探索HSDPA技术(中) 解说上行实体频道及传输相关技术

HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)技术的标准化过程始于2002年的W-CDMA Release 5，HSDPA可提高下行网路的峰值资料速率以及封包资料的传输效率，让W-CDMA系统也能与目前使用中的其他高资料速率无线通讯技术(如1xEV-DO)相比拟。

上一期已为各位介绍过HSDPA的基本概念，尤其针对下行实体频道HS-PDSCH和HS-SCCH作了详细解说，这一期则要介绍上行实体频道的结构，及传输时所涉及的调变、编码及资料速率等技术。

HS-DPCCH会携带与下行HS-DSCH传输有关的上行网路回传信令(Feedback Signaling)，此信令包含HARQ的确认资讯(HARQ-ACK)和频道品质指标(CQI)，如图10所示。每一个2ms的子讯框(与下行实体频道的一样)会包含三个时槽，每个时槽有2,560个Chip(切片)。HARQ-ACK会在HS-DPCCH子讯框中的第一个时槽传送，而CQI则会在第二和第三个时槽传送(图1)。

每一个无线连结上最多会有一个HS-DPCCH，HS-DPCCH只能与W-CDMA的上行DPCCH一起存在。

HARQ-ACK和CQI编码使用了两种不同的路径，HARQ-ACK资讯(1个位元)会被编码成10个位元，ACK编为1，NACK编为0。CQI资讯则是使用一个(20,5)的码来进行编码，编码过的位元会直接映对到HS-DPCCH上。

CQI的回传週期可在预先定义的步骤中，做为网路参数来设定，范围从2ms到无限大(关闭)。请注意，一个使用中的HS-DPCCH可能会有时槽是不传送HARQ-ACK或CQI资讯的，因此HS-DPCCH是一种丛发式的频道。

上行网路的展频与扰码

图2说明了进行上行网路展频与扰码的程序。在IQ加总区块上有两种可能的HS-DPCCH位置，如果传输时使用的DPDCH数目是偶数的话，HS-DPCCH就会走I加总的路径，如果DPDCH的数目是奇数的话，则HS-DPCCH会走Q加总的路径。

为了要平衡I和Q轴上的总功率，HS-DPCCH的频道码会依照DPDCH频道的活动状态来改变，例如，如表1所示，当只有使用一个DPDCH的时候，HS-DPCCH会採Q路径，其频道码为64，但是当使用三个DPDCH的时候，HS-DPCCH就会採Q路径，其频道码为32。

HS-DPCCH的功率位准是以相对于上行DPCCH的偏移量来产生的，bhs的值是由HARQ-ACK和CQI栏位的功率偏移量推导出来的，且是透过较高层来进行信令控制。

下行与上行实体频道的射频讯框时序

下行与上行实体频道的射频讯框时序如图3所示，HS-SCCH子讯框的0会与W-CDMA的10ms射频讯框对齐。

HS-DPCCH大约会在对应的下行HS-PDSCH子讯框之后的7.5个时槽(19,200个chip)进行传送，UE在HS-DPCCH上送出ACK/NACK回应讯息的时序有明确的定义，因此BTS将会知道何时能收到它所送出之每个子讯框的回应。HS-DPCCH的传输时间需参考上行网路的DPCH，以及下行网路的DPCH与想锁定之子讯框之间的传输时间差。从下行HS-PDSCH子讯框的开始处到上行HS-DPCCH子讯框的开始处的整个时间会稍微大于三个子讯框。

通透式与非通透式数据服务

在无线通讯中，数据传输的类型主要有两种：

‧通透式(transparent)：固定的速率、不固定的错误(不会重新传送)

‧非通透式(non-transparent)：变动的速率，零错误(会重新传送)

HSDPA採用非通透式的数据传输方式，编码的方式会即时地改变，资料流通率(throughput)是无法预测的，取决于RF的状况。其目标是要使用最少的射频资源，尽快地送出最多的资料。为了达到这个目标，会使用两种不同的连结调适方法：适应性调变与编码(AMC)以及混合式自动重送请求(HARQ)。

适应性调变与编码方法(Adaptive Modulation and Coding)

连结调适能力是HSDPA可以提高资料流通率的一个重要因素，所使用的方法之一为AMC会依照每位使用者的频道状况来调整下行网路的调变-编码方式。发射信号的功率在一段子讯框的区间内会保持固定不变，而调变与编码的格式则会改变，以符合接收器目前的接收信号品质或频道状况。在此情况下，较靠近BTS的使用者一般会被指定使用较高阶的调变方法和较高的编码比率，例如16QAM调变格式加上0.89的有效编码比率，但随着与BTS的距离增加，调变的等级和编码比率也会降低。如前面所提到的，会使用1/3比率的超级编码方式，而且可以透过不同的比率匹配参数，达到不同的有效编码比率。

在HSDPA中，UE会透过HS-DPCCH中的上行频道CQI栏位，将频道状况回报给BTS。CQI的值可以是0到30之间的任何数目，0值代表「超出范围」。就每种类别的UE而言，每个CQI值都会对应到一个特定的传输区块大小、HS-PDSCH数目、调变格式、参考功率调整值、虚拟IR缓冲区大小、以及RV参数，请参考表2的范例。

UE会回报最大的CQI值，它所对应的参数理论上会依据目前的连结状况，提供一个可接受的区块错误率(BLER)。

接着BTS会利用回报的CQI值以及其他参数来决定传送下一个封包给UE时，适合使用的编码设定。若要充分地定义某次传输的编码设定，BTS必须要选择下列的参数：

‧传输区块大小(从254中选一个)

‧调变类型：QPSK或16QAM

‧下行实体频道码的数目(1到15)

‧比率匹配参数：虚拟IR缓冲区大小与RV(或资料打孔方法)

因此，即使CQI只有有限的几个值而已，但是在进行一次传输时，BTS实际上可以选择的设定却有数千组。

有效编码比率与公称资料速率

传输区块大小、调变类型、以及下行实体频道码的数目都会影响有效的编码比率，如先前的图6所示。公称资料速率(Nominal Data Rate)则可以直接由传输区块大小除以传输时间间隔(TTI)计算得出，HSDPA的TTI固定为2ms。

因此在HSDPA中，可以藉由改变调变类型、有效编码比率、以及多码的数目来达到许多公称资料速率(或传输区块大小)。每一个子讯框(2ms)中都可以调整这些参数。

最高资料速率

举例来说，如果最大的传输区块大小为27,952个位元的话，那么其对应的最高资料速率就会是13.976Mbps(27,952个位元/2ms=13.976Mbps)。此资料速率是使用16QAM、有效编码比率为0.9714，以及15个HS-PDSCH频道所达到的。

在真实世界中，HSDPA号称14Mbps的资料速率是达不到的。虽然实体上的确可以设定出这样的频道，但是却没有任何地方可以使用这种频道，因为这样的频道设定需要有近乎完美的连结条件。图4是15个HS-PDSCH的码域显示画面，以及一个HS-PDSCH的16QAM星座图，可以看出此高资料速率的HS-DSCH设定可能会用罄蜂巢细胞大部分的传输容量。

实际的最高资料速率可能会比14Mbps低得多，举例来说，在Release5中，UE最严格的「单一连结」符合性测试(Conformance Test)要求为：一个五码的QPSK频道需达到的公称资料速率为1.6Mbps，所要求的资料流通率为1.269Mbps。而Release5中，UE最严格的「Closed Loop Diversity」符合性测试要求则为：一个四码的16QAM频道需达到的公称资料速率为2.332Mbps，所要求的资料流通率则为1.5Mbps。在这两个测试例子中，信号需要比杂讯高10dB，且UE会消耗掉一半的蜂巢细胞功率。

(本文作者任职于安捷伦)