HSDPA技術(shù)方案中后3G時代的四大關(guān)鍵技術(shù)

HSDPA(高速下行分組接入)用于實現(xiàn)WCDMA網(wǎng)絡(luò)高速下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以使下行的數(shù)據(jù)速率達到8～10Mbps，被譽為后3G時代的主要解決方案。對采用多入多出(MIMO)技術(shù)的HSDPA系統(tǒng)，數(shù)據(jù)速率可以達到20Mbps。HSDPA的出現(xiàn)引起了業(yè)界的極大關(guān)注。作為WCDMA體系的后續(xù)演進技術(shù)，HSDPA中的許多關(guān)鍵技術(shù)與cdma20001XEV/DV以及TD-SCDMA中的一些關(guān)鍵技術(shù)有異曲同工之妙，因此，適時研究HSDPA，對于我們?nèi)�面了解�?G時代的技術(shù)走向十分重要。

　　在HSDPA技術(shù)方案中，涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要包括4種：自適應(yīng)編碼調(diào)制、H-ARQ、快速蜂窩選擇(FCS)、多入多出天線處理(MIMO)。

　　自適應(yīng)編碼調(diào)制

　　自適應(yīng)調(diào)制與編碼(AMC)也屬于鏈路自適應(yīng)的范疇。AMC的基本原理就是改變調(diào)制和編碼的格式并使它在系統(tǒng)限制范圍內(nèi)和信道條件相適應(yīng)，而信道條件則可以通過發(fā)送反饋來估計。在AMC系統(tǒng)中，一般用戶在理想信道條件下用較高階的調(diào)制方式和較高的編碼速率，而在不太理想的信道條件下則用較低階的調(diào)制編碼方式。

　　采用AMC的好處主要有：處于有利位置的用戶可以具有更高的數(shù)據(jù)速率，由此蜂窩平均吞吐量得到提高；在鏈路自適應(yīng)過程中，通過調(diào)整調(diào)制編碼方案而不是調(diào)整發(fā)射功率的方法可以降低干擾水平。

　　目前實現(xiàn)AMC面臨幾項挑戰(zhàn)。首先，AMC對測量誤差和延遲比較敏感，為了選擇適合的調(diào)制方式，必須首先知道信道的質(zhì)量，對信道估測的錯誤可能會使系統(tǒng)選擇錯誤的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)率，使傳輸功率過高，浪費系統(tǒng)容量或者因功率太低而出現(xiàn)誤碼率升高；其次，由于移動信道的時變特性，信道測量報告的延遲降低了信道質(zhì)量估計的可靠性；另外，干擾的變化也增加測量的誤差，此時可以尋求與其它技術(shù)的結(jié)合，比如利用混合判決反饋重傳技術(shù)(H-ARQ)可以降低MCS的要求識別和對測量誤差和流量波動的敏感性。

　　H-ARQ

　　H-ARQ也是一種鏈路自適應(yīng)的技術(shù)。在AMC中，采用顯式的C/I測量來設(shè)定調(diào)制編碼的格式，而在H-ARQ中，鏈路層的信息用于進行重傳判決。

　　有很多方法可以實現(xiàn)H-ARQ：Chase合并、兼容速率鑿孔TurboCodes和增量冗余。Chase合并的策略是發(fā)送有相同編碼的數(shù)據(jù)組，然后在接收端可以將這些多個重發(fā)信息進行SNR加權(quán)合并來獲得分集接收再進行譯碼。增量冗余或H-ARQ-II是實現(xiàn)H-ARQ的另一種方式。這種策略是在第一次譯碼失敗時另外再傳送附加冗余信息而不是再將整個數(shù)據(jù)碼組重發(fā)一次。H-ARQ-type-Ⅲ也是增量冗余方案中的一種，然而在H-ARQ-type-Ⅲ中，每次的重傳是可以自解碼的，這一點與HARQ-II不同。在多冗余的H-ARQ-type-Ⅲ中，每次重發(fā)冗余信息時要對不同的比特進行打孔。

　　AMC可以根據(jù)UE的測定或者網(wǎng)絡(luò)提供的信息條件來靈活地選擇適當?shù)腗CS，但需要UE進行準確信道測量并且受到相應(yīng)延遲的影響。H-ARQ能夠自動地適應(yīng)信道條件的變化并且對測量誤差和時延不敏感。AMC和H-ARQ二者結(jié)合起來可以得到最好的效果——AMC提供粗略的數(shù)據(jù)速率選擇而H-ARQ可以根據(jù)數(shù)據(jù)信道條件對數(shù)據(jù)速率進行較精細的調(diào)整。


快速蜂窩選擇

　　FCS是為HSDPA而推薦使用的。使用FCS，UE能指示一個最好的小區(qū)用于下行鏈路。確定“最好的”蜂窩不僅要基于無線信號傳播的條件，還要考慮在Activeset中小區(qū)的功率和碼字空間的資源。一般而言，同時有很多小區(qū)處于activeset，但只有最適合的小區(qū)基站允許發(fā)送，這樣可以降低干擾提高系統(tǒng)容量。

　　在離小區(qū)中心較遠的邊緣，每個信道質(zhì)量都比較低。使用FCS策略可以選擇一個服務(wù)小區(qū)使得鏈路的質(zhì)量相對穩(wěn)定。它是通過C/I和上行DCCH的小區(qū)指示信息來對各個小區(qū)進行比較的。FCS對物理層方面的要求和Release99中的選擇性分集發(fā)射(SSDT)相似。

　　如果使用Node-B之間的單元選擇，在HSDPA調(diào)度和終端就緒之后，需要實現(xiàn)HARQ狀態(tài)和調(diào)度表的同步。一種傳輸狀態(tài)同步的方法是通過空中傳播的物理層實現(xiàn)的。如果FCS可以選擇變化的Node-B，那么就需要讓所有的Node-B都能偵測到上行鏈路的物理層發(fā)送信號，而這和常規(guī)的上行鏈路功率控制策略矛盾。它這種策略不能確定上行鏈路發(fā)送信號能被所有的Node-B偵測。有兩種途徑可以解決：使用改進的上行鏈路功率策略，當任何Node-B需要時，UE的傳遞功率都能相應(yīng)增加；第二種方式還是使用常規(guī)的功率控制策略，但加上一個功率偏移來保證傳輸狀態(tài)能被新的Node-B偵測。這兩種方式中，優(yōu)先推舉第二種方式。但是，必須評估需要多大的功率偏置及其對整個系統(tǒng)的性能影響。

　　MIMO技術(shù)

　　多入多出(MIMO)系統(tǒng)是在發(fā)送和接收端同時使用多天線，這樣相對于只在發(fā)送端使用多個天線有更多好處。在MIMO系統(tǒng)中，通過碼復用技術(shù)可以使峰值吞吐量得到提高。

　　采用碼復用技術(shù)后，為HS-DSCH分配的信道/擾碼對用來調(diào)制M個獨立的數(shù)據(jù)流(M為發(fā)送的天線數(shù))。復用了相同信道化碼、擾碼的數(shù)據(jù)必須用空間參數(shù)加以區(qū)分，這要求在接收端使用至少M個天線。在理論上，使用碼復用的峰值傳輸速率是單天線傳送的M倍。通過碼復用可以結(jié)合碼復用技術(shù)和一個較低階的星座調(diào)制如16QAM來達到一個適中的數(shù)據(jù)傳輸速率，而若不采用碼復用技術(shù)，達到相同的數(shù)據(jù)速率可能需要采用64QAM調(diào)制。相對于使用單天線傳送加上較高階的星座調(diào)制達到的相同速率，碼復用技術(shù)可以降低對Eb/N0的要求，從而提高整個系統(tǒng)的性能。

　　在關(guān)注HSDPA中使用的MIMO技術(shù)時，重點集中在具有代表性的開環(huán)方式MIMO。在常規(guī)單天線發(fā)送的HSDPA中，一組下行信道(N個)在多個用戶間共享。使用M個發(fā)射天信的開環(huán)MIMO，也使用同樣數(shù)量的下行信道碼，但是每個碼字被復用了M次，并且每個碼字用來調(diào)制不同的數(shù)據(jù)子串。特別的數(shù)據(jù)以更高的編碼速率進行編碼、速率匹配和交織。

　　對于UE的聯(lián)合檢測，在每個收發(fā)天線對之間都要進行復信道估計。在平坦衰落信道下，信道的特性可以由MP個復信道因子來確定。在頻率選擇性衰落信道下，信道特性可以由LPM個復信道因子刻畫，其中L是RAKE接收機的Finger數(shù)。信道估計可以通過接收信號和M個正交導頻序列相關(guān)運算獲得。對比常規(guī)的單天線接收機，信道估計復雜度提高了MP倍。對數(shù)據(jù)檢測，每個天線后面都要接針對N個擴頻碼的匹配濾波器。一般來說，每個天線需要LP個解擴器。對于MN個數(shù)據(jù)子流的每個子流，對應(yīng)LP個解擴器輸出，每個輸出用對應(yīng)信道估計的復共軛進行加權(quán)，然后加在一起構(gòu)成充分統(tǒng)計量。這個過程稱為空時RAKE接收，是單天線RAKE接收在多天線處理情況下的擴展。

　　共享同一個碼字的M個數(shù)據(jù)子串的充分統(tǒng)計量(向量)中的每個量(標量)包含了空間多址干擾，然而在平坦衰落信道下，因為在信道傳送過程中碼字的正交性得到了保持，作為一組(Group)的這些子串并不受到其它碼字所產(chǎn)生子串的干擾。對M個編碼子串中的每一組，采用多用戶檢測來消除MAI的影響�？刹捎玫亩嘤脩魴z測方法包括最大似然檢測和VerticalBLAST檢測。最大似然檢測方法可以通過充分統(tǒng)計向量的噪聲方差直接推導出來，但是最大似然檢測的復雜度是隨M呈指數(shù)增長的，因此，次最優(yōu)但復雜度較低的V-BLAST是較可行的方法。V-BLAST檢測器包括兩部分：一個線性變換和一個串行干擾抵消器，線性變換通過迫零算法或最小均方誤差準則消除MAI，經(jīng)過線性變換后，子流中的具有最高信噪比編碼符號被檢測出來，并抽取出充分統(tǒng)計量中的對應(yīng)信號。使用修正過的充分統(tǒng)計量，線性變換和干擾抵消重復進行，直到所有的子串都被檢測出來。經(jīng)過MIMO檢測器后，MN個子串恢復成高速數(shù)據(jù)流，解映射到比特，然后解交織、譯碼。