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目前,移动通信领域中存在各种无线接入技术与标准,3GPP协议的R99版本和R4版本可以提供最高2Mbps的数据传输速率,3GPP2协议的EV-DO版本则可以提供最大2.4Mbps的数据传输速率,WiMAX(802.16e)技术则将提高数据传输速率到30Mbps。因此为了使WCDMA可以与其他技术相抗衡,WCDMA引入了HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)技术,使之可以支持高达14.4Mbps的下行峰值速率。HSDPA 可以作为WCDMA网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。本文主要讨论HSDPA技术特征与性能,同时与WiMAX无线接入技术进行了一定的比较,从而期望获得对HSDPA更清晰的认识。
HSDPA协议栈结构
3GPP中对于HSDPA协议规范的描述主要在25.855、25.950和25.308中,下图给出了HSDPA无线接口协议结构。从图中可以看出,NodeB中新增加了MAC层的功能,增加了MAC-hs功能模块,MAC-hs主要完成HARQ功能、调度和优先级处理。RNC继续保留原有的R99/R4的功能,包括RLC层的重传控制,而HARQ的重传机制在物理层和MAC层中实现。
HSDPA中的关键技术
众所周知,WCDMA中采用了可变SF技术和功率控制技术来克服CDMA的远近效应,但是HSDPA没有采用R99版本中的链路自适应技术,而采用了自适应调节速度更快的自适应编码调制技术(AMC, adaptive modulation and coding)、混合自动重传(HARQ, hybrid ARQ)和快速资源调度算法,这主要是为了达到高速下行分组数据速率和减少时延的目的。
1.自适应编码调制(AMC)
AMC是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式,网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前无线资源,选择最合适的下行链路调制和编码方式,使用户达到尽量高的数据吞吐率。当用户处于有利的通信地点时(如靠近NodeB或存在视距链路),用户数据发送可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式,例如:16QAM和3/4编码速率,从而得到高的峰值速率;而当用户处于不利的通信地点时(如位于小区边缘或者信道深衰落),网络侧则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案,例如:QPSK和1/4编码速率,来保证通信质量。
2.HARQ技术
HARQ是HSDPA系统中采用的又一种新技术,它可以提高系统性能,并可灵活地调整有效编码速率,还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。HSDPA将AMC和HARQ技术结合起来可以达到更好的链路自适应效果。HSDPA先通过AMC提供粗略的数据速率选择方案,然后再使用HARQ技术来提供精确的速率调节,从而提高自适应调节的精度和提高资源利用率。HARQ机制本身的定义是将FEC和ARQ结合起来的一种差错控制方案,HARQ机制的形式很多,而HSDPA技术中主要是采用三种递增冗余的HARQ机制:TYPE-I HARQ,TYPE-II HARQ,TYPE-III HARQ。其中:
TYPE-I HARQ:主要采用了chase合并算法,这种算法是chase博士在1985年提出,发送方每次都发送整个完整的编码码字,接收端将每次收到的数据包与之前收到的所有数据包进行chase合并,组合成一个具有更强纠错能力的码字,从而达到递增冗余的目的。
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