HSDPA是3GPP在R5协议中引进的一种能够进步下行容量和数据事务速率的增强技能。本文介绍了HSDPA技能的根本原理、功用和运用情况，对HSDPA所选用的要害技能进行了详细剖析。最终，对HSDPA的引进战略提出了一些主张。
HSDPA(高速下行分组接入，HighSpeedDownlinkPackages Access)技能，是3GPP在R5协议中引进的，它能够在不改动WCDMA体系网络结构的根底上，大大进步用户下行数据事务速率(理论峰值可达14.4Mbit/s)，极大地改善了WCDMA不支撑数据密布型运用的缺陷，是WCDMA网络建造中进步下行容量和数据事务速率的一种重要技能。
1、WCDMA规范演进
WCDMA规范在开展过程中形成了R99、R4、R5、R6、R7等版别，其间R99、R4、R5版别别离于2000年3月、2001年3月和2002年6月推出，R6版别估计2006年内推出，R7版别仍在评论中。R99版别比较老练，核心网依然沿用了GSMMAP规范，充沛考虑了对现有GSM网络的向下兼容和出资维护，现在的商业布置简直悉数选用了R99版别。比较R99版别，R4版别的无线接入部分只改动了一些接口协议的特征，相应功用得到增强，网络结构没有改变。R4版别核心网部分改动比较大：由TDM的中心节点交换型结构演进为典型的ATM分组语音分布式体系结构;网络选用开放式结构，事务逻辑和底层承载相别离;UTRAN与核心网语音承载方法均由分组方法完结;语音选用计算复用方法传递，完结网络带宽动态分配，防止TDM扩容时需重复分配2Mbit/s电路的繁琐程序。R5版别是全IP的榜首个版别，引进IP传输作为ATM外的第二种可选传输机制;并在无线部分引进了HSDPA的概念，使下行链路能够支撑高达10Mbit/s(理论峰值14.4Mbit/s)的传输速率;别的，其核心网添加了IMS(IP多媒体子体系)。R6版别正在评论中，无线接入部分首要引进了HSUPA。R7版别将首要引进正交频分复用(OFDM)和多入多出(MIMO)技能。
对高速移动分组数据事务的支撑才干是3G体系最重要的特色之一。WCDMAR99版别能够供给384kbit/s的数据速率，这个速率关于大部分现有的分组事务而言根本够用。可是，关于许多对流量和时延要求较高的数据事务如视频、流媒体和下载等，需求体系供给更高的传输速率和更短的时延。一起，cdma20001xEV-DO、WLAN和WiMAX等技能的快速开展，也对WCDMA R99构成威胁，使得WCDMA R99/R4版别面对着一旦商用，就会在技能上掉队的为难地步。为了更好地开展数据事务，3GPP从进步传输速率和缩短传输时延这两方面对空中接口作了改善，引进了HSDPA技能。HSDPA不光支撑高速不对称数据服务，而且在大大添加网络容量的一起还能使运营商投入本钱最小化。它为UMTS更高数据传输速率和更高容量供给了一条平稳的演进途径，类似于在GSM网络中引进EDGE。
2、HSDPA的根本原理
在R99的空中接口体系中，数据重传方法是由RNC来担任完结的，数据重传需求绕经Iub接口，数据重传的周期较长;NodeB只是起到一个依据RNC的指令完结物理层编码、传输的功用，NodeB自身根本不具有对物理资源的操控和调度才干。而在HSDPA中，为了在空中接口上完结更大的吞吐才干，对NodeB的功用进行了增强，在Node B的层面引进了物理层重传和快速资源调度的概念。经过在更接近空中接口的Node B上引进这些本来只要RNC才具有的功用，加快了重传以及对空中资源调度的功率。一起，结合AMC(Adaptive Modulation and Coding，自适应调制编码)、HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)等新技能，选用了更短的TTI(Transmit Time Interval)长度(2ms)、固定扩频因子的多码道传输，然后在下行方向上完结了远高于R99的高速的分组数据传输才干。
为了完结HSDPA的功用特性，在物理层规范中引进了三种新的物理信道。
(1)高速下行链路同享信道(HS-DSCH)：在下行链路上，传输用户的事务数据。选用固定的扩频因子SF=16，因为需求给公共信道、HS-SCCH及相关的DCH预留可用的信道码，所以最大可用信道数为15。传输时刻间隔界说为2ms(3个时隙)，远小于R99中规则的10ms、20ms等长度，然后大大缩短了数据重传时终端和NodeB之间的往复时延。
(2)高速下行同享操控信道(HS-SCCH)：在下行链路上，传送HSDPA的专用信令，如传输格局和体系资源指示等;选用固定的扩频因子SF=128，每个终端最多能够一起监测4个HS-SCCH。
(3)高速专用物理操控信道(HS-DPCCH)：在上行链路上，发送反应信道信息(如信道质量指示CQI)和传输块发送承认信息(承载HARQ进程需求的ACK/NACK信息)。用户终端经过丈量CPICH得到CQI信息，CQI的上报周期和映射可由网络界说。
NodeB经过用户从上行专用操控信道HS-DPCCH中反应的信息得到用户的下行信道情况，然后NodeB依据所搜集的一切用户的信道情况，经过必定的调度战略，为当时用户分配HSDPA的下行数据传输的物理资源(HS-DSCH、HS-SCCH)，一起挑选相应的最适宜的AMC方案，以此来完结体系吞吐量最大化、用户吞吐量最大化、用户QoS确保等资源调度方针。
3、HSDPA的要害技能
HSDPA技能的思路和方针是进步网络的传输功率和频谱功率，以满意3G中对高速数据传输的事务需求。现在，常用的进步频谱功率的手法首要是依据信道条件的改变对网络参数和调制算法进行自适应的调整。
HSDPA的要害技能首要包含以下方面。
3.1自适应调制编码(AMC)
AMC技能的根本原理是依据信道的情况来承认适宜的调制编码方法，以最大极限的发送数据信息，完结高的传输速率。一起，依据用户信道质量的反应，动态地调整调制编码方案，然后取得较高的传输速率和频谱运用率。除了WCDMAR99中的QPSK调制以外，HSDPA还引进了16QAM调制。与QPSK比较，16QAM的峰值速率是QPSK的两倍。
依据AMC技能，当用户处于有利的通讯环境时(如终端接近基站或许终端和基站之间存在杰出的视距链路时)，能够选用高阶调制和高速率的信道编码方法，如：选用16QAM和3/4编码速率，然后得到较高的数据速率;当用户处于晦气的信道环境时(如终端坐落小区边际或许无线信道式微较深时)，能够挑选低阶调制方法和低速率的信道编码方案，如：选用QPSK和1/4编码速率，下降数据速率，以确保通讯质量。
3.2快速混合主动重传(FastHARQ)
重传技能是为了在复杂多变的无线环境中进步数据的正确接纳率而提出的。HARQ是指接纳方先对接纳到的数据包进行自我检错纠错，假如过错能够进行自我纠正，就正确接纳;不然保存本次接纳的数据包，并恳求发送方重传。接纳方将重传的数据包和从前接纳到的数据包在解码前进行兼并，充沛运用它们带着的相关信息，以进步正确译码的概率。
HARQ是将ARQ和FEC相结合的一种过失操控方案。ARQ具有高牢靠性、低复杂度的特色，但它的功率低、时延大;FEC则有效性较高，但牢靠性比ARQ低，而且复杂度也较高;将二者结合起来，优势互补，就产生了混合型ARQ，即HARQ技能。HARQ的类型首要包含以下两种：软兼并(SoftCombining)和增量冗余(IncrementalRedundancy)。
HARQ遵从“SAW(StopAndWait)”战略，发送完一个数据包后，只要收到“承认(ACK)”信息后才干持续发送数据;假如回来NACK信息，则要依据HARQ类型挑选重发数据。这种机制简略牢靠，可是信道运用率较低。一般，HSDPA选用Nchannel-SAW协议：N个用户能够并行发送数据，当一个用户等候ACK信息时，其他用户能够运用信道空隙发送数据，然后进步了信道运用率。
3.3基站包调度(NodeBScheduling)
调度是对体系有限同享资源进行合理分配，使资源运用率到达满意合理条件的最大化。调度算法操控着同享资源的分配，在很大程度上决议着整个体系的行为。体系依据一切用户的情况，选用必定的调度战略决议哪个用户能够运用信道，以及以何种速度运用信道。基站包调度为信道条件好的用户分配高的数据速率，从体系的视点来讲，供给了多用户分集增益，添加了体系吞吐量。
不同的调度算法对体系功用影响很大，常用的调度算法首要包含：资源公正(FairResource，FR)算法、最大C/I算法(M-C/I)、正比公正(ProportionalFairResource，P-FR)算法等。
图1为某厂商供给的仿真成果，从图上能够看到，选用不同的调度算法，小区中用户的均匀吞吐量的不同较大。在考虑体系吞吐量最大化的一起，也需求统筹公正性准则。
图1 选用不同调度算法下的小区吞吐量比较
3.42ms短帧
HSDPA中引进了2msTTI，比较10msTTI，大大削减了空中接口的传输时延，而且UE和NodeB相应的处理时延也大大下降，能够更好地合作HARQ和基站快速调度的施行，进步体系的吞吐量。别的，选用2msTTI带来的快速反应能够显着进步响应速度，然后大大进步用户终端的服务质量，使体系供给类似于实时视频、流媒体等多媒体服务成为或许。
4、HSDPA的功用
图2给出了宏蜂窝和微蜂窝两种环境下HSDPA和R99的功用比较。从图中能够看出，在宏蜂窝(Macrocell)环境下，比较R99，HSDPA能够把小区吞吐量进步100%;在微蜂窝(MicroCell)下，因为信道条件相对较好，HSDPA能够选用高速率的数据调制和编码方案，极大地进步用户的下行数据速率，然后使HSDPA带来的小区吞吐量增益超越200%。别的，从图2中，咱们能够看到在不同的调度算法下，小区吞吐量的不同：资源公正算法(FairResource)下各个用户得到持平的资源分配，小区吞吐量依赖于用户所在的实践环境，体系资源运用率不高，总的体系吞吐量相对较小;而正比公正(Proportional Fair Resource)算法依据用户优先权进行资源分配，挑选相对信道条件较好的用户进行优先调度和资源分配，体系总的吞吐量有较大进步。
图2 HSDPA和R99的功用比较
别的，对同一类HSDPA终端，在不同的移动速度、不同的多径信道中，数据吞吐量也有所不同。如图3显现了终端类别6UE在VehA120、VehA50、Veh A3、Ped A50、Ped A3和LOS 6种不同的无线环境中，HSDPA用户数据吞吐量的比较。在无线环境较好的情况下，如视距(LOS)情况下，因为多径搅扰较少，终端能够选用高阶调制和高速率的信道编码方法，如：选用16QAM和3/4编码速率，然后得到较高的数据速率。在同一种移动环境下，用户在小区中移动过程中，当用户间隔基站较近时，对应的载干比C/I较高，对应的信道条件也越好，相同，终端也会选用高阶调制和高速率的信道编码方法，然后得到较高的数据速率。
图3 不同无线环境下HSDPA用户终端的数据吞吐量比较
5、HSDPA的运用
现在，HSDPA规范现已安稳，技能也日益老练，产品功用经过测验得到验证，终端产品在商场上也已接连推出。跟着HSDPA技能不断开展和设备不断老练，其杰出的运用远景和滑润的演进才干正在引起业界越来越多的重视，HSDPA简直得到了一切WCDMA设备厂商的支撑，在世界规模内，各首要运营商也已开端方案布置或现已布置HSDPA。
5.1问题剖析
引进HSDPA组网时，需求考虑两个问题：
榜首，选用接连掩盖仍是热门掩盖?
接连掩盖能够进步用户的满意度，但本钱较高，别的考虑初期用户或许是选用笔记本电脑用HSDPA高速接入的方法会比较多，对移动性要求不高，所以网络布置初期能够是热门掩盖。跟着高速数据用户的添加以及引进HSDPA的智能终端的遍及，能够开展接连掩盖。
第二，独自运用载波仍是与R99同享载波?
独自运用载波：长处是HSDPA和R99可一起取得最高的容量;缺陷是比较同享载波方法，网络布置本钱较高。同享载波：长处是能够以低本钱进行网络布置，无需添加新的频率和体系硬件，比较R99有更好的功用体现，更高的体系吞吐量;缺陷是比较独自载波方法，频率运用率较低。
当HSDPA和R99同享同一个载频时，为完结HSDPA的最大传输速率，需耗费近乎一切的信道码资源。为支撑同一载波下HSDPA+R99方法的正常运营，有必要为R99的事务预留一些信道码资源，这意味着HSDPA可取得的码资源削减，导致HSDPA的吞吐量和容量在码资源上受限。还需留意的是HSDPA对下行功率运用的突发特性会对R99事务形成影响，在功率资源的分配上也应给R99事务保存恰当的余量以减轻这种影响，但这又会影响HSDPA吞吐量。总归，需求在二者间进行功率资源和码资源的权衡。
5.2引进战略
在建网初期，在频率资源严重且HSDPA用户及事务量不高时，能够考虑HSDPA与R99同享载波组网，这样既能够满意高端用户对高速事务的需求，又能够节省名贵的频率资源。初期选用HSDPA与R99同享载波，能够有效地维护了运营商的出资本钱，使运营商投入本钱最小化，还大大添加了运营商的事务规模，为进步ARPU值发明了或许。在基站近点处，用户运用HSDPA进步用户数据流量;当用户移动到该基站掩盖的远点处，HSDPA用户转换为DCHPS事务;当用户移到另一个基站的HSDPA掩盖区时，能够将DCHPS事务切换到HS-DSCH信道，从头转化为HSDPA事务，完结HS-DSCH与DCH的双向切换。
当HSDPA用户及事务量增高后，下行负载升高，下行搅扰也相应升高。当升高的水平到达R99的规划负载门限时，就应考虑布置新载频，假如HSDPA用户及事务量较高，就应考虑把原先同享同一个载频的布置方法改为独自载频方法，即HSDPA、R99别离运用其专用载频，这样即防止了载频同享时对R99事务的影响，又能满意HSDPA的高事务量要求。
在HSDPA引进初期，密布市区、商务区和部分数据热门区域是需求要点考虑的区域，这些区域的数据事务量比较大，能够充沛发挥HSDPA承载数据事务的高效优势。关于一般市区、市郊和乡村，HSDPA的需求根本上能够以为没有或许很少，暂时能够不引进HSDPA，而是选用R99/R4无线网络掩盖，或许依据需求，只在部分热门区域引进HSDPA。总归，HSDPA的引进能够依据数据事务的开展需求，分阶段逐渐扩展施行。
5.3HSDPA的商用情况
现在，在世界规模内，多家大型移动通讯运营商已将HSDPA归入日程，纷纷表示将大力支撑设备和终端厂商对HSDPA的研制，并活跃安排外场测验，组成试验网验证HSDPA的功用。部分运营商首先在几个重要城市进行试商用，成功后再大规模推行。
在美国，榜首大无线运营商VerizonWireless的cdma20001xEV-DO网络现已掩盖了32个区域商场，人口掩盖率超越30%，方案到2006年头使其cdma20001x EV-DO网络的人口掩盖率超越40%。为了应对竞赛，美国第二大移动运营商Cingular正在方案成为美国的首家HSDPA服务运营商，推出时刻定在2006年。
在日本，NTTDoCoMo是日本最大的移动通讯运营商，具有PHS、PDC(2G)、FOMA(依据WCDMA)移动通讯事务。但与其竞赛对手网络运营商KDDI比较，NTTDoCoMo在3G用户数及其增长速度两方面都不具有显着优势。所以NTTDoCoMo宣告上马HSDPA，以对立KDDI的以cdma2000 1x EV-DO为根底的无线高速数据事务。
在我国，3G车牌迟迟没有发放，业界遍及猜测车牌发放时刻为2006年，到时，HSDPA的体系设备和终端将到达悉数商用才干。因而，国内多家运营商都对HSDPA技能表示出极大的重视，方案在WCDMA网络建造初期就引进HSDPA。
6、小结
经过以上对HSDPA技能的归纳剖析，咱们能够看到：HSDPA经过选用一系列新的技能大大进步了无线网络的功率和数据传输的速率，显着下降了数据传输时延和每比特传输本钱，供给了更高的网络可用性。HSDPA依据R99/R4的网络架构，完结网络的滑润过渡，经过软件晋级完结HSDPA，然后进步了RAN的硬件运用率，极大下降了运营商的网络建造本钱。对用户而言，HSDPA带来了下行高速的数据传送、更短的服务反应时刻和愈加牢靠的服务，大大进步了客户体会。
HSDPA能够供给更大的移动带宽、更好的数据服务，但其要想真实投入大规模商用，并取得成功，还需求实践运用来查验。从全世界来看，现已商用的3G体系，面对的首要问题不是网络的带宽不行，而是网络中数据事务的流量缺乏。怎么扩展数据事务的商场规模，找到能够盈余的3G运营形式，才是问题的要害。只要当巨大的数据事务商场开发出来，HSDPA技能自身的承载才干才干得到充沛的发挥。
