TDSCDMA HSDPA終端的實現(xiàn)

1、td-scdma hsdpa終端的實現(xiàn)摘要相對于3g的另外兩個國際標(biāo)準(zhǔn)（wcdma、cdma 2000）來說，td-scdma系統(tǒng)hsdpa（高速下行分組接入技術(shù)）終端的發(fā)展相對滯后，加速其發(fā)展是增加競爭力的重要因素。文章分析了高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在td-scdma系統(tǒng)實現(xiàn)的重要意義，并探討了hsdpa功能在終端的實現(xiàn)機制和解決方案。1、td-scdma高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的重要意義目前，日本和韓國的3g經(jīng)營商已經(jīng)在體驗3g高速數(shù)據(jù)服務(wù)方面取得巨大成功。日本docomo公司于2001年推出的wcdma-foma服務(wù)，截止到2004年5月已擁有400萬用戶，所創(chuàng)造的收入已經(jīng)占到其總收入的20%以上。韓國電信公司

2、（skt）于2003年第3季度部署了1x ev-do網(wǎng)絡(luò)之后，該公司數(shù)據(jù)服務(wù)收入占據(jù)每用戶平均收入（arpu）值的比例上升到了34%。預(yù)計在未來幾年內(nèi)，數(shù)據(jù)服務(wù)仍將會取得大幅度增長，并成為第三代（3g）移動通信的主要應(yīng)用和主要收入來源。為了適應(yīng)多媒體應(yīng)用對高速數(shù)據(jù)傳輸日益增長的需要，第三代移動通信合作項目組（3gpp）公布了一種新的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)hsdpa（高速下行分組接入技術(shù)）。該技術(shù)在wcdma系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)電信相關(guān)部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前全球共有123個hsdpa網(wǎng)絡(luò)在56個國家/地區(qū)計劃部署，其中有70個wcdma-hsdpa網(wǎng)絡(luò)在39個國家/地區(qū)商用，14個wcdma

3、-hsdpa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)達到3.6mb/s的速率。終端方面，目前已經(jīng)有66款hsdpa終端上市，其中22款手持機、44款pc卡及路由器，共19家提供商；另外還有13款內(nèi)置hsdpa功能的pc機，共有8家提供商。綜合以上的數(shù)字我們可以看到，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是第三代移動通信的重要服務(wù)，也是運營商的主要收入來源。td-scdma如果要讓用戶體驗到其優(yōu)越于2g的服務(wù)，必然要提供高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。國產(chǎn)的3g標(biāo)準(zhǔn)td-scdma要在和其他3g標(biāo)準(zhǔn)的競爭中占有一席之地，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也具有相當(dāng)重要的意義。2、td-scdma高速下行數(shù)據(jù)終端實現(xiàn)機制和原理2.1td-scdma高速下行主要技術(shù)td-scdma在3gp

4、p release 5版本的規(guī)范里引入了hsdpa技術(shù)。該技術(shù)能夠在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下提高td-scdma系統(tǒng)下行傳輸數(shù)率，單載波理論值為2.8mb/s。hsdpa主要引入了harq（混合自動重傳）技術(shù)、amc（自適應(yīng)調(diào)制編碼）技術(shù)、快速調(diào)度和高階調(diào)制技術(shù)。harq（混合自動重傳）技術(shù)是將fec（前向糾錯）同arq相結(jié)合的糾錯方法，利用fec技術(shù)的糾錯能力以提高系統(tǒng)的傳輸效率，并通過arq技術(shù)來提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?。發(fā)端發(fā)送的碼不僅能夠檢錯，而且還具有一定的糾錯能力。收端譯碼器收到碼字后，首先檢查錯誤情況，如果可以則自動糾錯；如果錯誤很多，解碼失敗的話，則保存接收到的數(shù)據(jù)，并要求發(fā)送方

5、重傳一定的數(shù)據(jù)。這種方式在一定程度上避免了fec方式需要復(fù)雜的譯碼設(shè)備和arq方式信息連貫性差的缺點。amc（自適應(yīng)調(diào)制編碼）技術(shù)基本原理是網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)信道的實際情況確定當(dāng)前信道的容量，根據(jù)容量來確定合適的調(diào)制編碼方式，以便最大限度地發(fā)送信息，實現(xiàn)較高地傳輸數(shù)率。而且，針對每一個用戶的信道質(zhì)量變化，amc都能夠提供相應(yīng)變化的調(diào)制編碼方案，從而獲得較高的傳輸數(shù)率和頻譜利用率。amc和haro兩者結(jié)合起來可以得到很好的效果：amc提供粗略的數(shù)據(jù)速率選擇，而harq可以根據(jù)數(shù)據(jù)信道條件對數(shù)據(jù)速率進行較精細的調(diào)整。快速調(diào)度技術(shù)主要是指原來在rnc（radio network controller）中實現(xiàn)

6、的分組調(diào)度功能轉(zhuǎn)移到node b來實現(xiàn)，從而大幅度的減少數(shù)據(jù)傳輸處理時延。2.2td-scdma hsdpa終端實現(xiàn)機制為了在td-scdma系統(tǒng)中實現(xiàn)hsdpa功能，引入了一個新的傳輸信道hs-dsch（high speed-downlink shared channel）和三個新的物理信道hs-pdsch（high speed physical downlink shared channel）、hs-scch（shared control channel for hs-dsch）、hs-sich（shared information channel for hs-dsch）。同時引入了ma

7、c-hs實體，處理mac（medium access control）層hs-dsch的相關(guān)功能，包括harq協(xié)議處理、重排、拆分調(diào)度等。（1）終端側(cè)mac-hs實體結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1終端側(cè)mac-hs實體結(jié)構(gòu)其中主要的是harq實體和重排實體。mac-hs的詳細配置信息是通過mac控制接入節(jié)點從rrc（radio resource control）層獲得的。harq實體負責(zé)處理harq協(xié)議。在每個tti（td-scdma hsdpa系統(tǒng)的tti=5ms）里，終端有一個harq進程在運行，負責(zé)執(zhí)行harq相關(guān)的所有任務(wù)，如處理ack/nack等。hsdpa的harq采取了最簡單的saw（st

8、op and wait）機制。saw機制雖然實現(xiàn)非常簡單，但是由于下一個數(shù)據(jù)塊的傳送需要等到上一個數(shù)據(jù)塊的確認(rèn)消息而使其效率比較低。為了提高資源利用率，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的配置，多個harq進程同時進行。這樣，當(dāng)一個harq進程處于確認(rèn)消息等待狀態(tài)時，另外的harq進程可以進行數(shù)據(jù)的傳送。重排實體根據(jù)接收到的tsn（傳輸序列號）對數(shù)據(jù)塊進行排序，并將順序的數(shù)據(jù)塊依次傳送給拆分實體。當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)塊不連續(xù)時就會啟動一個定時器（t1），把收到的不連續(xù)數(shù)據(jù)塊緩存在重排實體里。當(dāng)定時器t1到時，將所有正確接收到的數(shù)據(jù)塊都傳送給拆分實體。拆分實體主要是將mac-hs pdu的頭解析后去除，并將可能的末尾填充

9、比特去除，由此得到mac-d pdu，然后傳送到mac-d實體進行處理。（2）hs-dsch、hs-pdsch、hs-scch和hs-sich的實現(xiàn)一個終端對應(yīng)的只有一個hs-dsch，不同的終端可以通過時分復(fù)用或者碼分復(fù)用來共享hs-dsch信道。在hs-dsch傳輸信道上每次只傳送一個傳輸塊。crc的長度固定為24比特，信道編碼采用1/3 turbo方式。hs-dsch映射的物理信道是hs-pdsch，擴頻因子可以使用sf=1或者sf=16，調(diào)制方式可以采用qpsk或者16qam。hs-pdsch功率控制由網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)編碼調(diào)制方式和hs-sich上的tpc綜合決定。hs-scch是一個物理信

10、道，是hsdpa專用的下行控制信道。它使用的擴頻因子為sf=16，調(diào)制方式采用qpsk。hs-scch承載著所有hsdpa相關(guān)物理層的配置信息和控制信息。終端根據(jù)hs-scch的配置信息接收hsdpa的下行數(shù)據(jù)。hs-scch信道上的配置信息主要包括ue_td、tfri、harq、hs-sich上行同步和功控等相關(guān)信息。ue_id用于表示當(dāng)前配置信息所屬的終端。tfri主要包括碼道、時隙的分配信息，傳輸塊大小和調(diào)制方式信息，分別用于指示終端下一次接收hsdpa數(shù)據(jù)所使用hs-pdsch的碼道、時隙位置，傳輸塊的大小和調(diào)制方式是qpsk還是16qam。harq相關(guān)信息包括harq進程信息、新數(shù)據(jù)

11、指示信息和冗余版本信息。新數(shù)據(jù)指示信息表明此次數(shù)據(jù)是新數(shù)據(jù)還是重發(fā)數(shù)據(jù)。當(dāng)前終端收到hs-scch信道信息時刻必須比為hs-pdsch配置的第一個時隙提前至少3個時隙的時間，并且td-scdma的上、下行導(dǎo)頻時隙不在計算之內(nèi)。hs-scch的初始發(fā)射功率由網(wǎng)絡(luò)側(cè)決定。hs-scch的閉環(huán)功率控制由hs-sich信道上的tpc（傳輸功率控制）信息控制。hs-sich是一個物理信道，是td-scdma hsdpa專用的上行控制信道。它使用的擴頻因子為sf=16，調(diào)制方式采用qpsk。hs-sich信道用于反饋相關(guān)上行信息，主要包括cqi（信道質(zhì)量指示）和ack/nack。為了支持harq的反饋信息

12、，終端在接收到hsdpa數(shù)據(jù)后需要向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送ack或者nack。終端將1比特的反饋信息通過重復(fù)的方式編碼成36比特，以提高反饋信息傳送的可靠性。終端根據(jù)測量的結(jié)果選擇rtbs（推薦傳輸塊大?。┖蛂mf（推薦調(diào)制方式）。rtbs采用r-m編碼方式將6比特信息轉(zhuǎn)換成32比特，rmf則采用重復(fù)的方式將1比特編碼成16比特。rtbs和rmf的組合就是cqi。當(dāng)前終端發(fā)送hs-sich信道信息時刻必須比其對應(yīng)的hs-pdsch配置的最后一個時隙滯后至少9個時隙的時間，并且td-scdma的上、下行導(dǎo)頻時隙不在計算之內(nèi)。hs-sich的上行開環(huán)功控由網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置期望接收功率和終端測量路損得到。hs-sich

13、閉環(huán)功控由hs-scch上的tpc（傳輸功率控制）信息控制。hs-sich初始上行同步根據(jù)相關(guān)dpch，以后的上行同步取決于hs-scch上的ss控制字。（3）hsdpa數(shù)據(jù)傳送典型過程終端用戶需要hsdpa相關(guān)服務(wù)時，首先發(fā)起pdp上下文激活的信令流程。在此信令過程中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)給終端配置了與hsdpa相關(guān)的hs-scch、hs-sich信息。當(dāng)需要在hs-pdsch傳送hsdpa下行數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)各個用戶的信道條件、各個用戶在緩沖區(qū)內(nèi)的剩余數(shù)據(jù)量、自從上次某個用戶服務(wù)后所經(jīng)過的時間以及哪些用戶的重傳還沒有執(zhí)行等因素選擇合適的用戶。網(wǎng)絡(luò)側(cè)先在hs-scch上發(fā)送用戶標(biāo)識信息、用來傳送數(shù)據(jù)的h

14、s-pdsch的配置信息。終端在收到hs-scch后，根據(jù)上面攜帶的用戶標(biāo)識來判斷此hsdpa數(shù)據(jù)是否屬于自己。如果屬于自己，則根據(jù)hs-scch所指示的hs-pdsch的配置情況進行數(shù)據(jù)接收。終端根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)和測量結(jié)果在hs-sich上向網(wǎng)絡(luò)反饋結(jié)果，用以指示數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖欠癯晒?，并且指示網(wǎng)絡(luò)側(cè)在下一次的數(shù)據(jù)傳輸中采用那種cqi。網(wǎng)絡(luò)側(cè)在收到終端hs-sich上的信息后，進行后續(xù)數(shù)據(jù)的傳輸或者當(dāng)前數(shù)據(jù)的重傳。用戶希望結(jié)束hsdpa數(shù)據(jù)服務(wù)時，終端發(fā)起pdp上下文去激活的信令流程。在此信令過程中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)將釋放所有的hsdpa相關(guān)的配置。3、td-scdma hsdpa終端解決方案本方案是在t

15、3g（天碁科技）公司td-scdma/gsm自動雙模解決方案基礎(chǔ)上討論td-scdma hsdpa（高速下行分組接入技術(shù)）的實現(xiàn)。由于hsdpa主要是滿足用戶高速下行數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求，物理層需要在很短的tti內(nèi)把數(shù)據(jù)解調(diào)出來傳送給上層，這就要求下行的處理能力強，而且速度必須快。本方案的物理層采用單獨的內(nèi)核和操作系統(tǒng)，高層協(xié)議采用另外的內(nèi)核和操作系統(tǒng)。hsdpa數(shù)據(jù)的處理和反饋速度要求非?？欤瑸榱思涌旖K端和網(wǎng)絡(luò)的實時性，把所有的harq功能都放在終端的物理層來實現(xiàn)。在harq的實現(xiàn)過程中，終端如果無法正確解碼hadpa數(shù)據(jù)，就會給網(wǎng)絡(luò)側(cè)回復(fù)nack信息。同時會將這部分hsdpa數(shù)據(jù)軟比特緩存起來，

16、以便和接收到的重發(fā)數(shù)據(jù)一起解碼而獲得最好的效果。由于hsdpa的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，這就要求物理層同時具備很大的存儲空間。為了實現(xiàn)hsdpa，在mac中增加了mac-hs實體來實現(xiàn)重排功能。當(dāng)mac-hs收到的hsdpa數(shù)據(jù)塊的tsn不連續(xù)時就需要緩存暫時無法上傳給拆分實體的數(shù)據(jù)，因此也需要額外的緩存空間。本方案硬件平臺框圖如圖2所示：圖2td-scdma hsdpa參考硬件平臺在協(xié)議棧方面，在基于t3g原有的td-scdma/gsm雙模協(xié)議棧的基礎(chǔ)上增加了支持hsdpa的功能。根據(jù)3gpp標(biāo)準(zhǔn)的定義，在mac層增加了mac-hs實體，增加了對hs-dsch的支持。在物理層也根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的定義增加了對hs-pdsch、hs-scch和hs-sich相關(guān)編解碼的支持。增加了rrc層和mac層、物理層接口對hsdpa的支持。從而實現(xiàn)了對harq、16qam和amc的支持。本方案將所有harq的功能都放在物理層的獨立的內(nèi)核來處理，反饋信息ack/nack不需要從mac傳送到物理層后再發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)側(cè)，大大增加了hsdpa相關(guān)處理和反饋的實時性。td-scdma hsdpa相關(guān)的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖3所示：