HSPA:電子通信技術-中文百科頻道

HSPA

WCDMA的R99和R4系統能夠提供的最高上下行速率分别為64kbps和384kbps，為了能夠與CDMA1XEV-DO抗衡，WCDMA在R5規範中引入了HSDPA，在R6規範中引入了HSUPA，HS-DPA和HSUPA合稱為HSPA。

HSDPA（高速下行分組接入）在下行鍊路上能夠實現高達14.4Mbit/s的速率。通過新的自适應調制與編碼以及将部分無線接口控制功能從無線網絡控制器轉移到基站中，實現了更高效的調度以及更快捷的重傳，HSDPA的性能得到了優化和提升。

HSUPA（高速上行分組接入）在上行鍊路中能夠實現高達5.76Mbit/s的速度。基站中更高效的上行鍊路調度以及更快捷的重傳控制成就了HSUPA的優越性能。

HSPA+（增強型高速分組接入）是HSPA的強化版本。HSPA+比HSPA的速度更快，性能更好，技術更先進，同時網絡也更穩定，是LTE技術運用之前的最快的網絡。

HSDPA

WCDMAR5版本高速數據業務增強方案充分參考了cdma20001XEV-DO的設計思想與經驗，新增加一條高速共享信道（HS-DSCH），同時采用了一些更高效的自适應鍊路層技術。共享信道使得傳輸功率、PN碼等資源可以統一利用，根據用戶實際情況動态分配，從而提高了資源的利用率。自适應鍊路層技術根據當前信道的狀況對傳輸參數進行調整，如快速鍊路調整技術、結合軟合并的快速混合重傳技術、集中調度技術等，從而盡可能地提高系統的吞吐率，并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絡運營成本和資本折舊的總和。網絡開銷在很大程度上決定于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，傳送每兆字節數據的成本就越低。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。

運營商采用HSDPA搭建無線網絡，可以在網絡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、内容更豐富的新服務和新應用，并滿足消費者對視頻點播、音頻點播、圖像短信和基于位置的服務等内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，給用戶帶來優于傳統技術的體驗。

基于演進考慮，HSDPA設計遵循的準則之一是盡可能地兼容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、鍊路調整以及混合ARQ控制等功能。這樣使得系統可以在RNC統一對用戶在HS-DSCH信道與專用數據信道DCH之間切換進行管理。HSDPA引入的信道使用與其它信道相同的頻點，從而使得運營商可以靈活地根據實際業務情況對信道資源進行靈活配置。HSDPA信道包括高速共享數據信道（HS-DSCH）以及相應的下行共享控制信道（HS-SCCH）和上行專用物理控制信道（HS-DPCCH）。下行共享控制信道(HS-SCCH）承載從MAC-hs到終端的控制信息，包括移動台身份标記、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。上行專用物理控制信道（HS-DPCCH）則由移動台用來向基站報告下行信道質量狀況并請求基站重傳有錯誤的數據塊。

共享高速數據信道（HS-DSCH）映射的信道碼資源由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信道資源外，還分享信道碼資源。信道碼資源共享使系統可以在較小數據包傳輸時僅使用信道碼集的一個子集，從而更有效地使用信道資源。此外，信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，有利于終端的開發。從共用信道池分配的信道碼由RBS根據HS-DSCH信道業務情況每隔2ms分配一次。與專用數據信道使用軟切換不同，高速共享數據信道（HS-DSCH）間使用硬切換方式。

什麼是HSDPA？

HSDPA:高速下行鍊路分組接入技術（HighSpeedDownlinkPacketAccess）

3GPPRelease5及後續規範版本中定義的關鍵新特性

目标：通過在下行鍊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

可基于3GPPR’99網絡直接演進

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采用高階調制（16QAM）、固定擴頻碼、自适應編碼與調制、基于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、基于RNC的重傳等等。

信道結構

HSDPA新的信道

新的傳輸信道：

HS-DSCH(Downlink,sharedtraffic)

新的物理信道：

HS-PDSCH(Downlink，sharedtraffic)

HS-SCCH(downlink，sharedcontrolmassage)

HS-DPCCH(Uplink，HS-DedicatedPhysicalControl)

HSDPA新的傳輸信道－－HS-DSCH

⑴僅在下行鍊路存在；

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信道；

⑶TTI為2ms，隻支持Turbo編碼，支持更高階的調制

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-PhysicalDownlinkSharedChannel

⑴SF=16

⑵最高可支持15個HS-PDSCH

⑶高速數據信道（比特速率>10Mbps)

⑷DCH總是伴随出現(DPCH，SF4..512）

HS-SCCH——HS-SharedControlCHannel

⑴SF=128

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

⑶混合自動重傳請求信息(process，newdata，redundancyversion)

⑷每個終端最多支持4個HS-SCCH

⑸UEID信息

HS-DPCCH——HS-DedicatedPhysicalControl

⑴混合自動重傳請求響應（ack/nack)

⑵信道質量指示(CQI)

⑶SF=256

關鍵技術

⑴自适應調制編碼（AMC）

HSDPA引入高階調制：16QAM

用戶可複用多個碼道，最多可并行15個碼道

16QAMModulation

Peakrate:（3.84/16）*15*4Mbps=14.4Mbps

⒊84Mbps:chiprate

16:spreadingfactor

15:maximumavailableHS-DSCH

4:4bitsmodulatedin16QAM

QPSKModulation

Peakrate:（3.84/16）*15*2Mbps=7.2Mbps

⒊84Mbps:chiprate

16:spreadingfactor

15:maximumavailableHS-DSCH

2:2bitsmodulatedinQPSK

⑵快速調度FastScheduling

⒈HS-PDSCH是共享信道

⒉MAC-hsScheduler決定HS-PDSCH信道的接入

⒊每2ms(TTI)進行一次時域和碼域的調度

⒋調度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傳輸基于以下内容的考慮：

⑵信道質量

⑶終端類型

⑷當前小區負荷（可用的資源/存儲器的狀态）

⑸話務優先級/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

常見的調度算法：

RoundRobin

MaxC/I

Proportionalfair

Prioritybased

⑶混合自動重傳請求（HARQ）

⒈由Node-B完成

⒉在NodeB新增一個MAC-hs媒體接入控制協議層

HARQ分類

TypeI

用FEC處理，放棄觸發ARQ以前的數據包

改進的TypeI不丢棄以前的數據包，而是存儲并和重傳的數據合并，但重傳的FEC不變，這種

方法也稱為軟合并(ChaseCombining)

TypeⅡ

錯誤分組不被丢棄，而是和發送端重發的增量冗餘信息合并後進行譯碼

每次重傳包含不同的冗餘信息

重傳分組無法自解碼

TypeⅢ

錯誤分組不被丢棄，而是和發送端重發的增量冗餘信息合并後進行譯碼

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主要功能是産生冗餘版本（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

終端

HSDPA需要新的終端支持：

一個新的協議棧、新的調制編碼

3GPPW-CDMA/FDD規範中定義了12種終端

CQI

信道質量指示符ChannelQualityIndicator(CQI)由手機傳給系統，标識給定瞬時條件下可支持的傳輸格式

CQI基于導頻信道測量和換算

該表對應于11&12終端類型的手機

HSUPA

⒉1HSUPA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沒有采用高階調制就獲得了高速率

L1的HARQ和NodeB快速調度

信道結構

HSUPA新的傳輸信道

Uplink:E-DCH

HSUPA新的物理信道

Uplink:

E-DPDCH:E-DCHDedicatedPhysicalDataChannel（E-DCH專用物理數據信道）

E-DPCCH:E-DCHDedicatedPhysicalControlChannel（E-DCH專用物理控制信道）

Downlink

E-AGCH:E-DCHAbsoluteGrantChannel（E-DCH絕對準入信道）

E-RGCH:E-DCHRelativeGrantChannel（E-DCH相對準入信道）

E-HICH:E-DCHHARQAcknowledgementIndicatorChannel（E-DCH指示符信道）

HSUPA新的傳輸信道——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可将多個業務複用到一個E-DCH，支持HARQ

E-DCH和DCH可以并存同一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

信道編碼：1/3Turbo，DCH為1/2、1/3卷積，1/3Turbo

HARQ：速率匹配并産生RV

物理信道分段：與DCH相同

交織：隻有一次，DCH為兩次

R99、HSDPA、HSUPA物理信道比較

HSUPA新的物理信道

上行E-DPDCH（E-DCHDedicatedPhysicalDataCHannel）

傳輸上行數據，擴頻因子256～2，BPSK調制

上行E-DPCCH（E-DCHDedicatedPhysicalControlCHannel）

傳輸上行控制信息E-TFCI，RSN，等，擴頻因子256

下行E-AGCH（E-DCHAbsoluteGrantCHannel）

傳輸NodeB調度程序判決絕對值，SF=256

下行E-RGCH（E-DCHAbsoluteGrantCHannel）

傳輸增/減調度指令，SF=128

下行E-HICH（E-DCHHARQAcknowledgementIndicatorCHannel）

傳輸上行數據接受确認指示，SF=128

上下行AssociatedPDCH

傳輸高層信令，提供功控、同步參考

下行數據

HSUPA新的物理信道－－E-DPDCH

⑴用于上行傳輸數據，OVSF，擴頻因子256～2，調制方式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，依據其導頻進行信道估計和功控

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=2E-DPDCH支持NodeB調度

E-DPDCH支持HARQE-DPDCH支持2msTTI

HSUPA新的物理信道－－E-DPCCH

⑴用于上行傳輸和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，Happybit

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-TFCItable

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

⑷首傳RSN=0，第一次重傳RSN=1，………，第三次重傳RSN=3

⑸Happybit：1bit，指示UE是否滿足當前的數據速率（相對功率）

UE選擇E-TFCI是基于

⑴允許的E-TFCS（由RNC通過RRC信令指示）

⑵準入功率（AGCH/RGCH通過NodeB調度）

⑶UEbuffer(RemainingPDUstotransmit)

⑷UEcapability（如MaxTxpower)

HSUPA新的物理信道－－E-AGCH

⑴下行公共信道，用于通知E-DPDCH相對于DPCCH可使用的準确功率水平

⑵共6bit信息，包含三部分内容

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）：僅用于2msTTI，用以激活/去激活某一特定的HARQ進程（由E-AGCH時序來識别）或全部HARQ進程

⑸主/輔UE-id：用于掩碼E-AGCH，表征E-AGCH屬于哪個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，并使用主/輔UE-id進行掩碼

⑶通過UE-id，UE可以知道E-AGCH是否屬于自己

HSUPA新的物理信道－－E-RGCH

⑴下行信道，用于傳遞↑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采用開/關鍵控的BPSK調制

⑶2msTTI，RG信息在3個slot傳送，10msTTI時：

⑷40個E-RGCH和E-HICH複用到一個SF=128的下行碼道

HSUPA新的物理信道－－E-HICH

⑴下行信道，用于傳遞上行數據接受确認/非确認消息

⑵E-HICH采用開/關鍵控的BPSK調制

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複用到一個SF=128的下行碼道

E-HICH/E-RGCH複用過程

⑴E-HICH/E-RGCH基本組成單元是40bit長的正交序列

⑵40個正交序列複用到一個SF=128的碼道。

⑶相同的E-HICH/E-RGCHbit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個特征碼（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

移動性

HSUPA的軟切換

⑴HSUPA支持軟切換

⑵HSUPA可以和R99有不同的激活集

R99DCHactiveset最大為6

HSUPAE-DCHactiveset最大為4

⑶E-DCH服務小區更新和HSDPA小區更新的準則相同

⑷1D事件用于最佳服務小區變更時發送測量報告

⑸在HSUPA系統中，對于來講UE有三種小區

ServingDCHcell

ServingE-DCHRadioLinkCell

NonservingE-DCHRadioLinkCell

⑹E-DCH的服務小區可以和HSDPA服務小區不同，也可相同

小區類型

⑴ServingE-DCHRadioLinksetCell

一個UE隻能有1個ServingE-DCHRLS

⑵NonservingE-DCHRadioLinkCell

⑶ServingDCHcell

關鍵技術

3GPPWCDMA系統中HSUPA最顯著的特征是在上行增加了新的傳輸信道E-DCH，E-DCH借鑒了HSDPA中HS-DSCH信道的些特征。E-DCH傳輸信道支持基于NodeB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，TransmissionTimeInterval）。與HSDPA不同的是HSUPA不是共享信道，而是專用信道，因此與其說HSUPA是上行的HSDPA，不如說HSUPA是具有快速調度和HARQ機制的基于R99的DCH信道：即每個UE都具有它自己與NodeB相連的專用E-DCH傳輸信道，該通路與其他用産的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信道（如圖7.3所示）。圖中所有的信道（除廣播信道外）都是HSUPA操作所不可缺少的信道。在圖7.3中假設下行鍊路是DCH，然而在多數情況下可能是HSDPA的信道，但是為了清楚起見，在圖中除了HSUPA的相關信道外，隻給出了下行DCH。

⑴E-DCH：增強型的上行專用傳輸信道，支持2msTTI，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：用于承載和E-DCH相關控制信息的上行專用物理信道。一條無線鍊路隻有—個EDPCCH；

⑶E-DPDCH：用于承載E-DCH數據的上行專用物理信道。一條無線鍊路可能有0個、1個或多個E-DPDCH；

⑷E-H1CH；用于承載E-DCHHARQ确認指示的下行專用物理信道；

⑸E-AGCH：用于承載E-DCH絕對調度授予的下行公共物理信道；

⑹E-RGCH：用于承載E-DCH相對調度授予的廠行專用物理信道。

在随後部分将對用于支持重傳的E-DCHHARQ指示信道（E-HICH，E-DCHHARQIndicatorCHannel），用于調度控制的E-DCH絕對授予信道（E-AGCH，E-DCHAbsoluteGrantCHannel）以及E-DCH相對授予信道（E-RGCH，E-DCHRelativeGrantCHannel）進行詳細介紹。在HSUPA中，用戶數據在增強專用物理數據信道（E-DPDCH，Enhanced-DedicatedPhysicalDataCHannel）上承載，而新的控制信令在E-DPCCH上承載。自R99以來，專用物理控制信道（DPCCH，DedicatedPhysicalControlCHannel）始終沒有改變，而對DPDCH信道的需求取決于上行業務映射到DCH的可能性。

與HSDPA相比，HSUPA不支持自适應調制，因為它并不支持任何高階調制。與使用簡單BPSK調制的多個并行碼信道傳輸相比，更加複雜的調制方式會使所發送的每個比特消耗更多的能量。在下行，由于發射信道功串具有較小的動态範圍，因而存在下行信号的發射功率高于正常信号接收所需功率的情況。這樣對HSDPA來說通過使用高階調制就可以提供更高的數據速率而無需增加額外的發射功率。然而上行鍊路并非如此，較高的數據速率要求所有UE，包括離NodeB非常近的UE都要具有足夠的可用發射功率用于BPSK和多碼傳輸。

HSUPA主要采用了三種技術：物理層馄合重傳（HARQ），基于NodeB的快速調度以及2msTrl短幀傳輸。

對運營商來說，引進HSUPA将帶來如下好處：

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網絡承載數據服務的容量

對普通用戶來說，HSUPA意味着：

用戶能感到更好的網絡質量，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+

HSPA+的全稱為High-SpeedPacketAccess+，增強型高速分組接入技術，是HSPA的強化版本。HSPA+比HSPA的速度更快，性能更好，技術更先進，同時網絡也更穩定，是LTE技術運用之前的最快的網絡。ITU已經把HSPA+列為4G網絡的一個标準，4G标準有LTE-Advanced、WirelessMAN-Advanced、WIMAX、HSPA+、LTE（FDD-LTE和TDD-LTE）五個标準。

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+所采用的高階調制技術提高了用戶的數據傳輸速率。

HSPA+是一個全IP、全業務網絡，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網絡，較好地保護了用戶的原有投資。