HSPA演进–提升移动宽带性能的利器.doc

HSPA 演进演进–提升移动宽带性能的利器提升移动宽带性能的利器 第三代合作伙伴计划（3GPP）正通过制订 WCDMA 规范版本 7 和 8 完成 HSPA 演进的标准化工作，本文阐述了 HSPA 演进（高速分组接入演进）的主要概念HSPA 演进的目的是通过提升峰值数据速率、降低时延、提高系统容量、延长电池寿命、更好地支持 IP语音通信（VoIP）以及提升系统的多播/广播能力，进一步提升 WCDMA 系统的性能当前引入的高速分组接入（HSPA，3GPP 版本 6）技术极大提升了爱立信产品的分组数据业务性能，可实现下行（HSDPA）14Mbps 的速率和上行（E-UL）1.4Mbps 的速率，为用户带去可移动的宽带体验；大幅增加了分组数据的业务量，分组数据目前已成为 3G网络中的主要业务类型全球目前共有 185 个 HSPA 网络，爱立信提供了其中的 90 个网络爱立信将再接再厉，继续帮助已经部署 WCDMA/HSPA 网络的运营商大幅提升系统性能HSPA 演进规范（3GPP 版本 7 和 8）引入了多项全新特性：更高的数据速率、更低的时延、更大的容量以及对 VoIP 和多播业务更好的支持。

3GPP 版本 7 引入了以下全新概念：高阶调制（HOM）；多输入多输出（MIMO）；连续性分组连接（CPC）；二层增强特性；增强型 CELL_FACH；多播/组播单频网络（MBSFN）；先进接收机此外，3GPP 正考虑将多载波运行、下行优化广播（DOB）和更先进的接收机写入今后的版本上述全新概念将大幅提升峰值数据速率、频谱效率和 VoIP 容量例如，在版本 8 中，下行峰值数据速率将达到 42Mbps，上行峰值数据速率将达到 11Mbps（每个 5MHz 载波）HSPA 的特性和性能高阶调制HSPA（3GPP 版本 6）在下行方向支持 QPSK 和 16QAM 调制方案，在上行方向支持BPSK 和 QPSK 调制方案版本 7 引入了可提升数据速率的高阶调制方案在下行方向，该版本引入了 64QAM 调制方案，将数据速率提升了 50%，从 14Mbps 提升至21Mbps；在上行方向，16QAM 调制方案将数据速率提升了一倍，从 5.7Mbps 提升至11Mbps不仅如此，该版本还修改了物理控制信道（HS-SCCH，HS-DPCCH，E-AGCH 和 E-DPCCH），让它们能够支持：新的调制方案；更大的传输块；范围更广的信道质量指示器（CQI）。

在良好的无线传播条件下，高阶调制方案可大幅提升数据速率，为用户带来卓越的通信体验满足上述条件的一个前提是对小区进行细心规划表 1 汇总了 HSPA 演进的一系列新特性表 1 HSPA 的特性多输入多输出（MIMO）我们可以通过使用多根天线向一个用户同时传送多个传输块来提升数据速率这一技术通常被称为空间复用 MIMO（以便区别于收发分集技术，该技术使用多根天线传送和接收一个传输块）接收机使用信道属性和编码方案分离不同的数据流请注意：采用MIMO 技术的一个前提是实现多层传输方案的标准化对于 HSDPA，3GPP 选择了基于预编码、秩自适应和多编码字传输的 MIMO 方案这意味着：不同的层（子数据流）承载不同的传输块；可以根据当前的信道条件更改并行数据流的数量（秩自适应）单独编码技术有助于抗干扰接收机的使用，而后者与线性接收机（如基于 MMSE 的接收机）相比，有望提升系统的性能在版本 7 中，MIMO 被定义为最多传送两个数据流这样，每个数据流可以使用QPSK 或 16QAM 调制方案,将 HSDPA 的峰值数据速率提升至 28Mbps 左右在版本 8中，每个数据流可以使用 64QAM 调制方案，将峰值数据速率提升至 42Mbps（请参阅图）。

图 用于高阶调制和多输入多输出（MIMO）的步行 A 信道的 90%吞吐量Throughput（Mbps）吞吐量（Mbps）多载波运行多载波运行是 WCDMA 规范的未来版本将采用的一项候选技术使用相邻成对频段的运营商将能以一种协调的方式在多个 5MHz 的相邻载波上运行 HSPA，从而提升频谱使用率例如，不需要在所有载波中全面复制控制信道再例如，运营商可以只使用一个主载波（anchor carrier），从而增强其它载波的 HSPA 处理能力因此，如果部署 2x2 MIMO 系统不太现实的话，运营商可以考虑双载波运行方案，作为将下行数据速率提升至42Mbps 的一种替代方案另外，结合使用双载波运行方案、2x2 MIMO 系统和 64QAM调制方案还可以将峰值数据速率提升至 84Mbps，同时也不需要部署 4x4 MIMO 系统不仅如此，使用 4 个载波还可以实现 4x42Mbps 的数据速率二层增强特性使用确认模式无线链路控制（RLC）协议实现的下行峰值数据速率受 RLC 协议数据单元（PDU）大小、RLC 往返时间（RTT）以及 RLC 窗口大小的限制需要很大的 RLC PDU 才能维持 MIMO 技术和 64QAM 调制方案所实现的峰值数据速率。

因此，为了高效利用 PDU 大小、增强二层协议的性能，版本 7 在下行传输方向上采用了灵活的 RLC PDU 大小、媒体接入控制（MAC）分割和增强型 MAC 复用能力，使发送器能够灵活选择 RLC PDU 的大小在版本 8 中，上述应用于下行协议的增强特性也将被用于上行协议支持灵活的 RLC PDU 大小有助于扩展上行覆盖范围，减少处理开销和二层协议开销连续性分组连接（CPC）分组数据业务用户的活跃程度随时间变化极大即使如此，从最终用户的角度而言，为避免状态转换引起的时延，即使用户暂时没有任何活动，通过一个专用连接（CELL_DCH）保持一种状态也许更为有利3GPP 在版本 7 中为分组数据业务用户提升了专用连接状态的效率，这些工作通常被称为连续性分组连接（CPC）CPC 包含两大主要特性：UE DTX/DRX 和无 HS-SCCH运行增强型 CELL_FACHHSPA 正替代 ADSL，作为将计算机连入互联网的主要技术这种行为变化将对网络流量和网络特性产生影响计算机通常要运行大量程序，这些程序在后台进行通信，无需最终用户干涉后台的通信信息种类繁多，如“keep-alive”消息、软件升级检查、状态检查等等。

为了高效地支持后台通信，3GPP 在版本 7 和 8 中增强了 CELL_FACH 状态增强型 CELL_FACH 试图采用与上述 CELL_DCH 相同的二层协议头格式这样一来，即使在 CELL_FACH 和 CELL_DCH 信道之间进行切换时，数据传输仍能继续而不会中断与切换信道时必须暂停数据传输的版本 6 相比，这一增强特性大幅提升了用户的性能感受MBSFN，下行优化广播（DOB）版本 7 进一步优化了 MBMS，将传输效率提升至版本 6 中多小区 MBMS 传输无法实现的高度这种方法被称为多播/组播单频网络（MBSFN），它要求同时传输来自多个小区的完全相同的波形这样一来，UE 接收机就能将多个 MBSFN 小区视为一个大的小区（请参阅图）此外，UE 不仅不会受到相邻小区传输的小区间干扰，而且将受益于来自多个 MBSFN 小区的信号的叠加不仅如此，诸如 G-RAKE 等先进的 UE 接收机技术还能解决多径传播的时间差问题，从而消除小区内干扰结果就是：通过 WCDMA 技术实现效率极高的无线广播传输图 通过 MBSFN 实现电视广播消除小区间干扰的一个关键的增强型技术是在为 MBSFN 传输预留的下行载波中使用一个通用扰码。

这样一来，3GPP 就不必修改标准，因为 99 版本已经为 FDD 定义了同步网络运行广播数据使用与 MBMS 相同的物理和逻辑信道结构传输，即 MTCH、FACH、S-CCPCH 以及 MICH 和 MSCH 等控制信道MBSFN 大幅提升了功率效率，以至于无线链路的限制因素已不再是功率，而是编码因此，为充分利用所有可用的无线资源，版本 7为 MBSFN FACH 引入了 16QAM 调制方案为进一步增强 UE 接收机的信道估计能力，版本 7 还引入了一个使用同步信道（SCH）的时分导频信道为大幅降低 UE 的电池耗电量，我们甚至可以在每一个发送时间间隔（TTI）中复用多种业务3GPP 建议进一步演进 MBSFN 运行方式，方法是引入下行优化广播（DOB）概念，作为不成对频段中 3.84Mbps 时分双工运行的一种特殊模式DOB 的工作原理和无线解决方案与 MBSFN FDD 的相同，这意味着它们的无线性能也相同不仅如此，这还意味着使用不成对频段的运营商有多种很好的网络迁移方式可供选择由于 WCDMA MBMS 和 MBSFN 有很多相同之处，DOB 不会对 UE 和 Node-B 产生很大影响。

因此，DOB 是在不成对频段中部署 MBSFN 的理想选择先进接收机随着产品不断进步以及复杂的 HSPA 功能不断增多，UE 和 Node-B 中的接收机结构也在不断改进，从而提升了系统性能和数据速率3GPP 对 UE 接收机提出的不断变化的要求也反映了这一发展趋势：版本 6 和 7 要求先进 UE 接收机使用：UE 接收天线分集（UE 接收机类型 1）；线性均衡器，如 G-RAKE（UE 接收机类型 2）；线性均衡器和 UE 接收天线分集，如 G-RAKE2（UE 接收机类型 3，适合 MIMO 等技术）版本 8 将要求更先进的接收机（类型 3，G-RAKE2）能够消除干扰（UE 接收机类型3i）总结HSPA 演进（3GPP 版本 7 和 8）可让运营商进一步提升 WCDMA 系统的性能，从而延长他们所投资设备的服务寿命尤其是，HSPA 演进规范引入了几个全新特性，从而提供更高的数据速率、更低的时延、更大的容量以及对 VoIP 和多播业务更好的支持。