HSDPA技术原理

数十倍速下载新时代─解析HSDPA技术原理

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。