TD-SCDMA HSPA+關鍵技術及標準進展

時間：2012-10-04　來源：　作者：鼎橋通信技術有限公司　點擊：次

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1 TD-SCDMA HSPA+的目標

為了進一步提升HSPA系統的性能，TD-SCDMA在3GPP Rel-8中啟動了HSPA+項目，目標包括：

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

2 TD-SCDMA HSPA+的關鍵技術

2.1 Multiple Input / Multiple Output (MIMO)

智能天線和MIMO是多天線系統的兩個不同分支。智能天線利用信道的相關性以達到波束賦形的目的,能提高系統覆蓋；而MIMO技術則利用信道的獨立性以達到多數據流并行傳輸的目的，能提高系統的容量。
如果將智能天線與MIMO技術相結合，系統能同時獲得空間分集和空間復用增益。這種新的天饋系統不但能提供智能天線所帶來覆蓋增益，還能通過MIMO技術獲得M（M為發端或收端的最小天線數）倍的容量增益。按照復用方法的不同，TD-SCDMA HSPA+中的智能天線系統可以采用以下兩種MIMO演進方案。

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

PSRC（Per Stream Rate Control）方案

TD-SCDMA HSPA+的MIMO技術中采用PSRC方案。Node B根據UE上行發送的參考符號進行上行信道估計，獲得上行2×8的信道矩陣；應用本征值分解或SVD分解方法得到兩個最大本征值對應的本征向量，作為下行雙數據流的加權因子。兩個數據流經單獨的編碼、調制和智能天線賦形加權后，并行從不同的虛擬天線端口發送。

圖2. 采用PSRC的MIMO方案

MIMO信道估計碼的分配方案

準確的信道估計是MIMO數據正確解調的前提，為此采用PSRC的每個MIMO數據流需伴隨傳輸單獨的信道估計碼。在TD-SCDMA中使用Midamble作為信道估計碼。以下是鼎橋公司的一種MIMO信道估計碼的分配方法：假設虛擬天線端口數為n，每虛擬天線端口各有16個walsh碼，根據高層配置的K值，得到以

為偏移量的nK個midamble shifts m1,m2,…,mnK。其中m1,m1+n,…,m1+(K-1)n 分配給第一個天線端口，m2,m2+n,…,m2+(K-1)n 分配給第二個天線端口以此類推, mn,mn+n,…,mn+(K-1)n 分配給第n個天線端口。
表1. 虛擬天線端口數為2，K=4時的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在每個天線上發送一個公共信道估計碼，UE通過各天線上的公共信道估計碼進行2*2信道測量，來進行單/雙流的選擇。
對于使用智能天線的TDD系統，由于Node B端天線數目較大（6或8根），Node B不可能在每個天線上發送一個公共信道估計碼，因此也就無法象FDD那樣通過公共信道估計碼在UE端進行單/雙流的選擇。
但由于上下行干擾的不對稱，利用上行信道估計信息進行下行單/雙流選擇不如UE直接根據下行信道信息進行下行MIMO單/雙流選擇準確。鼎橋公司的方案建議無論下行數據域單流或雙流發送，均在兩虛擬天線端口上發送參考符號，以輔助UE進行單/雙流的選擇，從而提高MIMO單/雙流選擇的準確性。

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

對于分組用戶來說，HSPA技術能極大地提升用戶的傳輸速率。但是也存在著傳輸間斷（例如網頁瀏覽），頻繁的連接終止以及重連等問題。CPC技術解決問題的思路是讓CELL_DCH狀態的用戶盡可能保持連接。這又帶來了必須增加同時支持的用戶數的要求。TD-SCDMA HSPA+在CPC技術中作出了以下改進：

去掉伴隨專用物理信道。

在之前的TD-SCDMA HSPA中，每個用戶都有伴隨專用物理信道，用來作為無線鏈路保持和下行波束賦形所需的激勵信號。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。

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，提供無線鏈路保持和下行波束賦形所需的激勵信號。這里“空閑”的含義是：考慮到用戶調度的公平性和系統效率的最大化的折衷，不會出現很小的資源單位，即單個時隙中只有部分midamble shift是有效的，部分是空閑的。

引入SCCH-less和AGCH-less技術。

HS-SCCH和E-AGCH分別是HSDPA和HSUPA的物理控制信道。當用戶業務的數據塊大小和發送周期較為固定（例如VoIP業務）時，首傳數據塊可以使用預定義資源，而不再使用HS-SCCH和E-AGCH調度資源。這樣可以減少控制信道的開銷，進一步增加系統容量。

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

TD-SCDMA HSPA在上、下行使用QPSK 和16QAM。為進一步提高速率，TD-SCDMA HSPA+在下行引入64QAM。通過文獻[1]中的仿真可以得出以下結論：在仿真的室外場景中引入64QAM對小區吞吐量沒有十分明顯的改善；在室內場景中，用戶接收的信噪比較高，選擇64QAM調制方式的機會增多，因此引入64QAM能夠對小區吞吐量有一定的提高。

2.4 層2增強 (Layer 2 Enhancements)

MIMO和高階調制等技術的引入提高了TD-SCDMA HSPA+的上下行數據傳輸速率。但是RLC PDU 的大小等參數卻限制了HSPA 中RLC層的峰值速率。對此，HSPA+層2增強技術引入以下優化：

引入靈活的的RLC PDU大小；
支持MAC分段；
在一個PDU中支持多個邏輯信道的復用；
保證向后兼容性。

2.5 增強CELL_FACH 狀態 (Enhanced CELL_FACH State)

增強CELL_FACH狀態技術主要針對速率較低，在線時間長的業務（例如“永遠在線業務”）進行了優化。其目的是：降低終端功耗，提高系統容量和增加支持的用戶數。增強CELL_FACH狀態技術主要包括了以下改進：

在CELL_FACH狀態和CELL_PCH狀態下支持HSDPA和HSUPA技術以提高峰值速率；
通過提高數據速率，減小CELL_FACH，CELL_PCH和URA_PCH狀態下的信道用戶平面和控制平面時延；
減小CELL_FACH，CELL_PCH和URA_PCH狀態到CELL_DCH狀態的轉換時延；
通過不連續傳輸來減小CELL_FACH狀態下的UE功率消耗。

3 TD-SCDMA HSPA+的標準進展

TD-SCDMA HSPA+在2007年9月成立了SI（study item）來進行可行性研究。之后對其中的各個技術點成立了WI（work item）來進行進一步的研究和標準化工作，詳見下表：
表2. TD-SCDMA HSPA+各個WI標準進展

	MIMO	CPC	64QAM	L2增強	增強CELL_FACH
立項時間	2008年6月	2008年3月	2007年12月	和FDD在一個WI中完成	2007年12月
完成時間	2008年12月	2008年12月	2008年9月	和FDD在一個WI中完成	2008年9月

從上表可以看出，TD-SCDMA HSPA+整體在2008年底基本完成標準化工作，從時間上能夠保證TD-SCDMA的平滑演進。

結束語

目前，我國的TD-SCDMA網絡已經具備了相當的規模，已經支持HSDPA技術，預計在2009年可以支持HSUPA技術。采用TD-SCDMA HSPA+技術可以在已有的TD-SCDMA網絡上以較小的成本來進一步提高系統性能。另外，TD-SCDMA HSPA+技術的
開發難度和成本較低。。。隨著TD-SCDMA的不斷發展，HSPA+等新技術的研究也將不斷深入。

參考文獻

[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

(中國集群通信網 | 責任編輯：陳曉亮)