HSDPA协议栈结构
3GPP中对于HSDPA协议规范的描述主要在25.855、25.950和25.308中,下图给出了HSDPA无线接口协议结构。从图中可以看出,NodeB中新增加了MAC层的功能,增加了MAC-hs功能模块,MAC-hs主要完成HARQ功能、调度和优先级处理。RNC继续保留原有的R99/R4的功能,包括RLC层的重传控制,而HARQ的重传机制在物理层和MAC层中实现。
HSDPA中的关键技术
众所周知,WCDMA中采用了可变SF技术和功率控制技术来克服CDMA的远近效应,但是HSDPA没有采用R99版本中的链路自适应技术,而采用了自适应调节速度更快的自适应编码调制技术(AMC, adaptive modulation and coding)、混合自动重传(HARQ, hybrid ARQ)和快速资源调度算法,这主要是为了达到高速下行分组数据速率和减少时延的目的。
1.自适应编码调制(AMC)
AMC是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式,网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前无线资源,选择最合适的下行链路调制和编码方式,使用户达到尽量高的数据吞吐率。当用户处于有利的通信地点时(如靠近NodeB或存在视距链路),用户数据发送可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式,例如:16QAM和3/4编码速率,从而得到高的峰值速率;而当用户处于不利的通信地点时(如位于小区边缘或者信道深衰落),网络侧则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案,例如:QPSK和1/4编码速率,来保证通信质量。
2.HARQ技术
HARQ是HSDPA系统中采用的又一种新技术,它可以提高系统性能,并可灵活地调整有效编码速率,还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。HSDPA将AMC和HARQ技术结合起来可以达到更好的链路自适应效果。HSDPA先通过AMC提供粗略的数据速率选择方案,然后再使用HARQ技术来提供精确的速率调节,从而提高自适应调节的精度和提高资源利用率。HARQ机制本身的定义是将FEC和ARQ结合起来的一种差错控制方案,HARQ机制的形式很多,而HSDPA技术中主要是采用三种递增冗余的HARQ机制:TYPE-I HARQ,TYPE-II HARQ,TYPE-III HARQ。其中:
TYPE-I HARQ:主要采用了chase合并算法,这种算法是chase博士在1985年提出,发送方每次都发送整个完整的编码码字,接收端将每次收到的数据包与之前收到的所有数据包进行chase合并,组合成一个具有更强纠错能力的码字,从而达到递增冗余的目的。
TYPE-II HARQ:又称为完全递增冗余机制,这种机制在1988年被首次提出,系统信息经过编码后,将编码比特按照一定的周期穿孔,根据码率兼容原则分批发送给接收端,接收端每次都进行码组合,将之前接收的所有比特组合形成更低码率的码字,从而达到递增冗余的目的。
TYPE-III HARQ:又称为部分递增冗余机制,这种方案与TYPE-II的主要区别在于,发送端每次发送的码字都是可以独立译码的码字,重传包不但包含与之前帧不同的冗余比特,还包含所有的系统比特。接收机每次也同样进行码组合,由于重传包中含有增加的冗余比特,同时系统比特每次都进行了优化选择,从而达到了递增冗余的目的。
HSDPA中采用的重传协议为stop-and-wait(SAW)协议,这种机制简单可靠,同时降低了对于接收机的缓存空间的要求,但是信道利用效率较低,为了避免这种不利,HSDPA采用了N channel SAW协议,这种方案是发送端在信道上并行地运行N套不同的SAW协议,利用不同信道间的间隙来交错地传递数据和信令,从而提高了信道利用率。