TD-SCDMA HSPA+关键技术及标准进展

时间：2012-10-04　来源：　作者：鼎桥通信技术有限公司　点击：次

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1 TD-SCDMA HSPA+的目标

为了进一步提升HSPA系统的性能，TD-SCDMA在3GPP Rel-8中启动了HSPA+项目，目标包括：

提高频谱效率和峰值速率；
增大系统容量和支持的用户数；
保持和TD-SCDMA HSPA系统/R4系统的后向兼容性；
降低用户面时延和控制面时延；
降低终端功耗。

2 TD-SCDMA HSPA+的关键技术

2.1 Multiple Input / Multiple Output (MIMO)

智能天线和MIMO是多天线系统的两个不同分支。智能天线利用信道的相关性以达到波束赋形的目的,能提高系统覆盖；而MIMO技术则利用信道的独立性以达到多数据流并行传输的目的，能提高系统的容量。
如果将智能天线与MIMO技术相结合，系统能同时获得空间分集和空间复用增益。这种新的天馈系统不但能提供智能天线所带来覆盖增益，还能通过MIMO技术获得M（M为发端或收端的最小天线数）倍的容量增益。按照复用方法的不同，TD-SCDMA HSPA+中的智能天线系统可以采用以下两种MIMO演进方案。

图1. 与智能天线结合的MIMO方案
以下是TD-SCDMA HSPA+中MIMO技术包括的一些方案。

PSRC（Per Stream Rate Control）方案

TD-SCDMA HSPA+的MIMO技术中采用PSRC方案。Node B根据UE上行发送的参考符号进行上行信道估计，获得上行2×8的信道矩阵；应用本征值分解或SVD分解方法得到两个最大本征值对应的本征向量，作为下行双数据流的加权因子。两个数据流经单独的编码、调制和智能天线赋形加权后，并行从不同的虚拟天线端口发送。

图2. 采用PSRC的MIMO方案

MIMO信道估计码的分配方案

准确的信道估计是MIMO数据正确解调的前提，为此采用PSRC的每个MIMO数据流需伴随传输单独的信道估计码。在TD-SCDMA中使用Midamble作为信道估计码。以下是鼎桥公司的一种MIMO信道估计码的分配方法：假设虚拟天线端口数为n，每虚拟天线端口各有16个walsh码，根据高层配置的K值，得到以

为偏移量的nK个midamble shifts m1,m2,…,mnK。其中m1,m1+n,…,m1+(K-1)n 分配给第一个天线端口，m2,m2+n,…,m2+(K-1)n 分配给第二个天线端口以此类推, mn,mn+n,…,mn+(K-1)n 分配给第n个天线端口。
表1. 虚拟天线端口数为2，K=4时的midamble shifts分配

虚拟天线端口1				虚拟天线端口2
m1	m3	m5	m7	m2	m4	m6	m8
{c1~c4}	{c5~c8}	{c9~c12}	{c13~c16}	{c1~c4}	{c5~c8}	{c9~c12}	{c13~c16}

单/双流选择方案

FDD中的MIMO在每个天线上发送一个公共信道估计码，UE通过各天线上的公共信道估计码进行2*2信道测量，来进行单/双流的选择。
对于使用智能天线的TDD系统，由于Node B端天线数目较大（6或8根），Node B不可能在每个天线上发送一个公共信道估计码，因此也就无法象FDD那样通过公共信道估计码在UE端进行单/双流的选择。
但由于上下行干扰的不对称，利用上行信道估计信息进行下行单/双流选择不如UE直接根据下行信道信息进行下行MIMO单/双流选择准确。鼎桥公司的方案建议无论下行数据域单流或双流发送，均在两虚拟天线端口上发送参考符号，以辅助UE进行单/双流的选择，从而提高MIMO单/双流选择的准确性。

2.2 分组用户的连续连接(Continuous Connectivity for Packet Data Users) (CPC)

对于分组用户来说，HSPA技术能极大地提升用户的传输速率。但是也存在着传输间断（例如网页浏览），频繁的连接终止以及重连等问题。CPC技术解决问题的思路是让CELL_DCH状态的用户尽可能保持连接。这又带来了必须增加同时支持的用户数的要求。TD-SCDMA HSPA+在CPC技术中作出了以下改进：

去掉伴随专用物理信道。

在之前的TD-SCDMA HSPA中，每个用户都有伴随专用物理信道，用来作为无线链路保持和下行波束赋形所需的激励信号。但是，伴随专用物理信道占用了宝贵的码道资源，限制了用户数量。所以TD-SCDMA HSPA+不再使用伴随专用物理信道。

使用特定的midamble作为上行参考信号。

由于TD-SCDMA HSPA+不再使用伴随专用物理信道，鼎桥公司建议使用“空闲”midamble资源作为上行参考信号，提供无线链路保持和下行波束赋形所需的激励信号。这里“空闲”的含义是：考虑到用户调度的公平性和系统效率的最大化的折衷，不会出现很小的资源单位，即单个时隙中只有部分midamble shift是有效的，部分是空闲的。

引入SCCH-less和AGCH-less技术。

HS-SCCH和E-AGCH分别是HSDPA和HSUPA的物理控制信道。当用户业务的数据块大小和发送周期较为固定（例如VoIP业务）时，首传数据块可以使用预定义资源，而不再使用HS-SCCH和E-AGCH调度资源。这样可以减少控制信道的开销，进一步增加系统容量。

2.3 更高阶调制64 QAM (Downlink Higher Order Modulation using 64 QAM for HSDPA)

TD-SCDMA HSPA在上、下行使用QPSK 和16QAM。为进一步提高速率，TD-SCDMA HSPA+在下行引入64QAM。通过文献[1]中的仿真可以得出以下结论：在仿真的室外场景中引入64QAM对小区吞吐量没有十分明显的改善；在室内场景中，用户接收的信噪比较高，选择64QAM调制方式的机会增多，因此引入64QAM能够对小区吞吐量有一定的提高。

2.4 层2增强 (Layer 2 Enhancements)

MIMO和高阶调制等技术的引入提高了TD-SCDMA HSPA+的上下行数据传输速率。但是RLC PDU 的大小等参数却限制了HSPA 中RLC层的峰值速率。对此，HSPA+层2增强技术引入以下优化：

引入灵活的的RLC PDU大小；
支持MAC分段；
在一个PDU中支持多个逻辑信道的复用；
保证向后兼容性。

2.5 增强CELL_FACH 状态 (Enhanced CELL_FACH State)

增强CELL_FACH状态技术主要针对速率较低，在线时间长的业务（例如“永远在线业务”）进行了优化。其目的是：降低终端功耗，提高系统容量和增加支持的用户数。增强CELL_FACH状态技术主要包括了以下改进：

在CELL_FACH状态和CELL_PCH状态下支持HSDPA和HSUPA技术以提高峰值速率；
通过提高数据速率，减小CELL_FACH，CELL_PCH和URA_PCH状态下的信道用户平面和控制平面时延；
减小CELL_FACH，CELL_PCH和URA_PCH状态到CELL_DCH状态的转换时延；
通过不连续传输来减小CELL_FACH状态下的UE功率消耗。

3 TD-SCDMA HSPA+的标准进展

TD-SCDMA HSPA+在2007年9月成立了SI（study item）来进行可行性研究。之后对其中的各个技术点成立了WI（work item）来进行进一步的研究和标准化工作，详见下表：
表2. TD-SCDMA HSPA+各个WI标准进展

	MIMO	CPC	64QAM	L2增强	增强CELL_FACH
立项时间	2008年6月	2008年3月	2007年12月	和FDD在一个WI中完成	2007年12月
完成时间	2008年12月	2008年12月	2008年9月	和FDD在一个WI中完成	2008年9月

从上表可以看出，TD-SCDMA HSPA+整体在2008年底基本完成标准化工作，从时间上能够保证TD-SCDMA的平滑演进。

结束语

目前，我国的TD-SCDMA网络已经具备了相当的规模，已经支持HSDPA技术，预计在2009年可以支持HSUPA技术。采用TD-SCDMA HSPA+技术可以在已有的TD-SCDMA网络上以较小的成本来进一步提高系统性能。另外，TD-SCDMA HSPA+技术的
开发难度和成本较低。。。随着TD-SCDMA的不断发展，HSPA+等新技术的研究也将不断深入。

参考文献

[1] 3GPP TR25.824 V8.0.0, The scope of High speed packet access (HSPA) evolution for 1.28Mcps TDD
[2] 3GPP TR 25.999 V7.0.1, High speed packet access (HSPA) evolution

(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮)