TD-HSPA
TD-HSPA
目前，TD-SCDMA 已經在中國規模商用，根據工業和信息化部新近發布的數據，截至2010年12月，全國3G行動電話用戶累計達到4 705萬戶。其中，根據中國移動官方公布的數據，中國移動截至12月底的3G行動電話用戶數為2 070.2萬戶，TD-SCDMA（簡稱TD）在三大3G網路中佔據領先地位。為了能夠進一步提升系統的性能，為日益成為業務主要增長點的數據業務提供更好、更強的服務，滿足廣大3G用戶對網際網路和其他數據業務的需求，TD-SCDMA必須繼續增強承載分組數據業務的能力，提供更高的傳輸速率和更小的傳輸時延。中國通信標準化協會（CCSA），作為TD-SCDMA技術標準的主要研究組織，圍繞這一需求展開了充分的研究。2005—2006年，國際上制定第三代和第四代移動通信標準的標準化組織3GPP，採納了CCSA的研究成果，發布了TD-SCDMA標準的Rel.5版本—高速下行分組接入（HSDPA）技術標準。HSDPA大大提高了TD-SCDMA下行鏈路的吞吐效率，特別適合上下行流量不對稱的數據業務，如FTP、網頁瀏覽等。
隨著網際網路技術的發展，一些新的技術和業務對TD-SCDMA上行鏈路的吞吐量提出了新的需求，分組業務的不對稱特徵被打破。這種背景下，CCSA又展開了TD-SCDMA高速上行分組接入（HSUPA）技術標準的研究，並於2007年被3GPP採納，成為TD-SCDMA國際標準的Rel.7版本的主要特徵。
TD-HSDPA和TD-HSUPA統稱為TD-HSPA。TD-HSPA是TD-SCDMA技術的全面增強，大大提升了其上下行的分組數據傳送能力。
TD-SCDMA的技術能力，隨著市場的需求和技術的不斷進步，也在不斷增強。CCSA已經基本完成TD-HSPA+的技術標準制定工作，並納入到了3GPPRel.8版本中。
圖1給出了TD-SCDMA在CCSA和3GPP中的標準研究進程和版本對應。
TD-HSPA
不管是TD-HSDPA還是TD-HSUPA，都採用共享通道承載數據業務的機制；使用基站進行快速調度，減少反饋時延；採用高階調製（16QAM）、自適應調製編碼（AMC）和HARQ技術，輔之以必要的功率控制和上行同步，提高空中介面的吞吐量，降低誤碼率，提升整體的系統性能。
（1）物理層共享通道
在TD-HSPA中，下行採用高速分組共享數據通道（HS-PSDCH）承載每個小區的多個用戶的下行數據，上行採用增強分組上行通道（E-PUCH）承載每個小區的多個用戶的上行數據。通過共享通道，多個用戶分時復用同一通道的資源，一方面提高無線資源的利用效率，一方面選擇有最好通道條件的用戶使用通道，從而提高系統整體的吞吐量。除此之外，系統還引入了HS-SCCH、HS-SICH、E-AGCH、E-HICH、E-RUCCH等5條公共控制通道輔助實現空中介面的HSPA業務。
每條物理通道的特徵、結構，將在第2章予以詳細介紹。
（2）基站的快速調度
在TD-HSPA系統中，用戶的調度權仍掌握在NodeB中，這就比R4系統中由RNC來分配資源的傳統方式更加有效、快速。
對於資源調度，核心的問題是調度演演算法。一般來說常用的演演算法有以下幾種：
①最大載干比（MaxC/I）或最大信干噪比（MaxSINR）演演算法；
②比例公平（PropotionalFair）演演算法；
③輪詢（RoundRobin）演演算法。
最大載干比、比例公平和輪詢演演算法是基站調度使用的常用演演算法，輪詢演演算法是一種最簡單的調度演演算法，給予了在小區內的每個UE相同的調度機會，即平等使用HSPA資源的機會，可以認為給出了系統的公平性上限。
最大載干比演演算法優先調度小區內當前通道條件最好的UE，這樣小區每時每刻都把資源用於傳送編碼效率高、調製方式好的數據，自然會取得最好的系統吞吐量，所以說最大載干比演演算法給出了系統吞吐量的上限。
比例公平演演算法則要兼顧用戶公平性和最大效率，在保證一定公平性的前提下，追求系統的最大吞吐量，這是實際系統中最常用的調度演演算法。
需要說明的一點是，對HSDPA業務的調度全部由基站完成，由基站分配給每個UE下行發送時機、子幀時隙、碼道（OVSF）和調製編碼方式等。而對HSUPA業務的調度，除了基站調度外，還有UE對自身的調度，即UE收到NodeB的調度信息后，要對自身的不同業務隊列進行整合，打包數據，並決定自己所使用的傳輸格式。這是HSUPA調度和HSDPA調度不同的地方。
TD-HSPA的調度每5ms（最小傳輸間隔）發生一次，在不同用戶間進行碼道—時隙復用。時分復用允許用戶在時隙之間進行共享和復用，碼分復用允許用戶在同一時隙不同碼道上進行復用。所以調度演演算法應該支持這種復用特性並在扇區吞吐量和用戶性能之間進行折中，以根據不同的性能目標靈活選取不同的計算策略。
（3）自適應調製編碼（AutomaticModulationandCoding，AMC）
自適應調製編碼是指根據無線通道的實時變化，自適應地選擇合適的調製和編碼方式。基站應該根據用戶實時的通道質量狀況，選擇目前最合適的調製和編碼方式，使用戶達到儘可能高的數據速率。比方說，當用戶處於環境較好的的通信地點時，用戶可以採用16QAM、碼率為3/4的通道編碼方式，並採用較高的打孔率，從而得到較高的傳輸速率。而當用戶處於環境較差的通信地點時，用戶採用QPSK、碼率為1/4的通道編碼方案，並採用較低的打孔率或不打孔，來保證誤碼率控制在系統設計門限之下，以保證通信質量。
（4）混合自動重傳請求（HybridAutomaicRepeatreQuest，HARQ）
HARQ技術在HSDPA中可以為吞吐量和延時性能帶來很大增益，HSUPA中仍沿用這個重要技術，快速HARQ允許NodeB對接收到的錯誤數據快速請求重傳，HARQ功能在NodeB處終止。這樣，快速HARQ的重傳時延遠低於RLC（無線鏈路控制子層）的重傳時延，大大降低了TCP/IP和時延敏感業務的時延抖動。在解碼之前，NodeB將之後重傳的信息與原來傳輸的信息合併，這就是通常所說的軟合併。軟合併可以增大容量和特定數據速率的覆蓋率。
混合自動重傳請求（HARQ）是前向糾錯編碼（FEC）與自動反饋重傳（ARQ）相結合的一種糾錯方法。在HARQ中，發送端會發送有一定冗餘信息的數據，接收端首先進行檢錯糾錯，如果發現無法正確解碼，則要求發送端重新發送數據。HARQ實現比較簡便，並且通過多次反饋重傳，可以使整個系統誤碼率很低。HARQ機制可以分成I型HARQ、II型HARQ和III型HARQ。
I型HARQ是指接收端在糾錯不成功后，把接收到的數據包丟棄，並要求發送端重傳。重傳數據包和上一次發送的完全一樣，既有信息比特，也有冗餘比特。
II型HARQ是增量冗餘（IncrementalRedundancy）的重傳機制。在II型HARQ中，接收到的錯誤數據包不會立即被丟棄，待收到重傳的數據包后，接收端會把重傳包和錯誤包合併，然後再進行解碼，通過兩次有用信息的合併，可以大幅度提高糾錯能力。II型HARQ的重傳數據包只有和第一次傳送的數據包合併后才能解碼，本身不能被解碼。
III型HARQ是對II型HARQ的改進方案，改進后的重傳數據包可以自解碼，也就是不用依賴第一次傳輸的數據，也可以和第一次傳送的數據合併，形成一個具有更大冗餘信息的數據包來進行解碼。因此，III型HARQ每次的編碼方式都要進行精心的設計。
假設每次傳送的誤碼率不變，通過多次重傳，HARQ可以呈指數倍地降低空中介面的誤碼率，提高數據傳輸質量，因此在TD-HSPA/HSPA+，甚至在LTE系統中，都是不可或缺的關鍵技術。
TD-HSPA的空中介面，即UE和網路之間的Uu介面，和TD-SCDMA以前版本保持兼容，由L1、L2和L3三層組成。我們本章重點介紹TD-HSPA的物理層。
物理層定義物理通道，TDD模式下，一個物理通道由碼、頻率和時隙共同決定。物理層的行為，由RRC層進行控制。物理層向MAC層提供不同的傳輸通道。傳輸通道的特性和具體參數由信息在無線介面上的傳輸方式決定，比如是共享傳輸還是專用傳輸，因此傳輸通道分為多種。
物理層為高層提供數據傳輸服務，這些服務通過使用MAC子層的傳輸通道實現。在TD-HSPA和TD-HSPA+技術中，為了提供數據傳輸服務，物理層除完成傳統的TD-SCDMA物理層功能外，又新增了與高速分組接入相關的功能，主要是：
—HS-DSCH、E-DCH通道的混合ARQ（HARQ）軟合併；
—HS-PDSCH、HS-SICH、HS-SCCH、E-PUCH、E-RUCCH、E-AGCH、E-HICH等物理通道等。
TD-HSPA和TD-SCDMA一樣，採用直接序列擴頻—碼分多址（DS-CDMA）接入，碼片速率為1.28Mchip/s，擴頻帶寬為1.6MHz。採用TDD（時分雙工）工作方式，該雙工方式的前向鏈路（下行）和反向鏈路（上行）的信息是在同一載頻的不同時間間隔上進行傳送的。因此，在TDD模式下，物理通道中的時隙被分成發射和接收兩部分，前向和反向的信息交替傳送。
TD-SCDMA的R4版本，採用QPSK和8PSK調製方式。到了HSPA階段，系統分別在HSDPA、MBMS、HSUPA上支持16QAM調製，其成形濾波器採用滾降係數為0.22的根升餘弦濾波器。
在TD-HSPA中，新增的物理層過程包括HS-DSCH傳輸相關過程和E-DCH傳輸相關過程。
TD-HSPA中，物理層需要測量FER、SIR、干擾功率等無線特性並報告給高層和網路。這些測量包括：用於TD-SCDMA小區間切換的切換測量、用於切換到GSM900/GSM1800的測量過程、HS-SICH接收質量測量、UE發射功率余量測量過程等。
傳輸通道是物理層提供給高層的服務，使MAC子層按照數據的不同特性，使用不同的傳輸方式在空中介面上進行數據傳輸。HS-DSCH和E-DCH是TD-HSPA階段新增的兩條公共傳輸通道。
高速下行共享通道（HS-DSCH）是一種被幾個UE共享的下行傳輸通道。HS-DSCH和一個下行物理通道DPCH以及一個或者幾個高速共享控制物理通道（HS-SCCH）相伴隨。
增強型專用通道（E-DCH）用於承載高速上行數據，是一種被幾個UE共享的上行傳輸通道。E-DCH和一個上行物理通道DPCH以及一個或者幾個用於傳輸上行增強相關的信令信息的上行增強控制通道（E-UCCH）相伴隨。