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HSDPA相关技术及其应用前景分析

发布时间: 2006-3-29  来源: 泰尔网
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2006-2-13  张从武

1、HSDPA技术背景

  无线数据业务是移动通信当前的热点和未来的方向,3G的应用成为业界讨论的焦点。 当前全球已商用的WCDMA系列R99和R4版本虽然可以胜过CDMA2000 1X,但还是无法同CDMA 2000 1X EV-DO RA在技术上展开竞争。为更好地发展数据业务,3GPP在R5版本对WCDMA空中接口做了改进,引入了HSDPA技术。3GPP R5版本已于2002年3月冻结。HSDPA为UMTS向更高数据传输速率和更大容量演进提供了一条平稳途径,就如同在GPRS中引入EDGE一样。HSDPA技术主要目标是为UMTS提供一种高性价比,高下行带宽,低延时的面向分组的无线宽带接入业务,可以为手机、PDA和其它移动终端提供高速下载业务和移动视频点播、移动电视等流媒体业务。

  从3G网络技术的演进路线(参见图1)看出,在3G第一轮的标准做完之后,速率更高的增强型技术成为未来的研究热点,近期我国会推出基于HSDPA的TD-SCDMA增强型技术标准。为了能够与WiMAX竞争,2004年3GPP提出了长期演进LTE(Long Term Evolution)计划,3GPP2提出了AIE(Air Interface Evolution)计划,LTE和AIE计划预计在2007年主体标准稳定。我国在2005年向3GPP提交了两个TD-SCDMA长期演进方案,均被接受为评估方案,奠定了我国在移动通信后续发展中的国际影响力和保持持续竞争的优势。


 

图1 3G网络技术的演进路线



2、HSDPA技术简介和演进

  3GPP中确定了HSDPA发展的三个阶段,即基本HSDPA阶段、增强HSDPA阶段以及HSDPA进一步演进阶段和每阶段采用的关键技术,其中HSDPA进一步演进阶段目前还未最终确定,仍在3GPP内进行研究,见表1。

表1 HSDPA演进的三阶段及相应关键技术简表


 

HSDPA演进的三阶段

引入版本

引入的关键技术

下行峰值速率可达(Mbit/s)

基本型HSDPA

WCDMA R5

Node B的高速媒体访问控制协议(MAC-hs)和AMC

10.8-14.4

增强型HSDPA

WCDMA R6

智能天线和MIMO等

30

HSDPA进一步演进

制定中

OFDM和64QAM;多标准MAC控制实体

100



  在基本型HSDPA技术方案中,HSDPA参考cdma2000 1X EV-DO体制,充分考虑到数据业务特点,涉及到的关键技术主要包括4种:自适应编码调制AMC、混合重传H-ARQ(Hybrid ARQ)、先进分组调度PS(Packet Scheduling) 和快速小区选择FCS。

  GPRS的演进型EDGE技术在数据发送和重发机制上采用了链路适配LA和增量冗余IR功能,提高了链路质量。HSDPA采用的AMC和H-ARQ技术与EDGE采用的LA和IR在基本原理和思路上是一样的,AMC和H-ARQ也属于链路自适应的范畴。AMC的基本原理是基于信道质量的信息反馈来改变调制和编码的格式并使它在系统限制范围内和信道条件相适应。H-ARQ结合了前项纠错FEC和接收端ARQ,基站在收到终端的重传请求时,根据错误情况以及终端的存储空间,控制重传编码数据的信息冗余度,以提高接收成功率。AMC提供粗略的数据速率选择而H-ARQ可以根据当时信道条件对数据速率进行较精细的调整,AMC和H-ARQ二者结合起来可以得到极佳的效果。快速调度技术追求的是系统级的最优,该机制使得系统可以根据所有用户的情况决定哪个用户可以使用信道,以何种速率使用信道,最大限度地提高信道利用率。HSDPA使用快速小区选择技术FCS可以在越区切换时由UE选择一个最好的小区用于下行链路,而不是采用基站控制的方式,最好小区原则的确定不仅要基于无线信号传播的条件,还要考虑在激活集(active set)中小区的功率和码字空间的资源。

  HSDPA采用的自适应调制编码AMC,快速物理层重传策略H-ARQ、先进集中调度PS代替了WCDMA采用的可变扩频因子SF和快速功率控制两个主要的基本机制,同时增强了多码操作(Multi_code Operation)。HSDPA没有相应的功控开销,也没有软切换机制。分组调度传输时间间隔TTI(Transmission Time Interval)从WCDMA的1Oms或20ms变为HSDPA固定的2ms,大大减少了时延。

  HSDPA是对WCDMA R99结构的增强,在R5中引入HSDPA技术后,UTRAN部分的结构基本不变,在NodeB通过增加板卡,在MAC层新增媒体接入控制实体MAC-hs功能块,将调度功能从基站控制器RNC移到NodeB,MAC-hs位于NodeB而不位于RNC,其作用主要是负责处理H-ARQ操作以及快速调度算法。HSDPA功能主要对NodeB修改比较大,对RNC主要是软件升级,对硬件影响很小。NodeB在物理层新增了三种新的物理信道:15个高速物理下行共享信道HS-PDSCH(High Speed Physical Downlink Shared Channel)、1个高速共享控制信道HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel)和1组高速专用物理控制信道HS-DPCCH(High Speed Dedicated Physical Control Channel)。其中HS-PDSCH信道是下行链路,负责传输用户数据,信道共享方式主要是时分复用TDM和码分复用CDM;HS-SCCH信道是下行链路,负责传输HS-PDSCH信道译码所必需的控制信息;HS-DPCCH信道是上行链路,负责传输必要的控制信息,主要是对H-ARQ的响应以及下行链路品质的反馈信息。

  在3GPP R6中引入的HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)将解决上行链路分组化问题,提高上行速率,进一步引入自适应波束成形和MIMO等天线阵处理技术,可将下行峰值速率提高到30Mbit/s。目前,3GPP组织对OFDM、MIMO与高阶调制等技术在做进一步的研究,以期使HSDPA的后续发展获得更高的系统容量和频率利用率。

3、HSDPA发展思路和在我国的应用前景分析

  对运营商来说,引进HSDPA将提高WCDMA网络承载数据服务的容量,增强频谱效率,提高网络建设的有效性,从而降低每比特的成本,也就降低了运营商普遍关注的CAPEX和OPEX费用。对普通用户来说,HSDPA可以提供更高的数据率和更短的服务反应时间,从而获得更可靠的服务质量。由于HSDPA的后向兼容性,运营商可以在WCDMA网络上直接引入HSDPA。为了节省3G网络建设初期的投资,HSDPA将与WCDMA共用一个载频,后期随着数据业务需求的增加在热点地区引入HSDPA独立载频。HSDPA是在3GPP R5版本中引入的无线数据增强技术,而R4是在核心网络部分引入软交换的概念,实现了控制平面和用户平面的分离,两者都是3G标准规范中的前沿技术。在3G网络建设中,选择R4和HSDPA组网,可以保持网络建设的高起点和先进性,实现3G市场的主导业务优势。HSDPA网络和终端设备目前还基本处于测试和试商用阶段,技术的不成熟和版本的不稳定仍是实现商用的障碍,同时市场的成熟度和业务需求的规模也是HSDPA商用要考虑的问题。

  我国移动通信市场长期以来存在G网与C网之间的竞争。中国联通将C网升级到CDMA2000 1X完成后,充分利用CDMA2000 1X网络的速度优势,进行市场影响、拓展和渗透,特别是在高端市场,中国联通对中国移动产生了强大的冲击,其在数据业务上拥有了比中国移动更大的竞争优势。中国移动一直致力于打造一流的精品网络,但由于3G牌照的延期,为了尽快扭转这种不利的竞争局面,中国移动在南方少部分地区部署了EDGE网络,未来HSDPA的部署将是中国移动保持业务领先的正确选择。HSDPA和GPRS/EDGE在技术和覆盖上互为补充,可以使G网的竞争优势得到巩固。我国3G牌照晚发,躲过了3G初期的泡沫,也为等待HSDPA的技术成熟和商用化进程赢得了宝贵的时间和机会。

  我国采取谨慎稳妥的态度来发展3G,强调技术的成熟性和市场的需要性。技术建立在市场基础上,市场建立在产业化基础上,产业化基础建立在普通用户的大量使用上。从全国范围来看,无论是GRPS用户,还是CDMA 1X用户,相对来说数量都十分有限,说明目前我国3G的市场需求不足,数据业务尚处于市场培养阶段,HSDPA的市场条件还不成熟,业务需求有限。在3G时代,以提升流媒体性能为出发点的HSDPA要把技术优势转化为市场需求还面临很大挑战。

  宽带化和多媒体化是移动数据业务的发展方向。如果起步晚,起点可以高一些,HSDPA的出现是我国高起点建设3G的一个机会。由于HSDPA技术的优越性和较高的性价比,业界仍然对HSDPA的发展持乐观态度。随着HSDPA技术的成熟和终端瓶颈的解决,其良好的应用前景和平滑的演进能力会日益显现。

  纵观中国3G市场发展的进度,2006年将会是中国3G部署的最早时间表,此时成熟的HSDPA技术和移动数据业务将在3G市场中扮演着核心角色,部署HSDPA技术的运营商会拥有在移动数据业务市场的差异化竞争优势,从而提高整体市场占有率和盈利能力。经济发达的地区是目前移动数据业务市场竞争最激烈的区域和未来3G发展最初的用户来源地。采用WCDMA制式的我国3G运营商建设初期可以采取总体规划,分布实施的思路,在业务需求大的沿海发达地区和内地城市人口密集的地区考虑HSDPA的铺设,占据赢得3G市场的先机,重新培养用户的消费意识、行为和特性,而后根据3G业务开展情况分阶段在我国发达郊区和农村利用WCDMA提供相应的移动数据业务,逐步实现先进移动通信网络技术的整体演进升级。

4、小结

  本文介绍了HSDPA的提出背景和采用的关键技术以及未来演进的方向,并结合我国市场实际对HSDPA的商用前景进行了分析展望。3G及未来E3G/B3G技术在不同国家的商用发展策略都是一个复杂的系统工程,其相关因素非常多。我国会继续受益于发展3G的现有思路和政策,在技术和市场成熟时,结合我国国情进行科学的3G战略规划,营造规范有效的3G市场竞争格局。

 


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