HSPA+R8 R9物理層關(guān)鍵技術(shù)與終端標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)研究

于 璐 李 波 馬小麗 李軍輝 張 翔

[摘要]HSPA+是HSPA的演進(jìn)。文章重點(diǎn)研究了HSPA+R8 R9標(biāo)準(zhǔn)中MIMO與64QAM聯(lián)合、Dual-Cell HSDPA以及Dual-Cell HSDPA與MIMO聯(lián)合等物理層關(guān)鍵技術(shù)，并探討了HSPA+R8 R9對終端標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)與射頻一致性測試的影響。

[關(guān)鍵詞]HSPA+R8 R9MIMO64QAMDual-Cell HSDPA射頻一致性測試

1HSPA+R8 R9物理層關(guān)鍵技術(shù)

HSPA+是HSPA的演進(jìn)。研究表明，HSPA+可在多方面進(jìn)一步提升UMTS HSPA網(wǎng)絡(luò)的性能。

1.1下行MIMO與64QAM聯(lián)合

在R7標(biāo)準(zhǔn)中，終端可以分別但不能同時(shí)支持下行MIMO與64QAM調(diào)制，在R8標(biāo)準(zhǔn)中引入了下行2×2 MIMO與64QAM聯(lián)合，在無線信道狀況良好時(shí)可以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)速率。通過兩種特性的結(jié)合，理論上終端可以支持約42Mbps的最大下行數(shù)據(jù)速率。

為支持64QAM與MIMO聯(lián)合，R8標(biāo)準(zhǔn)在信令機(jī)制方面擴(kuò)展了下行HS-SCCH Type3信道，在HS-SCCH上定義3比特的字段對HS-PDSCH傳輸塊數(shù)量與調(diào)制方式聯(lián)合編碼。由于3比特?zé)o法表示信號的全部組合，因此需要額外使用信道碼字集合(CCS)字段中的1比特。

當(dāng)HS-PDSCH使用MIMO發(fā)送兩個(gè)傳輸塊時(shí)，對于每個(gè)主傳輸塊和第二傳輸塊，冗余版本(RV)參數(shù)r和s以及星座版本參數(shù)b將進(jìn)行聯(lián)合編碼。此時(shí)聯(lián)合編碼方式與R7中同時(shí)使用MIMO和16QAM時(shí)的方式相同。

R8標(biāo)準(zhǔn)使用MIMO時(shí)的CQI報(bào)告機(jī)制與之前標(biāo)準(zhǔn)版本保持一致，但在傳輸雙數(shù)據(jù)流且使用64QAM調(diào)制時(shí)，增加了新的type A型CQI映射。另外，為支持MIMO與64QAM聯(lián)合的測試，R8標(biāo)準(zhǔn)引入了新的固定參考信道H-Set 11。

1.2Dual-Cell HSDPA

為與WiMAX、LTE等移動(dòng)寬帶接入技術(shù)抗衡，HSPA從R8版本標(biāo)準(zhǔn)開始引入載波聚合的多載波工作方式，并將其命名為Dual-Cell HSDPA(文中簡稱“DC HSDPA”)。

多載波的基本思想是通過對多載波進(jìn)行聯(lián)合資源分配與負(fù)荷均衡實(shí)現(xiàn)更高的資源利用率和頻譜效率。多載波的聯(lián)合資源優(yōu)化將采用CELLDCH狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)RRM，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)HSDPA用戶單17-1內(nèi)更高的峰值數(shù)據(jù)速率，且可以在信道狀況不理想或MIMO等技術(shù)無法使用的場景下，提供高速數(shù)據(jù)速率。

(1)DC HSDPA的性能

3GPP R8標(biāo)準(zhǔn)中對DC HSDPA應(yīng)用場景給出了以下限定：

◆僅應(yīng)用于HSDPA信道

◆兩載波在同一頻段中、歸屬于同一Node B且為相鄰載波

◆使用同一發(fā)射天線且兩小區(qū)均不使用MIMO

當(dāng)使用DC HSDPA時(shí)，小區(qū)給用戶配置第二個(gè)HSDPA載波(即第HS-DSCH小區(qū))。此時(shí)上行方向UE將至少連接其中一個(gè)小區(qū)，并可以使用頻率間切換機(jī)制。

研究表明，通過使用DC HSDPA，可以在中低信噪比條件下顯著提升下行數(shù)據(jù)速率。此外，由于引入了調(diào)度增益，系統(tǒng)容量也將比獨(dú)立使用載波時(shí)有所增加。圖3是3GPP在PA3信道模型、終端接收機(jī)類型3(分集與LMMSE)、兩信道載波間衰落不相關(guān)時(shí)的仿真結(jié)果?？梢钥闯?，DC HSDPA的性能明顯優(yōu)于兩個(gè)獨(dú)立載波的性能。

除此之外，在延遲方面，DC HSDPA也有相當(dāng)?shù)男阅芴嵘?，尤其對于突發(fā)方式的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

(2)DC HSDPA的運(yùn)行

對于DC HSDPA的兩個(gè)下行載波，均需上行HS-DPCCH反饋HARQ與CQI信息。3GPP最初討論是否采用兩個(gè)上行HS-DPCCH來傳輸兩個(gè)載波的反饋信息，最終決定沿用與MIMO類似的方式，即仍將兩載波的所有反饋信息映射到單個(gè)上行HS-DPCCH信道，因?yàn)閱蝹€(gè)HS-DPCCH具有更小的立方量(Cubic Metric)，即更小的上行峰均比。反饋的HARQ比特Wk應(yīng)針對不同情況編碼，其值取決于UE解調(diào)的內(nèi)容為主HS-DSCH單傳輸塊、第二HS-DSCH單傳輸塊，還是主HS-DSCH和第二HS-DSCH雙傳輸塊，如表1所示：

與MIMO使用單HS-SCCH描述兩路下行數(shù)據(jù)傳輸不同，DC HSDPA需分別發(fā)送兩個(gè)下行HS-SCCH，用于描述相應(yīng)HS-PDSCH上發(fā)送的用戶數(shù)據(jù)。兩小區(qū)通過使用兩個(gè)HS-SCCH?？梢愿鶕?jù)上行反饋信息分別對兩載波選擇最為合適的傳輸格式。uE應(yīng)能同時(shí)從主HS-DSCH服務(wù)小區(qū)和第二HS-DSCH服務(wù)小區(qū)分別接收一個(gè)HS-DSCH和一個(gè)HS-SCCH。

HS-SCCH Iess運(yùn)行是R7標(biāo)準(zhǔn)引入的針對HSDPA的特性，此時(shí)基站不發(fā)射HS-SCCH，終端通過盲檢測方式解調(diào)下行HS-PDSCH。在DC HSDPA狀態(tài)下，HS-SCCH Iess運(yùn)行不能在第HS-DSCH小區(qū)上使用?；臼褂妙愃浦甘綝TX/DRX或HS-SCCH Iess運(yùn)行的HS-SCCH命令向UE指示DC HSDPA狀態(tài)的激活與去激活。HS-SCCH命令是在下行HS-SCCH信道上傳輸?shù)目焖倜睢?/p>

另外，為支持DC HSDPA測試，3GPP引入了新的固定參考信道H-Set 12。

(3)層2的優(yōu)化

3GPP R8中DC HSDPA的另一個(gè)工作重點(diǎn)是層2的優(yōu)化方案(重點(diǎn)是MAC層)。下行HSDPA載波可以單獨(dú)操作或者進(jìn)行聯(lián)合的層2操作，標(biāo)準(zhǔn)最終確定為聯(lián)合操作，因?yàn)檠芯勘砻鬟@將提供更靈活的調(diào)度。

在UTRAN和UE側(cè)的單個(gè)MAC實(shí)體可以支持同一NodeB下兩個(gè)HS-DSCH載波的收發(fā)，因此在層2設(shè)計(jì)上做微小改動(dòng)即可支持DC HSDPA。由于每個(gè)HS-DSCH信道的每個(gè)TTI都有一個(gè)獨(dú)立的HARQ過程，因此透過層2看物理層，DCHSDPA可以看作是兩個(gè)獨(dú)立正交的HS-DSCH。

(4)調(diào)度算法

調(diào)度算法是決定DC HSDPA相對于兩個(gè)獨(dú)立HSDPA載波增益的重要因素之一。首先，為兼容考慮，所有DCHSDPA都應(yīng)支持現(xiàn)有終端的調(diào)度方式。其次，后續(xù)DCHSDPA調(diào)度算法的系統(tǒng)優(yōu)化將是一項(xiàng)極富挑戰(zhàn)性的工作，要考慮動(dòng)態(tài)與靜態(tài)系統(tǒng)或二者的結(jié)合。例如，支持雙載波的終端可以同時(shí)使用兩個(gè)載波上每個(gè)TTI內(nèi)的可用資源，或者僅使用信道質(zhì)量較好的單載波資源(頻率分集)。

1.3Dual-Cell HSDPA與MIMO聯(lián)合

在最新的HSPA+R9標(biāo)準(zhǔn)中，為了進(jìn)一步提升下行數(shù)據(jù)速率，引入了Dual-Cell HSDPA與MIMO聯(lián)合。通過這兩種技術(shù)的有效結(jié)合，理論上終端可支持最高約84Mbps的下行峰值數(shù)據(jù)速率。

2UMTS HSPA+R8 R9終端標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)

2.1HSPA+R8 R9終端能力新增類別

HSPA+R8 R9標(biāo)準(zhǔn)中增加了終端的物理層HS-DSCH接入類別，如表2所示：

2.2HSPA+R8 R9終端射頻技術(shù)要求與一致性測試

HSPA+R8 R9的引入給終端的射頻技術(shù)要求帶來了新的變化，表3做了總結(jié)：

另外，HSPA+R8的引入也增加了終端射頻一致性測試項(xiàng)目，見表4。預(yù)計(jì)隨著HSPA+技術(shù)的不斷成熟，標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)定義更多的一致性測試項(xiàng)目。

3總結(jié)

3GPP在HSPA+R8 R9版本標(biāo)準(zhǔn)中引入了MIMO與64QAM聯(lián)合、DC HSDPA以及DC HSDPA與MIMO聯(lián)合等物理層新技術(shù)。相信隨著HSPA+R8 R9技術(shù)的不斷成熟，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的平滑升級，支持HSPA+R8 R9芯片與終端的不斷問世，以及測試技術(shù)與儀表的不斷發(fā)展，HSPA+R8 R9作為UMTS最新的演進(jìn)技術(shù)，會(huì)有廣泛良好的應(yīng)用前景。

另外，從R8版本標(biāo)準(zhǔn)起提出的DC HSDPA多載波技術(shù)代表著未來移動(dòng)通信的發(fā)展方向，相信隨著UMTS FDD多載波技術(shù)的不斷進(jìn)展，也將會(huì)促進(jìn)我國自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA多載波技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。