HSDPA學習小結

1 HSDPA 簡介

HSDPA中引入的HS-DSCH棄用了R99中的功率控制技術、軟切換技術和可變擴頻增益技術。同時引入了一系列關鍵技術：

1) 更短的無線幀結構;(2ms子幀)

2) 使用新的共享的高速下行信道;(HS-PDSCH)

3) 除了QPSK，還引入了16QAM高階調制;

4) 將碼分復用和時分復用相結合;(多用戶共享HS-PDSCH)

5) 引入新的上行控制信道;(HS-PDCCH)

6) 使用自適應編碼調制(AMC)實現快速鏈路適配;(Turbo/卷積碼;QPSK/16QAM)

7) 物理層的快速混合自動重傳(HARQ); (一個用戶對應多個HARQprocess)

8) MAC實體(MAC-hs)在Node B中的數據調度控制。

下面將詳細介紹這些關鍵技術。

1.1 擴頻和復用技術

HSDPA中引入的HS-PDSCH使用固定的擴頻增益(SF=16)，這點與R99系統不一樣。HSDPA同時規定，最多有15個SF=16的碼字可以用於HS-DSCH。

碼分復用和時分復用相結合：不同用戶在下行鏈路上，既可以使用基於碼分復用傳輸技術，也可以使用基於時分復用傳輸技術。

1.2 自適應編碼調制技術

功率控制是保證一條鏈路傳輸速率不變的前提下，針對信道環境發生的變化，通過調節發射功率來滿足數據傳輸速率的要求。

在HSDPA中引入的HS-DSCH沒有使用傳統R99的專用信道中采用的功率控制技術。那針對信道環境的變化，HSDPA中是怎麼做的呢?是通過自動調節編碼和調制技術，來調整數據傳輸速率，來達到與當前的信號質量或信道條件相匹配。比如信號條件變差了，就使用低階調制方式和信道編碼方式;信號條件變好了，就使用高階調制方式和信道編碼方式。

那麼，對於某個小區來說，在滿足公共信道和專用信道的發射功率的前提下，將小區剩余的功率用於高速共享下行信道發射。這樣，恆定速率的專用信道使用快速功率控制，而可容忍速率變化的業務則可使用基於AMC的下行高速共享信道傳輸數據。因為對於HSDPA來說，其分配到的總的功率是固定的，但是速率卻可以波動。

這樣就不難理解AMC技術的引入了。AMC技術根據鏈路的狀態調整調制方式和編碼速率。信道編碼采用R99的1/3Turbo碼，通過速率匹配實現不同的實際編碼速率。HS-DSCH的調制方式可以選擇QPSK、16QAM。通過調制方式和編碼速率的組合，可以獲得不同的傳輸速率。

1.3 基於HARQ的物理層混合自動重傳技術

在HSDPA中，快速混合自動重傳是指接收方在解碼失敗時，保存接收到的數據，由基站而非RNC完成數據重傳。UE將基站重傳的數據和先前接收到的數據在解碼前進行軟合並，極大地提高了重傳成功的幾率。直到數據成功解碼或者達到預先定義的最大嘗試次數，數據重傳操作才會停止。

HARQ重傳有兩種方式：一種是在重傳時，使用與初次發射時相同的編碼比特集合，這種方式稱為追蹤合並(CC,Chase Combining);另一種方式是使用與上次發射不同的編碼比特集合，這種方式稱為遞增冗余(IR,Incremental Redundancy)。後一種方式的性能要優於前一種，但UE端需要更多的內存。

編碼比特集合是指，編碼後的數據進行打孔後得到的數據。一般來說，打孔後會得到多組數據，比如RV0(RedundancyVersion), RV1等。追蹤合並，指的是第一次、第二次發送的數據都是RV0。遞增冗余，指的是第一次發送的數據是RV0，第二次發送的是RV1。

1.4 快速數據調度機制

由於多個用戶共享傳輸信道，NodeB根據UE的信道質量反饋信息知道哪個UE的信道條件最好，並挑選信道條件最好的UE使用HSDPA信道發送數據。從而有效的提高了系統資源的利用率，並提高了系統吞吐量。見下圖。

2. HSDPA的信道結構

HSDPA新增了一些全新的信道：

1) 傳輸信道：HS-DSCH

2) 物理信道：HS-PDSCH，HS-SCCH，HS-DPCCH

在下行方向，先使用一個簡單容易解調的HS-SCCH來指示HS-DSCH的控制信息，隨後再通過相應的HS-PDSCH傳輸業務信息。

在上行方向，UE使用HS-PDCCH用於針對HS-PDSCH信道傳輸的數據進行信息反饋。這些信息反饋包括對數據包的ACK/NACK，和一個有關信道質量指示的報告(CQI)。

2.1 HS-SCCH

HS-SCCH采用固定速率發送(SF=128，QPSK)，其用於承載與HS-DSCH相關的下行鏈路信令。其幀結構如下，一個slot承載40bit數據(2560/128* 2)。

 

 

HS-SCCH承載的數據有：

I.HS-PDSCH信道化碼信息：7bit

II.調制信息：1bit

III.傳輸塊大小：6bit

IV.HARQ進程信息：3bit

V.RV信息：3bit

VI.新數據指示：1bit

VII.UE Id：HS-SCCH要指明後續的HS-PDSCH子幀是針對哪個UE，UE id用於計算CRC， 16bit

其中I，II為第一部分，放在第一個時隙傳輸，這部分信息共8bit，經過1/3 速率的卷積編碼和速率匹配後，成為40Symbol，映射到第一個時隙傳輸;III～VI的數據，結合這些數據與UEId計算出的CRC(16bit)，一起作為第二部分，映射到第二、第三時隙傳輸。

HS-SCCH比相應的HS-PDSCH數據要提前2個時隙發送。

2.2 HS-DSCH和HS-PDSCH

HS-PDSCH用於承載高數據速率下行共享信道(HS-DSCH),HS-PDSCH采用固定擴頻因子(SF=16),可以為HS-DSCH預留多個信道化碼，每條HS-PDSCH使用一個信道化碼。HSDPA允許多碼傳輸，即一條HS-DSCH的在一個子幀可以映射到多條HS-PDSCH物理信道上，但依賴於UE的能力。

 

 

一條HS-PDSCH可以使用QPSK or 16QAM兩種調制方式，不同的調制方式承載的數據速率不同，16QAM的數據速率是QPSK的數據速率的兩倍。從Table1可看出HS-PDSCH只有兩種時隙格式0和1，分別對應兩種不同的調制方式。HS-PDSCH的幀結構圖中的M是一個調制符號所對應的數據比特數，對於QPSK,M=2, 對於16QAM，M=4。

HS-PDSCH上所承載的都是數據，與其相關的物理層信息，由HS-SCCH來承載。

Table 1: HS-DSCH fields

Slot format #iChannel Bit Rate (kbps)Channel Symbol Rate (ksps)SFBits/ HS-DSCH subframeBits/ SlotNdata

0(QPSK)48024016960320320

1(16QAM)960240161920640640

UE所有通過HSDPA傳輸的數據都經過HS-DSCH傳輸，到達物理層。下圖是通過HS-DSCH信道到達物理層的數據的處理過程，我們可以看看數據是怎麼一步步被映射到HS-PDSCH的。

 

 

1. CRC添加

HS-DSCH采用24bitCRC。

2. 位加擾

3. 碼塊分割

如果數據大於5114bit(因為信道編碼使用的是1/3速率的Turbo碼)，則需要對數據進行碼塊分割，分割過程同R99方式。

4. 信道編碼

HS-DSCH總是使用1/3速率的Turbo編碼。

5. 物理層HARQ操作

物理層HARQ操作的目的是將信道編碼的輸出數據進行速率匹配，以得到HS-DSCH相對應的HS-PDSCH集合(比如HS-DSCH映射到5個HS-PDSCH信道)上傳輸所需要的比特數。

由於HSDPA支持兩種方式的HARQ方式，即CC和IR方式，那麼在速率匹配環節，即打孔環節，可以分別得到多組數據子集，比如RV0，RV1等。HARQ模塊根據當前的狀態選擇某一組數據子集作為該步HARQ操作的輸出。

6. 物理信道幀分割

經過HARQ操作得到的數據還需要進行物理信道幀分割。例如HS-DSCH使用5個碼字進行數據傳播，則需要將第5步得到數據分割為5份，這5份數據分別映射到5個HS-PDSCH上進行傳輸。

7. HS-DSCH交織

針對分割的每份數據分別進行交織處理，類似與R99中的幀內交織。

8. 16QAM比特調整

對於16QAM調制方式，遇錯重傳時還可能需要重新調整數據組(4bit為一組)的排列順序，這樣重傳後能保證每個比特位都具有相同的誤碼概率，從而有效提高UE端解碼效果。

此過程對於QPSK調制方式不存在。

9. 物理信道映射

將第7步或第8步的輸出數據組，映射多個HS-PDSCH上。

2.3 HS-DPCCH

HS-DPCCH使用固定擴頻因子，SF=256，調制方式QPSK，每個子幀有3個時隙。那麼每個時隙承載的數據為10bit，共30bit，信道速率為15kbit/s。

HS-DPCCH分為兩部分，第一部分承載HARQ的確認信息ACK/NACK，占用一個時隙;第二部分承載信道質量指示信息CQI，占用兩個時隙，見下圖。

 

 

對於ACK/NACK部分來說，1代表ACK，0代表NACK，這個bit信息重復10 次，然後放在第一個時隙。

對於CQI信息，HSDPA使用0～30的整數來指示信道質量，這個整數信息首先映射為5bit的二進制序列，然後再通過一個(20，5)編碼序列，獲得一個20bit的輸出序列，映射到第2、3個時隙。

網絡可以根據需要設置UE發送CQI的時間間隔，這個間隔可以是2ms或更大，即HS-DPCCH的有些時隙可以不發送HARQ-ACK和CQI，HS-DPCCH可以是不連續的突發信道。

HS-DPCCH的擴頻和加擾是可以與上行的其他信道一起進行的，比如DPDCH和DPCCH。

2.4 HSDPA各個物理信道的定時關系

如下圖，HS-SCCH在時間上與P-CCPCH對齊，HS-PDSCH滯後HS-SCCH2個時隙，HS-DPCCH滯後相應的HS-PDSCH7.5個時隙。

 

 

從上圖可以看出，網絡側數據重傳的最小時間間隔可以大約計算如下：

2TS+傳輸時延+3TS+7.5TS+傳輸時延+3TS= 15.5TS+ 2×傳輸時延

即，網絡將HS-PDSCH無線幀0解碼後的時刻大約比HS-DSCH滯後約15.5個時隙。因為HS-SCCH和HS-PDSCH無線幀長度都是3個時隙，發送時需要幀對齊發送，所以HS-SCCH和HS-PDSCH的重傳無線幀最早需要在18個時隙後發生，即12ms。

2.5 UE的HSDPA能力

UE的具體能力表，參見25.306，Table5.1a。根據UE能力不同，使用HSDPA信道可以獲得0.9～14.4Mbit/s的峰值數率。

2.6 HSDPA相關物理信道的功率控制

HS-PDSCH沒有閉環功控，當UE在某個TTI被調度數據時，則其所分配的HS-PDSCH(s)物理信道所使用的功率等於MPO(Measure Power Offset)。

HS-SCCH執行閉環功控：因為HS-SCCH POWER OFFSET是基於伴隨DPCH的PILOT域的, DPCH做閉環功控。

HS-DPCCH的功率是受Bhs(Beta ratio hs)所控制，Bhs是相對於DPCCH的，因DPCCH做閉環功控， 因此HS-DPCCH也做閉環功控。HS-DPCCH的功率位准是以相對於上行DPCCH的偏移量來產生的，

bhs的值是由HARQ-ACK和CQI欄位的功率偏移量推導出來的，且是透過較高層來進行信令控制。