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32页
高速下鏈封包存取(high speed downlink packet access,HSDPA)技術是架構在第三代合 作伙伴計畫(Third Generation Partnership Project,3GPP)之寬頻分碼多重存取(W-CDMA) 無線通訊格式下的一種新型封包式傳輸服務,目的在於提高下鏈網路的資料傳輸速率,最早見於 3GPP 規格的Release 5。HSDPA採用適應性調變與編碼(AMC)方法,可依據鏈路當下的品 質,不停地重新調整下鏈網路,俾使每位使用者的資料隨時都能達到最佳的傳輸速率。這項新的 服務可以與3GPP Release 99 向下相容,也可以聯合同一終端設備(UE)的其它服務一起使 用。原先針對W-CDMA Release 99 所開發的各種語音和數據應用仍然可以在升級後的Release 5 網路上進行,而且相同的無線通道也可以同時支援W-CDMA 和HSDPA 的服務。 HSDPA 帶來的改變在許多不同的領域,包括射頻(RF),都會引發新的測試需求。 Release 5 和Release 6 的RF 符合性(conformance)測試規格中已將新的UE 發射器和接收 器特性要求納入,另外也加入了描述UE 的HSDPA 效能要求的全新章節。 這本應用手冊將說明對支援HSDPA 之終端設備進行新的RF符合性測試的意義和目的,也 會介紹安捷倫科技針對HSDPA UE 研發(R&D)和生產製造的不同階段所提出的測試解決方 案。
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安捷倫科技
高速下鏈封包存取(
HSDPA)技術概述:
提高 W-CDMA 的資料流通率與傳輸效率
應用手冊
2
前言
............................................................................................................................................ 3
HSDPA 的概念
.......................................................................................................................... 4
HSDPA 帶來的改變 ............................................................................................................ 4
HSDPA 的訊框結構 ............................................................................................................ 5
新增的通道 ..........................................................................................................................5
下鏈實體通道的結構:HS-PDSCH...................................................................................... 6
HS-PDSCH的調變方法........................................................................................................ 7
下鏈傳輸通道的編碼流程 .................................................................................................... 8
通道編碼的範例 .................................................................................................................. 9
下鏈實體通道的結構:HS-SCCH ...................................................................................... 10
下鏈實體通道的時序 .......................................................................................................... 11
在下鏈網路中使用 CDM 和 TDM 技術 .............................................................................. 11
上鏈實體通道的結構 .......................................................................................................... 12
上鏈網路的展頻與擾碼 ...................................................................................................... 13
下鏈與上鏈實體通道的射頻訊框時序 ................................................................................ 14
通透式與非通透式數據服務 .............................................................................................. 14
適應性調變與編碼方法 ...................................................................................................... 15
有效編碼比率與正規資料速率............................................................................................ 16
最高資料速率 .................................................................................................................... 16
混合式 ARQ ...................................................................................................................... 17
HARQ 重新傳送 ................................................................................................................ 17
使用遞增冗餘法 ................................................................................................................ 18
Inter-TTI 的間隔 ................................................................................................................ 19
HARQ 的程序 .................................................................................................................... 19
MAC 層的封包排程功能 .................................................................................................... 21
HSDPA 的測試模型與參考通道 ........................................................................................ 21
HSDPA的下一步................................................................................................................ 22
安捷倫科技針對 HSDPA 設計與測試所提出的解決方案
.................................................... 23
運用動態連結的解決方案進行設計模擬與驗證 .................................................................. 23
基頻的設計模擬與驗證 ...................................................................................................... 24
ADS W-CDMA Design Library .......................................................................................... 24
ESG 搭配 Signal Studio for HSDPA over W-CDMA.......................................................... 25
用於信號分析儀的 HSDPA 應用模組 ................................................................................ 26
用以分析電池耗用量的電源供應器和軟體.......................................................................... 27
自動化的 RF 設計驗證系統................................................................................................ 27
Anite 的 HSDPA 測試系統 ................................................................................................ 29
結語
.......................................................................................................................................... 30
參考資料
.................................................................................................................................. 31
目錄
3
寬頻 CDMA(W-CDMA)的規格是有史以來最具企圖心,也最複雜的無線通訊標準,因
此,發展過程中不斷地加入新的功能以提升 W-CDMA 系統的效能自然不足為奇。
W-CDMA 規格中所加入的最重要功能之一是高速下鏈封包存取(high speed downlink
packet access,HSDPA)技術。這項新技術的標準化過程始於 2002 年的 W-CDMA Release
5,HSDPA 可提高下鏈網路的峰值資料速率以及封包資料的傳輸效率,讓 W-CDMA 系統也能與
目前使用中的其它高資料速率無線通訊技術(如 1xEV-DO)相比擬。
這本應用手冊將探討 HSDPA 帶給 W-CDMA 實體層和傳輸層的主要改變,包括使用新的連
結適應(link adaptation)技術,以及修改實體通道的結構、調變方法、以及編碼方式等。
另外,我們也會扼要地介紹安捷倫科技的相關產品,這些產品可用來設計和測試支援
HSDPA 技術的 W-CDMA 基地台(BTS)和終端設備(UE)。
您可以到
www.agilent.com.tw/find/3g網站,查詢W-CDMA 及其它3G 技術的相關資訊。
前言
4
W-CDMA 技術提供了 UMTS 的空中介面,UMTS 是 3GPP(Third Generation Partnership
Project)所定義的 3G 系統。在完美的條件下,W-CDMA 可提供的最高資料速率為 2 Mb/s,但
是在一般的網路佈設環境中,一個蜂巢細胞(cell)的最高容量約為1 Mb/s,且是由該細胞內的
使用者所共用的,因此使用者的最高資料速率只有 384 kb/s。
3GPP W-CDMA 規格的 Release 5 加入了 HSDPA,為的就是要透過提高峰值資料速率和
縮短封包延遲間隔(latency)的方式,讓系統在封包資料的應用上更加有效率。雖然 HSDPA 理
論上的最高資料速率約為 14 Mb/s,但實際上可達到的速率卻低很多。HSDPA 的效能主要取決
於蜂巢細胞的大小,在大型蜂巢細胞(macro cell)的應用中,HSDPA 所能提高的 W-CDMA 資
料容量可能只有大約 30% 而已,一位使用者能維持的最高資料速率約為1 Mb/s。但是在小型
(micro)和微型(pico)的細胞網路中,因同通道的干擾很小,因此 HSDPA 可以提供比一般的
W-CDMA 細胞高很多的效能。不過,確實的提升程度很難預測,因為會與實際的通道狀況以及
BTS 的即時能力有關,而這兩項都尚未標準化。儘管如此,根據一些可靠的估計,Release 5 大
約可將蜂巢細胞的傳輸容量提高到 3 Mb/s,而 Release 6 則可以提高到 5 Mb/s 左右,因
Release 6 中包含了更先進的 UE 接收器以及更好的 BTS 封包排程(packet scheduling)方
法。雖然使用者最高的資料速率在短時間內或許可以達到 3.6 Mb/s,但可能無法長時間維持這麼
高的速率。
HSDPA 技術可以與 3GPP Release 99 向下相容,因此原先針對 W-CDMA 所開發的各種語
音和數據應用仍然可以在升級後的網路上進行,而且相同的無線通道也可以同時支援 W-CDMA
和 HSDPA 的服務。
將 HSDPA 加入 W-CDMA 的效果類似於將 E-GPRS 加入 GSM 的效果:也就是可以提高峰
值資料速率,以及提升整體的系統容量,特別是小型的蜂巢細胞網路。網路營運商對於儘速採用
HSDPA 的態度相當積極,這意味著設計和測試工程師需要有合適的測試設備,才能開發和測試
BTS 和 UE中 新的 HSDPA 功能。
HSDPA 帶來的改變
為了提高 W-CDMA 系統的效能,HSDPA 在無線介面上做了一些改變,主要會影響實體層
和傳輸層:
•
縮短射頻訊框(radio frame)的長度
•
加入新的高速下鏈通道
•
除了 QPSK 調變之外,又增加了 16 QAM 調變方法
•
結合編碼多工與時間多工兩種技術
•
加入新的上鏈控制通道
•
採用適應性調變與編碼(AMC)方法來達到快速的連結適應目的
•
使用混合式自動重送請求(hybrid automatic-repeat-request,HARQ)法
•
將媒體存取控制(MAC)層的排程功能移到 Node-B 上進行
由於這本應用手冊主要探討的是 HSDPA 的實體層部份,因此對 MAC 層的功能只會做一個
簡略的介紹。
HSDPA 的概念
5
HSDPA 的訊框結構
HSDPA 的射頻訊框(實際上是 W-CDMA 架構下的一個子訊框)長度為 2 ms,相當於三個
目前所定義的 W-CDMA 時槽。在一個 10 ms 的 W-CDMA 訊框中,總共有五個 HSDPA 子訊
框,如圖 1 所示。訊框大小變短以後,可將使用者的資料指派到一個或多個時間長度較短的實體
通道上來傳送,因此可以讓網路在時域以及碼域中重新調整資源的分配。
新增的通道
HSDPA 將幾個新的實體通道以及一個新的傳輸通道加到 W-CDMA 中。
下鏈網路中增加了兩個新的實體通道:
•
一個可以傳送實體資料段(payload data)的高速實體下鏈共用通道(HS-PDSCH)
•
一個可以傳送 UE 識別和 HS-PDSCH 相關通道參數的高速共用控制通道(HS-SCCH)
下鏈網路中所增加的新傳輸通道為高速下鏈共用通道(HS-DSCH)。
HSDPA 也增加一個新的上鏈實體通道 - 高速專用實體控制通道(HS-DPCCH),可用來傳
送 HARQ 確認(ACK)和通道品質指標(CQI)資訊。
經過這些改良之後,Layer 2(MAC 層)既有的 W-CDMA 邏輯通道(DCCH 和 DTCH)可
以映對為高速傳輸通道(HS-DSCH),Layer 1 則可以依序將傳輸通道(HS-DSCH)映對到一
個或多個實體通道(HS-PDSCH)上,最多可達 15 個通道。接著,實體層會產生 HS-SCCH 和
HS-DPCCH,以控制並協助 HS-DSCH 的傳送。
圖 1:在一個 10 ms 的 W-CDMA 訊框中共有五個 HSDPA 子訊框。
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roger_6411
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