HSPA+R8 R9物理層關鍵技術與終端標準演進研究

于 璐 李 波 馬小麗 李軍輝 張 翔

[摘要]HSPA+是HSPA的演進。文章重點研究了HSPA+R8 R9標準中MIMO與64QAM聯合、Dual-Cell HSDPA以及Dual-Cell HSDPA與MIMO聯合等物理層關鍵技術，并探討了HSPA+R8 R9對終端標準演進與射頻一致性測試的影響。

[關鍵詞]HSPA+R8 R9MIMO64QAMDual-Cell HSDPA射頻一致性測試

1HSPA+R8 R9物理層關鍵技術

HSPA+是HSPA的演進。研究表明，HSPA+可在多方面進一步提升UMTS HSPA網絡的性能。

1.1下行MIMO與64QAM聯合

在R7標準中，終端可以分別但不能同時支持下行MIMO與64QAM調制，在R8標準中引入了下行2×2 MIMO與64QAM聯合，在無線信道狀況良好時可以進一步提升數據速率。通過兩種特性的結合，理論上終端可以支持約42Mbps的最大下行數據速率。

為支持64QAM與MIMO聯合，R8標準在信令機制方面擴展了下行HS-SCCH Type3信道，在HS-SCCH上定義3比特的字段對HS-PDSCH傳輸塊數量與調制方式聯合編碼。由于3比特無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HS-PDSCH使用MIMO發送兩個傳輸塊時，對于每個主傳輸塊和第二傳輸塊，冗余版本(RV)參數r和s以及星座版本參數b將進行聯合編碼。此時聯合編碼方式與R7中同時使用MIMO和16QAM時的方式相同。

R8標準使用MIMO時的CQI報告機制與之前標準版本保持一致，但在傳輸雙數據流且使用64QAM調制時，增加了新的type A型CQI映射。另外，為支持MIMO與64QAM聯合的測試，R8標準引入了新的固定參考信道H-Set 11。

1.2Dual-Cell HSDPA

為與WiMAX、LTE等移動寬帶接入技術抗衡，HSPA從R8版本標準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行聯合資源分配與負荷均衡實現更高的資源利用率和頻譜效率。多載波的聯合資源優化將采用CELLDCH狀態下的動態RRM，以實現每個HSDPA用戶單17-1內更高的峰值數據速率，且可以在信道狀況不理想或MIMO等技術無法使用的場景下，提供高速數據速率。

(1)DC HSDPA的性能

3GPP R8標準中對DC HSDPA應用場景給出了以下限定：

◆僅應用于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

◆使用同一發射天線且兩小區均不使用MIMO

當使用DC HSDPA時，小區給用戶配置第二個HSDPA載波(即第HS-DSCH小區)。此時上行方向UE將至少連接其中一個小區，并可以使用頻率間切換機制。

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據速率。此外，由于引入了調度增益，系統容量也將比獨立使用載波時有所增加。圖3是3GPP在PA3信道模型、終端接收機類型3(分集與LMMSE)、兩信道載波間衰落不相關時的仿真結果。可以看出，DC HSDPA的性能明顯優于兩個獨立載波的性能。

除此之外，在延遲方面，DC HSDPA也有相當的性能提升，尤其對于突發方式的分組數據業務。

(2)DC HSDPA的運行

對于DC HSDPA的兩個下行載波，均需上行HS-DPCCH反饋HARQ與CQI信息。3GPP最初討論是否采用兩個上行HS-DPCCH來傳輸兩個載波的反饋信息，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上行HS-DPCCH信道，因為單個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應針對不同情況編碼，其值取決于UE解調的內容為主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描述兩路下行數據傳輸不同，DC HSDPA需分別發送兩個下行HS-SCCH，用于描述相應HS-PDSCH上發送的用戶數據。兩小區通過使用兩個HS-SCCH。可以根據上行反饋信息分別對兩載波選擇最為合適的傳輸格式。uE應能同時從主HS-DSCH服務小區和第二HS-DSCH服務小區分別接收一個HS-DSCH和一個HS-SCCH。

HS-SCCH Iess運行是R7標準引入的針對HSDPA的特性，此時基站不發射HS-SCCH，終端通過盲檢測方式解調下行HS-PDSCH。在DC HSDPA狀態下，HS-SCCH Iess運行不能在第HS-DSCH小區上使用。基站使用類似指示DTX/DRX或HS-SCCH Iess運行的HS-SCCH命令向UE指示DC HSDPA狀態的激活與去激活。HS-SCCH命令是在下行HS-SCCH信道上傳輸的快速命令。

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的優化

3GPP R8中DC HSDPA的另一個工作重點是層2的優化方案(重點是MAC層)。下行HSDPA載波可以單獨操作或者進行聯合的層2操作，標準最終確定為聯合操作，因為研究表明這將提供更靈活的調度。

在UTRAN和UE側的單個MAC實體可以支持同一NodeB下兩個HS-DSCH載波的收發，因此在層2設計上做微小改動即可支持DC HSDPA。由于每個HS-DSCH信道的每個TTI都有一個獨立的HARQ過程，因此透過層2看物理層，DCHSDPA可以看作是兩個獨立正交的HS-DSCH。

(4)調度算法

調度算法是決定DC HSDPA相對于兩個獨立HSDPA載波增益的重要因素之一。首先，為兼容考慮，所有DCHSDPA都應支持現有終端的調度方式。其次，后續DCHSDPA調度算法的系統優化將是一項極富挑戰性的工作，要考慮動態與靜態系統或二者的結合。例如，支持雙載波的終端可以同時使用兩個載波上每個TTI內的可用資源，或者僅使用信道質量較好的單載波資源(頻率分集)。

1.3Dual-Cell HSDPA與MIMO聯合

在最新的HSPA+R9標準中，為了進一步提升下行數據速率，引入了Dual-Cell HSDPA與MIMO聯合。通過這兩種技術的有效結合，理論上終端可支持最高約84Mbps的下行峰值數據速率。

2UMTS HSPA+R8 R9終端標準演進

2.1HSPA+R8 R9終端能力新增類別

HSPA+R8 R9標準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終端射頻技術要求與一致性測試

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

另外，HSPA+R8的引入也增加了終端射頻一致性測試項目，見表4。預計隨著HSPA+技術的不斷成熟，標準將會定義更多的一致性測試項目。

3總結

3GPP在HSPA+R8 R9版本標準中引入了MIMO與64QAM聯合、DC HSDPA以及DC HSDPA與MIMO聯合等物理層新技術。相信隨著HSPA+R8 R9技術的不斷成熟，無線網絡設備的平滑升級，支持HSPA+R8 R9芯片與終端的不斷問世，以及測試技術與儀表的不斷發展，HSPA+R8 R9作為UMTS最新的演進技術，會有廣泛良好的應用前景。

另外，從R8版本標準起提出的DC HSDPA多載波技術代表著未來移動通信的發展方向，相信隨著UMTS FDD多載波技術的不斷進展，也將會促進我國自主知識產權的TD-SCDMA多載波技術的標準化與產業化的發展，具有重大的現實意義和深遠的戰略意義。