HSPA+技術(shù)簡介

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司2010年1月12日HSPA+技術(shù)簡介畢猛PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 2內(nèi)容提要HSPA+關(guān)鍵技術(shù)2HSPA+外場試驗情況介紹3內(nèi)容提要移動無線接入技術(shù)的發(fā)展1PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 3移動無線接入網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)趨勢及現(xiàn)狀現(xiàn)在4GIMT-AdvancedLikelyOFDMABasedTechnology2GGSM GPRSWCDMAR99EDGE2.5G 2.75G 3GE-EDGEHSDPA/R5HSUPA/R6MBMS3.5GTD-SCDMAR4 HSPA MC-HSPAMBMS3.75G 3.9GIS95 CDMA 2000 CDMA 2000 1X-ED-DO EV-DO Rev. A EV-DO Rev. B UMB802.16d 802.16e 802.16mLTE/R8TDDFDDHSPA+/R7LTE-A/R9HSPA+/R8（階段B）HSPA+/R8（階段C/D）中國聯(lián)通目前采用的是3.5G的HSPA，未來將向HSPA+、LTE方向發(fā)展。LTE/LTE+是公認(rèn)的遠(yuǎn)期技術(shù)演進(jìn)方向。考慮到保護(hù)投資及平滑演進(jìn)因素，HSPA+ 部分功能的商用是中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然！PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 4HSPA+的設(shè)計目標(biāo)n HSPA+要在5MHz內(nèi)達(dá)到與LTE一樣的頻譜效率；n HSPA+要盡可能實現(xiàn)與LTE共享部分資源，如LTE的核心網(wǎng)SAE；n 簡化或減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量；n HSPA+網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該后向兼容R99/HSPA的終端，盡可能減小對UE的影響，尤其是控制復(fù)雜度；n 希望能在現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行小規(guī)模的升級即可支持HSPA+的功能；n 盡可能減小對NodeB的影響，允許簡單的升級和硬件的再利用，但不排除通過硬件升級支持額外的功能（如提高處理能力和RNC功能等）；PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 5HSPA+及LTE的功能演進(jìn)Rel-6 Rel-9Rel-8Rel-7HSPA峰值速率所屬階段主要功能選擇DL 14.4MbpsUL 5.76MbpsDL 21/28MbpsUL 11.5MbpsDL 42MbpsUL 11.5MbpsHSUPA l下行64QAMl上行16QAMl MIMOlCPCl下行層二增強l下行增強CELL_FACHl下行增強F-DPCHl扁平化架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)時間 2005.3 2007.12 2009.3 預(yù)計2009.12l下行64QAM+MIMOlDual-Cell HSDPAlCS over HSPAl上行層二增強l上行增強CELL_FACHDL 84MbpsUL 23MbpslDual-Cell HSUPAlDual-Band HSDPAlDC-HSDPA+MIMOl2 ms TTI 上行范圍改進(jìn)lTxAA回退模式LTE峰值速率（20MHz）主要功能選擇DL 173MbpsUL 58MbpslOFDMl下行64QAM+MIMOl上行16QAM+SIMOl扁平化架構(gòu)DL 173MbpsUL 58MbpslLTE定位功能lHeNB增強lIMS緊急呼叫l(wèi)E-MBMSHSPA+PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 6主流運營商技術(shù)演進(jìn)選擇-HSPA+從2009年2月開始，全球主流WCDMA運營商陸續(xù)啟動向HSPA+的技術(shù)演進(jìn)，截止到09.11.24，全球有36個國家的62個運營商宣布向HSPA+的演進(jìn)計劃，其中已有36張（33個選擇64QAM，3個選擇MIMO）網(wǎng)絡(luò)完成在23個國家的商用部署。國外運營商部署HSPA+情況部署中2010KT韓國21.6Mbps，64QAM部署中小于50個站20103香港21.6Mbps，64QAM確定部署數(shù)千個站2010Orange法國部署中2010O2愛爾蘭21.6Mbps，64QAM部署中幾十城市，數(shù)千個站2010AT&T美國21.6Mbps，64QAM商用2100個站2009.7.24eMobile日本21.6Mbps，64QAM商用第一批400個站左右2009.11PCCW香港21.6Mbps，64QAM商用2009.11.5Smartone-Vodafone香港28.8Mbps，MIMO商用2009.10.5Swisscom瑞士21.6Mbps，64QAM商用2009.6.26Vodafone葡萄牙21.6Mbps，64QAM商用700個站左右2009.11.10Vodafone西班牙21.6Mbps，64QAM商用2009.6.13瑞典21.6Mbps，64QAM商用2009.63丹麥28.8Mbps，MIMO商用7000個站，熱點區(qū)域2009.11.3O2德國21.6Mbps，64QAM商用2009.9.18T-Mobile美國21.6Mbps，64QAM商用2009.2.23Telstra澳大利亞引入HSPA+技術(shù)選擇網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)部署規(guī)模HSPA+部署時間運營商名稱國家PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 7內(nèi)容提要HSPA+ 外場試驗情況介紹3內(nèi)容提要移動無線接入技術(shù)的發(fā)展1HSPA+關(guān)鍵技術(shù)2PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 8中國聯(lián)通未來3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)MIMO下行64QAM上行16QAMCPC層二增強增強Cell_FACHDual-Cell HSDPACS over HSPAPDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 9下行64QAM峰值速率提升50%，達(dá)到21.6Mbps。但必須同時支持層二增強，提高協(xié)議可承載最大信息量。更高階調(diào)制方式需要更好的接入信道的質(zhì)量，信道條件非常好才能使用到64QAM的高階調(diào)制，否則16QAM，甚至QPSK。n R7以前HSDPA的調(diào)制方式采用QPSK、16QAM，R7引入了64QAMn 幅度調(diào)制+相位調(diào)制，每個符號傳送的比特數(shù)越多，傳輸效率越高；n 符號數(shù)=2N N:每符號包含比特數(shù)n QPSK：22 16QAM：24 64QAM：26 峰值速率比=1：2：3PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 1064QAM HSDPAl 相比低階調(diào)制，64QAM可靠性降低，對干擾更加敏感。l 64QAM對于發(fā)射機失真更加敏感，需要進(jìn)一步降低發(fā)射機EVM（Error Vector Magnitude），因此需要適當(dāng)增加功率回退。l 數(shù)據(jù)來源：Ericsson PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 1164QAM仿真性能分析28%3.853.0010%優(yōu)勢用戶的吞吐率(Mbps)16%10.969.44小區(qū)吞吐率(Mbps)提高64QAM16QAM吞吐量Cell Thrgouhput of 64QAM vs 16QAM , Micro ,PA34000500060007000800090001000011000Cell Throughput(kbps)16QAM64QAM64QAM與16QAM在微小區(qū)場景下小區(qū)平均吞吐量對比Cell Thrgouhput of 64QAM vs 16QAM , Macro ,PA34000500060007000800090001000011000CellThroughput(kbps)16QAM64QAM64QAM與16QAM在宏小區(qū)PA3場景下小區(qū)平均吞吐量對比21%3.042.5110%優(yōu)勢用戶的吞吐率(Mbps)7%7.126.66小區(qū)吞吐率(Mbps)提高64QAM16QAM吞吐量64QAM在微小區(qū)條件下，性能更加顯著！PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 12網(wǎng)絡(luò)升級代價uHLR/CN核心網(wǎng)影響：目前HLR和CN核心網(wǎng)對上行和下行的最大速率限速是基于R6的，下行最大限速為16Mbps。引入64QAM之后，理論下行最大峰值速率可以達(dá)到21Mbps，HLR和CN需要針對R7協(xié)議版本做相應(yīng)調(diào)整。uRNC影響：只需軟件升級即可支持。uNodeB影響：只需軟件升級即可支持。u終端：3GPP規(guī)定了13、14、17、18、這4種終端都支持下行64QAM，其中前兩個支持MIMO但不支持64QAM；后面兩個64QAM和MIMO都支持，但不能同時使用。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 13中國聯(lián)通未來3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)MIMO下行64QAM上行16QAMCPC層二增強增強Cell_FACHDual-Cell HSDPACS over HSPAPDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 14MIMO權(quán)重產(chǎn)生 w 1 w 4 從上行反饋決定權(quán)重大小 w 2 w 3 TrCH處理 HS-DSCH TrCH處理 HS-DSCH 擴頻/加擾 Ant 1 Ant 2 CPICH 1 CPICH 2 w 1 w 2 w 3 w 4 主傳輸塊 主傳輸塊: 總代表被調(diào)度的UE 從傳輸塊: 隨機代表被調(diào)度的UE 輔傳輸塊 n MIMO技術(shù)是針對多徑無線信道來說的，指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，從而提高數(shù)據(jù)速率，減少誤比特率，改善無線信號傳送質(zhì)量。n MIMO在基站側(cè)，即HS-PDSCH信道上的應(yīng)用原理如下：信道編碼、交織以及擴頻是在非MIMO模式下完成；NodeB的調(diào)度能夠決定在一個TTI里給UE傳輸一個或兩個傳輸塊，擴頻后的復(fù)值傳輸?shù)組IMO的2根天線分支中，然后通過預(yù)編碼的w1、w2、w3和w4進(jìn)行加權(quán)處理。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 15MIMO的主流方案uD-TxAA（Dual Transmit Adaptive Array）雙流發(fā)射自適應(yīng)天線技術(shù)：它是閉環(huán)自適應(yīng)技術(shù)，對獨立子數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)編碼，然后在相應(yīng)天線上通過相互正交的波束發(fā)射出去。-FDD通常選擇uPARC（Per Antenna Rate Control）每天線速率控制技術(shù)：它是開環(huán)自適應(yīng)技術(shù)，通過動態(tài)對天線的數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行調(diào)整有效提高系統(tǒng)的吞吐量。-TDD通常選擇uS-PARC（Selective Per Antenna Rate Control）選擇每天線速率控制技術(shù)：PARC改進(jìn)型，根據(jù)信道情況，動態(tài)選擇進(jìn)行單流傳輸還是雙流傳輸。uS-PARC SIC（Selective Per Antenna Rate Control using Successive Interference Cancellation）采用干擾消除的選擇每線速率控制技術(shù)：S-PARC的改進(jìn)型，主要采用了干擾消除的方法。40.210.5S-PARC SIC22.99.1D-TxAA20.08.9S-PARCNA7.41x2增益1x2 (%)小區(qū)吞吐量(Mbps)機制PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 16MIMO仿真性能1-高通小區(qū)總吞吐量提高45%小區(qū)中條件最好的前10%用戶的吞吐量提高90%PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 17MIMO仿真性能2-華為14%2.862.5210%優(yōu)勢用戶的吞吐率(Mbps)14%7.576.66小區(qū)平均吞吐率(Mbps)提升MIMO無MIMO吞吐量Cell Thrgouhput , Macro ,PA34000500060007000800090001000011000Cell Throughput(kbps)1*2 LMMSE MIMO Dual-Stream/Single-StreamMIMO與非MIMO在宏小區(qū)場景下小區(qū)平均吞吐量對比Cell Thrgouhput , Micro ,PA3400050006000700080009000100001100012000CellThroughput(kbps)1*2 LMMSE MIMO Dual-Stream/Single-StreamMIMO與非MIMO在微小區(qū)PA3場景下小區(qū)平均吞吐量對比24%3.713.0010%優(yōu)勢用戶的吞吐率(Mbps)19%11.219.44小區(qū)平均吞吐率(Mbps)提升MIMO無MIMO吞吐量PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 18網(wǎng)絡(luò)升級代價u系統(tǒng)側(cè)：軟件升級+增加獨立功放單元（RRH or RRU）u終端側(cè)：3GPP規(guī)定了15、16、17、18這4種終端都支持MIMO，其中前兩個支持MIMO但不支持64QAM；后面兩個64QAM和MIMO都支持，但不能同時使用。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 19MIMO技術(shù)優(yōu)勢和劣勢MIMO技術(shù)優(yōu)勢l有效利用頻譜資源和碼資源，顯著提升小區(qū)容量，可使峰值速率達(dá)到28.8Mbps。l對于頻譜資源緊缺，或者頻譜資源昂貴的運營商是一個很好的選擇；l可以靈活配置為雙流或單流工作模式。MIMO技術(shù)劣勢l性能依賴終端反饋的CQI和PCI，對信道條件（SNR）要求較高l使用MIMO技術(shù)會較大程度地增加硬件成本，主要是射頻成本的增加（增加RRU或RRH）l對于已部署了3G網(wǎng)絡(luò)的運營商，需要考慮對已有系統(tǒng)的改動代價。l MIMO技術(shù)需要新終端支持。終端雙天線才會有很大的增益。終端的普及率對MIMO性能的影響很大，過低的普及率（低于30%）可能帶來網(wǎng)絡(luò)容量的負(fù)作用。在終端普及率不明朗及升級代價依然很高的情況下，不建議聯(lián)通過早引入MIMO！PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 2064QAM+MIMO使小區(qū)峰值速率64QAM+MIMO是WCDMA R8版本的標(biāo)志性技術(shù)，MIMO通過結(jié)合使用上行鏈路和下行鏈路中的高階調(diào)制，將并行數(shù)據(jù)流傳輸至單個最終用戶，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)速率的提升在單載波5M帶寬下，其峰值速率可達(dá)到43Mbps，大幅提高了頻譜效率，增強了HSDPA技術(shù)的持續(xù)可競爭性。此技術(shù)實現(xiàn)的難點在UE, UE需要同時支持兩種技術(shù)，對終端電池的續(xù)航能力有較高的要求。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 21中國聯(lián)通未來3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)MIMO下行64QAM上行16QAMCPC層二增強增強Cell_FACHDual-Cell HSDPACS over HSPAPDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 22上行16QAMl R7以前HSUPA的調(diào)制方式采用QPSK（2*BPSK），R7引入16QAM.l 上行16QAM是用I路4PAM和Q路4PAM的等效實現(xiàn)方式。IQ+1 +3-1-3IQ+j+3j-j-3jIQI/Q復(fù)用的4PAM變成16QAMl 采用16QAM技術(shù)后上行峰值速率為11.5Mbps。l 目前上行16QAM只用于E-DPDCH信道2ms，擴頻因子為2SF2+2SF4的情況l 上行16QAM對干擾及失真更加敏感，功率回退增加1.5-2dB目前各個廠家設(shè)備采用上行16QAM設(shè)備的性能都還不很理想，未能支持商用。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 23上行16QAM仿真性能1-愛立信16QAM鏈路級性能仿真 16QAM系統(tǒng)級性能仿真16QAM的引入，可使上行提供高于5.76 Mbps的數(shù)據(jù)吞吐量。系統(tǒng)中優(yōu)勢用戶（最好的10）的數(shù)據(jù)吞吐量可以增加大約100。中間用戶的數(shù)據(jù)吞吐量的增益依賴于小區(qū)負(fù)載，最多可以達(dá)到接近100。當(dāng)要求用戶吞吐量的中值是5Mbps時，小區(qū)吞吐量的增益可達(dá)87。當(dāng)要求用戶吞吐量的中值是4Mbps時，小區(qū)吞吐量的增益可達(dá)40。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 24上行16QAM仿真性能2-華為UL enhancement024681012Peak data rate Average cellthroughputw/o 16QAMw/t 16QAM上行16QAM與QPSK小區(qū)平均吞吐量對比同下行64QAM類似，上行高階調(diào)制只有在信道條件較好的情況下才有較大的增益，采用16QAM相比不采用16QAM大約有2040的增益。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 25網(wǎng)絡(luò)升級代價229962000010ms and 2 ms TTISF24Category 7114842000010 ms and2 ms TTISF24Category 6-2000010 ms TTI onlySF22Category 557722000010 ms and2 ms TTISF22Category 4-1448410 ms TTI onlySF42Category 327981448410 ms and2 ms TTISF42Category 2 -711010 ms TTI onlySF41Category 1Maximum number of bits of an E-DCHtransport block transmitted within a 2 ms E-DCH TTIMaximum number of bits of an E-DCHtransport block transmitted within a 10 ms E-DCH TTISupport for 10 and 2 ms TTI EDCHMinimum spreading factorMaximum number of E-DCH codes transmittedE-DCH category類型16的終端上行只支持QPSK，類型7的終端支持QPSK和16QAM。uNodeB：需進(jìn)行軟件升級，個別廠家還需增加基帶處理板。u終端：增加UE類型7以支持16QAM。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 26中國聯(lián)通未來3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)MIMO下行64QAM上行16QAMCPC層二增強增強Cell_FACHDual-Cell HSDPACS over HSPAPDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 27CPCContinuous Packet Connectivity（連續(xù)的分組連接）2006年9月RAN1 46#次會議最終選擇了以下4項技術(shù)：uDTX/DRX u新的上行DPCCH時隙格式u減少CQI報告uHS-SCCH-less操作PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 28DTX/DRXu DTX（不連續(xù)發(fā)射）-可節(jié)約手機耗電并減少上行干擾指UE在CELL_DCH狀態(tài)下采用非DCH信道時，可以不連續(xù)發(fā)射上行DPCCH信道，以減少手機UL DPCCH的傳輸。在既沒有E-DCH傳輸、也沒有HS-DPCCH傳輸?shù)臅r候，UE將自動停止DPCCH發(fā)射，并使用一個預(yù)定義的DPCCH活動圖樣。一旦E-DCH和HS-DPCCH開始發(fā)射，立即恢復(fù)正常的DPCCH發(fā)射。UL-DPCCH信道的DTX操作通過HS-SCCH orders進(jìn)行激活/去激活，HS-DPCCH信道的DTX操作通過UE檢測下行信道的方式進(jìn)行激活/去激活。UL DTX可以獨立于DRX單獨使用。u DRX（不連續(xù)發(fā)射）-可節(jié)約手機耗電指UE在CELL_DCH狀態(tài)下采用非DCH信道時，可以不連續(xù)接收系統(tǒng)的下行HS-SCCH信道信息。DRX允許手機使用預(yù)定義的HS-SCCH接收圖樣，UE必須每經(jīng)過一個周期偵聽一次HS-SCCH子幀，監(jiān)聽Node B的DL傳輸以節(jié)約手機用電。DRX是對DTX方案的補充，必須和DTX一起使用，不能單獨使用。一些特殊情況下，如UE有掉話危險，UTRAN能夠立即通過L1信令機制取消UE的DT