HSPA+與LTE關(guān)鍵技術(shù)對(duì)標(biāo)分析

標(biāo)簽：HSPA+ WCDMA LTE

隨著3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在全球的大規(guī)模建設(shè)，市場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求也在急劇上升，移動(dòng)寬帶技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快。這些技術(shù)主要集中在2個(gè)方面，一是3G技術(shù)的演進(jìn)——HSPA+，一是4G技術(shù)的出現(xiàn)——LTE。對(duì)于HSPA+，通過(guò)不斷引入高階調(diào)制、多入多出、雙載波等技術(shù)，提高峰值速率;對(duì)于LTE，則采用頻率效率更高的OFDM技術(shù)，從而達(dá)到5 bit/Hz以上的高效編碼效率。

目前HSPA+網(wǎng)絡(luò)在全球已經(jīng)得到了大范圍的部署。截至2010年底，全球已經(jīng)有67個(gè)國(guó)家的148個(gè)HSPA+商用網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)計(jì)劃，其中103張網(wǎng)絡(luò)已完成在57個(gè)國(guó)家的商用部署(包括13個(gè)雙載波42 Mbit/s HSPA+，11個(gè)MIMO 28 Mbit/s HSPA+，79個(gè)64QAM 21 Mbit/s HSPA+);支持HSPA+的終端已達(dá)到63款，支持HSPA-LTE的雙模終端達(dá)到27款。

LTE網(wǎng)絡(luò)部署也初現(xiàn)端倪，其發(fā)展勢(shì)頭，大有后來(lái)居上之勢(shì)。截至2011年1月，全球范圍內(nèi)共有17個(gè)正式商用的LTE網(wǎng)絡(luò)，分布于15個(gè)國(guó)家和地區(qū)，還有52個(gè)預(yù)商用LTE試驗(yàn)網(wǎng)，有128個(gè)LTE 商用承諾，分布于52個(gè)國(guó)家。預(yù)計(jì)到2012年全球范圍內(nèi)將至少有64個(gè)商用的LTE網(wǎng)絡(luò)。目前已有26家廠商可以提供47款LTE商用終端，其中包括4款手機(jī)。

HSPA+與LTE在許多關(guān)鍵技術(shù)方面都存在著大量的異同點(diǎn)，本文針對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)的異同點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。

1 由分層向扁平化演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

HSPA+采用的是與WCDMA相同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是基于多個(gè)不同節(jié)點(diǎn)和接口的分層架構(gòu)。Node B負(fù)責(zé)糾錯(cuò)、調(diào)制、擴(kuò)頻以及從基帶到天線發(fā)送的射頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換等物理層處理。RNC通過(guò)Iub接口控制著多個(gè)Node B，管理呼叫建立、業(yè)務(wù)質(zhì)量處理和小區(qū)的無(wú)線資源管理等功能，并通過(guò)Iu接口，連接到核心網(wǎng)。RNC間采用Iur接口連接，實(shí)現(xiàn)跨RNC的切換。分層方法的好處在于，它提供了整體處理的特定結(jié)構(gòu)，使得每一層都負(fù)責(zé)無(wú)線接入功能的不同部分。

在確定了LTE不需要支持上下鏈路宏分集功能之后，遵循最小化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則，LTE采用了單節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。扁平化架構(gòu)帶來(lái)的直接好處就是減少了網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的個(gè)數(shù)從而縮短了信令和數(shù)據(jù)傳送的時(shí)間并改善了傳輸效率。LTE將WCDMA的RNC和Node B合二為一，產(chǎn)生一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(eNode B)，它負(fù)責(zé)管理一系列小區(qū)。由于eNode B繼承了RNC的大部分功能，因此它比Node B更為復(fù)雜，它負(fù)責(zé)單小區(qū)RRM、切換、小區(qū)中用戶調(diào)度等。eNode B采用S1接口與核心網(wǎng)相連，S1與Iu接口類似。eNode B間采用X2接口連接，主要用于支持激活模式的移動(dòng)性，只用于相鄰小區(qū)的eNode B間。圖1示出的是WCDMA/HSPA與LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2 無(wú)線接入技術(shù)

WCDMA/HSPA采用基于CDMA的碼分多址無(wú)線接入技術(shù)，在較寬的頻譜上進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻。WCDMA技術(shù)使用正交可變長(zhǎng)度擴(kuò)頻碼(OVSF)進(jìn)行擴(kuò)頻，對(duì)于不同業(yè)務(wù)承載帶寬不同，則獲得的處理增益不同。在下行方向，碼片速率同為3.84 Mchip/s的OVSF碼和擾碼疊加，起擴(kuò)頻碼的作用。前者用于區(qū)分同一小區(qū)下不同信道或用戶，實(shí)現(xiàn)碼分多址接入;后者用于區(qū)分小區(qū)。在上行方向，擴(kuò)頻碼也是碼片速率為3.84 Mchip/s的OVSF碼和另一個(gè)擾碼的疊加，而這時(shí)OVSF碼因?yàn)椴煌?，不再用于區(qū)分用戶，區(qū)分用戶功能靠擾碼來(lái)完成，每一個(gè)UE都使用自己的擾碼。HSDPA引入HS-DSCH后，為了有效降低數(shù)據(jù)傳輸所需的網(wǎng)絡(luò)側(cè)與UE側(cè)的工程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜程度，采用固定因子的擴(kuò)頻碼，即SF=16。對(duì)不同傳輸速率的支持可通過(guò)多碼傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)通過(guò)給用戶動(dòng)態(tài)分配OVSF序列數(shù)目來(lái)滿足傳輸速率的要求，3GPP規(guī)定最多有15個(gè)SF=16的碼字可以用于HS-DSCH。HSUPA引入E-DPDCH后，采用擴(kuò)頻因子為64~2的OVSF碼，實(shí)現(xiàn)較高的上行接入速率帶寬。

LTE采用基于OFDM的正交頻分復(fù)用的無(wú)線接入技術(shù)，OFDM支持基站同時(shí)與多個(gè)移動(dòng)終端通信，每個(gè)移動(dòng)終端占用不同的頻率。LTE下行鏈路采用OFDM多址接入方案是因?yàn)镺FDM具有的特點(diǎn)滿足了LTE設(shè)計(jì)的初衷：帶有循環(huán)前綴的OFDM符號(hào)具有相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間尺度，因此OFDM提供了很高的穩(wěn)定性來(lái)對(duì)抗信道頻率選擇性;OFDM提供了頻域的多址接入;靈活的傳輸帶寬可以支持不同大小頻譜分配操作;可以從多個(gè)基站傳輸相同的信息實(shí)現(xiàn)廣播和多播傳輸。LTE上行鏈路采用DFT擴(kuò)展OFDM(DFTS-OFDM)技術(shù)，是因?yàn)镈FTS-OFDM可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號(hào)的瞬時(shí)功率變化小(單載波性質(zhì))、能在頻域使用低復(fù)雜度高質(zhì)量的均衡、能使用具備靈活帶寬分配的FDMA。圖2示出的是CDMA與OFDMA多址方式。

3 支持的調(diào)制方式

為了提高頻譜資源利用率，在R7版本中HSPA+下行鏈路引入64QAM高階調(diào)制技術(shù)，上行鏈路增加16QAM。HSPA+下行鏈路支持的調(diào)制方式有QPSK、16QAM和64QAM，上行鏈路支持的調(diào)制方式有BPSK、QPSK和16QAM。

LTE下行鏈路與HSPA+一樣，可以支持QPSK、16QAM和64QAM調(diào)制方式。對(duì)于上行鏈路，考慮到終端在發(fā)射功率和能耗方面的限制，現(xiàn)有的移動(dòng)通信系統(tǒng)一般不采用64QAM，而LTE更為重視熱點(diǎn)覆蓋和微小區(qū)覆蓋，在最終決定LTE中暫不實(shí)現(xiàn)上行單用戶MIMO技術(shù)后，經(jīng)過(guò)討論確定要支持上行64QAM調(diào)制方式，因此LTE上行鏈路與下行鏈路一樣，支持QPSK、16QAM和64QAM調(diào)制方式(見(jiàn)圖3)。

4 信道共享與速率適配

HSPA的一個(gè)關(guān)鍵特性就是共享信道發(fā)送。HSPA下行信道的信道化碼和發(fā)射功率可以在小區(qū)內(nèi)的用戶間動(dòng)態(tài)共享，這種共享主要是在時(shí)域上進(jìn)行。HSPA采用動(dòng)態(tài)速率控制的鏈路自適應(yīng)技術(shù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)速率可補(bǔ)償動(dòng)態(tài)的信道變化。無(wú)線鏈路數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)整每一個(gè)TTI(2 ms)內(nèi)所采用的調(diào)制方式、傳輸塊的大小和分配給UE的信道化碼集合來(lái)實(shí)現(xiàn)速率調(diào)整。速率控制通常取決于瞬時(shí)信道條件，最典型的是通過(guò)CQI來(lái)獲得的。