HSPA

WCDMA R5版本高速數據業務增強方案充分參考了cdma20001X EV-DO的設計思想與經驗，新增加一條高速共享通道（HS-DSCH），同時採用了一些更高效的自適應鏈路層技術。共享通道使得傳輸功率、PN碼等資源可以統一利用，根據用戶實際情況動態分配，從而提高了資源的利用率。自適應鏈路層技術根據當前通道的狀況對傳輸參數進行調整，如快速鏈路調整技術、結合軟合併的快速混合重傳技術、集中調度技術等，從而儘可能地提高系統的吞吐率，並能有效降低數據重傳的程度和傳輸時延。

從市場的角度看，HSDPA在發展高速無線數據業務方面具有很強的吸引力。一般說來，數據傳輸的成本是網路運營成本和資本折舊的總和。網路開銷在很大程度上決定於基站的總體分區吞吐量。假定每個基站的成本一定的話，那麼通過一個基站傳輸的數據量越大，傳送每兆位元組數據的成本就越低。與EDGE和WCDMA相比，HSDPA在頻譜效率方面的改進降低了每個比特數據的傳輸成本。

這樣一來，移動運營商就可以以較低的價格向更廣大的用戶群提供更豐富的服務。

運營商採用HSDPA搭建無線網路，可以在網路潛力較低的情況下提供更大的分區和用戶數據處理量，而數據傳輸能力的改進可以使運營商為用戶提供更多的具有更強吸引力、內容更豐富的新服務和新應用，並滿足消費者對視頻點播、音頻點播、圖像簡訊和基於位置的服務等內容豐富的媒體業務的日益增長的需求。HSDPA技術的頻譜效率優勢可以使運營商以較低的成本提供這類服務，給用戶帶來優於傳統技術的體驗。

基於演進考慮，HSDPA設計遵循的準則之一是儘可能地兼容R99版本中定義的功能實體與邏輯層間的功能劃分。在保持R99版本結構的同時，在NodeB（基站）增加了新的媒體接入控制(MAC）實體MAC-hs，負責調度、鏈路調整以及混合ARQ控制等功能。這樣使得系統可以在RNC統一對用戶在HS-DSCH通道與專用數據通道DCH之間切換進行管理。HSDPA引入的通道使用與其它通道相同的頻點，從而使得運營商可以靈活地根據實際業務情況對通道資源進行靈活配置。HSDPA通道包括高速共享數據通道（HS-DSCH）以及相應的下行共享控制通道（HS-SCCH）和上行專用物理控制通道（HS-DPCCH）。下行共享控制通道(HS-SCCH）承載從MAC-hs到終端的控制信息，包括移動台身份標記、H-ARQ相關參數以及HS-DSCH使用的傳輸格式。這些信息每隔2ms從基站發向移動台。上行專用物理控制通道（HS-DPCCH）則由移動台用來向基站報告下行通道質量狀況並請求基站重傳有錯誤的數據塊。

共享高速數據通道（HS-DSCH）映射的通道碼資源由15個擴頻因子固定為16的SF碼構成。不同移動台除了在不同時段分享通道資源外，還分享通道碼資源。通道碼資源共享使系統可以在較小數據包傳輸時僅使用通道碼集的一個子集，從而更有效地使用通道資源。此外，通道碼共享還使得終端可以從較低的數據率能力起步，逐步擴展，有利於終端的開發。從共用通道池分配的通道碼由RBS根據HS-DSCH通道業務情況每隔2ms分配一次。與專用數據通道使用軟切換不同，高速共享數據通道（HS-DSCH）間使用硬切換方式。

什麼是HSDPA？

HSDPA: 高速下行鏈路分組接入技術（High Speed Downlink Packet Access）

3GPP Release 5 及後續規範版本中定義的關鍵新特性

目標：通過在下行鏈路提供高速數據傳輸速率來增強3G系統的性能，理論最高達14.4Mbps

可基於3GPP R’99 網路直接演進

為什麼HSDPA可以提供高速分組接入？

香農定理C=W*log2（1+S/N)

HSDPA採用高階調製（16QAM）、固定擴頻碼、自適應編碼與調製、基於NodeB的快速自動混合重傳（HARQ）、快速調度等技術代替了可變OVSF、快速功率控制、基於RNC的重傳等等。

HSDPA 新的通道

新的傳輸通道：

HS-DSCH (Downlink,shared traffic)

新的物理通道：

HS-PDSCH (Downlink,shared traffic)

HS-SCCH (downlink,shared control massage)

HS-DPCCH (Uplink，HS-Dedicated Physical Control)

HSDPA 新的傳輸通道－－HS-DSCH

⑴僅在下行鏈路存在；

⑵每個UE僅有一個HS-DSCH類型的CCTrCH ，CCTrCH 可以映射到一個或者多個物理通道；

⑶TTI為2ms，只支持Turbo編碼，支持更高階的調製

⑷無功控、無軟切換、固定擴頻因子（SF=16）

⑸不支持時隙級的DTX

HS-PDSCH——HS-Physical Downlink Shared Channel

⑴SF = 16

⑵最高可支持15個 HS-PDSCH

⑶高速數據通道（比特速率 > 10 Mbps)

⑷DCH 總是伴隨出現 (DPCH， SF 4 ..512）

HS-SCCH—— HS-Shared Control CHannel

⑴SF = 128

⑵傳輸格式參數 (channelisation-code， modulation， TBS size)

⑶混合自動重傳請求信息 (process， new data， redundancy version)

⑷每個終端最多支持4個HS-SCCH

⑸UE ID信息

HS-DPCCH —— HS-Dedicated Physical Control

⑴混合自動重傳請求響應（ack/nack)

⑵通道質量指示 (CQI)

⑶SF = 256

⑴自適應調製編碼（AMC）

HSDPA引入高階調製： 16QAM

用戶可復用多個碼道，最多可并行 15 個碼道

16QAM Modulation

Peak rate: （3.84/16）*15*4 Mbps =14.4 Mbps

⒊84Mbps : chip rate

16 : spreading factor

15 : maximum available HS-DSCH

4 : 4 bits modulated in 16QAM

QPSK Modulation

Peak rate: （3.84/16）*15*2 Mbps =7.2 Mbps

⒊84Mbps : chip rate

16 : spreading factor

15 : maximum available HS-DSCH

2 : 2 bits modulated in QPSK

⑵快速調度Fast Scheduling

⒈HS-PDSCH 是共享通道

⒉MAC-hs Scheduler 決定HS-PDSCH 通道的接入

⒊每2ms(TTI) 進行一次時域和碼域的調度

⒋調度演演算法的選擇直接影響整體性能，需要在傳輸速率和公平性上取得平衡。

時間域上的快速調度：

⑴傳輸基於以下內容的考慮：

⑵通道質量

⑶終端類型

⑷當前小區負荷（可用的資源 / 存儲器的狀態）

⑸話務優先順序 / 服務質量等級

⑹終端反饋 (ACK/NACK)

碼域上的快速調度

⑴每個傳輸時間間隔上最多并行15個碼道

常見的調度演演算法：

Round Robin

Max C/I

Proportional fair

Priority based

⑶混合自動重傳請求（HARQ）

⒈由Node-B完成

⒉在Node B新增一個MAC-hs 媒體接入控制協議層

HARQ分類

Type I

用FEC處理，放棄觸發ARQ以前的數據包

改進的Type I不丟棄以前的數據包，而是存儲並和重傳的數據合併，但重傳的FEC不變，這種

方法也稱為軟合併 (Chase Combining)

Type Ⅱ

錯誤分組不被丟棄，而是和發送端重發的增量冗餘信息合併後進行解碼

每次重傳包含不同的冗餘信息

重傳分組無法自解碼

Type Ⅲ

錯誤分組不被丟棄，而是和發送端重發的增量冗餘信息合併後進行解碼

每次重傳都包含系統比特

重傳分組具有自解碼能力

HARQ主要功能

⒈HARQ主要功能是產生冗餘版本（RV）

⒉RV由兩次速率匹配生成

⒊第一次速率匹配的參數為NTTI和NIR （由高層信令指示）

⒋第二次速率匹配的RV參數是s和r

HSDPA 需要新的終端支持：

一個新的協議棧、新 的調製編碼

3GPP W-CDMA/ FDD規範中定義了12種終端

CQI

通道質量指示符 Channel Quality Indicator (CQI) 由手機傳給系統，標識給定瞬時條件下可支持的傳輸格式

CQI基於導頻通道測量和換算

該表對應於11 & 12終端類型的手機

⒉1 HSUPA概述

E-DCH和R99/HSDPA相比

• HSUPA不是獨立的新功能，是DCH的增強。

• HSUPA運行需要使用到R99大多數基本功能（如功控、軟切換等）。

• HSUPA沒有替代任何R99功能，更多的是疊加而不是替代。

為什麼HSUPA可以提高接入速率，增大容量

香農定理 C=W*log2（1+S/N)

HSUPA沒有採用高階調製就獲得了高速率

L1的HARQ和Node B快速調度

HSUPA新的傳輸通道

Uplink:E-DCH

HSUPA新的物理通道

Uplink:

• E-DPDCH:E-DCH Dedicated Physical Data Channel（E-DCH 專用物理數據通道）

• E-DPCCH:E-DCH Dedicated Physical Control Channel（E-DCH專用物理控制通道）

Downlink

• E-AGCH: E-DCH Absolute Grant Channel（E-DCH 絕對準入通道）

• E-RGCH: E-DCH Relative Grant Channel（E-DCH 相對準入通道）

• E-HICH: E-DCH HARQ Acknowledgement Indicator Channel（E-DCH 指示符通道）

HSUPA新的傳輸通道——E-DCH

E-DCH和DCH的差異

DCH：一個UE多個，複合為一個CCTrCH

E-DCH：一個UE僅能一個，MAC可將多個業務復用到一個E-DCH，支持HARQ

E-DCH和DCH可以並存同一UE，但若配置了E-DCH，則DCH的最大速率被限制在64kbps

E-DCH編碼過程

CRC：固定為24bit，DCH為0、8、12、16、24bit

傳輸塊分割：Max5114bit

通道編碼：1/3 Turbo，DCH為1/2、1/3卷積，1/3Turbo

HARQ：速率匹配併產生RV

物理通道分段：與DCH相同

交織：只有一次，DCH為兩次

R99、HSDPA、HSUPA物理通道比較

HSUPA新的物理通道

上行 E-DPDCH（E-DCH Dedicated Physical Data CHannel）

傳輸上行數據，擴頻因子256～2，BPSK調製

上行 E-DPCCH（E-DCH Dedicated Physical Control CHannel）

傳輸上行控制信息E-TFCI,RSN，等，擴頻因子256

下行 E-AGCH （E-DCH Absolute Grant CHannel）

傳輸Node B調度程序判決絕對值，SF=256

下行 E-RGCH （E-DCH Absolute Grant CHannel）

傳輸增/減調度指令，SF=128

下行 E-HICH （E-DCH HARQ Acknowledgement Indicator CHannel）

傳輸上行數據接受確認指示，SF=128

上下行Associated PDCH

傳輸高層信令，提供功控、同步參考

下行數據

HSUPA新的物理通道－－E-DPDCH

⑴用於上行傳輸數據，OVSF，擴頻因子256～2，調製方式BPSK

⑵支持多碼道傳輸，最大速率2×SF2+2×SF4=5.76Mbps

⑶支持兩種TTI：2ms或10ms，2msTTI通過5個獨立的子幀實現

⑷E-DPDCH不能獨立傳輸，需要同時傳送DPCCH，依據其導頻進行通道估計和功控

E-DPDCH和DPDCH比較

相同：

幀結構，OVSF，多碼道傳輸，BPSK，快速功控，

不同：

E-DPDCH支持SF=2 E-DPDCH支持Node B調度

E-DPDCH支持HARQ E-DPDCH支持2msTTI

HSUPA新的物理通道－－ E-DPCCH

⑴用於上行傳輸和E-DPDCH相關的物理層控制信息

⑵10bit信息，主要包括三部分：E-TFCI，RSN，Happy bit

⑶實際信息10bit進行（30,10）二階Reed-Muller編碼變為30bit

⑷固定映射到I支路，擴頻因子為SF2561，

⑸2msTTI傳輸30bit，10msTTI重複這30bit5次

E-DPCCH包含的10bit信息

⑴E-TFCI：7bit，E-DCH傳輸格式組合指示，表明E-DPDCH傳輸塊大小

⑵3GPP25.321定義了4個E-TFCI table

⑶RSN：2bit，重傳序列號，通知當前E-DPDCH上發送的傳輸塊HARQ序號

⑷首傳RSN=0，第一次重傳RSN=1，………，第三次重傳RSN=3

⑸Happy bit：1bit，指示UE是否滿足當前的數據速率（相對功率）

UE 選擇E-TFCI是基於

⑴允許的E-TFCS （由RNC通過RRC信令指示）

⑵准入功率（AGCH/RGCH 通過 Node B調度）

⑶UEbuffer (Remaining PDUs to transmit)

⑷UE capability （如 Max Tx power)

HSUPA新的物理通道－－ E-AGCH

⑴下行公共通道，用於通知E-DPDCH相對於DPCCH可使用的準確功率水平

⑵共6bit信息，包含三部分內容

⑶絕對準入值（5bit）：0～31，表明E-DPDCH/DPCCH功率比

⑷絕對準入範圍（1bit）：僅用於2msTTI，用以激活/去激活某一特定的HARQ進程（由E-AGCH時序來識別）或全部HARQ進程

⑸主/輔UE-id：用於掩碼E-AGCH，表徵E-AGCH屬於哪個UE

⑹SF=256，2msTTI傳輸60bit，10msTTI重複這60bit5次

E-AGCH編碼過程

⑴E-AGCH的結構與HSDPA的HS-SCCH結構非常相似

⑵6bit信息上計算一個16bit的CRC，並使用主/輔UE-id進行掩碼

⑶通過UE-id，UE可以知道E-AGCH是否屬於自己

HSUPA新的物理通道－－ E-RGCH

⑴下行通道，用於傳遞↑或↓指令，影響E-DPDCH的相對發射功率，從而調節上行數據速率的上升/下降

⑵E-RGCH採用開/關鍵控的BPSK調製

⑶2msTTI，RG信息在3個slot傳送，10msTTI時：

⑷40個E-RGCH和E-HICH復用到一個SF=128的下行碼道

HSUPA新的物理通道－－ E-HICH

⑴下行通道，用於傳遞上行數據接受確認/非確認消息

⑵E-HICH採用開/關鍵控的BPSK調製

⑶2msTTI，HI信息在3個slot傳送，10msTTI時HI在12個slot傳送

⑷40個E-RGCH和E-HICH復用到一個SF=128的下行碼道

E-HICH/E-RGCH復用過程

⑴E-HICH/E-RGCH基本組成單元是40bit長的正交序列

⑵40個正交序列復用到一個SF=128的碼道。

⑶相同的E-HICH/E-RGCH bit在3個時隙重複3次，但遵循特定的跳變圖樣

⑷一個小區可以配置多個SF=128的碼道來突破40個特徵碼（E-HICH和E-RGCH各20個）的限制，但同一用戶的E-HICH/E-RGCH必須在同一碼道

HSUPA的軟切換

⑴ HSUPA支持軟切換

⑵ HSUPA可以和R99有不同的激活集

R99 DCH active set最大為6

HSUPA E-DCH active set最大為4

⑶E-DCH服務小區更新和HSDPA小區更新的準則相同

⑷1D事件用於最佳服務小區變更時發送測量報告

⑸在HSUPA系統中，對於來講UE有三種小區

Serving DCH cell

Serving E-DCH Radio Link Cell

Non serving E-DCH Radio Link Cell

⑹E-DCH的服務小區可以和HSDPA服務小區不同，也可相同

⑴Serving E-DCH Radio Link set Cell

一個UE 只能有 1 個Serving E-DCH RLS

⑵Non serving E-DCH Radio Link Cell

⑶Serving DCH cell

3GPP WCDMA系統中HSUPA最顯著的特徵是在上行增加了新的傳輸通道E-DCH， E-DCH借鑒了HSDPA中HS-DSCH通道的些特徵。E-DCH傳輸通道支持基於Node B的快速調度、具有增量冗餘的快速物理層HARQ機制和可選的2ms的傳輸時間間隔(TTI， Transmission Time Interval）。與HSDPA不同的是HSUPA不是共享通道，而是專用通道，因此與其說HSUPA是上行的HSDPA，不如說HSUPA是具有快速調度和HARQ機制的基於 R99的DCH通道：即每個UE都具有它自己與Node B相連的專用E-DCH傳輸通道，該通路與其他用產的DCH和E-DCH都是相互獨立的。HSUPA中除了E-DCH外，還需要增加新的信令通道（如圖7.3所示）。圖中所有的通道（除廣播通道外）都是HSUPA操作所不可缺少的通道。在圖7.3中假設下行鏈路是DCH，然而在多數情況下可能是HSDPA的通道，但是為了清楚起見，在圖中除了HSUPA的相關通道外，只給出了下行DCH。

⑴E-DCH：增強型的上行專用傳輸通道，支持2ms TTI，其傳輸格式定義為E-TFC，傳輸格式指示定義E-TFCI，最大傳輸塊大小為20000bit/10ms，11484bit/2ms， ⑵E-DPCCH：用於承載和E-DCH相關控制信息的上行專用物理通道。一條無線鏈路只有—個EDPCCH；

⑶E-DPDCH：用於承載E-DCH數據的上行專用物理通道。一條無線鏈路可能有0個、 1個或多個E-DPDCH；

⑷E-H1CH；用於承載E-DCH HARQ確認指示的下行專用物理通道；

⑸E-AGCH：用於承載E-DCH絕對調度授予的下行公共物理通道；

⑹E-RGCH：用於承載E-DCH相對調度授予的廠行專用物理通道。

在隨後部分將對用於支持重傳的E-DCH HARQ指示通道（E-HICH，E-DCH HARQ Indicator CHannel），用於調度控制的E-DCH絕對授予通道（E-AGCH，E-DCH Absolute Grant CHannel）以及E-DCH相對授予通道（E-RGCH，E-DCH Relative Grant CHannel）進行詳細介紹。在HSUPA中，用戶數據在增強專用物理數據通道（E-DPDCH，Enhanced-Dedicated Physical Data CHannel）上承載，而新的控制信令在E-DPCCH上承載。自R99以來，專用物理控制通道（DPCCH，Dedicated Physical Control CHannel）始終沒有改變，而對DPDCH通道的需求取決於上行業務映射到DCH的可能性。

與HSDPA相比，HSUPA不支持自適應調製，因為它並不支持任何高階調製。與使用簡單BPSK調製的多個并行碼通道傳輸相比，更加複雜的調製方式會使所發送的每個比特消耗更多的能量。在下行，由於發射通道功串具有較小的動態範圍，因而存在下行信號的發射功率高於正常信號接收所需功率的情況。這樣對HSDPA來說通過使用高階調製就可以提供更高的數據速率而無需增加額外的發射功率。然而上行鏈路並非如此，較高的數據速率要求所有UE，包括離Node B非常近的UE都要具有足夠的可用發射功率用於BPSK和多碼傳輸。

HSUPA主要採用了三種技術：物理層餛合重傳（HARQ），基於Node B的快速調度以及 2msTrl短幀傳輸。

對運營商來說，引進HSUPA將帶來如下好處：

• 為用戶提供更高上行傳輸速率

• 為高速數據業務提供更好覆蓋

• 提高WCDMA網路承載數據服務的容量

對普通用戶來說，HSUPA意味著：

• 用戶能感到更好的網路質量，尤其是在使用對稱數據業務時

• 更短的服務反應時間

• 更可靠的服務

HSPA+的全稱為High-Speed Packet Access+，增強型高速分組接入技術，是HSPA的強化版本。ITU已經把HSPA+列為4G網路的一個標準，目前4G標準有LTE-Advanced、WirelessMAN-Advanced、WIMAX、HSPA+、LTE（FDD-LTE和TDD-LTE）五個標準。

HSPA+為運營商提供低複雜度、低成本從HSPA向LTE平滑演進的途徑，它在保留HSPA的關鍵技術的基礎上，增加了MIMO多天線技術，提高系統的容量和可靠性；利用連續性分組連接方案，降低了潛在的傳輸間斷、頻繁的連接中止以及重連等帶來的開銷和時延，以提高用戶數量、用戶容量和系統效率；HSPA+所採用的高階調製技術提高了用戶的數據傳輸速率。

HSPA+是一個全IP、全業務網路，它提高了VoIP和其它時延敏感業務的容量，減少了業務建立時延，改善了實時業務，同時後向兼容原有WCDMA網路，較好地保護了用戶的原有投資。

為了實現HSPA+的高效性能，採用了以下關鍵技術：

MIMO技術與HSPA的結合。

通過MIMO技術可以提高系統容量和頻譜效率。

更高階的調製技術。

在R6中，HSPA分別在上、下行使用QPSK和16QAM。為進一步提高速率，HSPA+在下行引入16QAM的調製方案；而在上行鏈路，由於引入了16QAM，最高速率大約為11.5 Mbit/s。相當於R5中QPSK 5.74 Mbit/s的速率（碼速率為1）來說，提高了一倍。

分組數據的連續傳輸。

在下行通道，新引入了F-DPCH，可在有限代碼情況下支持更多的HSDPA用戶數量。

增強型CELL_FACH。

HSPA+引入增強型CELL_FACH，有如下性能：

1）通過HSPA技術增加UE在CELL_FACH狀態下的峰值速率。

2）採用更高的數據速率，減小CELL_FACH、CELL_PCH及URA_PCH通道用戶平面和控制平面時延。

3）減小CELL_FACH、CELL_PCH及URA_PCH狀態到CELL_DCH狀態的轉換時延。

4）通過不連續傳輸來減小CELL_FACH狀態下的UE的功率消耗。

支持高數據速率的增強型兩層機制。

R7中做了如下修改：

1）通過引入可變大小的RLC PDU模式、MAC-hs復用和MAC-hs分割增加對高速數據鏈路層的支持。

2）提供層2協議，增進性能。

3）對支持MAC-d復用及RLC級聯的必要性進行評估。

4）保證新舊系統的平滑演進。