HSPA+與LTE關(guān)鍵技術(shù)對標分析

標簽：HSPA+ WCDMA LTE

隨著(zhù)3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )在全球的大規模建設，市場(chǎng)對數據業(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——LTE。對于HSPA+，通過(guò)不斷引入高階調制、多入多出、雙載波等技術(shù)，提高峰值速率;對于LTE，則采用頻率效率更高的OFDM技術(shù)，從而達到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)國家的148個(gè)HSPA+商用網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)計劃，其中103張網(wǎng)絡(luò )已完成在57個(gè)國家的商用部署(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+的終端已達到63款，支持HSPA-LTE的雙模終端達到27款。

LTE網(wǎng)絡(luò )部署也初現端倪，其發(fā)展勢頭，大有后來(lái)居上之勢。截至2011年1月，全球范圍內共有17個(gè)正式商用的LTE網(wǎng)絡(luò )，分布于15個(gè)國家和地區，還有52個(gè)預商用LTE試驗網(wǎng)，有128個(gè)LTE 商用承諾，分布于52個(gè)國家。預計到2012年全球范圍內將至少有64個(gè)商用的LTE網(wǎng)絡(luò )。目前已有26家廠(chǎng)商可以提供47款LTE商用終端，其中包括4款手機。

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

1 由分層向扁平化演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )架構

HSPA+采用的是與WCDMA相同的網(wǎng)絡(luò )架構，是基于多個(gè)不同節點(diǎn)和接口的分層架構。Node B負責糾錯、調制、擴頻以及從基帶到天線(xiàn)發(fā)送的射頻信號的轉換等物理層處理。RNC通過(guò)Iub接口控制著(zhù)多個(gè)Node B，管理呼叫建立、業(yè)務(wù)質(zhì)量處理和小區的無(wú)線(xiàn)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構，使得每一層都負責無(wú)線(xiàn)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 )節點(diǎn)的設計原則，LTE采用了單節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )架構。扁平化架構帶來(lái)的直接好處就是減少了網(wǎng)絡(luò )實(shí)體的個(gè)數從而縮短了信令和數據傳送的時(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 )節點(diǎn)(eNode B)，它負責管理一系列小區。由于eNode B繼承了RNC的大部分功能，因此它比Node B更為復雜，它負責單小區RRM、切換、小區中用戶(hù)調度等。eNode B采用S1接口與核心網(wǎng)相連，S1與Iu接口類(lèi)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，只用于相鄰小區的eNode B間。圖1示出的是WCDMA/HSPA與LTE網(wǎng)絡(luò )結構。

2 無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)

WCDMA/HSPA采用基于CDMA的碼分多址無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，在較寬的頻譜上進(jìn)行直接序列擴頻。WCDMA技術(shù)使用正交可變長(cháng)度擴頻碼(OVSF)進(jìn)行擴頻，對于不同業(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，起擴頻碼的作用。前者用于區分同一小區下不同信道或用戶(hù)，實(shí)現碼分多址接入;后者用于區分小區。在上行方向，擴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碼因為不同步，不再用于區分用戶(hù)，區分用戶(hù)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，為了有效降低數據傳輸所需的網(wǎng)絡(luò )側與UE側的工程實(shí)現復雜程度，采用固定因子的擴頻碼，即SF=16。對不同傳輸速率的支持可通過(guò)多碼傳輸來(lái)實(shí)現，系統通過(guò)給用戶(hù)動(dòng)態(tài)分配OVSF序列數目來(lái)滿(mǎn)足傳輸速率的要求，3GPP規定最多有15個(gè)SF=16的碼字可以用于HS-DSCH。HSUPA引入E-DPDCH后，采用擴頻因子為64~2的OVSF碼，實(shí)現較高的上行接入速率帶寬。

LTE采用基于OFDM的正交頻分復用的無(wú)線(xiàn)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多址接入方案是因為OFDM具有的特點(diǎn)滿(mǎn)足了LTE設計的初衷：帶有循環(huán)前綴的OFDM符號具有相對較長(cháng)的時(shí)間尺度，因此OFDM提供了很高的穩定性來(lái)對抗信道頻率選擇性;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)現廣播和多播傳輸。LTE上行鏈路采用DFT擴展OFDM(DFTS-OFDM)技術(shù)，是因為DFTS-OFDM可以實(shí)現發(fā)射信號的瞬時(shí)功率變化小(單載波性質(zhì))、能在頻域使用低復雜度高質(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高階調制技術(shù)，上行鏈路增加16QAM。HSPA+下行鏈路支持的調制方式有QPSK、16QAM和64QAM，上行鏈路支持的調制方式有BPSK、QPSK和16QAM。

LTE下行鏈路與HSPA+一樣，可以支持QPSK、16QAM和64QAM調制方式。對于上行鏈路，考慮到終端在發(fā)射功率和能耗方面的限制，現有的移動(dòng)通信系統一般不采用64QAM，而LTE更為重視熱點(diǎn)覆蓋和微小區覆蓋，在最終決定LTE中暫不實(shí)現上行單用戶(hù)MIMO技術(shù)后，經(jīng)過(guò)討論確定要支持上行64QAM調制方式，因此LTE上行鏈路與下行鏈路一樣，支持QPSK、16QAM和64QAM調制方式(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)射功率可以在小區內的用戶(hù)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技術(shù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調節數據速率可補償動(dòng)態(tài)的信道變化。無(wú)線(xiàn)鏈路數據通過(guò)調整每一個(gè)TTI(2 ms)內所采用的調制方式、傳輸塊的大小和分配給UE的信道化碼集合來(lái)實(shí)現速率調整。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。