原创 WCDMA和TD-SCDMA中HSDPA的比较(2)

摘要：HSDPA可适用于WCDMA和TD-SCDMA，是3G网络技术演进路线中重要的一部分，是移动通信网由3G（WCDMA/TD-SCDMA）向E3G/B3G演进过程中必经的阶段，有“3.5G”之称。

随着3G网络技术的逐步出台，移动视频点播、移动电视等流媒体业务以及移动终端的高速下载业务受到人们越来越多的关注。同时，话音业务的增长已日趋稳定，在此趋势下，数据业务将使移动运营商的业务增长点提高到一个新高度。为了保证数据服务的顺利提供，提高网络下行数据传输速率势在必行。高速下行分组接入（HSDPA）技术可提供更加快速的数据传输速率，其下行传输速率可与目前日韩等国商用的cdma20001xEV-DO相媲美，可使用户享受到更加便捷的数据服务，因此，HSDPA技术受到了业界广泛的关注与讨论。HSDPA可适用于WCDMA和TD-SCDMA，是3G网络技术演进路线中重要的一部分，是移动通信网由3G（WCDMA/TD-SCDMA）向E3G/B3G演进过程中必经的阶段，有“3.5G”之称。

一、WCDMA和TD-SCDMAHSDPA相同点

1.MAC层

WCDMAHSDPA和TD-SCDMAHSDPA的介质访问控制（MAC）层结构基本相似。其中一个最显著特点是将MAC层的实体MAC-hs移到了NodeB中，以支持高级调制和编码（AMC）、混合自动重传（HARQ）、快速调度等。

在通用地面无线接入网络（UTRAN）侧，每个小区有一个MAC-hs实体来支持HS-DSCH传输。除此之外，MAC-hs还负责管理分配给HSDPA的资源。MAC-hs通过MAC-control业务接入点（SAP）接收从无线链路控制（RRC）层来的配置参数。MAC-hs由四个功能实体组成：流控、调度/优先级处理、HARQ及TFRC选择。UE侧的MAC-hs由以下实体组成：HARQ、重排序队列分布、重排序及拆分[1]。

2.物理层

WCDMA和TD-SCDMAHSDPA中都新增了HS-SCCH和HS-DSCH信道，在两系统的HARQ进程中两信道上承载的信令也相同。WCDMAHSDPA和TD-SCDMAHSDPA的上行控制链路中都传输HARQ的确认信息ACK/NACK以及下行链路质量反馈信息（CQI）。对于下行链路，WCDMA和TD-SCDMA HSDPA在HS-SCCH信道中均传输HARQ过程识别及新数据指示信令。在HS-DSCH信道中传输重排序队列ID及传输队列数信令[2]。

另外，WCDMAHSDPA和TD-SCDMAHSDPA都采用了AMC、HARQ和基于NodeB调度三项技术。与处于不利位置（如小区边缘）的用户相比，AMC使处于有利位置（近基站点）的用户具有更高的数据速率，由此蜂窝平均吞吐量得到提高。同时，在链路自适应过程中，AMC通过调整调制编码方式而不是调整发射功率的方法可以降低干扰水平。但由于AMC取决于CQI的质量，因此对测量误差和延迟比较敏感，此时可以寻求与HARQ的结合。HARQ功能在MAC层上实现，其实体靠近空中接口，所以HARQ能够大大降低数据的传输时延。另外，HARQ采用一个三层虚拟缓冲器来存储前次传输的数据包。在一个重传过程中，重传的数据与缓冲器中的数据合并，能够有效的提高编码效率。这使重传过程需要更少的传输，提高了系统的平均吞吐量[3]。基于NodeB的快速调度使基站控制移动终端的传输数据速率和传输时间。基站根据小区的负载情况、用户的信道质量和所需传输的数据状况来决定移动终端当前可用的最高传输速率。

二、WCDMA和TD-SCDMAHSDPA的不同点

1.物理层信令参数的差异

仅用于FDD模式的信令：信道码，用来向UE定义接受信息和进行解码时所需的信道码；测量反馈率，用来定义用于下行链路质量测量的反馈率。仅用于TDD模式的信令：HS-PDSCH配置，用来向UE定义它所要接受和解码的时隙和码；HS-SCCH循环序列号（HCSN），在每次HS-SCCH传输给目标UE时该参数值加1。每个UE保持自己特定的计数器值。UE用该计数器为闭环功率控制服务，衡量HS-SCCH中的BLER[4]。

2.物理信道种类的差异

HSDPA中引入了新的上行物理层控制信道，在WCDMA中为上行高速专用物理控制信道HS-DPCCH，在TD-SCDMA中为上行共享信息信道HS-SICH。HS-DPCCH的作用是承载上行链路中必要的控制信令，即ARQ确认（ACK/NACK）和CQI。HS-SICH承载的信令与HS-DPCCH相同。但前者是专用信道，而后者是共享信道。

在WCDMA系统的上行链路中，基站通过扰码来区分用户。上行链路采用的扰码序列分为短扰码和长扰码，这两种扰码族都具有几百万个扰码可供使用，足够为小区内每个用户分配不同且唯一的扰码，方便基站区分，所以，在上行链路方向上不必规划码资源，因此HS-DPCCH更适合设计为专用信道，这样可以在不影响以前的系统上简化终端的设计。

在TD-SCDMA系统的上行链路中，基站通过扩频码来区分用户。HS-SICH的扩频因子SF固定为16，这有限的扩频码资源，不允许采用类似于WCDMA系统的HSDPA反馈信道HS-DPCCH那样的设计——采用专用的物理信道。因此，将HS-SICH设计为共享的物理信道，使多个用户同时使用相同的扩频码，用户之间通过正交序列区分。但这种方法的缺点是增加了HS-SICH设计的复杂度，而且由用户和基站之间的相对运动产生的多普勒频移，单频电波受到随机调频，接收到序列的正交性将受到影响。

3.时隙分配的差异

工作在TDD模式下的TD-SCDMA系统在同一载波上进行上、下行链路传输，上下行的分配是通过时隙调度来实现的。DwPTS和UpPTS两时隙间的GP转换点在子帧中的位置是固定不变的，另一个转换点的位置可以在常规时隙间变化。但系统规定TSO总是分配给下行链路，TS1总是分配给上行链路。转换点位置仍有选择的空间。TD-SCDMA系统这种可动态分配时隙的无线帧结构，可同时适用于对称业务（图1）和非对称业务（图2）。在TD-SCDMA系统上引入HSDPA技术后，不管对于原来的语音业务（对称业务）还是数据业务（非对称业务），频率资源都可以得到充分的利用[5]。

图1上、下行时隙的对称分配

图2上、下行时隙的不对称分配

工作在FDD模式下的WCDMA系统，其上、下行数据在已经分配好的两个不同的频段上传输，所以不能动态地根据上下行的数据传输量调整资源的分配，即当进行非对称业务服务时，信息量较少的那一链路方向的剩余频率资源不能分配给另一链路使用，而这些剩余频率资源处于空闲状态，这使得WCDMA系统达不到资源的充分利用，频谱效率较低。如图3所示。

图3WCDMA系统中频率资源浪费示例

在TD-SCDMA系统上引入具有上、下行链路业务不对称特点的HSDPA技术，由于系统的时分双工模式，能够通过灵活的调整上、下行转换点来动态的分配时隙，从而充分的利用频率资源，提高频谱利用率；而在WCDMA系统上引入HSDPA技术，由于系统的频分双工模式，不能动态的分配上、下行时隙，造成频率资源的浪费，使得频谱利用率较低。我们知道，频率资源是极为有限的，WCDMA系统这浪费资源的情况是一个很严重的弊端，因此，在这一点上，可充分利用频率资源的TD-SCDMA系统对引入HSDPA技术具有明显优势。

4.技术上的差异——FCS

WCDMA系统中使用了快速蜂窝选择（FCS）技术，而TD-SCDMA系统中则没有采用，这一差异需要通过两系统采用的不同切换算法来解释。

WCDMA系统采用软切换技术。软切换需要同时与多个小区进行连接，除了服务小区，该移动终端（UE）对于其他小区产生额外干扰，而且耗费了其他小区的资源。此外，HSDPA提供快速数据速率，需要很大的系统的资源。假设需要的资源为N，若采用软切换（这里假设UE同时与M个小区保持通信），对于系统来说，就要为该UE分配N×M的资源。所以，快速数据速率系统不希望进行软切换。而在HSDPA技术中，为了更有效地利用基站的发射功率、减小下行链路干扰以及提高整个系统地吞吐量，就需要对小区进行快速的选择，因此在下行增强技术中，通过快速小区选择以及硬切换技术代替了以前的软切换。

TD-SCDMA系统采用接力切换。接力切换是介于硬切换和软切换之间的切换技术。在切换之前，目标基站已经获得移动台比较精确的位置信息，因此在切换过程中UE先断开与原基站连接之后，能迅速切换到目标基站。移动台比较精确的位置信息，主要通过对移动台比较精确的定位技术来获得。接力切换过程如图4所示。

图4接力切换过程示意

由于在TD-SCDMA系统中采用的接力切换技术是信令与业务先后转移的过程，虽然在某种程度上与硬切换类似，同样是在“先断后连”的情况，但是由于其实现是以精确定位为前提，因而与硬切换相比，UE可以很迅速地切换到目标小区，降低了切换时延，减少了切换引起的掉话率。由于接力切换技术采用业务“先断后连”的方式，且能迅速切换到目标小区，所以它不像软切换那样占用其他小区很多资源并产生干扰。因此，TD-SCDMA系统的HSDPA中不必用FCS技术来代替接力切换技术。

5.整体性能的差异

综合考虑，TD-SCDMAHSDPA具有一些相对优势。首先是频谱利用效率较高，在上下行时隙配置为1:5时，单载波（1.6MHz带宽）TD-SCDMAHSDPA的理论峰值速率可以达到2.8 Mbit/s。在10MHz带宽内（WCDMA系统的一个载波带宽）能够达到的峰值速率16.8 Mbit/s已经大于WCDMA HSDPA相应的14.4 Mbit/s。而且如果要在10 MHz的带宽内提供HSDPA，要求上下行的5 MHz带宽分别都是连续的。而TD-SCDMA则可以使用6个分离的1.6 MHz载波，在载波资源受限情形下，这无疑是一个极大的优势；此外在R4和HSDPA网络共存部署方面，基于窄带宽载波的TD-SCDMA HSDPA网络在资源利用率、组网成本、移动性管理复杂度和灵活性等方面相较WCDMA HSDPA系统都有优势。但同时WCDMA HSDPA在某些方面也有较TD-SCDMA HSDPA优越之处，比如专用信道减小终端设计复杂度等。

三、结语

HSDPA作为移动通信网络从3G向B3G过渡的关键阶段，其不改变原基础网络核心结构及高速下行链路速率的特点将助其赢得广大运营商和用户的青睐。目前，各大通信企业都在对HSDPA进行积极的研究，相信HSDPA商用将指日可待。

参考文献

1骆志刚.基于软件无线电的多标准基带平台——WCDMA向HSDPA的平滑演进方案.[博士后论文].万方数据库,2004(9)

23GPPTS25.308V6.3.0 2004-12.High Speed Downlink Packet Access（HSDPA）；Overall description

3RyanCaldwell.AlaganAnpalagan.HSDPA：AnOverview.Ryerson University，Toronto.IEEE Canadian Review-Spring/Printemps 2004.

4彭木根，王文博TD-SCDMA移动通信系统.北京机械工业出版社，2005：376～378

5中华人民共和国信息产业部电信科学技术研究院，华为技术有限公司.YD/T1371.1.中华人民共和国通信行业标准-TD-SCDMA物理层规范.2006年1月