第十三讲HSPA网络技术
第十三讲 HSPA网络技术
HSPA系统概述 冬国际电信联盟1998年提出了第三代移动通信系统的标准化要求 主要目标就是希望第三代移动通信系统能同时提供电路交换 业务和分组交换业务，最高传输速率为2Mbit/5。 随着信息社会对无线Internety业务需求的日益增长，2Mbit/s 的传输速率已远远不能满足需求，第三代移动通信系统正逐步 采用各种速率增强型技术。 冬第三代移动通信系统的高速数据传输解决方案具有非对称性 峰值速率高、激活时间短等特点，可以有效利用无线频谱资源 ,增加系统的数据吞吐量。 NCDMA和TD-SCDMA系统增强数据速率技术为高速下行/上 行链路分组接入(HSDPA/HSUPA),统称为高速分组接入 (HSPA)。 Mobile Communication Theory 2
HSPA系统概述 国际电信联盟1998年提出了第三代移动通信系统的标准化要求 ，主要目标就是希望第三代移动通信系统能同时提供电路交换 业务和分组交换业务，最高传输速率为2Mbit/s。 随着信息社会对无线Internet业务需求的日益增长，2Mbit/s 的传输速率 远远 能满足需求 的传输速率已远远不能满足需求，第 代移动通信系统 逐步 第三代移动通信系统正逐步 采用各种速率增强型技术。 第三代移动通信系统的高速数据传输解决方案具有非对称性、 峰值速率高、激活时间短等特点，可以有效利用无线频谱资源 ，增加系统的数据吞吐量。 WCDMA和TD-SCDMA系统增强数据速率技术为高速下行/上 行链路分组接入 （HSDPA /HSUPA ），统称为高速分组接入 （HSPA）。 Mobile Communication Theory 2
HSPA系统概述 1.高速下行链路分组接入(HSDPA) 3GPP在2002年3月发布的R5版本中引入了高速下行链路分组接入( HSDPA)技术。HSDPA技术通过使用在GSM/EDGE标准中已有的 方法来提高分组数据的吞吐量，这些方法包括自适应调制和编码技术 （AMC)、混合自动重传请求技术(HARQ)。 HSDPA业务信道使用Turbo编码，可以在2ms内进行动态资源共享 包括共享码道资源和功率资源。HSDPA:增加了物理信道，并采用 多码传输方式、短传输时间间隔、快速分组调度技术和先进的接收机 设计等，使小区下行峰值速率达到14.4Mbit/s。 为了实现HSDPA的功能，在物理层规范中引入了1个传输信道和3个 物理信道： ①高速下行共享信道(HS-DSCH) ②高速物理下行共享信道(HS-PDSCH) ③HS-DSCH的高速共享控制信道(HS-SCCH) ④HS-DSCH的高速专用物理控制信道(HS-DPCCH) Mobile Communication Theory
HSPA系统概述 1. 高速下行链路分组接入 （HSDPA） 3GPP在2002年3月发布的R5版本中引入了高速下行链路分组接入 版本中引入了高速下行链路分组接入（ HSDPA）技术。HSDPA技术通过使用在GSM/EDGE标准中已有的 方法来提高分组数据的吞吐量，这些方法包括自适应调制和编码技术 （AMC）、混合自动重传请求技术 混合自动重传请求技术（HARQ）。 HSDPA业务信道使用Turbo编码，可以在2ms内进行动态资源共享 ，包括共享码道资源和功率资源。HSDPA增加了物理信道，并采用 多码传输方式、短传输时间间隔、快速分组调度技术和先进的接收机 设计等，使小区下行峰值速率达到14.4Mbit/s。 为了实现HSDPA的功能，在物理层规范中引入了 在物理层规范中引入了1个传输信道和3个 物理信道： ① 高速下行共享信道（HS-DSCH） ② 高速物理下行共享信道（HS-PDSCH） ③ HS-DSCH的高速共享控制信道（HS-SCCH） ④ HS DSCH的高速专用物理控制信道（HS DPCCH） 3 ④ HS-DSCH的高速专用物理控制信道（HS-DPCCH） Mobile Communication Theory
HSPA系统概述 2.高速上行链路分组接入(HSUPA) 3GPP在2004年12月发布的R6版本中引入了增强型上行链路技术 又可以称为高速上行链路分组接入(HSUPA)技术，考虑到上行链 路的特点，HSUPA对以下技术进行了深入研究： ①上行的物理层快速混合自动重传请求(HARQ); ②上行的基于Node B的快速调度技术； ③更短的传输时间间隔； ④上行采用高阶调制； ⑤快速的专用信道建立 为了实现HSUPA的功能，在物理层规范中引入了1个传输信道和5个 物理信道： ①增强的专用信道(E-DCH) ②增强专用物理数据信道(E-DPDCH) ③增强专用物理控制信道(E-DPCCH)】 ④E-DCH HARQ确认指示信道(E-HICH) ⑤E-DCH相对授权信道(E-RGCH) ⑥E-DCH绝对授权信道(E-AGCH】 Mobile Communication Theory 4
HSPA系统概述 2. 高速上行链路分组接入 （HSUPA） 3GPP在2004年12月发布的R6版本中引入了增强型上行链路技术 版本中引入了增强型上行链路技术， 又可以称为高速上行链路分组接入（HSUPA）技术，考虑到上行链 路的特点，HSUPA对以下技术进行了深入研究： ① 上行的物理层快速混合自动重传请求（HARQ）； ② 上行的基于NodeB的快速调度技术； ③ 更短的传输时间间隔； ④ 上行采用高阶调制； ⑤ 快速的专用信道建立。 为了实现HSUPA的功能，在物理层规范中引入了1个传输信道和5个 物理信道： ① 增强的专用信道（E-DCH） ② 增强专用物理数据信道 增强专用物理数据信道（E-DPDCH） ③ 增强专用物理控制信道（E-DPCCH） ④ E-DCH HARQ确认指示信道（E-HICH） ⑤ E DCH相对授权信道（E RGCH） 4 ⑤ E-DCH相对授权信道（E-RGCH） ⑥ E-DCH绝对授权信道（E-AGCH） Mobile Communication Theory
HSDPA的关键技术 HSDPA系统中选用的关键技术与NCDMA不完全一致，NCDMA的 重要特征 可变扩频因子(SF)、软切换技术和快速功率控制不 再适用。 取而代之的关键技术是自适应调制与编码技术(AMC)、混合自动 重传请求技术(HARQ)、快速分组调度技术、短传输时间间隔( TTI)等。 1.自适应调制与编码技术(AMC) AMC是根据无线信道的变化和终端能力自动选择合适的调制和编码 方式，网络端根据用户瞬时信道质量和目前资源占用状况选择最合适 的下行链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的下行数据吞吐量。 当无线信道条件较好或干扰较弱时，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，从而得到高的峰值速率；而当无线信道条 件不好或干扰较强时，用户数据发送可以采用低阶调制和低速率的信 道编码方式从而保证通信质量。 Mobile Communication Theory
HSDPA的关键技术 HSDPA系统中选用的关键技术与WCDMA不完全一致，WCDMA的 重要特征——可变扩频因子（SF）、软切换技术和快速功率控制不 再适用。 取而代之的关键技术是自适应调制与编码技术（AMC）、混合自动 重传请求技术（HARQ）、快速分组调度技术 快速分组调度技术、短传输时间间隔 短传输时间间隔（ TTI）等。 1．自适应调制与编码技术 自适应调制与编码技术（AMC） AMC是根据无线信道的变化和终端能力自动选择合适的调制和编码 方式，网络端根据用户瞬时信道质量和目前资源占用状况选择最合适 的下行链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的下行数据吞吐量。 当无线信道条件较好或干扰较弱时，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，从而得到高的峰值速率；而当无线信道条 件不好或干扰较强时，用户数据发送可以采用低阶调制和低速率的信 道编码方式从而保证通信质量。 Mobile Communication Theory 5
HSDPA的关键技术 AMC的工作原理如下图所示。Node B基于每次UE上报的信道质量 指示(CQI)和相关信道的传输功率测量结果决定调制和编码的方案 。可以通过调整Tubo码编码器的编码速率、速率匹配、调制方式和 多码传输的码字数量来改变传输速率，但必须保证最后输出的码片速 率是3.84 Mchip/5。 N个 传输块 尾比特 Turbo 速率 交织 QPSK 编码器 适配 16QAM AMC系统 AMC系统结构 Mobile Communication Theory 6
HSDPA的关键技术 AMC的工作原理如下图所示。Node B基于每次UE上报的信道质量 指示（CQI）和相关信道的传输功率测量结果决定调制和编码的方案 。可以通过调整Turbo码编码器的编码速率、速率匹配、调制方式和 多码传输的码字数量来改变传输速率，但必须保证最后输出的码片速 率是3.84M hi / c p s。 Mobile Communication Theory 6 AMC系统结构
HSDPA的关键技术 2.混合自动重传请求技术(HARQ) ?数据传输的可靠性是通过重传来实现的，当前一次尝试传输失败时 就要求重传分组数据，这样的传输机制就称之为自动请求重传 ARQ)。ARQ协议或实现机制主要有选择重复(SR)、停止等待 SAW)和通道停止等待(SAW)三种。 (1)ARQ协议 ①选择重复(SR) 发射端对每个数据块进行编号标识，根据接收端的反馈信息，重传有 错误的数据块。SR对传输时延不敏感，但要求接收端对传输块进行 缓存，同时对包含数据块序号的信令信息的传输可靠性提出了更高的 要求。 Mobile Communication Theory
HSDPA的关键技术 2．混合自动重传请求技术（HARQ） 数据传输的可靠性是通过 数据传输的可靠性是通过 传来实现的 重 ，当前 次尝试传输失败时 一次尝试传输失败时， 就要求重传分组数据，这样的传输机制就称之为自动请求重传（ ARQ）。ARQ协议或实现机制主要有选择重复（SR）、停止等待（ SAW）和N通道停止等待（SAW）三种。 （1）ARQ协议 ① 选择重复（SR） 发射端对每个数据块进行编号标识，根据接收端的反馈信息，重传有 错误的数据块。SR对传输时延不敏感，但要求接收端对传输块进行 缓存，同时对包含数据块序号的信令信息的传输可靠性提出了更高的 要求。 Mobile Communication Theory 7
HSDPA的关键技术 ②停止等待(SAW) 发射端只在前一数据块被正确接收后才发射下一数据块。在同一个时 刻，收发之间只有一个数据块在传输，所以对接收端的缓存能力要求 不高，但发射端在等待接收端的确认信息期间，信道处于空闲状态， 所以会浪费系统资源。 ③通道SAW 在同一个信道上同时并列执行N个SAW协议，当下行链路用于传输某 个SAW协议的数据块时，上行链路可用于传输其他SAW协议的确认 信息。这样可以充分利用系统资源，但要求接收端具有同时接收W个 数据块的能力。 通常NCDMA系统选用SR协议，而HSDPA采用W通道SAW协议。 NCDMA系统采用了传统的ARQ方法，重传功能在RLC实现，传输信 道都连接到RNC,由RNC控制重传。而HSDPA将重传放到物理层， 重传可以由Node B直接控制，加快了响应时间，减小数据传输的时 延。 Mobile Communication Theory
HSDPA的关键技术 ② 停止等待（SAW） 发射端只在前 数据块被正确接收后才发射下 数据块 一数据块被正确接收后才发射下一数据块。在同 个时 一 刻，收发之间只有一个数据块在传输，所以对接收端的缓存能力要求 不高，但发射端在等待接收端的确认信息期间，信道处于空闲状态， 所以会浪费系统资源。 ③ N通道SAW 在同 个信道上同时并列执行 在同一个信道上同时并列执行N个SAW协议，当下行链路用于传输某 当下行链路用于传输某 个SAW协议的数据块时，上行链路可用于传输其他SAW协议的确认 信息。这样可以充分利用系统资源，但要求接收端具有同时接收N个 数据块的能力。 通常WCDMA系统选用SR协议，而HSDPA采用N通道SAW协议。 WCDMA系统采用了传统的 系统采用了传统的ARQ方法，重传功能在RLC实现，传输信 道都连接到RNC，由RNC控制重传。而HSDPA将重传放到物理层， 重传可以由Node B直接控制，加快了响应时间，减小数据传输的时 延 8 。 Mobile Communication Theory
HSDPA的关键技术 (2)HARQ重传机制 ①第-类HARQ(Type I HARQ) 在第一类方案中，接收端同时使用FEC和CRC对数据块进行检错和纠 错。如果分组有错误就丢弃，并请求发射端重传，而目重传的数据块 采用和前一次相同的编码方式。 ②第二类HARQ(Type II HARQ) 第二类方案也称为增量冗余(IR)的ARQ方案。在首次传输数据块时 ,没有或者带有少量的冗余信息。如果传输失败，则在重传数据块时 ,进一步增加冗余信息。在接收端对两次接收的数据块进行合并，从 而获得时间分集增益。 ③第三类HARQ(Type IⅢHARQ)】 第三类方案也属于IR方案，但与第二类方案不同的是，第二重传的数 据块具有自解码功能，所以接收端可以直接从重传的数据块中获取数 据，也可以将两次的数据块先进行合并再进行解码，这样可以克服信 道的快速对传输性能的影响。 Mobile Communication Theory
HSDPA的关键技术 （2）HARQ重传机制 ① 第 类一 HARQ（Type I HARQ） 在第一类方案中，接收端同时使用FEC和CRC对数据块进行检错和纠 错。如果分组有错误就丢弃，并请求发射端重传，而且重传的数据块 采用和前 次相同的编码方式 采用和前一次相同的编码方式。 ② 第二类HARQ（Type II HARQ） 第二类方案也称为增量冗余 第二类方案也称为增量冗余 (IR) 的ARQ方案。在首次传输数据块时 在首次传输数据块时 ，没有或者带有少量的冗余信息。如果传输失败，则在重传数据块时 ，进一步增加冗余信息。在接收端对两次接收的数据块进行合并，从 而获得时间分集增益。 ③ 第三类HARQ（Type III HARQ） 第三类方案也属于 第三类方案也属于IR方案，但与第二类方案不同的是 但与第二类方案不同的是，第二重传的数 据块具有自解码功能，所以接收端可以直接从重传的数据块中获取数 据，也可以将两次的数据块先进行合并再进行解码，这样可以克服信 道的快速对传输性能的影响 9 。 Mobile Communication Theory
HSDPA的关键技术 3.HSDPA的传输时间间隔(TTI) NCDMA系统中，无线帧长固定为10ms,而传输时间间隔(TTI) 可以为10ms、20ms、40ms和80m5。在每个无线帧的边界，物理 层可以请求MAC层发送数据。当TTI大于10ms时，数据必须分割成 10ms长的数据片断，每个10ms的数据片断会复用到编码复合传输信 道(CCTrCH)的一个10ms的无线帧上。 在HSDPA系统中，传输时间间隔固定为2ms,包含3个时隙。也就是 说，HSDPA:在2ms的子帧上传输。每一2ms的TTI内，HSDPA业务 信道上的码字数量、编码速率和调制方式都可以重新选择。在每个 2ms的TTI中，信道都采用固定的扩频因子16。 Mobile Communication Theory 10
HSDPA的关键技术 3．HSDPA的传输时间间隔（TTI） WCDMA系统中，无线帧长固定为 无线帧长固定为10ms ，而传输时间间隔 而传输时间间隔（TTI） 可以为10ms 、20ms、40ms和80ms。在每个无线帧的边界，物理 层可以请求MAC层发送数据。当TTI大于10ms时，数据必须分割成 10ms长的数据片断，每个10ms的数据片断会复用到编码复合传输信 的数据片断会复用到编码复合传输信 道 (CCTrCH) 的一个10ms的无线帧上。 在HSDPA系统中，传输时间间隔固定为2ms，包含3个时隙。也就是 说，HSDPA在2ms的子帧上传输。每一2ms的TTI内，HSDPA业务 信道上的码字数量、编码速率和调制方式都可以重新选择。在每个 2ms的TTI中，信道都采用固定的扩频因子16。 Mobile Communication Theory 10