1、TD-SCDMA高速數據業務的重要意義

　　目前，日本和韓國的3G經營商已經在體驗3G高速數據服務方面取得巨大成功。日本DoCoMo公司于2001年推出的WCDMA-FOMA服務，截止到2004年5月已擁有400萬用戶，所創造的收入已經占到其總收入的20%以上。韓國電信公司（SKT）于2003年第3季度部署了1x EV-DO網絡之后，該公司數據服務收入占據每用戶平均收入（ARPU）值的比例上升到了34%。預計在未來幾年內，數據服務仍將會取得大幅度增長，并成為第三代（3G）移動通信的主要應用和主要收入來源。

　　為了適應多媒體應用對高速數據傳輸日益增長的需要，第三代移動通信合作項目組（3GPP）公布了一種新的高速數據傳輸技術——HSDPA（高速下行分組接入技術）。該技術在WCDMA系統中已經得到了廣泛的應用。根據電信相關部門的統計數據，目前全球共有123個HSDPA網絡在56個國家/地區計劃部署，其中有70個WCDMA-HSDPA網絡在39個國家/地區商用，14個WCDMA- HSDPA網絡已經達到3.6Mb/s的速率。終端方面，目前已經有66款HSDPA終端上市，其中22款手持機、44款PC卡及路由器，共19家提供商；另外還有13款內置HSDPA功能的PC機，共有8家提供商。

　　綜合以上的數字我們可以看到，高速數據業務是第三代移動通信的重要服務，也是運營商的主要收入來源。TD-SCDMA如果要讓用戶體驗到其優越于2G的服務，必然要提供高速的數據業務。國產的3G標準TD-SCDMA要在和其他3G標準的競爭中占有一席之地，實現高速數據業務也具有相當重要的意義。

2、TD-SCDMA高速下行數據終端實現機制和原理

2.1　TD-SCDMA高速下行主要技術

　　TD-SCDMA在3GPP Release 5版本的規范里引入了HSDPA技術。該技術能夠在不改變現有網絡結構的情況下提高TD-SCDMA系統下行傳輸數率，單載波理論值為2.8Mb/s。 HSDPA主要引入了HARQ（混合自動重傳）技術、AMC（自適應調制編碼）技術、快速調度和高階調制技術。

　　HARQ（混合自動重傳）技術是將FEC（前向糾錯）同ARQ相結合的糾錯方法，利用FEC技術的糾錯能力以提高系統的傳輸效率，并通過ARQ技術來提高系統傳輸的可靠性。發端發送的碼不僅能夠檢錯，而且還具有一定的糾錯能力。收端譯碼器收到碼字后，首先檢查錯誤情況，如果可以則自動糾錯；如果錯誤很多，解碼失敗的話，則保存接收到的數據，并要求發送方重傳一定的數據。這種方式在一定程度上避免了FEC方式需要復雜的譯碼設備和ARQ方式信息連貫性差的缺點。

　　AMC（自適應調制編碼）技術基本原理是網絡側根據信道的實際情況確定當前信道的容量，根據容量來確定合適的調制編碼方式，以便限度地發送信息，實現較高地傳輸數率。而且，針對每一個用戶的信道質量變化，AMC都能夠提供相應變化的調制編碼方案，從而獲得較高的傳輸數率和頻譜利用率。AMC和HARO兩者結合起來可以得到很好的效果：AMC提供粗略的數據速率選擇，而HARQ可以根據數據信道條件對數據速率進行較精細的調整。

　　快速調度技術主要是指原來在RNC（Radio Network Controller）中實現的分組調度功能轉移到Node B來實現，從而大幅度的減少數據傳輸處理時延。

2.2　TD-SCDMA HSDPA終端實現機制

　　為了在TD-SCDMA系統中實現HSDPA功能，引入了一個新的傳輸信道HS-DSCH（High Speed-Downlink Shared Channel）和三個新的物理信道HS-PDSCH（High Speed Physical Downlink Shared Channel）、HS-SCCH（Shared Control Channel for HS-DSCH）、HS-SICH（Shared Information Channel for HS-DSCH）。同時引入了MAC—-hs實體，處理MAC（Medium Access Control）層HS-DSCH的相關功能，包括HARQ協議處理、重排、拆分調度等。

（1）終端側MAC-hs實體結構如圖1所示：

                                                                                             圖1　終端側MAC-hs實體結構

　　其中主要的是HARQ實體和重排實體。MAC-hs的詳細配置信息是通過MAC控制接入節點從RRC（Radio Resource Control）層獲得的。 

　　HARQ實體負責處理HARQ協議。在每個TTI（TD-SCDMA HSDPA系統的TTI=5ms）里，終端有一個HARQ進程在運行，負責執行HARQ相關的所有任務，如處理ACK/NACK等。HSDPA的HARQ 采取了簡單 的SAW（Stop And Wait）機制。SAW機制雖然實現非常簡單，但是由于下一個數據塊的傳送需要等到上一個數據塊的確認消息而使其效率比較低。為了提高資源利用率，可以根據網絡側的配置，多個HARQ進程同時進行。這樣，當一個HARQ進程處于確認消息等待狀態時，另外的HARQ進程可以進行數據的傳送。


　　重排實體根據接收到的TSN（傳輸序列號）對數據塊進行排序，并將順序的數據塊依次傳送給拆分實體。當接收到的數據塊不連續時就會啟動一個定時器（T1），把收到的不連續數據塊緩存在重排實體里。當定時器T1到時，將所有正確接收到的數據塊都傳送給拆分實體。

　　拆分實體主要是將MAC-hs PDU的頭解析后去除，并將可能的末尾填充比特去除，由此得到MAC-d PDU，然后傳送到MAC-d實體進行處理。

（2）HS-DSCH、HS-PDSCH、HS-SCCH和HS-SICH的實現

　　一個終端對應的只有一個HS-DSCH，不同的終端可以通過時分復用或者碼分復用來共享HS-DSCH信道。在HS-DSCH傳輸信道上每次只傳送一個傳輸塊。CRC的長度固定為24比特，信道編碼采用1/3 Turbo方式。HS-DSCH映射的物理信道是HS-PDSCH，擴頻因子可以使用SF=1或者SF=16，調制方式可以采用QPSK或者16QAM。 HS-PDSCH功率控制由網絡側根據編碼調制方式和HS-SICH上的TPC綜合決定。

　　HS-SCCH是一個物理信道，是HSDPA專用的下行控制信道。它使用的擴頻因子為SF=16，調制方式采用QPSK。HS-SCCH承載著所有 HSDPA相關物理層的配置信息和控制信息。終端根據HS-SCCH的配置信息接收HSDPA的下行數據。HS-SCCH信道上的配置信息主要包括 UE_TD、TFRI、HARQ、HS-SICH上行同步和功控等相關信息。UE_ID用于表示當前配置信息所屬的終端。TFRI主要包括碼道、時隙的分配信息，傳輸塊大小和調制方式信息，分別用于指示終端下一次接收HSDPA數據所使用HS-PDSCH的碼道、時隙位置，傳輸塊的大小和調制方式是 QPSK還是16QAM。HARQ相關信息包括HARQ進程信息、新數據指示信息和冗余版本信息。新數據指示信息表明此次數據是新數據還是重發數據。當前終端收到HS-SCCH信道信息時刻必須比為HS-PDSCH配置的個時隙提前至少3個時隙的時間，并且TD-SCDMA的上、下行導頻時隙不在計算之內。HS-SCCH的初始發射功率由網絡側決定。HS-SCCH的閉環功率控制由HS-SICH信道上的TPC（傳輸功率控制）信息控制。

　　HS-SICH是一個物理信道，是TD-SCDMA HSDPA專用的上行控制信道。它使用的擴頻因子為SF=16，調制方式采用QPSK。HS-SICH信道用于反饋相關上行信息，主要包括CQI（信道質量指示）和ACK/NACK。為了支持HARQ的反饋信息，終端在接收到HSDPA數據后需要向網絡發送ACK或者NACK。終端將1比特的反饋信息通過重復的方式編碼成36比特，以提高反饋信息傳送的可靠性。終端根據測量的結果選擇RTBS（推薦傳輸塊大小）和RMF（推薦調制方式）。RTBS采用R- M編碼方式將6比特信息轉換成32比特，RMF則采用重復的方式將1比特編碼成16比特。RTBS和RMF的組合就是CQI。當前終端發送HS-SICH 信道信息時刻必須比其對應的HS-PDSCH配置的一個時隙滯后至少9個時隙的時間，并且TD-SCDMA的上、下行導頻時隙不在計算之內。HS- SICH的上行開環功控由網絡側配置期望接收功率和終端測量路損得到。HS-SICH閉環功控由HS-SCCH上的TPC（傳輸功率控制）信息控制。HS -SICH初始上行同步根據相關DPCH，以后的上行同步取決于HS-SCCH上的SS控制字。

（3）HSDPA數據傳送典型過程

　　終端用戶需要HSDPA相關服務時，首先發起PDP上下文激活的信令流程。在此信令過程中，網絡側給終端配置了與HSDPA相關的HS-SCCH、HS-SICH信息。

　　當需要在HS-PDSCH傳送HSDPA下行數據時，網絡側根據各個用戶的信道條件、各個用戶在緩沖區內的剩余數據量、自從上次某個用戶服務后所經過的時間以及哪些用戶的重傳還沒有執行等因素選擇合適的用戶。網絡側先在HS-SCCH上發送用戶標識信息、用來傳送數據的HS-PDSCH的配置信息。

　　終端在收到HS-SCCH后，根據上面攜帶的用戶標識來判斷此HSDPA數據是否屬于自己。如果屬于自己，則根據HS-SCCH所指示的HS- PDSCH的配置情況進行數據接收。終端根據接收到的數據和測量結果在HS-SICH上向網絡反饋結果，用以指示數據傳輸的是否成功，并 且指示網絡側在下一次的數據傳輸中采用那種CQI。

　　網絡側在收到終端HS-SICH上的信息后，進行后續數據的傳輸或者當前數據的重傳。

　　用戶希望結束HSDPA數據服務時，終端發起PDP上下文去激活的信令流程。在此信令過程中，網絡側將釋放所有的HSDPA相關的配置。

3、TD-SCDMA HSDPA終端解決方案

　　本方案是在T3G（天碁科技）公司TD-SCDMA/GSM自動雙模解決方案基礎上討論TD-SCDMA HSDPA（高速下行分組接入技術）的實現。

　　由于HSDPA主要是滿足用戶高速下行數據的應用要求，物理層需要在很短的TTI內把數據解調出來傳送給上層，這就要求下行的處理能力強，而且速度必須快。本方案的物理層采用單獨的內核和操作系統，高層協議采用另外的內核和操作系統。HSDPA數據的處理和反饋速度要求非常快，為了加快終端和網絡的實時性，把所有的HARQ功能都放在終端的物理層來實現。在HARQ的實現過程中，終端如果無法正確解碼HADPA數據，就會給網絡側回復NACK信息。同時會將這部分HSDPA數據軟比特緩存起來，以便和接收到的重發數據一起解碼而獲得的效果。由于HSDPA的數據量相當大，這就要求物理層同時具備很大的存儲空間。

　　為了實現HSDPA，在MAC中增加了MAC-hs實體來實現重排功能。當MAC-hs收到的HSDPA數據塊的TSN不連續時就需要緩存暫時無法上傳給拆分實體的數據，因此也需要額外的緩存空間。

本方案硬件平臺框圖如圖2所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2　TD-SCDMA HSDPA參考硬件平臺

　　在協議棧方面，在基于T3G原有的TD-SCDMA/GSM雙模協議棧的基礎上增加了支持HSDPA的功能。根據3GPP標準的定義，在MAC層增加了MAC-hs實體，增加了對HS-DSCH的支持。在物理層也根據標準的定義增加了對HS-PDSCH、HS-SCCH和HS-SICH相關編解碼的支持。增加了RRC層和MAC層、物理層接口對HSDPA的支持。從而實現了對HARQ、16QAM和AMC的支持。本方案將所有HARQ的功能都放在物理層的獨立的內核來處理，反饋信息ACK/NACK不需要從MAC傳送到物理層后再發送給網絡側，大大增加了HSDPA相關處理和反饋的實時性。TD- SCDMA HSDPA相關的協議棧結構如圖3所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3　TD-SCDMA HSDPA相關的協議棧結構

4、總結

　　經過多年的努力，TD-SCDMA標準已經越來越受到國際的認可和支持。TD-SCDMA系統HSDPA的實現能夠大大加強其在3G國際標準里的競爭力。TD-SCDMA HSDPA終端的實現和產業化是其中很關鍵的一環。

　　TD-SCDMA終端如果能夠配合網絡實現HARQ、高階調制、AMC和快速調度等功能，將會更好的支持高速下行數據業務——HSDPA。同時，芯片集成度的增高、進一步的高階調制技術、MIMO技術等的研究和實現必將為TD-SCDMA高速數據業務進一步發展提供更多的空間。