TD-SCDMA HSPA+關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

時(shí)間：2012-10-04　來(lái)源：　作者：鼎橋通信技術(shù)有限公司　點(diǎn)擊：次

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1 TD-SCDMA HSPA+的目標(biāo)

為了進(jìn)一步提升HSPA系統(tǒng)的性能，TD-SCDMA在3GPP Rel-8中啟動(dòng)了HSPA+項(xiàng)目，目標(biāo)包括：

提高頻譜效率和峰值速率；
增大系統(tǒng)容量和支持的用戶數(shù)；
保持和TD-SCDMA HSPA系統(tǒng)/R4系統(tǒng)的后向兼容性；
降低用戶面時(shí)延和控制面時(shí)延；
降低終端功耗。

2 TD-SCDMA HSPA+的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 Multiple Input / Multiple Output (MIMO)

智能天線和MIMO是多天線系統(tǒng)的兩個(gè)不同分支。智能天線利用信道的相關(guān)性以達(dá)到波束賦形的目的,能提高系統(tǒng)覆蓋；而MIMO技術(shù)則利用信道的獨(dú)立性以達(dá)到多數(shù)據(jù)流并行傳輸?shù)哪康模芴岣呦到y(tǒng)的容量。
如果將智能天線與MIMO技術(shù)相結(jié)合，系統(tǒng)能同時(shí)獲得空間分集和空間復(fù)用增益。這種新的天饋系統(tǒng)不但能提供智能天線所帶來(lái)覆蓋增益，還能通過(guò)MIMO技術(shù)獲得M（M為發(fā)端或收端的最小天線數(shù)）倍的容量增益。按照復(fù)用方法的不同，TD-SCDMA HSPA+中的智能天線系統(tǒng)可以采用以下兩種MIMO演進(jìn)方案。

圖1. 與智能天線結(jié)合的MIMO方案
以下是TD-SCDMA HSPA+中MIMO技術(shù)包括的一些方案。

PSRC（Per Stream Rate Control）方案

TD-SCDMA HSPA+的MIMO技術(shù)中采用PSRC方案。Node B根據(jù)UE上行發(fā)送的參考符號(hào)進(jìn)行上行信道估計(jì)，獲得上行2×8的信道矩陣；應(yīng)用本征值分解或SVD分解方法得到兩個(gè)最大本征值對(duì)應(yīng)的本征向量，作為下行雙數(shù)據(jù)流的加權(quán)因子。兩個(gè)數(shù)據(jù)流經(jīng)單獨(dú)的編碼、調(diào)制和智能天線賦形加權(quán)后，并行從不同的虛擬天線端口發(fā)送。

圖2. 采用PSRC的MIMO方案

MIMO信道估計(jì)碼的分配方案

準(zhǔn)確的信道估計(jì)是MIMO數(shù)據(jù)正確解調(diào)的前提，為此采用PSRC的每個(gè)MIMO數(shù)據(jù)流需伴隨傳輸單獨(dú)的信道估計(jì)碼。在TD-SCDMA中使用Midamble作為信道估計(jì)碼。以下是鼎橋公司的一種MIMO信道估計(jì)碼的分配方法：假設(shè)虛擬天線端口數(shù)為n，每虛擬天線端口各有16個(gè)walsh碼，根據(jù)高層配置的K值，得到以

為偏移量的nK個(gè)midamble shifts m1,m2,…,mnK。其中m1,m1+n,…,m1+(K-1)n 分配給第一個(gè)天線端口，m2,m2+n,…,m2+(K-1)n 分配給第二個(gè)天線端口以此類推, mn,mn+n,…,mn+(K-1)n 分配給第n個(gè)天線端口。
表1. 虛擬天線端口數(shù)為2，K=4時(shí)的midamble shifts分配

虛擬天線端口1				虛擬天線端口2
m1	m3	m5	m7	m2	m4	m6	m8
{c1~c4}	{c5~c8}	{c9~c12}	{c13~c16}	{c1~c4}	{c5~c8}	{c9~c12}	{c13~c16}

單/雙流選擇方案

FDD中的MIMO在每個(gè)天線上發(fā)送一個(gè)公共信道估計(jì)碼，UE通過(guò)各天線上的公共信道估計(jì)碼進(jìn)行2*2信道測(cè)量，來(lái)進(jìn)行單/雙流的選擇。
對(duì)于使用智能天線的TDD系統(tǒng)，由于Node B端天線數(shù)目較大（6或8根），Node B不可能在每個(gè)天線上發(fā)送一個(gè)公共信道估計(jì)碼，因此也就無(wú)法象FDD那樣通過(guò)公共信道估計(jì)碼在UE端進(jìn)行單/雙流的選擇。
但由于上下行干擾的不對(duì)稱，利用上行信道估計(jì)信息進(jìn)行下行單/雙流選擇不如UE直接根據(jù)下行信道信息進(jìn)行下行MIMO單/雙流選擇準(zhǔn)確。鼎橋公司的方案建議無(wú)論下行數(shù)據(jù)域單流或雙流發(fā)送，均在兩虛擬天線端口上發(fā)送參考符號(hào)，以輔助UE進(jìn)行單/雙流的選擇，從而提高M(jìn)IMO單/雙流選擇的準(zhǔn)確性。

2.2 分組用戶的連續(xù)連接(Continuous Connectivity for Packet Data Users) (CPC)

對(duì)于分組用戶來(lái)說(shuō)，HSPA技術(shù)能極大地提升用戶的傳輸速率。但是也存在著傳輸間斷（例如網(wǎng)頁(yè)瀏覽），頻繁的連接終止以及重連等問(wèn)題。CPC技術(shù)解決問(wèn)題的思路是讓CELL_DCH狀態(tài)的用戶盡可能保持連接。這又帶來(lái)了必須增加同時(shí)支持的用戶數(shù)的要求。TD-SCDMA HSPA+在CPC技術(shù)中作出了以下改進(jìn)：

去掉伴隨專用物理信道。

在之前的TD-SCDMA HSPA中，每個(gè)用戶都有伴隨專用物理信道，用來(lái)作為無(wú)線鏈路保持和下行波束賦形所需的激勵(lì)信號(hào)。但是，伴隨專用物理信道占用了寶貴的碼道資源，限制了用戶數(shù)量。所以TD-SCDMA HSPA+不再使用伴隨專用物理信道。

使用特定的midamble作為上行參考信號(hào)。

由于TD-SCDMA HSPA+不再使用伴隨專用物理信道，鼎橋公司建議使用“空閑”midamble資源作為上行參考信號(hào)，提供無(wú)線鏈路保持和下行波束賦形所需的激勵(lì)信號(hào)。這里“空閑”的含義是：考慮到用戶調(diào)度的公平性和系統(tǒng)效率的最大化的折衷，不會(huì)出現(xiàn)很小的資源單位，即單個(gè)時(shí)隙中只有部分midamble shift是有效的，部分是空閑的。

引入SCCH-less和AGCH-less技術(shù)。

HS-SCCH和E-AGCH分別是HSDPA和HSUPA的物理控制信道。當(dāng)用戶業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)塊大小和發(fā)送周期較為固定（例如VoIP業(yè)務(wù)）時(shí)，首傳數(shù)據(jù)塊可以使用預(yù)定義資源，而不再使用HS-SCCH和E-AGCH調(diào)度資源。這樣可以減少控制信道的開銷，進(jìn)一步增加系統(tǒng)容量。

2.3 更高階調(diào)制64 QAM (Downlink Higher Order Modulation using 64 QAM for HSDPA)

TD-SCDMA HSPA在上、下行使用QPSK 和16QAM。為進(jìn)一步提高速率，TD-SCDMA HSPA+在下行引入64QAM。通過(guò)文獻(xiàn)[1]中的仿真可以得出以下結(jié)論：在仿真的室外場(chǎng)景中引入64QAM對(duì)小區(qū)吞吐量沒(méi)有十分明顯的改善；在室內(nèi)場(chǎng)景中，用戶接收的信噪比較高，選擇64QAM調(diào)制方式的機(jī)會(huì)增多，因此引入64QAM能夠?qū)π^(qū)吞吐量有一定的提高。

2.4 層2增強(qiáng) (Layer 2 Enhancements)

MIMO和高階調(diào)制等技術(shù)的引入提高了TD-SCDMA HSPA+的上下行數(shù)據(jù)傳輸速率。但是RLC PDU 的大小等參數(shù)卻限制了HSPA 中RLC層的峰值速率。對(duì)此，HSPA+層2增強(qiáng)技術(shù)引入以下優(yōu)化：

引入靈活的的RLC PDU大��；
支持MAC分段；
在一個(gè)PDU中支持多個(gè)邏輯信道的復(fù)用；
保證向后兼容性。

2.5 增強(qiáng)CELL_FACH 狀態(tài) (Enhanced CELL_FACH State)

增強(qiáng)CELL_FACH狀態(tài)技術(shù)主要針對(duì)速率較低，在線時(shí)間長(zhǎng)的業(yè)務(wù)（例如“永遠(yuǎn)在線業(yè)務(wù)”）進(jìn)行了優(yōu)化。其目的是：降低終端功耗，提高系統(tǒng)容量和增加支持的用戶數(shù)。增強(qiáng)CELL_FACH狀態(tài)技術(shù)主要包括了以下改進(jìn)：

在CELL_FACH狀態(tài)和CELL_PCH狀態(tài)下支持HSDPA和HSUPA技術(shù)以提高峰值速率；
通過(guò)提高數(shù)據(jù)速率，減小CELL_FACH，CELL_PCH和URA_PCH狀態(tài)下的信道用戶平面和控制平面時(shí)延；
減小CELL_FACH，CELL_PCH和URA_PCH狀態(tài)到CELL_DCH狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時(shí)延；
通過(guò)不連續(xù)傳輸來(lái)減小CELL_FACH狀態(tài)下的UE功率消耗。

3 TD-SCDMA HSPA+的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

TD-SCDMA HSPA+在2007年9月成立了SI（study item）來(lái)進(jìn)行可行性研究。之后對(duì)其中的各個(gè)技術(shù)點(diǎn)成立了WI（work item）來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作，詳見(jiàn)下表：
表2. TD-SCDMA HSPA+各個(gè)WI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

	MIMO	CPC	64QAM	L2增強(qiáng)	增強(qiáng)CELL_FACH
立項(xiàng)時(shí)間	2008年6月	2008年3月	2007年12月	和FDD在一個(gè)WI中完成	2007年12月
完成時(shí)間	2008年12月	2008年12月	2008年9月	和FDD在一個(gè)WI中完成	2008年9月

從上表可以看出，TD-SCDMA HSPA+整體在2008年底基本完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，從時(shí)間上能夠保證TD-SCDMA的平滑演進(jìn)。

結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具備了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，已經(jīng)支持HSDPA技術(shù)，預(yù)計(jì)在2009年可以支持HSUPA技術(shù)。采用TD-SCDMA HSPA+技術(shù)可以在已有的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)上以較小的成本來(lái)進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。另外，TD-SCDMA HSPA+技術(shù)的
開發(fā)難度和成本較低。。。隨著TD-SCDMA的不斷發(fā)展，HSPA+等新技術(shù)的研究也將不斷深入。

參考文獻(xiàn)

[1] 3GPP TR25.824 V8.0.0, The scope of High speed packet access (HSPA) evolution for 1.28Mcps TDD
[2] 3GPP TR 25.999 V7.0.1, High speed packet access (HSPA) evolution

(中國(guó)集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)