HSDPA演进：基于OFDM和MIMO的技术

3GPP在R5中引入了HSDPA技术，与R99相比，它可以为用户提供更高的下行数据数率（R99中最高的速率为2Mb/s，而在R5中HSDPA的理论速率是14.4Mb/s），从而可以为用户提供更加丰富多彩的业务。在HSDPA中它采用了一些新的技术，比如自适应调制编码（AMC，AdaptiveModulationCoding）、较短的帧长、多码子操作、快速物理层HARQ（Hybrid-AutomaticRepeatRequest）和NodeB快速分组调度等技术。

1、引言

3GPP在R5中引入了HSDPA技术，与R99相比，它可以为用户提供更高的下行数据数率（R99中最高的速率为2Mb/s，而在R5中HSDPA的理论速率是14.4Mb/s），从而可以为用户提供更加丰富多彩的业务。在HSDPA中它采用了一些新的技术，比如自适应调制编码（AMC，AdaptiveModulationCoding）、较短的帧长、多码子操作、快速物理层HARQ（Hybrid-AutomaticRepeatRequest）和NodeB快速分组调度等技术。

但是，随着互联网技术的不断发展，人们对数据传输速率的要求也越来越高，因此，研究者就提出了HSDPA的下一代演进技术：HSOPA技术。与HSDPA相比，HSOPA引入了两种关键技术，一种是MIMO技术，通过空时处理MIMO可以提高系统容量和可靠性；另一种关键技术是OFDM，OFDM技术可以大大的提高频谱效率，它已经在Wi-Fi（IEEE802.11）和WiMAX（IEEE802.16）中广泛使用。与只使用OFDM技术相比，将这两种技术结合起来所能支持的用户数将增加一倍。HSOPA是HSDPA的演进技术，从HSDPA到HSUPA（High-SpeedUplinkPacketAccess），最终演进到HSOPA，其所能提供的数据速率和频谱效率越来越高。

HSOPA可以为不同用户提供不同质量的服务：对于那些金牌用户，HSOPA可以为他们提供最高的数据传输速率；对于重要用户，HSOPA可以为其提供中等的数据传输速率；而对于普通用户而言，HSOPA只需为他们提供一般的速率就可以了。

在HSOPA以前，OFDM和MIMO技术都没有在标准的公众蜂窝网上使用过，因此二者的结合是技术上的突破，它可以实现更高的频谱效率。通过现有的试验来看，利用OFDM-MIMO技术，用户的数据传输速率可以达到40Mb/s，这个速率几乎是目前HSDPA峰值理论速率的4倍。

2、HSOPA的目标

在去年四月北京召开的3GPP会议上，不同的制造商和运营商对用于无线网络中的OFDM-MIMO技术进行了深入的探讨。大家一致认为结合OFDM-MIMO技术，HSOPA可以实现以下功能：

增加无线频谱效率：我们知道在WCDMA系统中其信道的带宽是5MHz，其静止环境下的最高数据传输速率是2Mb/s，HSDPA的峰值理论速率也只有14.4Mb/s，然而通过OFDM-MIMO技术，HSOPA的数据传输速率可以达到40Mb/s，由此可知HSOPA的频谱效率是非常高的。

支持更多的用户数目：通过实际的系统测试，对于一个5MHz的载波，HSOPA能同时支持的用户数目超过100。

降低每比特的传输成本：由于HSOPA可以为用户提供较高的传输速率和较多的用户数目，因此其单位比特的传输成本将大大降低，从而更加具有竞争优势。

改善用户的通信体验：HSOPA可以大大减小数据的传输延时，例如对于和一个ping同样大小的数据包来说，HSOPA的延时是UMTS的1/6。要达到这个要求需要对接入网的结构进行必要的修改，减小用于数据处理、传输的网络节点的个数。

总之，为了实现上面的目标，在HSOPA技术中，学者们提出了OFDM技术和MIMO技术的结合。对于OFDM技术而言，它易于扩展，可以克服多径衰落，从而无需复杂的均衡技术。对于MIMO来说，它通过多根收发天线可以提供较大的系统传输容量，从而提高无线频谱效率。同时，利用空时编码技术可以明显改善数据传输的可靠性。下面我们来介绍一下HSOPA中的这两种关键技术。

3、HSOPA中的OFDM技术

在过去几年中，OFDM已经成功用于各种有线、无线系统中，尤其是在无线局域网方面，人们对OFDM技术有着浓厚的兴趣。在目前的许多无线应用中，例如数字音频广播（DAB，DigitalAudioBroadcast）、数字视频广播（DVB，DigitalVideoBroadcast）、WLAN（IEEE802.11a和IEEE802.11g）以及WiMAX（IEEE 802.16）都使用了OFDM技术，在有线系统比如异步数字用户线（ADSL，Asynchronous Digital Subscriber Loop）也使用了OFDM技术。

OFDM是一种调制接入技术，因此，对于存在多径传播的无线环境，它能够很好地抵抗多径衰落，无需复杂的均衡技术。对传统的调制方式而言，由于多径衰落的存在，通常其性能都要低于理论性能。对窄带信号而言，它必然引起符号间的干扰，从而造成信号的畸变，通常需要采用均衡技术才能解决。对宽带系统而言，宽待系统可以通过RAKE技术将多径信号加以接收合并，从而消除多径衰落。

OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。