HSDPA和HSUPA的增强功能及测试分析

宽带蜂窝数据业务市场正在迅速变化。仅仅在几年前，UMTS技术仍处在早期部署阶段，能够利用提高带宽的业务少之又少，而能够支持这些业务的手机数量就更少。现在，UMTS终于慢慢成为主流技术，相应的中等价位的手机已经上市，因此可以获得更多的终端用户。

由于这一市场的发展，运营商和制造商正在寻求各种方式，首先满足数量不断提高的潜在3G用户需求，其次是改善用户在这些宽带业务中的感受。在技术方面，这需要改善3G网络容量，支持的峰值速率必需超过Rel.99 UMTS支持的384kbps，在理想情况下还应使用3G频谱。

第三代合作项目(3GPP)在早期阶段已经认识到这种需求，其任务是制订基于WCDMA的3G标准。在2000年，它作为3GPP Rel-4标准化活动的一部分进行可行性研究，其目标是确定可望改进容量及可以实现峰值数据速率的技术，特别是在下行方向。这一努力使得作为3GPP Rel-5的一部分的一系列增强规范得到批准，这些规范统称为HSDPA(高速下行分组接入)。

由于互动业务的数量不断提高，这些业务由最终用户生成内容而不是使用内容(例如博客和播客等业务)，人们需要改善上行使用容量。3GPP Rel-6中的"FDD增强上行"功能满足了这种要求，这就是我们通常所说的HSUPA (高速上行分组接入)。

HSDPA和HSUPA都在3G无线接入网(即UTRAN)中引入了新功能，必须使用相应的软件升级Node-B和RNC。与蜂窝网络中的任何其它技术进步一样，在部署之前必须全面测试这些增强功能，包括功能级和性能级。本文的目的是介绍UTRAN增强功能，演示在开发/部署这些新技术时存在哪类测试要求。

HSDPA及其功能测试

1．HSDPA介绍

HSDPA设计用于在一个小区中支持14.4 Mbps的峰值数据速率。UTRAN的主要增强功能是引入了一条新的传输信道，称为高速共享数据信道(HS-DSCH，参见表1)，外加上行和下行使用的两条控制信道。顾名思义，HS-DSCH是多个用户可以同时使用的一条共享信道，专门满足了具有突发业务特点的应用需求。

这条新传输信道的引入影响着多个协议层，最明显的变化在物理层和MAC层。下面的特点实现了HSDPA的高吞吐量功能：

1． HSDPA引入了一种自适应调制和编码(AMC)方案，根据终端和Node-B提供的信道条件相关信息选择调制方法和编码速率。在下行方向，HSDPA支持16QAM作为良好信道条件下传输数据的高阶调制方法，同时支持用于WCDMA中的QPSK。

2． HSDPA采用混合自动重复请求(HARQ)协议处理重传，保证无差错数据传输。HARQ是称为MAC-hs的新型MAC实体的关键要素，同时位于Node-B和用户设备中(UE)，参见图1。

3． 快速分组调度算法作为Node-B功能的一部分实现，它把HS-DSCH资源(如时隙和代码)分配给不同的用户。

从上面可以看出，以前为RLC协议层及服务RNC(SRNC)预留的部分功能已经下移到MAC协议层及Node-B中。时间很关键的功能(如HARQ处理和分组调度)接近无线接口至关重要，因为HSDPA指定的传输时间间隔(TTI)仅2ms，是Rel. 99 WCDMA指定的最小TTI的1/5。换言之，重传及调制方法和编码速率变化等可能会每隔2ms发生一次。这么低的TTI明显允许Node-B更快地对变化的信道条件作出反应，因此HSDPA为高吞吐量应用提供了更好的性能。

表1：HSDPA专用传输信道和物理信道

HSDPA标准比HS-DSCH更进一步，新增了下面两条传输信道和物理层信道：

1． 高速共享控制信道(HS-SCCH)是一条下行信道，用来提供与HS-PDSCH有关的控制信息。它包括下一个HSDPA子帧指向的移动终端标识、信息代码集信息，以及解码HS-DSCH子帧使用的调制方案等信息。

2． 高速专用物理控制信道(HS-DPCCH)是一条上行控制信道，用来传送信道质量信息(由CQI信道质量指示位携带)及与Node-B中HARQ操作有关的ACK/NACK消息。

2．MAC协议增强功能

HSDPA不仅引入了新的传输信道和物理层信道，还对包括MAC层的高层协议产生影响。图1显示了HSDPA的第一层/第二层协议结构。

不同类型的MAC实体用来识别不同类别的传输信道。3GPP Rel. 99中区分专用传输信道和共用传输信道，因此MAC层包含一个MAC-d实体和一个MAC-c实体。HSDPA的引入需要定义一个新的实体，称为MAC-hs。在Rel. 99规范中，MAC层在RNC中实现，相比之下MAC-hs则用于Node-B中，考虑了标准高性能实现方式的要求。

Node-B MAC-hs负责处理与HS-DSCH有关的第二层功能，包括下述功能：

1． 处理HARQ协议，包括生成ACK和NACK消息。

2． 重新排列失序的子帧顺序。注意，这实际上是RLC协议的功能，但这个协议层没有在HS-DSCH的Node-B中实现。因