統新增加的信道如下：

其中HS-DSCH是新增加的傳輸信道，用于承載高速下行數據，映射到HS-PDSCH上。為了支持HSDPA相關的信令，系統增加了兩個物理信道HS-SCCH/HS-SICH，由NodeB控制，用于傳遞HS-DSCH的控制信息以及終端的反饋信息。HS-DSCH支持數據的TTI為 5ms，采用AMC以及HARQ等鏈路自適應技術，為多個用戶以時分或者碼分的形式共享。下行控制信道，HS-SCCH使用兩個SF=16的碼道，攜帶的控制信息包括用戶標識，HS-PDSCH使用的碼資源，調制方式，TBS塊大小，以及HARQ相關信息。上行控制信道HS-SICH，使用一個SF=16 的碼道，和HS-SCCH成對使用，用戶用于反饋信道質量（CQI）以及下行數據ACK/NACK的信息。

HSDPA過程簡單描述如下：基站首先通過HS-SCCH通知UE相應的HS-DSCH信息，包括用戶標識、HS-PDSCH碼道資源、調制方式等。然后相隔預定的時間后，在HS-DSCH上發送數據。UE則監控HS-SCCH，通過識別用戶標識，判斷該時刻信息是否是給自己的。如果是，則根據 HS-SCCH攜帶的信息，接收并解調共享信道HS-DSCH，獲得數據。然后根據測量結果和數據接收的情況，在HS-SICH信道，反饋數據塊是否正確接收以及信道質量信息?；靖鶕答仯梢詻Q定是否重傳數據并且可自適應的調整共享信道的調制和編碼方式。

由于上述調度和重傳以及AMC都是在基站進行，系統可以實現快速自適應的鏈路調整。采用HSDPA技術，可以獲得較高的用戶峰值速率和小區數據吞吐率。針對TD-SCDMA系統，在1.6M的帶寬上，采用HSDPA技術后，理論上下行峰值速率可以達到2.8Mbit/s。

典型的流程如圖1：

圖1HSDPA資源分配過程

資源分配好之后，調度和重傳就在基站和終端之間完成，如圖2所示：

圖2基站和終端之間的快速調度

可以看出，HSDPA由于采用了AMC、HARQ以及高階調制（16QAM）等技術，并在基站側增加了MAC-hs模塊，用于實現快速調度，從而可以快速自適應的反映用戶信道的變化，獲得較高的用戶峰值速率和小區數據吞吐率。對于單載波的情況，采用HSDPA技術后，理論上下行峰值速率可以達到 2.8Mbit/s。雖然2.8Mbit/s的峰值速率已經使系統性能得到較大的提升，考慮到TD-SCDMA單載波1.6M的帶寬限制，可以提供的下行速率還是有限。

三、TD-SCDMA多載波HSDPA

為了提高對分組業務的支持能力，取得更高的峰值速率，使TD-SCDMA系統與其它系統相比具有相當的競爭優勢，在CCSA對TD-SCDMA 標準化過程中，提出了多載波HSDPA技術，通過多載波捆綁提高TD-SCDMA系統中單用戶峰值速率。多載波HSDPA也是對已有N頻點技術的自然延伸，在N頻點小區中，一個小區擁有多個載波資源，為多載波的捆綁提供了便利。使用多個載波進行捆綁來提供HSDPA業務，可以顯著提供單用戶的峰值速率。而且多載波捆綁方式資源配置靈活，同時后向兼容單載波。

TD-SCDMA多載波技術，是指在使用HSDPA技術時，多個載波上的信道資源可以為同一個用戶服務，即該用戶可以同時接收本扇區多個載波發送的信息。這樣，如果采用N個載波同時為一個用戶發送，理論上用戶可以獲得原來N倍的數據速率。同時，由于在HSDPA技術中引入了多載波特性，MAC- hs除了完成共享用戶的調度，AMC、HARQ等鏈路自適應的功能，還增加了多載波分流、數據處理的功能。具體體現：當一個用戶的數據同時在多個載波上傳輸時，HS-DSCH所使用的物理資源包括載波、時隙和碼道，由MAC-hs統一調度和分配。當一個用戶的數據在多個載波上同時傳輸時，由MAC-hs對數據進行分流，即將數據流分配到不同的載波，各載波獨立進行編碼映射、調制發送以及相應的信道質量反饋，對于UE，則需要有同時接收多個載波數據的能力，各個載波獨立進行譯碼處理后，由MAC-hs進行合并。

在標準化的過程中，考慮到對標準的影響以及對設備的復雜度影響，對如何引入多載波形成了以下的一些原則：

（1）多載波HSDPA的技術基礎：多載波HSDPA以N頻點技術為基礎并兼容N頻點行標；多載波HSDPA技術中的多個載波是N頻點小區中的多個載波；目前設計中考慮終端最多支持6個載波的情況；

（2）多載波HSDPA的資源分配：在多載波小區中的一個或者多個載波上配置高速下行物理共享信道HS-PDSCH資源和一對或者多對HS- SCCH和HS-SICH物理信道資源，多個載波上的HS-PDSCH物理信道為多個用戶終端以時分或者碼分的方式共享，一個用戶終端可被同時分配一個或者多個載波上的HS-PDSCH物理信道資源?？紤]到終端的實現，要求分配給一個用戶的資源占用的多載波是連續的；

（3）數據分流的位置：當一個用戶的數據在多個載波上同時傳輸時，由MAC-hs對數據進行分流，即將數據流分配到不同的載波，各載波獨立進行編碼映射、調制發送，對于UE，則需要有同時接收多個載波數據的能力，各個載波獨立進行譯碼處理后，由MAC-hs進行合并；

（4）HARQ：在網絡側，每個用戶建立一個HARQ實體。HARQ功能實體中，為每個載波建立單獨的HARQ進程（1～8個），每個HARQ進程獨立進行各自的處理過程，每個進程由載波標識和process Id一起標識；

（5）UE側資源配置：對多載波UE而言，每個載波各自具有至少一對HS-SCCH/HS-SICH，HS-SCCH/HS-SICH進行該載波HS-DSCH資源的獨立控制和反饋。首先對每個載波配置一對或者多對HS-SCCH/HS-SICH，業務過程中選擇其中的一對獨立控制和反饋該載波上的HS-PDSCH物理信道資源；

（6）資源分配方式：控制信道HS-SCCH/HS-SICH所指示的HS-PDSCH的載波信息通過高層信令配置；HS-PDSCH資源分配過程分為兩步進行，第一步：RNC通過NBAP消息申請載波資源，Node B分配載波資源，與每個載波關聯的HS-SCCH和HS-SICH信道資源，以及每個載波HARQ相關的資源，并通過NBAP消息反饋給RNC，RNC將載波資源分配結果通過RRC消息發送給UE。第二步：MAC-hs實時分配每個載波上的HS-PDSCH資源，通過載波關聯的一對HS-SCCH和HS- SICH進行分配；

（7）控制信道的安排方式：為簡化終端實現的復雜性，控制信道HS-SCCH/HS-SICH在載波上有以下兩種擺放方式：

●單一單方式：將控制同一個UE的所有控制信道和其伴隨的DPCH信道放在一個載波上發送，以便實現UE多載波接收條件下在上行鏈路的單載波發送；

●多一多方式：HS-SCCH/HS-SICH分別成對放置在所控制HS-PDSCH信道的載波上，控制同一載波的HS-SCCH與HS-SICH相對應，位于一個載波上，另外，伴隨的DPCH信道也放在其中的一個載波。

（8）網絡根據終端能力進行資源分配：基于終端設備可實現性考慮，多載波無線網絡分配給同一多載波HSDPA終端的資源應不超過終端上報能力范圍；對不同能力的終端，終端可以向網絡上報是否支持多載波HSDPA及支持多載波數目的能力，網絡根據終端上報的能力進行相應資源分配和調度；單載波終端能夠在支持多載波的網絡中正常工作。

由于引入多載波，網絡側和UE側的結構還是發生了一些變化，包括網絡側增加了數據分流處理，UE側數據合并處理的過程。而且由于支持多載波，對終端能力要求也有所提高，還有對于共享信道HS-DSCH由于增加了頻率信息，對Uu接口以及Iub接口協議也會有一些影響。但是在CCSA標準化過程中，考慮到對R5的兼容，HS-SCCH/HS-SICH結構保持不變。

下面分別列出了網絡側和UE側引入多載波后的處理框圖。

（1）UTRAN側設計

圖3給出了支持多載波HSDPA的UTRAN側處理框圖。

圖3多載波HSDPA技術方案UTRAN側處理框圖

從網絡側來看，MAC-d流數據發送到MAC-hs實體中的相應的優先級隊列中。MAC-hs實體的調度模塊根據優先級來對各個優先級隊列中的數據進行調度，將被調度到的優先級隊列中的PDU分發到相應的一個或者多個載波的HARQ進程中。

來自每個載波上的HARQ數據進行HS-DSCH信道編碼時，采用和R5 TD-SCDMA HSDPA相同的處理方式，如圖4所示。

圖4多載波HSDPA中HS-DSCH編碼處理框圖

（2）UE側設計

圖5給出了支持多載波HSDPA的UE側框圖。

在UE側，UE物理層需要將在多個載波上接收的數據進行解碼，并發送到HARQ實體中，HARQ實體將接收到的MAC-hs PDU根據隊列標識放到相應的隊列緩沖器中，并根據TSN進行重排。對按照順序正確接收的MAC-hs PDU拆分成MAC-d PDU遞交到MAC-d實體處理。

多個載波上的HS-PDSCH物理信道資源為多個用戶終端以時分或者碼分的方式共享，一個用戶終端可被同時分配一個或者多個載波上的HS- PDSCH物理信道資源。采用N個載波的多載波HSDPA方案，理論上可以獲得N倍2.8Mbit/s的峰值速率，如3載波的HSDPA方案理論的峰值速率可以達到8.4Mbit/s。

圖5多載波HSDPA技術方案UE側處理框圖

四、CCSA TD-SCDMA多載波HSDPA標準概況

為了促進產業發展，CCSA于2005年8月份啟動TD-SCDMA多載波HSDPA標準化工作。為了保證產品開發的延續性和兼容性，標準化工作的目標就是制定出兼容單載波和多載波的規范。

為了使討論能夠充分有效，工作組采用了技術報告的辦法，由TD小組主席聯合起草了《TD-SCDMA多載波HSDPA技術報告》，把有爭議的問題列入其中，進行集中討論。根據前述對HSDPA以及多載波技術的介紹，可以看出，多載波HSDPA的引入主要是物理層技術有了一定的增強，例如增加了 16QAM、HARQ以及多載波技術，而且為了支持鏈路自適應技術以實現快速調度，在NodeB增加了MAC-hs模塊，因此在物理層規范和MAC協議方面有較大的改動。同時由于增加HSDPA特性，對Uu接口RRC以及Iub接口相關協議也有一定的影響。多載波的引入，對于終端能力的要求也有一定程度的增加。在技術報告中，除了明確多載波技術方案，考慮到標準的兼容性和合理性，對Uu接口物理層、MAC、RRC以及Iub接口的影響也進行了深入地分析。

在技術報告研究的基礎上，CCSA TC5 WG9開始了TD-SCDMA多載波HSDPA標準的起草和討論工作，歷時一年多的時間，制定了《TD-SCDMA多載波HSDPA Uu接口物理層規范》、《TD-SCDMA多載波HSDPA媒體接入層MAC規范》、《TD-SCDMA多載波HSDPA無線鏈路層RLC規范》、《TD -SCDMA多載波HSDPA RRC協議規范》以及《TD-SCDMA多載波HSDPA Iub接口系列規范》。目前已經完成了接口技術要求的研究，并形成標準草案報批稿。同時也啟動了設備技術規范和測試規范的制定，目前接入網設備征求意見稿正在起草討論中，終端設備規范和測試規范的起草工作也即將啟動，預計明年中完成。隨著行業標準的確定，必將加快TD-SCDMA產業鏈HSDPA產品研發的進展。而且多載波技術的引入，對TD-SCDMA后續技術的走向也會產生積極的影響。

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