TD-HSPA是什么

xiaoyunQA2021-04-12 03:38:39阅读(...)

TD-SCDMA 已经在中国规模商用,下行采用高速分组共享数据信道(HS-PSDCH)承载每个小区的多个用户的下行数据,上行采用增强分组上行信道(E-PUCH)承载每个小区的多个用户的上行数据。

目前,TD-SCDMA 已经在中国规模商用,根据工业和信息化部新近发布的数据,截至 2010 年 12 月,全国 3G 移动电话用户累计达到 4 705 万户。其中,根据中国移动官方公布的数据,中国移动截至 12 月底的 3G 移动电话用户数为 2 070.2 万户,TD-SCDMA(简称 TD)在三大 3G 网络中占据领先地位。

TD-HSPA是什么

为了能够进一步提升系统的性能,为日益成为业务主要增长点的数据业务提供更好、更强的服务,满足广大 3G 用户对互联网和其他数据业务的需求,TD-SCDMA 必须继续增强承载分组数据业务的能力,提供更高的传输速率和更小的传输时延。

中国通信标准化协会(CCSA),作为 TD-SCDMA 技术标准的主要研究组织,围绕这一需求展开了充分的研究。2005—2006 年,国际上制定第三代和第四代移动通信标准的标准化组织 3GPP,采纳了 CCSA 的研究成果,发布了 TD-SCDMA 标准的 Rel.5 版本—高速下行分组接入(HSDPA)技术标准。HSDPA 大大提高了 TD-SCDMA 下行链路的吞吐效率,特别适合上下行流量不对称的数据业务,如 FTP、网页浏览等。

背景

随着互联网技术的发展,一些新的技术和业务对 TD-SCDMA 上行链路的吞吐量提出了新的需求,分组业务的不对称特征被打破。这种背景下,CCSA 又展开了 TD-SCDMA 高速上行分组接入(HSUPA)技术标准的研究,并于 2007 年被 3GPP 采纳,成为 TD-SCDMA 国际标准的 Rel.7 版本的主要特征。

TD-HSDPA 和 TD-HSUPA 统称为 TD-HSPA。TD-HSPA 是 TD-SCDMA 技术的全面增强,大大提升了其上下行的分组数据传送能力。

TD-SCDMA 的技术能力,随着市场的需求和技术的不断进步,也在不断增强。CCSA 已经基本完成 TD-HSPA+的技术标准制定工作,并纳入到了 3GPPRel.8 版本中。

TD-HSPA 的关键技术

不管是 TD-HSDPA 还是 TD-HSUPA,都采用共享信道承载数据业务的机制;使用基站进行快速调度,减少反馈时延;采用高阶调制(16QAM)、自适应调制编码(AMC)和 HARQ 技术,辅之以必要的功率控制和上行同步,提高空中接口的吞吐量,降低误码率,提升整体的系统性能。

(1)物理层共享信道

在 TD-HSPA 中,下行采用高速分组共享数据信道(HS-PSDCH)承载每个小区的多个用户的下行数据,上行采用增强分组上行信道(E-PUCH)承载每个小区的多个用户的上行数据。通过共享信道,多个用户分时复用同一信道的资源,一方面提高无线资源的利用效率,一方面选择有最好信道条件的用户使用信道,从而提高系统整体的吞吐量。除此之外,系统还引入了 HS-SCCH、HS-SICH、E-AGCH、E-HICH、E-RUCCH 等 5 条公共控制信道辅助实现空中接口的 HSPA 业务。

每条物理信道的特征、结构,将在第 2 章予以详细介绍。

(2)基站的快速调度

在 TD-HSPA 系统中,用户的调度权仍掌握在 NodeB 中,这就比 R4 系统中由 RNC 来分配资源的传统方式更加有效、快速。

对于资源调度,核心的问题是调度算法。一般来说常用的算法有以下几种:

①最大载干比(MaxC/I)或最大信干噪比(MaxSINR)算法;

②比例公平(PropotionalFair)算法;

③轮询(RoundRobin)算法。

最大载干比、比例公平和轮询算法是基站调度使用的常用算法,轮询算法是一种最简单的调度算法,给予了在小区内的每个 UE 相同的调度机会,即平等使用 HSPA 资源的机会,可以认为给出了系统的公平性上限。

最大载干比算法优先调度小区内当前信道条件最好的 UE,这样小区每时每刻都把资源用于传送编码效率高、调制方式好的数据,自然会取得最好的系统吞吐量,所以说最大载干比算法给出了系统吞吐量的上限。

比例公平算法则要兼顾用户公平性和最大效率,在保证一定公平性的前提下,追求系统的最大吞吐量,这是实际系统中最常用的调度算法。

需要说明的一点是,对 HSDPA 业务的调度全部由基站完成,由基站分配给每个 UE 下行发送时机、子帧时隙、码道(OVSF)和调制编码方式等。而对 HSUPA 业务的调度,除了基站调度外,还有 UE 对自身的调度,即 UE 收到 NodeB 的调度信息后,要对自身的不同业务队列进行整合,打包数据,并决定自己所使用的传输格式。这是 HSUPA 调度和 HSDPA 调度不同的地方。

TD-HSPA 的调度每 5ms(最小传输间隔)发生一次,在不同用户间进行码道—时隙复用。时分复用允许用户在时隙之间进行共享和复用,码分复用允许用户在同一时隙不同码道上进行复用。所以调度算法应该支持这种复用特性并在扇区吞吐量和用户性能之间进行折中,以根据不同的性能目标灵活选取不同的计算策略。

(3)自适应调制编码(AutomaticModulationandCoding,AMC)

自适应调制编码是指根据无线信道的实时变化,自适应地选择合适的调制和编码方式。基站应该根据用户实时的信道质量状况,选择目前最合适的调制和编码方式,使用户达到尽可能高的数据速率。比方说,当用户处于环境较好的的通信地点时,用户可以采用 16QAM、码率为 3/4 的信道编码方式,并采用较高的打孔率,从而得到较高的传输速率。而当用户处于环境较差的通信地点时,用户采用 QPSK、码率为 1/4 的信道编码方案,并采用较低的打孔率或不打孔,来保证误码率控制在系统设计门限之下,以保证通信质量。

(4)混合自动重传请求(HybridAutomaicRepeatreQuest,HARQ)

HARQ 技术在 HSDPA 中可以为吞吐量和延时性能带来很大增益,HSUPA 中仍沿用这个重要技术,快速 HARQ 允许 NodeB 对接收到的错误数据快速请求重传,HARQ 功能在 NodeB 处终止。这样,快速 HARQ 的重传时延远低于 RLC(无线链路控制子层)的重传时延,大大降低了 TCP/IP 和时延敏感业务的时延抖动。在解码之前,NodeB 将之后重传的信息与原来传输的信息合并,这就是通常所说的软合并。软合并可以增大容量和特定数据速率的覆盖率。

混合自动重传请求(HARQ)是前向纠错编码(FEC)与自动反馈重传(ARQ)相结合的一种纠错方法。在 HARQ 中,发送端会发送有一定冗余信息的数据,接收端首先进行检错纠错,如果发现无法正确译码,则要求发送端重新发送数据。HARQ 实现比较简便,并且通过多次反馈重传,可以使整个系统误码率很低。HARQ 机制可以分成 I 型 HARQ、II 型 HARQ 和 III 型 HARQ。

I 型 HARQ 是指接收端在纠错不成功后,把接收到的数据包丢弃,并要求发送端重传。重传数据包和上一次发送的完全一样,既有信息比特,也有冗余比特。

II 型 HARQ 是增量冗余(IncrementalRedundancy)的重传机制。在 II 型 HARQ 中,接收到的错误数据包不会立即被丢弃,待收到重传的数据包后,接收端会把重传包和错误包合并,然后再进行译码,通过两次有用信息的合并,可以大幅度提高纠错能力。II 型 HARQ 的重传数据包只有和第一次传送的数据包合并后才能译码,本身不能被译码。

III 型 HARQ 是对 II 型 HARQ 的改进方案,改进后的重传数据包可以自解码,也就是不用依赖第一次传输的数据,也可以和第一次传送的数据合并,形成一个具有更大冗余信息的数据包来进行译码。因此,III 型 HARQ 每次的编码方式都要进行精心的设计。

假设每次传送的误码率不变,通过多次重传,HARQ 可以呈指数倍地降低空中接口的误码率,提高数据传输质量,因此在 TD-HSPA/HSPA+,甚至在 LTE 系统中,都是不可或缺的关键技术。

TD-HSPA 物理层简介

TD-HSPA 的空中接口,即 UE 和网络之间的 Uu 接口,和 TD-SCDMA 以前版本保持兼容,由 L1、L2 和 L3 三层组成。我们本章重点介绍 TD-HSPA 的物理层。

物理层定义物理信道,TDD 模式下,一个物理信道由码、频率和时隙共同决定。物理层的行为,由 RRC 层进行控制。物理层向 MAC 层提供不同的传输信道。传输信道的特性和具体参数由信息在无线接口上的传输方式决定,比如是共享传输还是专用传输,因此传输信道分为多种。

物理层为高层提供数据传输服务,这些服务通过使用 MAC 子层的传输信道实现。在 TD-HSPA 和 TD-HSPA+技术中,为了提供数据传输服务,物理层除完成传统的 TD-SCDMA 物理层功能外,又新增了与高速分组接入相关的功能,主要是:

—HS-DSCH、E-DCH 信道的混合 ARQ(HARQ)软合并;

—HS-PDSCH、HS-SICH、HS-SCCH、E-PUCH、E-RUCCH、E-AGCH、E-HICH 等物理信道等。

TD-HSPA 和 TD-SCDMA 一样,采用直接序列扩频—码分多址(DS-CDMA)接入,码片速率为 1.28Mchip/s,扩频带宽为 1.6MHz。采用 TDD(时分双工)工作方式,该双工方式的前向链路(下行)和反向链路(上行)的信息是在同一载频的不同时间间隔上进行传送的。因此,在 TDD 模式下,物理信道中的时隙被分成发射和接收两部分,前向和反向的信息交替传送。

TD-SCDMA 的 R4 版本,采用 QPSK 和 8PSK 调制方式。到了 HSPA 阶段,系统分别在 HSDPA、MBMS、HSUPA 上支持 16QAM 调制,其成形滤波器采用滚降系数为 0.22 的根升余弦滤波器。

在 TD-HSPA 中,新增的物理层过程包括 HS-DSCH 传输相关过程和 E-DCH 传输相关过程。

TD-HSPA 中,物理层需要测量 FER、SIR、干扰功率等无线特性并报告给高层和网络。这些测量包括:用于 TD-SCDMA 小区间切换的切换测量、用于切换到 GSM900/GSM1800 的测量过程、HS-SICH 接收质量测量、UE 发射功率余量测量过程等。

传输信道是物理层提供给高层的服务,使 MAC 子层按照数据的不同特性,使用不同的传输方式在空中接口上进行数据传输。HS-DSCH 和 E-DCH 是 TD-HSPA 阶段新增的两条公共传输信道。

高速下行共享信道(HS-DSCH)是一种被几个 UE 共享的下行传输信道。HS-DSCH 和一个下行物理信道 DPCH 以及一个或者几个高速共享控制物理信道(HS-SCCH)相伴随。

增强型专用信道(E-DCH)用于承载高速上行数据,是一种被几个 UE 共享的上行传输信道。E-DCH 和一个上行物理信道 DPCH 以及一个或者几个用于传输上行增强相关的信令信息的上行增强控制信道(E-UCCH)相伴随。

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