HSPA+終端標準現狀及分析

　　HSPA+終端分類情況

　　HSPA+是HSPA(3GPPR6)的向下演進版本，是上下行能力增強的一項技術，在FDD系統(tǒng)中，上下行資源是分開處理的，因此這里討論的HSPA+的終端類別要分別從上下兩個角度進行。

　　從標準定義的角度，HSPA+的下行業(yè)務信道是HS-DSCH，因此下行的終端類別也稱為“HSDPA終端類別”，當然這里的“HSDPA終端類別”不同于3GPPR5中的HSDPA。同樣，HSPA+的上行業(yè)務信道是E-DCH，因此上行的終端類別可稱為“HSUPA終端類別”，也不同于3GPPR6中的“HSUPA終端類別”。

　　按照3GPP25.306V730的定義，HSDPA(FDD)的終端共分為16類,如表1所示。

表1 HSDPA終端類別及參數一覽表

　　由表1可見，HSPA+終端完全后向兼容HSDPA的終端，Category1～12即為HSDPA的終端定義。HSPA+終端的標準仍在進一步修訂中，有可能還存在其他類別的終端。

　　按照3GPP25.306V730的定義，HSUPA(FDD)的終端共分為7類，如表2所示。

表2 HSDPA終端類別及參數一覽表

　　由表2可見，HSPA+終端完全后向兼容HSUPA的終端，Category1～6即為HSUPA的終端定義。同樣地，HSPA+終端的標準仍在進一步修訂中，也有可能還存在其他類別的終端。

　　影響HSPA+終端性能的關鍵要素

　　表1及表2詳細地列出了不同類別的終端所對應的峰值速率以及影響峰值速率的主要因素，影響HSPA+終端性能的關鍵因素主要有以下幾方面。

　　1.調制方式

　　HSPA+可采用QPSK，16QAM，64QAM三種調制方式。QPSK每一符號代表2bit，16QAM每符號代表4bit，而64QAM每符號代表6bit。因此由于調制方式的不同，每符號代表的信息量也有區(qū)別。

　　由表1可見，Category1～10的峰值速率是在16QAM調制方式下計算出的，高于只支持QPSK調試方式的Category11～12的峰值速率，而Category13～14采用64QAM調制后較前面的12類都要更高。

　　由表2可見，速率更高的Category7采用16QAM調制，而其他6類只支持QPSK調制方式。

　　2.天線方式

　　3GPPR6規(guī)范及以前的版本均采用傳統(tǒng)的收發(fā)天線，而HSPA+采用全新的MIMO(2X2)配置，利用天線間的不相關性極大地提高系統(tǒng)效率，特別是在信號環(huán)境好的情況下，每根天線可傳輸不同的信息，實現峰值速率的加倍。

　　由表1可見，配置了MIMO的終端Category15～16峰值速率最大，其計算過程如下。

　　Category15在單TTI(2ms)內的可傳輸的最大傳輸塊為23370bit，因此它的峰值速率為：23370bit/2ms2=23.4Mbit/s。

　　Category16在單TTI(2ms)內的可傳輸的最大傳輸塊為27952bit，因此它的峰值速率為：27952bit/2ms2=28Mbit/s。

　　這里要說明一點：上面兩個計算公式中后面乘上的2，是代表2根發(fā)MIMO天線承載不同的信息，因此峰值速率翻倍。

　　3.支持的最大碼字數

　　(1)HSDPA

　　HSDPA采用固定SF=16的碼道，單小區(qū)除公共信道占用一個SF=16的碼字外，HSDPA最大可用的碼字數為15個，由表1可知，16類終端支持的最大碼字數分別為5、10、15。依據WCDMA的通信原理，信號從信源編碼到信道編碼，再進行擴頻調制到3.84Mchips/s的帶寬上。

　　采用QPSK調制，HSDPA單碼道極限傳輸能力是：3840/162=480kbit/s。

　　采用16QAM調制，HSDPA單碼道極限傳輸能力是：3840/164=960kbit/s。

　　采用64QAM調制，HSDPA單碼道極限傳輸能力是：3840/166=1440kbit/s。

　　可見HSDPA的速率與可使用的碼道數緊密相關，在其他條件一致的情況下，使用的碼道數越多，能夠達到的峰值速率越大。

　　(2)HSUPA

　　上行UE可采用的碼道數跟自身信道環(huán)境和需要傳輸的速率相關，它采用的可變因子SF分別為64、32、16、8、4、2，同時采用多碼道傳輸。由表2可知，在其他條件(SF、TTI、調制方式)相同的情況下，4碼道傳輸的速率明顯高于2碼道傳輸的速率。

　　4.軟信道容量

　　針對HSDPA的16類終端，規(guī)范分別定義了相應的軟信道容量：HARQ的虛擬IR緩存，即HS-DSCH所能傳輸的總信息量。

　　混合ARQ是HSDPA的關鍵技術之一，它完成信道編碼后的輸出比特數與映射進HS-PDSCH物理信道集合的總比特數相匹配，HARQ功能由冗余版本(RV)參數控制，混合ARQ輸出比特的精確設置依賴于輸入比特數、輸出比特數和RV參數。

　　HARQ功能包括2次速率匹配和一個虛擬IR緩存，也稱為軟信道容量，決定了混合ARQ的第一次速率匹配。軟信道容量會影響網絡側使用的傳輸格式(RV)，并在一定程度上影響UE的傳輸能力，該容量越大所對應有效的傳輸信息量越大，UE的速率會越高，這從表1可以得到驗證。

　　5.最小TTI的間隔

　　HSDPA采用資源共享的方式，幀長TTI為2ms，在碼分方式下，每個TTI可同時容納4個用戶。在資源分配條件允許的情況下，UE可以一直占用資源，同時每個TTI都有信息發(fā)送，可實現資源利用率的最大化，但是UE在占用TTI的情況下不能發(fā)送數據，這將會浪費系統(tǒng)資源。例如，最小TTI間隔為2或3的UE與TTI間隔為1的UE相比，在傳輸相同信息量時，由于前者占用時間是后者的2或3倍，所以前者的速率是后者的1/2或1/3。因此，最小TTI間隔也對終端性能有很大影響。

　　最小TTI的間隔越小，代表可發(fā)送信息的機會越多，可實現的速率越大。性能低的手機在網時，較高的Inter-TTI會造成網絡側基站頻譜利用效率降低。

　　影響HSPA+發(fā)展的關鍵技術

　　上面列出了影響HSPA+終端的關鍵要素，但實際上如何處理這些要素、怎樣區(qū)分各類別終端間的差異，關鍵還是由一系列的新技術決定。

　　體積、耗電等問題是一直以來困擾終端發(fā)展的重要問題之一。眾所周知，3G終端耗電量略高于2G終端，這和3G技術的復雜性有關。3G的CDMA技術復雜、基帶數據處理量大、射頻功率放大器的線性度要求很高，導致3G終端基帶處理芯片和射頻芯片組的耗電量相對增加；HSPA+需要比HSPA更加復雜的基帶及射頻技術，并且，動態(tài)的功率及碼資源調整、16QAM/64QAM/MIMO等技術的引入導致HSPA+具有較HSPA更高的功耗；傳輸速率越快，對手機天線的性能要求越高，所消耗的電量也越大。因此，從信令處理的角度來看，HSPA+終端需要充分考慮節(jié)能省電的相關技術。

　　隨著All-IP理念的強化，HSPA+將成為全IP、全業(yè)務運營網絡的關鍵技術，因此它需要突破原有HSPA的純粹支持BE業(yè)務的局限，實現語音(VoIP)、視頻(VT)、高速下載等多媒體業(yè)務的融合。

　　綜合上述兩個要點，HSPA+終端采用的新技術主要有以下幾種。

　　1.DPCCH時隙的更改

　　按照3GPP25.211規(guī)范的定義，原有的上行DPCCH共有6種時隙結構，每個時隙有導頻比特、TFCI、TPC以及FBI四個比特域：導頻比特用來在接收端進行信道估計；TFCI指示當前幀的傳輸速率；TPC傳送進行下行鏈路功率控制需要的功率控制命令；下行鏈路使用閉環(huán)發(fā)射分集時需要FBI比特。

　　而采用HS-DSCH后，可實現盲解碼，不需要TFCI的速率指示。此外，非閉環(huán)時不需要使用FBI，所以此時有效的比特是TPC，Pilot。新增的時隙格式將DPCCH的10bit分為6bit的Pilot，4bit的TPC，保證有效比特單元，減少不必要的比特發(fā)送，實現資源的有效利用。

　　2.UL-DTX

　　與WCDMA以前的版本―DPCH傳輸相比，UL_DTX(UplinkDiscontinuousTransmission)只存在于DPDCH數據信道，但是在R7中，引入了上行控制信道DPCCH下的UL_DTX功能，UL-DTX的應用一方面可減少終端的耗電量，另一方面還可以減少對上行的干擾。

　　3.HS-SCCHless Transmissions

　　在3GPPR5/R6版本中，HS-SCCH信道是下行物理共享信道，它的引入是為了承載HS-PDSCH信道所需的物理層信令。其擴頻因子為128，每2ms對相應的終端下發(fā)相應的調度指令，但調度的情況要參考HS-SCCH的配置數目：當只配一條時，多用戶只能通過時分復用的形式共享HS-PDSCH信道，在一個TTI內只能為一個用戶服務。它最多可配置4條，即在單TTI內可調度4個用戶。因此，HS-SCCH的使用會耗費很大的碼字及功率資源，降低系統(tǒng)的使用效率。

　　在3GPPR7版本中引入了HS-SCCHlessTransmissions模式，一方面將部分信令打包承載在HS-PDSCH高速信道上，另一方面在UE端采用盲解調的方式，極大節(jié)省了HS-SCCH的碼字及功率資源，提高了系統(tǒng)效率。

　　4.增強的F-DPCH

　　為了優(yōu)化系統(tǒng)使用的效率，3GPPR6規(guī)范引入了F-DPCH(Fractional Dedicated Physical Channel)，主要用來傳輸下行的功控指令TPC，其最大好處是多用戶(最多10個用戶)可時分共享一條SF=256的碼道，但它并不是替代A-DPCH(A-DPCH配置給每個使用HSDPA業(yè)務的用戶)，網絡側根據終端的支持情況，既可以選擇F-DPCH，也可以選擇A-DPCH。

　　在3GPPR7中，任何一條RL都對應相應的F-DPCH，同時原A-DPCH承載的信令轉移到HS-DSCH上承載，由于HSDPA較R99速率更高，因此SRB承載在HS-DSCH上能夠降低業(yè)務建立的時延。

　　5.增強的Cell_FACH

　　考慮到數據承載的效率，3GPPR7引入了增強的Cell_FACH。其傳輸信道不再是原有DCH，而是高速的HS-DSCH，容量增加，時延降低。

　　6.其他技術

　　在其他版本中，考慮到終端的耗電量、處理復雜性、體積等問題，MIMO、64QAM等技術只是在網絡側考慮，但是從提升終端性能、提高峰值速率的角度，這些網絡側的新技術也會在終端側考慮。

　　在配合應用這些層一技術的同時，如RLCPDU的大小等層二的功能，也需要相應的進行調整。

　　總結

　　本文介紹了HSPA+終端的類別以及影響終端性能的關鍵要素，同時結合終端性能的提升以及HSPA+的業(yè)務目標給出了影響HSPA+終端的關鍵技術。HSPA+終端仍在進一步發(fā)展中，還存在新終端類別出現的可能，相關技術也需要進一步的完善。