HSPA+R8 R9物理层关键技术与终端标准演进研究

[摘要]HSPA+是HSPA的演进。文章重点研究了HSPA+R8 R9标准中MIMO与64QAM联合、Dual-Cell HSDPA以及Dual-Cell HSDPA与MIMO联合等物理层关键技术，并探讨了HSPA+R8 R9对终端标准演进与射频一致性测试的影响。

[关键词]HSPA+R8 R9　MIMO　64QAM　Dual-Cell HSDPA　射频一致性测试

1　HSPA+R8 R9物理层关键技术

HSPA+是HSPA的演进。研究表明，HSPA+可在多方面进一步提升UMTS HSPA网络的性能。

1.1　下行MIMO与64QAM联合

在R7标准中，终端可以分别但不能同时支持下行MIMO与64QAM调制，在R8标准中引入了下行2×2 MIMO与64QAM联合，在无线信道状况良好时可以进一步提升数据速率。通过两种特性的结合，理论上终端可以支持约42Mbps的最大下行数据速率。

为支持64QAM与MIMO联合，R8标准在信令机制方面扩展了下行HS-SCCH Type3信道，在HS-SCCH上定义3比特的字段对HS-PDSCH传输块数量与调制方式联合编码。由于3比特无法表示信号的全部组合，因此需要额外使用信道码字集合(CCS)字段中的1比特。

当HS-PDSCH使用MIMO发送两个传输块时，对于每个主传输块和第二传输块，冗余版本(RV)参数r和s以及星座版本参数b将进行联合编码。此时联合编码方式与R7中同时使用MIMO和16QAM时的方式相同。

R8标准使用MIMO时的CQI报告机制与之前标准版本保持一致，但在传输双数据流且使用64QAM调制时，增加了新的type A型CQI映射。另外，为支持MIMO与64QAM联合的测试，R8标准引入了新的固定参考信道H-Set 11。

1.2　Dual-Cell HSDPA

为与WiMAX、LTE等移动宽带接入技术抗衡，HSPA从R8版本标准开始引入载波聚合的多载波工作方式，并将其命名为Dual-Cell HSDPA(文中简称“DC HSDPA”)。

多载波的基本思想是通过对多载波进行联合资源分配与负荷均衡实现更高的资源利用率和频谱效率。多载波的联合资源优化将采用CELLDCH状态下的动态RRM，以实现每个HSDPA用户单17-1内更高的峰值数据速率，且可以在信道状况不理想或MIMO等技术无法使用的场景下，提供高速数据速率。

(1)DC HSDPA的性能

3GPP R8标准中对DC HSDPA应用场景给出了以下限定：

仅应用于HSDPA信道

两载波在同一频段中、归属于同一Node B且为相邻载波

使用同一发射天线且两小区均不使用MIMO

当使用DC HSDPA时，小区给用户配置第二个HSDPA载波(即第HS-DSCH小区)。此时上行方向UE将至少连接其中一个小区，并可以使用频率间切换机制。

研究表明，通过使用DC HSDPA，可以在中低信噪比条件下显著提升下行数据速率。此外，由于引入了调度增益，系统容量也将比独立使用载波时有所增加。图3是3GPP在PA3信道模型、终端接收机类型3(分集与LMMSE)、两信道载波间衰落不相关时的仿真结果。可以看出，DC HSDPA的性能明显优于两个独立载波的性能。

除此之外，在延迟方面，DC HSDPA也有相当的性能提升，尤其对于突发方式的分组数据业务。

(2)DC HSDPA的运行

对于DC HSDPA的两个下行载波，均需上行HS-DPCCH反馈HARQ与CQI信息。3GPP最初讨论是否采用两个上行HS-DPCCH来传输两个载波的反馈信息，最终决定沿用与MIMO类似的方式，即仍将两载波的所有反馈信息映射到单个上行HS-DPCCH信道，因为单个HS-DPCCH具有更小的立方量(Cubic Metric)，即更小的上行峰均比。反馈的HARQ比特Wk应针对不同情况编码，其值取决于UE解调的内容为主HS-DSCH单传输块、第二HS-DSCH单传输块，还是主HS-DSCH和第二HS-DSCH双传输块，如表1所示：

与MIMO使用单HS-SCCH描述两路下行数据传输不同，DC HSDPA需分别发送两个下行HS-SCCH，用于描述相应HS-PDSCH上发送的用户数据。两小区通过使用两个HS-SCCH。可以根据上行反馈信息分别对两载波选择最为合适的传输格式。uE应能同时从主HS-DSCH服务小区和第二HS-DSCH服务小区分别接收一个HS-DSCH和一个HS-SCCH。

HS-SCCH Iess运行是R7标准引入的针对HSDPA的特性，此时基站不发射HS-SCCH，终端通过盲检测方式解调下行HS-PDSCH。在DC HSDPA状态下，HS-SCCH Iess运行不能在第HS-DSCH小区上使用。基站使用类似指示DTX/DRX或HS-SCCH Iess运行的HS-SCCH命令向UE指示DC HSDPA状态的激活与去激活。HS-SCCH命令是在下行HS-SCCH信道上传输的快速命令。

另外，为支持DC HSDPA测试，3GPP引入了新的固定参考信道H-Set 12。

(3)层2的优化

3GPP R8中DC HSDPA的另一个工作重点是层2的优化方案(重点是MAC层)。下行HSDPA载波可以单独操作或者进行联合的层2操作，标准最终确定为联合操作，因为研究表明这将提供更灵活的调度。

在UTRAN和UE侧的单个MAC实体可以支持同一NodeB下两个HS-DSCH载波的收发，因此在层2设计上做微小改动即可支持DC HSDPA。由于每个HS-DSCH信道的每个TTI都有一个独立的HARQ过程，因此透过层2看物理层，DCHSDPA可以看作是两个独立正交的HS-DSCH。

(4)调度算法

调度算法是决定DC HSDPA相对于两个独立HSDPA载波增益的重要因素之一。首先，为兼容考虑，所有DCHSDPA都应支持现有终端的调度方式。其次，后续DCHSDPA调度算法的系统优化将是一项极富挑战性的工作，要考虑动态与静态系统或二者的结合。例如，支持双载波的终端可以同时使用两个载波上每个TTI内的可用资源，或者仅使用信道质量较好的单载波资源(频率分集)。

1.3　Dual-Cell HSDPA与MIMO联合

在最新的HSPA+R9标准中，为了进一步提升下行数据速率，引入了Dual-Cell HSDPA与MIMO联合。通过这两种技术的有效结合，理论上终端可支持最高约84Mbps的下行峰值数据速率。

2　UMTS HSPA+R8 R9终端标准演进

2.1　HSPA+R8 R9终端能力新增类别

HSPA+R8 R9标准中增加了终端的物理层HS-DSCH接入类别，如表2所示：

2.2　HSPA+R8 R9终端射频技术要求与一致性测试

HSPA+R8 R9的引入给终端的射频技术要求带来了新的变化，表3做了总结：

另外，HSPA+R8的引入也增加了终端射频一致性测试 项目，见表4。预计随着HSPA+技术的不断成熟，标准将会 定义更多的一致性测试项目。

3　总结

3GPP在HSPA+R8 R9版本标准中引入了MIMO与64QAM联合、DC HSDPA以及DC HSDPA与MIMO联合等物理层新技术。相信随着HSPA+R8 R9技术的不断成熟，无线网络设备的平滑升级，支持HSPA+R8 R9芯片与终端的不断问世，以及测试技术与仪表的不断发展，HSPA+R8 R9作为UMTS最新的演进技术，会有广泛良好的应用前景。

另外，从R8版本标准起提出的DC HSDPA多载波技术代表着未来移动通信的发展方向，相信随着UMTS FDD多载波技术的不断进展，也将会促进我国自主知识产权的TD-SCDMA多载波技术的标准化与产业化的发展，具有重大的现实意义和深远的战略意义。