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数十倍速下载新时代─解析HSDPA技术原理

52RD.com 2008年8月6日 陈怡弘            参与:88人 查看 我来说两句
  自WCDMA Release 99最高384 kbps的下行速率,到HSDPA的14.4Mbps(目前实际建设网络最高已达7.2Mbps),3GPP Release 5的规格做了哪里些神奇修正与改进,以增加数十倍速的下载速率呢?

内文:
上一回提到,在WCDMA Release 99当中,资料传输可在2种状态下进行:CELL_FACH以及CELL_DCH。首先,使用者在CELL_FACH下时利用共享频道传输资料。由于是共享频道,其使用的码是固定的,因此,此类频道的设计注定无法用于较高速资料传输。另外,此状态下没有CLPC(Closed Loop Power Control)调整传输功率,近乎不变的功率,不可避免地即造成较大的干扰。

正如先前提过以鸡尾酒会派对为例,如果大家不论远近都用同样音量于派对中进行对谈,那么距离较远的谈话将会受严重干扰,甚或无法清楚听到对方所说的话。此外值得一提的是,使用这些共享频道的手机需要接听所有的资料再做判断;留下那些带有自己识别码的封包,抛弃那些属于别人的。

另一方面,在 CELL_DCH时,使用者拥有自己的专属频道进行传送资料;根据不同传输速率,使用者会得到不同Spreading Factor码。同时,如上回所提,由于拥有专属频道,手机会利用CLPC进行传输功率控制。此外,在CELL_DCH中可以有软式交递进行,换句话说,即使用者可同时保持与数个不同基地台间的联机。(当然前提之一是,这些基地台都要同一个频率上运行)

然而,虽然WCDMA Release 99宣称最高可以支持至2Mbps,但实际布建的网络当中,即便在CELL_DCH下,上行与下行最高资料传输速率也只有384kbps。这样的传输速率,对于手机上的许多热门多媒体应用而言,尤其是那些与资料传输相关的应用,却略显不足。

此外,在不同速率间切换时,需透过RNC进行控制,因此需要一些时间完成速率变换。相似地,Release 99的重传(透过RLC AM)也要透过RNC,因此,可能会有数百毫秒的耽搁。除此之外,虽然有CLPC,但如果手机移动到1个暂时收不到讯号的地方(如高楼遮蔽下,或山后没有基地台的地方),基地台会持续地送出资料,直到断线为止,这也造成了不必要的无线资源浪费。

为克服上述WCDMA Release 99在资料传输上的限制,3GPP在Release 5的规格中,提出HSDPA(High Speed Downlink Packet Access),希望不但可以克服以上所提到的限制,而且可以大幅度地提升下行资料传输速率。根据规格,它下行速率的最高值为14.4Mbps,但是,它要如何实现这个目标呢?

先让我们来想象一下,假设今天你是1间点心店的老板,平日你都会向食品工厂订购某样产品,比如说,某样深受欢迎的甜点。由于这些甜点全都是手工制造,所以工厂每日所能制造的数量相当有限。因此只有当他们准备好你的订单后,他们才会给你1个领货通知,让你知道你要的东西已经做好了,并且会在什么时间送货给你。所以你可能会定时地检查是否有未接来电,毕竟,这是你店内最受欢迎的餐点,你绝对不想错过这个来自工厂的通知。接下来,送货员在指定时间把你订的货交给你后,他会要求你签收。同时,你可能会告诉工厂在这段期间所卖出的数量和现有的存货,在签收之际,将此回报跟签收单一并让送货员带回去,让工厂可以决定下次要送多少甜点过来。之后继续上述的过程:通知、送货、签收、再回报存货量。

透过HSDPA传送资料的流程,基本上和上面提到这个取货流程没有太大差异。使用者定期地监听那些指定频道,而当网络决定要传送资料给该使用者时,它会利用该频道通知使用者。接到通知后,使用者在固定时间内,马上去听相对应用来传送资料的频道。收完资料后,使用者需要回应是否正确地收到那些资料,同时,向网络回报现在的通讯质量,也就是使用者可能可接收资料的最大量;之后,网络据此回报,判断待会要用怎样的调变方式,送多少资料给该使用者。

图1描绘这整个过程。我们这里会提到一些名词,而这些名词会在后面相关的地方会再详细介绍;在此处,我们只需有个简单的概念即可。首先,网络透过HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel)这个下行的频道,通知使用者。

在听到HS-SCCH上有给自己的讯息后,使用者接下来马上去HS-PDSCH(High Speed Physical Downlink Shared Channel)这个下行用来送资料的频道,接收资料。接下来,使用者再利用上行的HS-DPCCH(High Speed Dedicated Physical Control Channel)传送ACK/NACK及回报现在网络质量CQI(Channel Quality Indicator)给网络。网络再利用这个回报的CQI,决定下次要给该使用者的资料量以及调变方式。

                                   


△图说:图1 HSDPA流程示意图

值得注意的是,我们上面提到的这些下行频道,不论是用来通知的HS-SCCH,或是用来传送资料的HS-PDSCH,都是所有使用者共享的频道。多个使用者听着相同的HS-SCCH,全部使用者轮流使用整个细胞中有限的(最多15个)HS-DPSCH传送资料。Node B负责这些频道的排程,在哪里个时段、哪里些HS-PDSCH、指定给哪里个使用者使用。

这些都牵扯到非常复杂的判断,包括每只手机所回报的CQI、及其最高能够支持的速率、每个使用者的优先顺序…等考虑。图2是1种可能的排程。在这个例子中,Node B根据它内部的算法,将这些资源,也就是频道,不只利用分时多任务,而且利用分码多任务将这些频道分配给各个使用者。

其它的一些可行的排程办法,包含象是依序循环(换句话说,只有分时多任务排程)、先传送资料给那些拥有较高优先顺序的使用者、以及参考回报的CQI来进行排程。而就使用者而言,在每个时段、他可能会被指派或给予1个或数个的频道,来接受网络送过来的资料。这样子的设计,可以更快速地更改排程,来切换并控制每个使用者的资料传输量,借此避免前面我们所提到Release 99中CELL_DCH下传输的某些限制。

               


△图说:图2 分时且分码多任务排程

读到这里,你可能开始纳闷,共享频道怎么反而可以达到更高的传输速率?我们将在次回再境进行深入解释。(本文作者陈怡弘/Qualcomm CDMA Technologies资深工程师)
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评 论
16楼 JINGROCKY007 发表于 2014-10-24 16:52 回复
比较艰涩。
15楼 52RD网友 183.13.*.* 发表于 2014-4-16 10:03 回复
——已屏蔽——
14楼 cc317158943 发表于 2012-11-12 10:30 回复
对于协议层,了解的太少了。。我还得好好学学。
13楼 sh163ok 发表于 2011-5-9 15:03 回复
这还不错
12楼 sh163ok 发表于 2011-5-9 14:32 回复
11楼 tangjiaxin说:这还不错
hen hao
11楼 tangjiaxin 发表于 2011-1-10 09:52 回复
这还不错
10楼 wdy1233 发表于 2010-9-24 10:56 回复
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匹夫有责
7楼 faithcb 发表于 2010-6-4 13:17 回复
学习了1
6楼 arthasyoung 发表于 2010-3-11 15:41 回复
讲故事呢!!
5楼 cszhang 发表于 2008-12-11 11:11 回复
简单明了的介绍,对初学者很有帮助
4楼 tangrobust 发表于 2008-9-22 15:20 回复
有点明朝那点事的味道
3楼 blue_dsp 发表于 2008-9-10 13:47 回复
多谢!像听故事.
2楼 loulou 发表于 2008-9-3 10:41 回复
hen hao
1楼 sahala 发表于 2008-8-18 14:29 回复
单个Node B支持的最大速率是多少?
在空中接口这块,频道总数能达到多少?
有线方面,传统的数据通道是T1/E1,带宽是很窄的。
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