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摘要 文章从HSDPA技术的基本操作原理出发，从主要关键技术、需要更新功能的网络设备、性能情况等方面出发，对WCDMA中的HSDPA技术进行了探讨。
1、HSDPA技术概述
在UMTS R99的空中接口体系中，绝大部分功能都由位于Node B以上的RNC来进行，例如重传、资源调度等，Node B仅仅起到一个根据RNC的指令完成物理层编码、传输的功能，其本身基本不具有对物理资源的控制和调度能力。而在HSDPA中，为了在空中接口上实现更大的吞吐能力，对Node B的功能进行了增强，在Node B的层面引入了物理层重传和快速资源调度的概念。通过在更靠近空中接口的Node B上引入这些原本只有RNC才具有的功能，加快了重传以及对空中资源调度的效率。在这样的网络机制下，结合AMC(Adaptive Modulation and Coding)、HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)等新技术，同时使用了更短的TTI(Transmit Time Interval)长度(2ms)、固定的发射功率、固定扩频因子的多码道传输，这样，通过整体的有效结合，在下行方向上实现了大大高于R99的高速的分组数据传输能力，在信道情况好的条件下，其理论峰值速率可以达到14.4Mb/s。
图1描述了HSDPA的基本工作原理以及实现相应功能的物理信道。Node B通过用户从上行专用控制信道HS-DPCCH中反馈的信息得到用户的下行信道情况，然后Node B根据所收集的所有用户的信道情况，通过一定的调度策略，为它所服务的所有用户分配HSDPA的下行数据传输的物理资源(HS-DSCH、HS-SCCH)，同时选择相应的最合适的AMC方案，以此来实现系统吞吐量最大化、用户吞吐量最大化、用户QoS保证等资源调度目标。
2、主要技术以及提供的业务情况
2.1 快速L1 H-ARQ技术
在R99中，所有的数据传输过程都由位于RNC的RLC层协议实体来进行控制。HSDPA中在Node B上增加了用于控制HSDPA数据传输的MAC层协议实体MAC—sh，通过该实体，Node B可以直接控制物理层的数据重传，这样就形成快速的物理层重传，其效率高于R99中在RNC和移动终端之间的RLC层重传。
同时，在L1重传中引入了H-ARQ技术，通过使用Incremental Redundancy、Soft Combining等合并机制，使得每一次发送的数据都将用于帮助接收端进行正确的译码，这样进一步提高了重传的效率。
2.2 自适应调制和编码
HSDPA中引入了自适应编码调制(AMC)的技术，由于Node B中增加了MAC层协议实体的控制功能，同时利用Node B最靠近空中接口，对无线信道情况变化反应快的特点，引入AMC的机制，使得Node B可以根据用户无线信道的情况，自适应的为用户选择最合适的编码调制方式，例如在信道情况好的时候，使用高阶调制(16QAM)结合大码率的信道编码，这样可以有效的利用信道，实现信息传输速率的最大化。
目前HSDPA中定义的编码方式为Turbo码，根据信道情况，可选择的编码速率为1/4、2/4、3/4和4/4；同时定义了两种调制方式4QAM和16QAM以供选择，参见表1：
[table]
调制方式 | 扩频因子 | 有效编码速率 | 有效编码速率 | 数据速率 | 数据速率 | 数据速率 |
QPSK | 16 | 1/4 | 1/4 | 600kb/s | 1.2Mb/s | 1.8Mb/s |
16QAM | 16 | 2/4 | 2/4 | 2.4Mb/s | 4.8Mb/s | 7.2Mb/s |
2.3 快速分组调度，时序安排和调度从RNC转移到Node B
在HSDPA中，同一Node B下的多个用户可以通过时间以及码字对下行的HSDPA资源进行复用，如图2所示。这时候，HSDPA中Node B能力增强带来的另一项功能：快速的用户间分组调度就将发挥作用。
除了根据用户的信道情况，对于该用户通信的MC方案进行自适应的调整以外，当多个用户在同一Node B下进行HSDPA通信时，Node B还可以根据用户反馈的信息(包括信道质量、终端能力、QoS的需求等)，结合系统情况(包括可获得的功率和码资源、Node B缓冲区的状态等)，对系统的HSDPA资源(时隙、码字)在各个用户之间的分配进行动态的调整，从而在系统的角度实现性能的最优化。
2.4 短帧长度(TTI=2ms)
在R99中，数据传输的最小TTI长度为10ms。在HSDPA中，为了使自适应调度能够跟上无线信道的快速变化，同时减小重传的时延，将下行信道的TTI长度设置为2ms。
3、主要新增功能的设备
功能的增强必然带来系统设备的更新换代，HSDPA在设备上的功能更新主要集中在Node B和终端上。
如图3所示，在Node B上增加的功能主要有以下几个方面：
(1)调度程序：实现终端间资源的调度，以及编码调制方式的自适应选择(AMC)。
(2)H-ARQ重传：在Node B上增加了支持H-ARQ操作的发送模块。
(3)上行反馈解码：使用该模块在Node B上进行“ARQ确认”、“信道状态”等反馈信息的译码，以支持Node B上的各项调度操作。
(4)面对SRNC的流量控制：由于在Node B和终端之间引入了物理层重传的机制，因此需要在Node B中引入面对RNC的流量控制功能，以避免Node B中发生缓存溢出的情况。
与Node B所增强的功能相对应的，在支持HSDPA的终端上也增加了相应的功能：
(1)ARQ译码：终端中需要增加缓存区和相应的合并译码功能模块来支持新增的H-ARQ功能。
(2)快速上行反馈和编码：终端需要将信道状态等信息快速的反馈给Node B，以支持Node B的调度功能。
4、性能情况
相比R99，HSDPA接入网的机制更适合于分组数据包突发的特性，在能力上有明显的提高。这些提高主要来自于，首先通过以2ms为周期在用户之间进行快速的分组调度，在用户数较多的情况下，可以获得显著的多用户增益；其次通过与用户信道状态相适应的AMC机制，在信道好的情况下，可以利用高阶调制结合大码率信道编码，这样可以大大提高用户的数据吞吐量，同时带来整个系统的吞吐量的改变。另外，HSDPA在物理层重传中使用的H-ARQ相比R99中的ARQ机制，也可以带来一定的性能提高；最后，通过一定的调度策略以及AMC方案的结合，还可以在达到小区吞吐量目标的同时，为用户提供一定的QoS保证。
图4通过仿真给出了HSDPA与R99在小区吞吐量上的比较，从图中可以看出，与R99相比，HSDPA在小区平均吞吐量上有明显的提高，尤其是在微蜂窝的环境下，由于这时候在很多情况下信道条件都比较好，有利于HSDPA利用高速率的编码调制方案来提高小区的平均吞吐量。
图5描述了当HSDPA使用5个HS-PDSCH、7W的总发射功率时(大约1/3的小区资源)，得到的用户数据吞吐量的累积分布函数。从图中可以看出，随着用户数的增加，由于有更多的用户共享HSDPA信道资源，所以用户平均吞吐量随着用户数的增加而减小，但是这种减小并不直接与用户数成线性关系。例如：只有一个用户时，用户的平均吞吐量大约为800kb/s，而当用户数增大到4个时，由于系统在多用户之间快速的资源调度带来的增益，这时候平均吞吐量为400kb/s左右，而不是800/4的200kb/s，也就是说：这时候小区的总吞吐量要大于一个用户时的情况。
