HSDPA基本原理和相关物理信道

凡总

HSDPA是为了解决R99 PS业务下行速率过低而产生的新技术。用最简洁的语言来描述HSDPA的原理的话，可以归纳成：HSDPA就是利用多码道共享（或者说调度）实现高速下行分组接入。说白了，关键就在多码道共享上。
当然，HSDPA能够实现较高的下行数传速率，主要是运用了如下几个关键技术。
1、多码道资源共享
2、基于信道质量的自适应编码与调制
3、混合自动重传
4、高阶调制
5、采用2ms短帧，部分调度由NodeB完成
HSDPA引入的物理信道较少，结合具体实现过程来记忆非常方便，当然也可以结合HSDPA关键技术来记忆。HSDPA引入了三条物理信道，都以HS开头，分别是HS-PDSCH、HS-DPCCH和HS-SCCH，对应了前三个关键技术。
首先是多码道资源共享，这里的码道指的就是HS-PDSCH，高速物理下行共享信道。


其次是基于信道质量的自适应编码与调制，UTRAN怎么才能知道无线信道质量呢？是由UE测量然后上报给NodeB的。那上报的CQI是通过哪条信道上报的呢？就是通过HS-DPCCH，高速专用物理控制信道上报的。
最后是混合自动重传，HARQ需要的参数都是通过HS-SCCH高速共享控制信道来传的。
事实上，这些物理信道的作用不仅仅如此，下面结合HSDPA的主要过程来先容，大家就会明白每条物理信道的具体作用了。
要想启动HSDPA是要满足很多条件的，首先UTRAN有个门限，只有当速率大于这个门限的时候，才能启动HSDPA。这个门限一般都是384K。所以在无线环境比较好，没有什么拥塞的情况下，下载速率一般很容易超过这个值。其次是开户速率，开户速率太低的话，那也是不可能启动HSDPA的啦。最后，数据配得正确，基站正常工作，小区激活且开启了HSDPA功能。
万事俱备之后，UE接入到小区里，想下载数据，如果sim卡开户信息中的速率足够大（国外一般都是7.2Mbps），下载速率也超过了UTRAN那个门限，这个时候就要启动HSDPA了。
场景1：
NodeB：小样UE，想用HSDPA了？不是交钱就可以的，得满足我的要求才可以哦。
UE：老大，这年头光交钱都不行了啊？有啥特殊要求啊？
NodeB：我还得给RNC有个交代呢。想用HSDPA可以，必须把CQI报给我。
UE：咋报给你啊？
NodeB：我都计划好了，你和我一起建一条专用控制物理信道来传吧。不过为了区别R99的同名信道，起名叫HS-DPCCH吧，谁叫你用的是HSDPA呢。
UE：行，就按老大说的办吧。对了，老大，你要CQI干啥嘛，就几个数字而已。
NodeB：这你就不懂了吧。我可以根据CQI来选择不同的调制和编码方式，CQI越大，无线信道质量越好，我就可以对你使用高阶调制和比较高的编码速率。反之，我就选择QPSK和低一点的编码速率，降低误码，保证数据的正确性。
UE：哦，原来是这样，还是老大聪明。
NodeB：要不然能是老大么？对了，别忘了等会传数据的时候不管丢没丢包，都告诉我一声，也用这个信道传。ACK表示没错，NACK表示出错，需要重传。
画外音1：
UE在HS-DPCCH上上报了CQI之后，NodeB也选择了调制和编码方式，但是随着CQI的不断变化，NodeB也会选择不同的调制和编码方式。与此同时，NodeB还要决定用多少资源来给UE使用。
HS-DPCCH用于物理层的反馈信息和信道质量的传送。数据速率为15Kbps，SF=256，采用2ms的短帧，承载HSDPA的两种上行物理层信令：ACK/NACK和CQI。CQI：信道质量指示，ACK/NACK：指示数据是否正确，只有数据传输时才发送。
场景2：
UE：终于要开始传数据了，等会就爽歪歪了。
NodeB：那个，虽然老大我有很多资源了，但是不能都分给你一个人用，还有别的UE等着我调度呢。
UE：我晕，用个HSDPA咋那么难呢？
NodeB：抱怨啥？RNC不松口，你哪用的上？我会告诉你每个2ms的时间段里你可以用哪些资源。
UE：咋告诉我啊？还用HS-DPCCH？
NodeB：见过笨的，没见过这么笨的。HS-DPCCH带宽就那么一点，传个CQI和ACK/NACK后，还能传别的么？新建一个别的信道，也用HS开头，表示是HSDPA专用的，就叫HS-SCCH。
UE：哦，老大，这信道上这么多乱七八糟的参数，我都看不懂啊。
NodeB：不用不知道，一用吓一跳。你不用这些参数，能懂它们是什么意思嘛？
UE：@_@

画外音2：
HS-SCCH上承载的就是调度信息，不仅仅包括UE可以使用哪些资源，还包括混合重传的参数，告诉UE哪些是重传的数据需要合并等。每条HS-SCCH在2ms内只能调度一个UE，而UE可以侦听最多4条HS-SCCH。HS-SCCH映射用户的数据属性信息有Xue、Xccs、Xms、Xrv、Xtbs、Xhap、Xnd。
Xue是UE ID，用于确定该HS-SCCH是发给哪个UE的。
Xccs是信道码集合信息，即HS-PDSCH使用了哪几个信道码。
Xms是调制方案，是使用QPSK还是16QAM。
Xrv是冗余版本，用于控制速率匹配时的打孔方式、16QAM的星座图以及接收端的重传合并方式。
Xtbs指明传输块的大小。
Xhap指明本次传输使用的是哪个HARQ进程。
Xnd指明本次数据传输是新数据还是重传数据。
场景3：
UE：NodeB老大，你共享的是哪些资源啊？找半天没找到啊。
NodeB：我倒，你找哪去了？
UE：不是DPDCH么？
NodeB：那是R99版本陈芝麻烂谷子的事了，早就不用了。我共享的资源是HS-PDSCH。用于HSDPA业务的物理信道都是HS开头的，以后不要再搞混了。
画外音3：
HS-PDSCH就是可以共享的资源，UE在某个时间内可以使用的HS-PDSCH越多，下载速率就会越大。OVSF码固定为16，可以多条信道并行传输，支撑QPSK和16QAM调制方式（HSPA+支撑64QAM），根据UE的能力和无线环境的情况，UTRAN可以动态的为UE分配多条HS-PDSCH，以支撑多码传输，最多可以有15条HS-PDSCH。




(1)根据UE上报的CQI，NodeB内的调度模块对不同的用户进行评估，考虑他们的信道条件、每个用户的缓冲区的数据量以及最近一次的服务时间等因素。
(2)决定好服务的用户后，Node B确定HS-PDSCH的参数。
(3)Node B在发射HS-PDSCH之前，先发射HS-SCCH通知UE一些必要的参数。
(4)UE监测HS-SCCH，监测是否有发给自己的信息，如果有的话，UE开始接收HS-PDSCH，并进行缓存。
(5)根据HS-SCCH上的信息，终端可以判断在HS-PDSCH上接收到的数据是否需要和soft buffer中的数据进行合并。
(6)UE对在HS-PDSCH上接收到的数据进行解调，并根据CRC结果在上行HS-DPCCH上发送响应ACK/NACK。如果Node B收到了NACK，会进行数据的重发，直到收到终端的ACK消息或达到最大重传次数。
Updating……
FQA：
1. HS-PDSCH相关问题
        HS-PDSCH的OVSF码是固定的16位，所以最多应该16条这样的共享信道。但是对于基站来说，除了HS-PDSCH，还有其他物理信道，所以不能把所有的码字都分给HS-PDSCH来用，所以最多可以拿出15个16位的OVSF码来给HSDPA用，但是这样的后果是小区没有多余码字分给DCH用，其他业务如AMR, VP等业务都不能发起。
       一般情况是可以分5-10个码给HSDPA用，主要看网络规划了。

2. 速率问题
       极限速率是跟HS-PDSCH信道数，调制和编码方式有关的。首先，一条HS-PDSCH的速率是固定的，即3.84Mcps/16=240Kbps，这个是所有HSDPA计算极限速率的基础。考虑不同场合，就是乘以不同倍数而已。

       如果无线信道环境很好，那采用16QAM调制方式，编码效率是1，系统配置15个HS-PDSCH并全部分给一个UE使用，则这个时候得到的就是极限速率，为：240Kbps×4×1×15=14.4Mbps
       因为采用16QAM，所以一个符号可以表示4个bit的含义，所以×4
       编码效率是1，所以所有bit都是有用bit，所以×1
       因为15个码道都分给一个UE使用，所以×15
       如果采用64QAM时，一个符号可以表示6个bit，这个时候极限速率就是240Kbps×6×1×15=21.6Mbps