高速下行分組接入(HSDPA)是為解決WCDMA系統(tǒng)覆蓋與容量之間的矛盾、消除干擾、提升系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)傳輸速率等問題，滿足用戶業(yè)務(wù)需求而產(chǎn)生的新技術(shù)，是3GPP在R5協(xié)議中為了滿足上/下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不對稱的需求而提出的一種調(diào)制解調(diào)算法。目前的WCDMA R99系統(tǒng)標準可以提供最高2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持高速的分組交換和電路交換，并能提供許多基于互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)，充分滿足IMT-2000關(guān)于第三代移動通信的要求。然而，對于諸如下載或流媒體類業(yè)務(wù)，需要系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更少的延遲。為了滿足此要求，WCDMA對空中接口作了改進，引入了HSDPA技術(shù)，使之可以支持高達10Mbit/s的峰值速率。HSDPA技術(shù)的應(yīng)用可以充分滿足運營商在3G網(wǎng)絡(luò)成熟期面臨容量需求特別大時進行擴容的實施要求。
一、HSDPA的技術(shù)特點
為了實現(xiàn)HSDPA技術(shù)，除了提出增強型DSCH信道概念外，還采用了四種關(guān)鍵技術(shù)：自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC)、混合自動請求重轉(zhuǎn)技術(shù)(HARQ)、快速蜂窩選擇技術(shù)(FCS)和多輸入多輸出天線處理技術(shù)(MIMO)。
1.HSDPA信道結(jié)構(gòu)
HSDPA技術(shù)中增加了一個新的傳輸信道，稱為HS-DSCH，主要用于進行best-effort方式的PACKET傳輸，同時輔助HARQ和AMC等HSDPA關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn);HS-DSCH和DSCH信道一樣也是一種公共信道，主要是在時域內(nèi)采用信道碼機制而同時為多用戶公用。在HS-DSCH中，采用固定的擴頻因子16個，這樣最多可用的碼不會多于16個，一般取最大的碼數(shù)為14個。采用固定的擴頻因子可以降低UE復(fù)雜性的同時可減少下行的信令。HS-DSCH是一種時域復(fù)用和碼域復(fù)用相結(jié)合的物理信道。
分配HS-DSCH信道資源給不同的用戶是基于HS-DSCH傳輸時間間隔(TTI，在3GPP標準中對TTI進行了定義，可以為1、3、5或15個時隙。采用短的TTI具有以下兩個方面的優(yōu)點。
(1)可以有效地減少系統(tǒng)的時間延遲。
(2)縮短了PACKET Scheduler 的執(zhí)行間隔，使PACKET Scheduler能夠更好地跟蹤信道環(huán)境的變化。
2.自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC)
AMC根據(jù)信道的質(zhì)量情況，選擇最合適的調(diào)制和編碼方式。信道編碼采用R99 1/3 Turbo碼以及通過相應(yīng)碼率匹配后產(chǎn)生的其它速率的Turbo碼，調(diào)制方式可選擇QPSK、8PSK、16QAM等。通過編碼和調(diào)制方式的組合，產(chǎn)生不同的傳輸速率。當用戶處于有利的通信地點時(如靠近Node B或存在視距鏈路)，用戶數(shù)據(jù)發(fā)送可以采用高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式，例如16QAM和3/4編碼速率，從而得到高的峰值速率;而當用戶處于不利的通信地點時(如位于小區(qū)邊緣或者信道深衰落)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)則選取低階調(diào)制方式和低速率的信道編碼方案，例如：QPSK和1/4編碼速率，來保證通信質(zhì)量。
3.混合自動請求重轉(zhuǎn)技術(shù)(HARQ)
HARQ基于信道條件提供精確的編碼速率調(diào)節(jié)，可自動適應(yīng)瞬時信道條件，且對延遲和誤差不敏感。HARQ可以提高系統(tǒng)性能，并可靈活地調(diào)整有效編碼速率，還可以補償由于采用鏈路適配所帶來的誤碼。HSDPA將AMC和HARQ技術(shù)結(jié)合起來可以達到更好的鏈路自適應(yīng)效果。HSDPA先通過AMC提供粗略的數(shù)據(jù)速率選擇方案，然后再使用HARQ技術(shù)來提供精確的速率調(diào)解，從而提高自適應(yīng)調(diào)節(jié)的精度和提高資源利用率。HARQ機制本身的定義是將FEC和ARQ結(jié)合起來的一種差錯控制方案，HARQ機制的形式很多，而HSDPA技術(shù)中主要是采用三種遞增冗余的HARQ機制：TYPE-I HARQ，TYPE-II HARQ和TYPE-III HARQ?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)性能和設(shè)備復(fù)雜度來選擇相應(yīng)的HARQ機制。
4.快速蜂窩選擇技術(shù)(FCS)
有了快速蜂窩選擇(FCS)，UE就不必同時從多個蜂窩中數(shù)據(jù)傳輸，也不必聯(lián)合承載分組數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)信道了。UE在每幀選擇最好的蜂窩來傳輸數(shù)據(jù)。上行DPCH用來指示需要的蜂窩，網(wǎng)絡(luò)可利用這個蜂窩把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一幀一幀的傳給UE。這種技術(shù)是地點選擇分集傳輸?shù)囊环N特殊情況，僅適用于HS-DSCH信道。對于上行控制信道，則是給每個蜂窩分配一個臨時ID,UE周期地把主蜂窩的ID通知給連接的蜂窩，那些沒有UE選擇的非主蜂窩則關(guān)閉它們的發(fā)射機。對于快速蜂窩選擇，UE在每幀選擇最佳的蜂窩，用最佳的蜂窩在HS-DSCH上接收數(shù)據(jù)。HS-DSCH數(shù)據(jù)只在這個蜂窩中傳送。HSDPA技術(shù)為了能更好地適應(yīng)信道的快速變化，將調(diào)度功能單元放在Node B而不是RNC，同時也將TTI縮短到2ms。
5.多輸入多輸出的天線處理(MIMO)
MIMO技術(shù)在基帶處理部分需要多信道選擇(MCS)功能來定義天線傳播模型，根據(jù)用戶業(yè)務(wù)請求等級不同和信道質(zhì)量情況配置不同的信道。如果Node B有M個發(fā)射天線，用戶終端UE有N個接收天線，那么Node B與UE之間的下行發(fā)射通道有M×N個。發(fā)射機和接收機之間天線配置的不同組合，可以滿足數(shù)據(jù)速率從低到高的變化。MIMO技術(shù)需要UE和UTRAN都采用多個天線收發(fā)機，對UE而言要求比較高。同時由于采用的具體算法相當復(fù)雜，對處理機的處理能力和內(nèi)存也有很高要求。此外其他技術(shù)也對WCDMA網(wǎng)絡(luò)性能的提升提供幫助，比如智能天線SA和多用戶檢測MUD。前者能顯著提高系統(tǒng)的容量和覆蓋性能，提高頻譜利用率，從而降低運營商成本，后者通過對多個用戶信號進行聯(lián)合檢測，從而盡可能地減小多址干擾來達到提高容量或覆蓋的目的。
二、HSDPA技術(shù)的演進
3GPP中確定了HSDPA演進的三個階段，其中第三階段還未最終確定，仍在3GPP內(nèi)進行研究。R5以上的版本主要將致力于吞吐量的進一步提高，峰值數(shù)據(jù)速率可達50Mbit/s以上。
第一階段：基本HSDPA
在3GPP R5中進行了說明，引進一些新的基礎(chǔ)特性以獲得10.8Mbit/s峰值數(shù)據(jù)速率。這些特性包括由控制信道支持的高速下行共享信道，自適應(yīng)調(diào)制(QPSK&16QAM)，速率匹配以及Node B的共享媒體高速訪問控制(MAC-hs)。
第二階段：增強HSDPA
在3GPPR6中進行了說明，將引入天線陣列處理技術(shù)以提高峰值數(shù)據(jù)速率至30Mbit/s。引入的新技術(shù)主要包括面向單天線移動通信-采用基于波束成形技術(shù)的智能天線和面向2～4天線移動通信-采用多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)。
第三階段：HSDPA進一步演進
第三階段將引進新型空中接口，增加平均比特率。OFDM技術(shù)(每用戶設(shè)備選擇子載波傳輸)和64QAM調(diào)制的引入將使峰值速率達50Mbit/s以上。主要的新特性包括結(jié)合更高調(diào)制方案和陣列處理的正交頻分復(fù)用(OFDM)物理層;具有快速調(diào)度算法的MAC-hs/OFDM，根據(jù)空中接口質(zhì)量為每一用戶設(shè)備選擇專用子載波，從而優(yōu)化傳輸性能;作為控制實體的多標準MAC(Mx-MAC)，以實現(xiàn)正交頻分多址(OFDMA)和碼分多址(CDMA)信道間的快速交換。
三、 HSDPA技術(shù)現(xiàn)階段發(fā)展情況
1.標準
WCDMA標準化主要是由區(qū)域性的標準化組織3GPP負責(zé)，該組織主要成員包括了全球各個主要國家和地區(qū)的無線通信標準化機構(gòu)。HSDPA技術(shù)在3GPP制定的WCDMA標準Release5版本中被正式引入，從而完成了HSDPA技術(shù)的標準化工作。按照3GPP組織的最初規(guī)劃，每個Release版本應(yīng)以年為周期進行正式發(fā)布，但是由于在WCDMA Release99版本的制定過程中花費時間過長，以致Release5版本在2002年才最終凍結(jié)。隨著Release5版本的凍結(jié)，也標志著HSDPA技術(shù)標準的成熟化。
2.設(shè)備
目前業(yè)界還沒有一個廠家可提供商用HSDPA功能，部分廠家的現(xiàn)有產(chǎn)品在硬件上已經(jīng)具有了處理HSDPA功能的能力，已經(jīng)為軟件升級到HSDPA做好了準備。目前大多數(shù)廠家對于HSDPA功能的研發(fā)比較積極，主要是他們認為很多廠家CDMA2000設(shè)備已經(jīng)有EV-DO功能，如果不實現(xiàn)HSDPA，WCDMA將缺少這方面的競爭力。但是，HSDPA功能的引入還需要考慮終端的研發(fā)進度和能力，各大廠家也在與終端設(shè)備開發(fā)商和芯片設(shè)計公司協(xié)商研發(fā)時間表，以便進行互操作試驗。
隨著HSDPA技術(shù)的成熟和發(fā)展，其良好的應(yīng)用前景和平滑的演進能力正在引起越來越多人們的熱切關(guān)注。作為超3G的主流技術(shù)之一，很多人甚至將HSDPA稱為3.5G技術(shù)。目前，很多移動運營商都在高度關(guān)注它的商用化進展情況，在世界范圍內(nèi)，眾多的通信產(chǎn)品供應(yīng)商也都開始啟動了HSDPA技術(shù)的商用化進程。
四、結(jié)論
通過以上對HSDPA的介紹和分析，可以看出HSDPA技術(shù)作為WCDMA的增強型無線技術(shù)是一種提升網(wǎng)絡(luò)性能和容量的有效方式。HSDPA不僅能有效地支持非實時業(yè)務(wù)，同樣可以用于支持某些實時業(yè)務(wù)，如流媒體業(yè)務(wù)等。HSDPA還可以支持高速不對稱數(shù)據(jù)服務(wù)，而且在大大增加網(wǎng)絡(luò)容量的同時還能使運營商投入成本最小化。它為UMTS更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更高容量提供了一條平穩(wěn)的演進途徑，就如在GSM網(wǎng)絡(luò)中引入EDGE一樣。
