摘 要:本次论文将以3G(第三代移动通信系统)PP(是一个成立于1998年12月的标准化机构)的HSDPA(表示高速下行分组接入技术)技术为例,进述速率理论上可以达到10Mbit／s(兆比特每秒表示数据传输速率)的高速下行数据传输技术。在HSDPA(表示高速下行分组接入技术)中,为了支持高速数据用户的支持,使用了一种新的共享信道,HS-DSCH(传输信道,用于高速下行分组接入技术)高速下行共享信道。
在HSDPA(表示高速下行分组接入技术)中,为了使传输数据速率更高并支持多种非对称业务,提出了增强型下行共享信道(HS-DSCH(表示高速下行分组接入技术)的概念。本文重点讲述了混合自动请求重传技术的原理并对此进行了研究。
关键词:混合自动请求重传HSDPA(表示高速下行分组接入技术)
中图分类号:TN921文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)08(c)-0010-02
第一代模拟移动通信系统和第二代数字系统都是有支持语音通信和有限的数据通信能力。而第一代的目标是提供宽带范围的服务,除了一些与移动有关的信息外,大部分是ISDN(综合业务数字网,是一个数字电话网络国际标准)业务的无线扩展,服务质量达到有线网的近似水平。
第三代网络主要集中在服务质量、系统容量、个人和终端的移动性等方面。系统的容量通过使用更小的小区和地理上有序的频率通道再使用来改善。第三代系统将按照不同的运行环境使用不同的小区结构。小区的结构从常规的微小区到室内的微微小区。
第三代系统的计划比现有的以话音为主、基于微蜂窝的系统要复杂得多,需要更先进、更智能化的网络环境。
第三代无线技术旨在提供接近有线质量的无线话音业务,而且可以支持普通多媒体和高速数据应用所需的数据和容量。3G技术将支持基于位置的业务、导航、紧急援助和其他先进业务。业内设计人员还预见,3G系统将使用户可以按自己的要求设置语音信箱、呼叫屏蔽、话音质量及其他业务。向3G的演进将使无线本地环路能够接入PSTN(公共交换电话网络)和公用数据网络,同时提供对应用和网络资源的更有效控制。此外它还将打开通向全球漫游、业务移动、基于地区的ID(身份标识号码)和记费以及全球无线接入等业务的大门,3G技术甚至有可能支持与卫星的无缝互通。
1WCDMA(宽带码分多址)
WCDMA标准主要由欧洲ETSI(欧洲电信标准化层)于GSM-MAP(GSM领域),同时通过网络扩展方式提供在基于ANSI-4l的核心网上运行的能力。
WCDMA系统支持宽带业务,可有效支持电路交换业务、分组交换业务。灵活的无线协议可在一个载波内对同一用户同时支持话音、数据和多媒体业务,通过透明或非透明传输块来支持实时、非实时业务。业务质量可通过延迟、误比特率和误贞率等参数进行调整。
WCDMA采用DS-CDMA多址方式,码片速率是3.84Mchip／s,载波带宽5MHz。系统不采用GPS精确定时,不同基站可选择同步和不同步两种方式,可以不受GPS系统的限制。在反向信道上,采用导频符号相干TAKE接收的方式,解决了CDMA中反向信道容量受限的问题。
WCDMA采用精确的功率控制方式,包括基于SIR的快速闭环、开环和外环三种方式。功率控制速率为1500次／秒,控制步长0.25～4dB可变,可有效满足抵抗衰落的要求。
WCDMA还可采用一些先进的技术,如自适应天线、多用户检测、分集接收和分层式小区结构等来提高整个系统的性能。
美国TIA TR45．5向ITU提出的RTT方案称为CDMA2000,其核心是由朗讯摩托罗拉、北方电讯和高通联合提出的宽带CDMAOne技术。CDMA2000的一个主要特点是与现有的TIA／EIA一95一B标准后向兼容,并可与IS一95B系统的频段共享或重叠,这样就使CDMA2000系统可在Is．95B系统的基础上平滑的过度、扩展,并保护已有的投资。
CDMA2000采用的功率控制有开环、闭环和外环3种方式,速率为800次／秒。CDMA2000还可采用辅助导频、正交分集和多载波分集技术来提高系统的性能。
由于载波间可以重叠,频谱利用率较高,CDMA2000提供了多载波方案。
时分同步码分多址(TD-SCDMA)是第三代无线通信业务的中国标准,它与UMTS和IMT-2000的建议完全一致。
而TS-SCDMA制式被设计为不管是对称还是非对称业务,都能显示出最佳性能的系统。因此,可以采用在TDD模式下,在周期性重复的时间贞里传输基本的TDMA突发脉冲的工作模式。通过周期性的转换传输方向,TDD允许在同一个无线电载波上交替的进行上下行路传输。这个方案的优势在于上下行链路间的转换点的位置,当进行对称业务时,可选用对称的转换点位置;当进行非对称业务时,可在非对称的转换点位置范围内选择。这样,对于上述两种业务,TDD模式都可提供最佳频谱利用率和最佳业务容量。
第二种业务转换类型是指即可以在每个突发脉冲基础上利用CDMA和多用户检测进行多用户传输从而提供速率为8～384kbit／s的语音和多媒体业务。
2HSDPA信道结构
HSDPA增加了一个新的传输信道,称为HS-DSCH,该信道主要用来在进行尽力而为方式的PACKET传输的同时辅助HARQ和AMC等HSDPA关键技术的实现。在HS-DSCH信道中可以采用的码不会多于16个,一般取最大的码数为14个。采用固定的扩频因子可以降低UE复杂性的同时可减少下行的信令。
多输入多输出的处理在基站发射机和终端接收部分都有多个天线,比在基站发射机有多个天线和终端接收部分有一个天线的系统有优势。如果在发射和接收部分都有多个天线,可以利用码重用的技术来提高尖峰容量。利用码重用技术,每个分配给HS-DSCH传输的信／扰码对可以调制到M个不同的数据流(其中M是发射天线的数目)。那些共享相同的信道／扰码对的数据流必须基于它们的空间特点加以区分,需要有M个天线的接收机。原则上,码重用的尖峰容量是一个发送天线的可达到速率的M倍。利用码重用和低的调制方式可以达到一些媒体数据速率,而不要采用较高的调制方式,例如用16QAM代替64QAM。与利用较高的调制方式达到相同的传输速率的单个天线传输系统相比,码重用技术只需要小的EB／No就能提高整个系统的性能。
多输入多输出的处理在基站发射机和终端接收部分都有多个天线,比在基站发射机有多个天线和终端接收部分有一个天线的系统有优势。如果在发射和接收部分都有多个天线,可以利用码重用的技术来提高尖峰容量。利用码重用的技术,每个分配给HS-DSCH传输的信道／扰码对可以调制的M个不同的数据流(其中M是发射天线的数目)。那些共享相同的信道／扰码对的数据流必须基于它们的空间特点加以区分,需要有M个天线的接收机。原则上,码重用的尖峰容量是一个发送天线的可达到速率的M倍。利用码重用的低的调制方式可以达到一些媒体数据速率,而不要采用较高的调制方式,例如用16QAM代替64QAM。与利用较高的调制方式达到相同的传输速率的单个天线传输系统相比,码重用技术只需要小的EB／No就能提高整个系统的性能。
对于利用传统单个天线发送的DSCH,高速数据源被分到M个低速率的子数据流中,第n个子数据流(n=1,….,N)被扩频码n扩频(这些扩频码是相互正交的)这些子数据流被合并、扰码并传输。有M个天线的多个天线的传输原理如图1所示,它是多输入多输出天线处理技术的典型发生机。高速数据源被分到NM个子数据流中,M个子数据流的第n个组被扩频码n扩频,每个组的第m个子数据流分别在第m个天线上传输,这样利用相同的码传输的子数据流就可以在不同的天线上传输。这M个共享相同码的子数据流在接收机处基于它们空间的特点利用多个天线和空间信号处理来区分。接收机至少有M个天线来充分有效的检测信号,如果利用很复杂的检测算法,天线个数可以少于M。
要提高系统的吞吐量,一个很好的方法是提高信道的容量。MIMO可以成倍的提高衰落信道的信道容量。根据信息论最新成果,假定发送天线数为m,接收天线数为n,在每个天线发送信号能够被分离的情况下,有如下信道容量公式:C=mlog2(n／m﹒SNR),(n≥m),其中SNR是每个接收天线的信噪比。
3HARQ技术
第一类HARQ
第一类HARQ又叫ARQ,其工作过程如下:接收端首先对数据包进行纠错,如果有错误不能纠正,就发送数据包重传请求。同时,丢弃错误的数据包。重传时使用相同的前向纠错码,也就是说,冗余信息是一样的。
第二类HARQ
第二类HARQ属于增加冗余的ARQ机制。在增加冗余的ARQ中,接收错误的数据包不会被丢弃,而是与重传冗余信息合并之后再进行解码。
第三类HARQ
第三类HARQ,又叫部分冗余HARQ,也属于增加冗余机制。它与第二类HARQ相似,接收错误的数据包不会被丢弃,接收机将其存储起来与后续的重传数据合并后进行解码。
HARQ机制
HARQ机制主要由三种基本的机制:停止等待方式、退N步方式以及选择重传方式(还有这些方式的组合)。
4GBNARQ一机制
为了克服SWARQ方式通过率降低以及浪费时间长的缺点,下面提出发送端继续传输数据组的GBNARQ方式。这种方式既适合于双工通信,又适合于单工通信,其工作过程如图2所示:
由图2可以看出,无论是在双工通信中还是在单工通信中,这种方式在发送端连续发送码组而不等待接收端的应答信号如何,从而克服了SWARQ系统中影响η的主要因素:等待时间τ和s的影响。
在双工通信中,接收端发向发送端的应答信号放在码字前几个码元中,并受到如同信息码元一样的纠错保护,从而进一步消除了SWARQ中应答信号错误的影响,提高了系统吞吐率。
在收、发两端的通信过程中,若接收端收到的某一码字发生了错误,则要求发送端重发有错的码组。发送端收到并译出应答信号是NAK后,就重发此时刻前第N(上图)个码组3及后续的6个已经传送过的码组,也就是说整个系统退回了N个时间单位,重发N个时间单位以前发过的码组。在发现错误以及重发过程中,收发双方都停止向用户输出N个码组,以避免输出码组错漏和重复。GBNARQ系统中重传数N的大小主要由通信双方的往返时间以及收发设备转换时延的译码时延等决定,等于发送端从发出码组直至收到此码组的应答信号所需的时间。
要详细分析该系统的性能很困难,特别是前向与反向信道均为有扰信道时更是如此,这里仅给出主要结果。设GBNARQ系统中的前向与反向信道是相互独立的,且有相同的差错统计特性,此时刻系统输出并送给用户的错组率近似为
上式与SWARQ方式的错组率表示式相同。这说明应用GBNARQ系统后,基本上能得到SWARQ系统所能获得的错组率,也就是说能得到极低的输出误码率。
5 结语
HSDPA技术是一种对多用户提供高速下行数据业务的技术,此技术特别适合于多媒体、Internet等大量下载信息的业务。在传输较高速率的业务数据时,通过在特定时隙中使用较高调制方式(8PSK＼16QAM甚至64QAM)来进行传输。
参考文献
[1]孙立新、刑宁霞编著“CDMA(码分多址)移动通信技术”人民邮电出版社,1996年.
[2]张捷“实现宽带无线多媒体通信的码分多址技术”,移动通信,1999年第1期.
[3]郭梯云、刘增基、王新梅《数据传输》人民邮电出版社.
[4]彭林等《第三代移动通信技术》电子工业出版社.
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