全面了解后3G時(shí)代的技術(shù)走向 4大關(guān)鍵技術(shù)
HSDPA(高速下行分組接入)用于實(shí)現(xiàn)WCDMA網(wǎng)絡(luò)高速下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以使下行的數(shù)據(jù)速率達(dá)到8～10Mbps，被譽(yù)為后3G時(shí)代的主要解決方案。對(duì)采用多入多出(MIMO)技術(shù)的HSDPA系統(tǒng)，數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到20Mbps。HSDPA的出現(xiàn)引起了業(yè)界的極大關(guān)注。作為WCDMA體系的后續(xù)演進(jìn)技術(shù)，HSDPA中的許多關(guān)鍵技術(shù)與cdma20001XEV／DV以及TD-SCDMA中的一些關(guān)鍵技術(shù)有異曲同工之妙，因此，適時(shí)研究HSDPA，對(duì)于我們?nèi)媪私夂?G時(shí)代的技術(shù)走向十分重要。
在HSDPA技術(shù)方案中，涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要包括4種：自適應(yīng)編碼調(diào)制、H-ARQ、快速蜂窩選擇(FCS)、多入多出天線處理(MIMO)。
自適應(yīng)編碼調(diào)制
自適應(yīng)調(diào)制與編碼(AMC)也屬于鏈路自適應(yīng)的范疇。AMC的基本原理就是改變調(diào)制和編碼的格式并使它在系統(tǒng)限制范圍內(nèi)和信道條件相適應(yīng)，而信道條件則可以通過發(fā)送反饋來(lái)估計(jì)。在AMC系統(tǒng)中，一般用戶在理想信道條件下用較高階的調(diào)制方式和較高的編碼速率，而在不太理想的信道條件下則用較低階的調(diào)制編碼方式。
采用AMC的好處主要有：處于有利位置的用戶可以具有更高的數(shù)據(jù)速率，由此蜂窩平均吞吐量得到提高；在鏈路自適應(yīng)過程中，通過調(diào)整調(diào)制編碼方案而不是調(diào)整發(fā)射功率的方法可以降低干擾水平。
目前實(shí)現(xiàn)AMC面臨幾項(xiàng)挑戰(zhàn)。首先，AMC對(duì)測(cè)量誤差和延遲比較敏感，為了選擇適合的調(diào)制方式，必須首先知道信道的質(zhì)量，對(duì)信道估測(cè)的錯(cuò)誤可能會(huì)使系統(tǒng)選擇錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)率，使傳輸功率過高，浪費(fèi)系統(tǒng)容量或者因功率太低而出現(xiàn)誤碼率升高；其次，由于移動(dòng)信道的時(shí)變特性，信道測(cè)量報(bào)告的延遲降低了信道質(zhì)量估計(jì)的可靠性；另外，干擾的變化也增加測(cè)量的誤差，此時(shí)可以尋求與其它技術(shù)的結(jié)合，比如利用混合判決反饋重傳技術(shù)(H-ARQ)可以降低MCS的要求識(shí)別和對(duì)測(cè)量誤差和流量波動(dòng)的敏感性。
H-ARQ
H-ARQ也是一種鏈路自適應(yīng)的技術(shù)。在AMC中，采用顯式的C／I測(cè)量來(lái)設(shè)定調(diào)制編碼的格式，而在H-ARQ中，鏈路層的信息用于進(jìn)行重傳判決。
有很多方法可以實(shí)現(xiàn)H-ARQ：Chase合并、兼容速率鑿孔TurboCodes和增量冗余。Chase合并的策略是發(fā)送有相同編碼的數(shù)據(jù)組，然后在接收端可以將這些多個(gè)重發(fā)信息進(jìn)行SNR加權(quán)合并來(lái)獲得分集接收再進(jìn)行譯碼。增量冗余或H-ARQ-II是實(shí)現(xiàn)H-ARQ的另一種方式。這種策略是在第一次譯碼失敗時(shí)另外再傳送附加冗余信息而不是再將整個(gè)數(shù)據(jù)碼組重發(fā)一次。H-ARQ-type-Ⅲ也是增量冗余方案中的一種，然而在H-ARQ-type-Ⅲ中，每次的重傳是可以自解碼的，這一點(diǎn)與HARQ-II不同。在多冗余的H-ARQ-type-Ⅲ中，每次重發(fā)冗余信息時(shí)要對(duì)不同的比特進(jìn)行打孔。
AMC可以根據(jù)UE的測(cè)定或者網(wǎng)絡(luò)提供的信息條件來(lái)靈活地選擇適當(dāng)?shù)腗CS，但需要UE進(jìn)行準(zhǔn)確信道測(cè)量并且受到相應(yīng)延遲的影響。H-ARQ能夠自動(dòng)地適應(yīng)信道條件的變化并且對(duì)測(cè)量誤差和時(shí)延不敏感。AMC和H-ARQ二者結(jié)合起來(lái)可以得到最好的效果——AMC提供粗略的數(shù)據(jù)速率選擇而H-ARQ可以根據(jù)數(shù)據(jù)信道條件對(duì)數(shù)據(jù)速率進(jìn)行較精細(xì)的調(diào)整。 #p#
快速蜂窩選擇
FCS是為HSDPA而推薦使用的。使用FCS，UE能指示一個(gè)最好的小區(qū)用于下行鏈路。確定“最好的”蜂窩不僅要基于無(wú)線信號(hào)傳播的條件，還要考慮在Activeset中小區(qū)的功率和碼字空間的資源。一般而言，同時(shí)有很多小區(qū)處于activeset，但只有最適合的小區(qū)基站允許發(fā)送，這樣可以降低干擾提高系統(tǒng)容量。
在離小區(qū)中心較遠(yuǎn)的邊緣，每個(gè)信道質(zhì)量都比較低。使用FCS策略可以選擇一個(gè)服務(wù)小區(qū)使得鏈路的質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定。它是通過C／I和上行DCCH的小區(qū)指示信息來(lái)對(duì)各個(gè)小區(qū)進(jìn)行比較的。FCS對(duì)物理層方面的要求和Release99中的選擇性分集發(fā)射(SSDT)相似。
如果使用Node-B之間的單元選擇，在HSDPA調(diào)度和終端就緒之后，需要實(shí)現(xiàn)HARQ狀態(tài)和調(diào)度表的同步。一種傳輸狀態(tài)同步的方法是通過空中傳播的物理層實(shí)現(xiàn)的。如果FCS可以選擇變化的Node-B，那么就需要讓所有的Node-B都能偵測(cè)到上行鏈路的物理層發(fā)送信號(hào)，而這和常規(guī)的上行鏈路功率控制策略矛盾。它這種策略不能確定上行鏈路發(fā)送信號(hào)能被所有的Node-B偵測(cè)。有兩種途徑可以解決：使用改進(jìn)的上行鏈路功率策略，當(dāng)任何Node-B需要時(shí)，UE的傳遞功率都能相應(yīng)增加；第二種方式還是使用常規(guī)的功率控制策略，但加上一個(gè)功率偏移來(lái)保證傳輸狀態(tài)能被新的Node-B偵測(cè)。這兩種方式中，優(yōu)先推舉第二種方式。但是，必須評(píng)估需要多大的功率偏置及其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能影響。
MIMO技術(shù)
多入多出(MIMO)系統(tǒng)是在發(fā)送和接收端同時(shí)使用多天線，這樣相對(duì)于只在發(fā)送端使用多個(gè)天線有更多好處。在MIMO系統(tǒng)中，通過碼復(fù)用技術(shù)可以使峰值吞吐量得到提高。
采用碼復(fù)用技術(shù)后，為HS-DSCH分配的信道／擾碼對(duì)用來(lái)調(diào)制M個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流(M為發(fā)送的天線數(shù))。復(fù)用了相同信道化碼、擾碼的數(shù)據(jù)必須用空間參數(shù)加以區(qū)分，這要求在接收端使用至少M(fèi)個(gè)天線。在理論上，使用碼復(fù)用的峰值傳輸速率是單天線傳送的M倍。通過碼復(fù)用可以結(jié)合碼復(fù)用技術(shù)和一個(gè)較低階的星座調(diào)制如16QAM來(lái)達(dá)到一個(gè)適中的數(shù)據(jù)傳輸速率，而若不采用碼復(fù)用技術(shù)，達(dá)到相同的數(shù)據(jù)速率可能需要采用64QAM調(diào)制。相對(duì)于使用單天線傳送加上較高階的星座調(diào)制達(dá)到的相同速率，碼復(fù)用技術(shù)可以降低對(duì)Eb／N0的要求，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。
在關(guān)注HSDPA中使用的MIMO技術(shù)時(shí)，重點(diǎn)集中在具有代表性的開環(huán)方式MIMO。在常規(guī)單天線發(fā)送的HSDPA中，一組下行信道(N個(gè))在多個(gè)用戶間共享。使用M個(gè)發(fā)射天信的開環(huán)MIMO，也使用同樣數(shù)量的下行信道碼，但是每個(gè)碼字被復(fù)用了M次，并且每個(gè)碼字用來(lái)調(diào)制不同的數(shù)據(jù)子串。特別的數(shù)據(jù)以更高的編碼速率進(jìn)行編碼、速率匹配和交織。
對(duì)于UE的聯(lián)合檢測(cè)，在每個(gè)收發(fā)天線對(duì)之間都要進(jìn)行復(fù)信道估計(jì)。在平坦衰落信道下，信道的特性可以由MP個(gè)復(fù)信道因子來(lái)確定。在頻率選擇性衰落信道下，信道特性可以由LPM個(gè)復(fù)信道因子刻畫，其中L是RAKE接收機(jī)的Finger數(shù)。信道估計(jì)可以通過接收信號(hào)和M個(gè)正交導(dǎo)頻序列相關(guān)運(yùn)算獲得。對(duì)比常規(guī)的單天線接收機(jī)，信道估計(jì)復(fù)雜度提高了MP倍。對(duì)數(shù)據(jù)檢測(cè)，每個(gè)天線后面都要接針對(duì)N個(gè)擴(kuò)頻碼的匹配濾波器。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)天線需要LP個(gè)解擴(kuò)器。對(duì)于MN個(gè)數(shù)據(jù)子流的每個(gè)子流，對(duì)應(yīng)LP個(gè)解擴(kuò)器輸出，每個(gè)輸出用對(duì)應(yīng)信道估計(jì)的復(fù)共軛進(jìn)行加權(quán)，然后加在一起構(gòu)成充分統(tǒng)計(jì)量。這個(gè)過程稱為空時(shí)RAKE接收，是單天線RAKE接收在多天線處理情況下的擴(kuò)展。
共享同一個(gè)碼字的M個(gè)數(shù)據(jù)子串的充分統(tǒng)計(jì)量(向量)中的每個(gè)量(標(biāo)量)包含了空間多址干擾，然而在平坦衰落信道下，因?yàn)樵谛诺纻魉瓦^程中碼字的正交性得到了保持，作為一組(Group)的這些子串并不受到其它碼字所產(chǎn)生子串的干擾。對(duì)M個(gè)編碼子串中的每一組，采用多用戶檢測(cè)來(lái)消除MAI的影響。可采用的多用戶檢測(cè)方法包括最大似然檢測(cè)和VerticalBLAST檢測(cè)。最大似然檢測(cè)方法可以通過充分統(tǒng)計(jì)向量的噪聲方差直接推導(dǎo)出來(lái)，但是最大似然檢測(cè)的復(fù)雜度是隨M呈指數(shù)增長(zhǎng)的，因此，次最優(yōu)但復(fù)雜度較低的V-BLAST是較可行的方法。V-BLAST檢測(cè)器包括兩部分：一個(gè)線性變換和一個(gè)串行干擾抵消器，線性變換通過迫零算法或最小均方誤差準(zhǔn)則消除MAI，經(jīng)過線性變換后，子流中的具有最高信噪比編碼符號(hào)被檢測(cè)出來(lái)，并抽取出充分統(tǒng)計(jì)量中的對(duì)應(yīng)信號(hào)。使用修正過的充分統(tǒng)計(jì)量，線性變換和干擾抵消重復(fù)進(jìn)行，直到所有的子串都被檢測(cè)出來(lái)。經(jīng)過MIMO檢測(cè)器后，MN個(gè)子串恢復(fù)成高速數(shù)據(jù)流，解映射到比特，然后解交織、譯碼。
【編輯推薦】
