超级军网想起来之前讨论的td多载波的成本问题，转一篇文章
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/27 03:55:29
一种增强TD-SCDMA HSDPA方案 ——多载波HSDPA
一．HSDPA 现状
作为新一代的第三代移动通信系统，相对于第一代和第二代移动通信，其主要作用是能够极大地满足了广大用户对多媒体、高数据速率移动通信业务的需求，数据业务将在第三代移动通信中占有主导地位。随着互联网和信息社会的发展，特别是基于IPv6的新一代互联网的出现，对复杂的网络和多媒体业务，诸如多用户游戏、实时消息、在线购物、个人／公共数据库接入以及电影下载等应用的需求，使得分组数据业务作为数据业务的主要形式得以应用。这些大容量数据对第三代移动通信系统提出了更高的需求，要求系统能够提供更高的传输速率和更小的时间迟延的数据传输能力。为了满足此要求，通过对空中接口的改进，3GPP组织在Rel5引入了HSDPA技术。HSDPA通过采用AMC、HARQ技术，引入高阶调制（16QAM），在基站侧增加了一个MAC-hs实体，用于数据的快速调度，可获得较Rel4更高的用户峰值速率和小区数据吞吐率。
由于HSDPA技术上可以提供高速宽带数据业务而作为3G的重要特征业务，用户对其实现需求也日渐明显。无论对运营商还是设备制造商，HSDPA技术都已经得到广泛的认可和支持。目前HSDPA在3GPP的标准化工作已经完成，技术日趋成熟。
对于FDD，HSDPA理论峰值速率可达14.4Mbps；对于TD-SCDMA，由于采用相对窄带的TDD方式，单个载波上的理论峰值速率可达到2.8Mbps。与FDD HSDPA相比，TD-SCDMA HSDPA的频谱效率基本相当，但是单个载波上可提供的下行峰值速率偏低，因此，需要对现有的方案进行一些改进，以满足运营商对高速分组数据业务的需求。
采用多载波捆绑HSDPA可以很好的解决这个问题：一是该方案可以有效提高下行峰值速率，采用N个载波的多载波HSDPA方案理论可以获得N倍于2.8Mbps的峰值速率，如三载波的HSDPA方案理论的峰值速率可以达到8.4Mbps（每载波使用TS2～TS6下行时隙）；二是该方案对现有HSDPA的方案具有比较好的兼容性。而且，多载波HSDPA具有资源配置灵活，后向兼容性好的特点。多载波HSDPA的业务信道HS-DSCH既可以由单载波的码道资源组成，也可由多个载波的码道资源捆绑构成，载波数目可以不固定，根据系统的资源和干扰负载状况进行配置。
二．多载波HSDPA整体方案
众所周知，无线信道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性，而对这种时变特性，如果系统能够自适应会给系统性能的提高带来很大的好处，AMC就是这样一种链路自适应技术。AMC能够通过自适应地调整传输数据的调制和编码方式，来补偿由于信道变化对接收信号所造成的衰落影响，从而达到充分利用系统资源提高性能。
HARQ分为Type I、Type II和Type III三种。HSDPA中采用了Type II和Type III两种HARQ方式，采用增量冗余（IR）的方式，能够一定限度的适应链路，提供合并增益，提高系统性能。重传机制采用了N信道停等的方式，也是在实现复杂度和系统效率上的一个很好的折衷。
HSDPA在UE和Node B的MAC层引入了MAC-hs实体，完成相关调度、反馈、重传等功能。在网络侧重传直接在Node B进行控制，可以显著地提高重传的速度，减少数据传输的时延。
同时，为了完成相应的控制、调度和反馈，HSDPA在物理层引入了HS-SCCH和HS-SICH上行和下行两条物理控制信道，直接快速完成UE和Node B之间的信息交互。
在此基础上，我们提出的多载波HSDPA方案是指：当使用HSDPA技术时，多个载波上的信道资源可以为同一个用户服务，即该用户可以同时接收本扇区多个载波发送的信息。这样，如果采用N个载波同时为一个用户发送，理论上用户可以获得原来N倍的数据速率。
在单个载波处理上，多载波HSDPA方案和原来HSDPA处理过程相同，保证良好的兼容性。
1．调度方式
在多载波HSDPA方案中，一个用户的数据可以同时在多个载波上传输，HS-DSCH所使用的物理资源包括载波、时隙和码道，由MAC-hs统一调度和分配。多载波可以有如下几种调度方式：
a) 将三列载波数据分别进行分段、编码，并在Bit Scrambling模块将三列数据串联，进行比特加扰。将加扰后的数据再次分为三列，这三列数据与原载波上数据相同。将加扰后的数据送入HS-DSCH Interleaving模块。HS-DSCH Interleaving模块首先对三路数据分别进行交织，以实现信道的时间分集增益。当三路分别交织后，再对三队数据进行混合交织，以获取信道的频率交织增益，见图二。
b) 选用了三个载波分别独立进行数据传输，每一路同3GPP现有规范中单载波的处理。用户发送的数据在一开始就分为三路，每一路独立传输，数据的发送尽可能地利用信道条件好的载波进行传输，见图三。
c) 三个载波信道作为一个整体看待，即发送数据作为一个整体输入CC进行处理。数据块只进行一次CRC校验，即如果需要重传，则所有的数据块都需要进行重传。数据块从Constellation re-arrangement for 16／64 QAM模块输出后，将根据每个载波的资源进行物理信道映射，并由三个载波进行传输。在接收端，由于我们把三个载波看成是一个统一信道，因此，在进行信道估值时，三个载波的数据进行统一估值，获取的信道质量是三个载波信道的平均值，见图四。
针对上述三种方式，仿真结果见图五。
可以得出的结论是：采用方法二可以获得最佳的系统性能。
与方式二相比，方式一和方式三的编码方式并没有给系统带来相应的频率分集增益。这主要是因为HSDPA的性能受信道质量估算的准确性的影响非常大。对于方式二，UE给网络端反馈回来的信道信息比较准确，发送端可以根据信道的条件选择合适的发送格式，进而可以克服深衰落的影响。而方式一和三的编码方式虽然可以获得一定的频率分集增益，但是接收端UE通过信道估计获得的信道条件估计值（通常用信噪比来衡量），与各载波输入译码器的比特信噪比不一致，即造成反馈到Node B的信道质量与译码的真实值有差别，这个差别主要是频率交织所引入的。从译码器的角度考虑，频率间交织使得基站根据反馈信道条件决定的发送格式与真实信道条件不相符，它们之间引入了一个人为的扰动，这个扰动影响了系统的总体吞吐量。
2．协议影响
（一）物理层的变化
对于UE来说，每个频点上的HS-PDSCH有一组控制信道HS-SCCH/HS-SICH，对每个频点进行独立的分别控制、反馈将能够获得最好的性能，并且分别对映射到每个频点的HS-PDSCH进行控制也会使得不同频点的数据相对独立，调度灵活。
根据上述的研究结果，针对原3GPP HSDPA方案，实现多载波HSDPA架构，物理层有两种考虑的方式：
1）保持现有标准所有物理信道结构不变
信道结构不变，最大限度保证标准的兼容性。
2）重新定义相关物理控制信道结构
为了提供系统资源利用率，减少控制信道数目，我们可以扩展HS-SCCH/HS-SICH结构，增加新的比特信息。
增加频率信息，使得一组HS-SCCH/HS-SICH信道可以控制多个载波上的HSDPA数据，避免非对称时隙分布情况下上行码道资源受限的问题。考虑终端的处理能力，典型的多载波能力为三载波。
HS-DSCH信道采用的共享机制，辅频点TS0可以考虑用来承载HS-DSCH，进一步提高传输能力及增加资源调度的灵活性。因此，在HS-SCCH上增加一个比特的TS0时隙指示，用于指示该HS-SCCH对应的频点上TS0时隙是否可以被用作承载HS-DSCH；可以使得单个载波最高承载的数据超过3M。
使用一组HS-SCCH/HS-SICH信道控制所有载波的资源，HARQ的进程数也要扩充。
信道结构经过重新定义后，需要评估HS-SCCH的编码性能，在图六中，我们给出了添加3bit频点信息，同时添加1bit时隙信息和2bit进程数指示情况和3GPP方案的性能比较。
从仿真结果可以看出，如果增加3比特频点信息和1比特时隙信息及2bit进程数指示信息，HS-SCCH的编码性能大约会有0.8-1.0dB的损失，结果可以接受。
虽然增加几个新的比特，能够保证在性能可接受的情况下，减少控制信道数目，提高整个系统的资源利用率；但是对于一个发展的系统，我们更关心其兼容性。为此，方案一是最佳的选择。
（二）MAC层的变化
在多载波HSDPA方案中，MAC层原有结构和机制没有变化。在具体的调度控制和处理能力上需要有所改变和提高。主要变化是：在UTRAN侧，MAC-hs的调度实体需要对数据在各个载波上统一分配，即将数据流分配到不同的载波上；在UE侧，MAC-hs需要把来自不同载波的数据进行统一处理，将来自不同载波的数据进行合并和重排后上报高层。因为多载波之后数据量成倍的增加，MAC层HARQ进程数量也会相应的增加，标记传输块顺序的TSN序号需要重新的定义。
（三）协议消息的变化
采用多载波方案，对于空中接口来说，需要在RRC的相关消息中增加网络侧为UE分配的支持HSDPA的频点信息列表。另外，UE无线接入性能方面，需要加以补充，增加关于UE能同时接收的载波个数的指示。为了保证后续标准的兼容性，可以考虑重定义现有标准空闲比特的方式表征终端能力；现有3GPP标准消息编码结构中的Container也为相关消息频点的下行扩展提供了方法。
同样，在Iub接口的相关消息中，也要进行频点信息方面的修改。同时我们也需要考虑现有基站在将来升级之后网络中的调度问题。
3．其它特点
对多载波的HSDPA，就终端而言，多载波提供了更多的信道资源，也就对终端的处理复杂度提出了更高的要求。考虑不同的终端能力，终端可以向网络上报是否支持多载波及支持多载波数目的能力，网络根据终端上报的能力进行相应资源分配和调度。不支持多载波的终端也能够在支持多载波的网络中正常的工作。
多载波HSDPA具有资源配置灵活，后向兼容性好的特点。多载波HSDPA的业务信道HS-DSCH既可以由单载波的码道资源组成，也可由多个载波的码道资源捆绑构成，载波数目可以不固定，根据系统的资源和干扰负载状况进行配置。
总之，采用多载波的HSDPA方式可以十分有效和显著的提高TD-SCDMA的HSDPA峰值速率，可以达到提高系统吞吐量，增加系统调度灵活性，并且能够完全兼容单载波的HSDPA技术。
三．对终端的影响
引入多载波HSDPA，将增加UE的数据处理量，增大复杂度，以下探讨多载波对终端复杂度的影响。
对终端来说，信令层面只是增加对新增多载波IE的处理，处理量不大；层二需要的内存相对单载波需要有所增加，同时MAC层还需要处理合并及重传请求等功能。物理层增加对N个载波控制信道的处理，包括HS-SCCH的解调译码、HS-SICH编码、BURST成形等。另外，运算量增加比较大的过程为HS-PDSCH的解调过程、译码过程。对HS-PDSCH的解调运算量，N载波HSDPA由于因为需要支持最大N倍于单载波的时隙数，运算量也相应增加。对HS-PDSCH的译码运算量，无论turbo译码采用软件实现还是采用硬件加速器实现，运算量也都需大幅提高。相应的，对基带处理芯片处理能力也提出了更高的要求。对终端射频设计而言，可以采用宽带接收或者多路接收机的方式；采用宽带接收、数字滤波来接收多个载波将更利于降低终端的成本。
四．结论
提高系统分组数据的吞吐量、频带利用率和峰值传输速率已成为3G系统今后发展的共识，这三个指标将是衡量系统性能的重要指标。
多载波HSDPA技术是在保持了与TD-SCDMA系统后向最大兼容性的条件下，有效解决大容量高速传输的一种可行方法。从以上分析可以看出，采用多载波HSDPA方案，不仅能够非常有效的提高TD-SCDMA的HSDPA峰值速率和小区数据吞吐量，同时也考虑了和原3GPP单载波方案最大限度的一致性；也大大提升了TD-SCDMA将来的市场竞争力。
可见，TD的多载波并不像某人说的那样，会带来N倍的接收元件的成本。一种增强TD-SCDMA HSDPA方案 ——多载波HSDPA
一．HSDPA 现状
作为新一代的第三代移动通信系统，相对于第一代和第二代移动通信，其主要作用是能够极大地满足了广大用户对多媒体、高数据速率移动通信业务的需求，数据业务将在第三代移动通信中占有主导地位。随着互联网和信息社会的发展，特别是基于IPv6的新一代互联网的出现，对复杂的网络和多媒体业务，诸如多用户游戏、实时消息、在线购物、个人／公共数据库接入以及电影下载等应用的需求，使得分组数据业务作为数据业务的主要形式得以应用。这些大容量数据对第三代移动通信系统提出了更高的需求，要求系统能够提供更高的传输速率和更小的时间迟延的数据传输能力。为了满足此要求，通过对空中接口的改进，3GPP组织在Rel5引入了HSDPA技术。HSDPA通过采用AMC、HARQ技术，引入高阶调制（16QAM），在基站侧增加了一个MAC-hs实体，用于数据的快速调度，可获得较Rel4更高的用户峰值速率和小区数据吞吐率。
由于HSDPA技术上可以提供高速宽带数据业务而作为3G的重要特征业务，用户对其实现需求也日渐明显。无论对运营商还是设备制造商，HSDPA技术都已经得到广泛的认可和支持。目前HSDPA在3GPP的标准化工作已经完成，技术日趋成熟。
对于FDD，HSDPA理论峰值速率可达14.4Mbps；对于TD-SCDMA，由于采用相对窄带的TDD方式，单个载波上的理论峰值速率可达到2.8Mbps。与FDD HSDPA相比，TD-SCDMA HSDPA的频谱效率基本相当，但是单个载波上可提供的下行峰值速率偏低，因此，需要对现有的方案进行一些改进，以满足运营商对高速分组数据业务的需求。
采用多载波捆绑HSDPA可以很好的解决这个问题：一是该方案可以有效提高下行峰值速率，采用N个载波的多载波HSDPA方案理论可以获得N倍于2.8Mbps的峰值速率，如三载波的HSDPA方案理论的峰值速率可以达到8.4Mbps（每载波使用TS2～TS6下行时隙）；二是该方案对现有HSDPA的方案具有比较好的兼容性。而且，多载波HSDPA具有资源配置灵活，后向兼容性好的特点。多载波HSDPA的业务信道HS-DSCH既可以由单载波的码道资源组成，也可由多个载波的码道资源捆绑构成，载波数目可以不固定，根据系统的资源和干扰负载状况进行配置。
二．多载波HSDPA整体方案
众所周知，无线信道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性，而对这种时变特性，如果系统能够自适应会给系统性能的提高带来很大的好处，AMC就是这样一种链路自适应技术。AMC能够通过自适应地调整传输数据的调制和编码方式，来补偿由于信道变化对接收信号所造成的衰落影响，从而达到充分利用系统资源提高性能。
HARQ分为Type I、Type II和Type III三种。HSDPA中采用了Type II和Type III两种HARQ方式，采用增量冗余（IR）的方式，能够一定限度的适应链路，提供合并增益，提高系统性能。重传机制采用了N信道停等的方式，也是在实现复杂度和系统效率上的一个很好的折衷。
HSDPA在UE和Node B的MAC层引入了MAC-hs实体，完成相关调度、反馈、重传等功能。在网络侧重传直接在Node B进行控制，可以显著地提高重传的速度，减少数据传输的时延。
同时，为了完成相应的控制、调度和反馈，HSDPA在物理层引入了HS-SCCH和HS-SICH上行和下行两条物理控制信道，直接快速完成UE和Node B之间的信息交互。
在此基础上，我们提出的多载波HSDPA方案是指：当使用HSDPA技术时，多个载波上的信道资源可以为同一个用户服务，即该用户可以同时接收本扇区多个载波发送的信息。这样，如果采用N个载波同时为一个用户发送，理论上用户可以获得原来N倍的数据速率。
在单个载波处理上，多载波HSDPA方案和原来HSDPA处理过程相同，保证良好的兼容性。
1．调度方式
在多载波HSDPA方案中，一个用户的数据可以同时在多个载波上传输，HS-DSCH所使用的物理资源包括载波、时隙和码道，由MAC-hs统一调度和分配。多载波可以有如下几种调度方式：
a) 将三列载波数据分别进行分段、编码，并在Bit Scrambling模块将三列数据串联，进行比特加扰。将加扰后的数据再次分为三列，这三列数据与原载波上数据相同。将加扰后的数据送入HS-DSCH Interleaving模块。HS-DSCH Interleaving模块首先对三路数据分别进行交织，以实现信道的时间分集增益。当三路分别交织后，再对三队数据进行混合交织，以获取信道的频率交织增益，见图二。
b) 选用了三个载波分别独立进行数据传输，每一路同3GPP现有规范中单载波的处理。用户发送的数据在一开始就分为三路，每一路独立传输，数据的发送尽可能地利用信道条件好的载波进行传输，见图三。
c) 三个载波信道作为一个整体看待，即发送数据作为一个整体输入CC进行处理。数据块只进行一次CRC校验，即如果需要重传，则所有的数据块都需要进行重传。数据块从Constellation re-arrangement for 16／64 QAM模块输出后，将根据每个载波的资源进行物理信道映射，并由三个载波进行传输。在接收端，由于我们把三个载波看成是一个统一信道，因此，在进行信道估值时，三个载波的数据进行统一估值，获取的信道质量是三个载波信道的平均值，见图四。
针对上述三种方式，仿真结果见图五。
可以得出的结论是：采用方法二可以获得最佳的系统性能。
与方式二相比，方式一和方式三的编码方式并没有给系统带来相应的频率分集增益。这主要是因为HSDPA的性能受信道质量估算的准确性的影响非常大。对于方式二，UE给网络端反馈回来的信道信息比较准确，发送端可以根据信道的条件选择合适的发送格式，进而可以克服深衰落的影响。而方式一和三的编码方式虽然可以获得一定的频率分集增益，但是接收端UE通过信道估计获得的信道条件估计值（通常用信噪比来衡量），与各载波输入译码器的比特信噪比不一致，即造成反馈到Node B的信道质量与译码的真实值有差别，这个差别主要是频率交织所引入的。从译码器的角度考虑，频率间交织使得基站根据反馈信道条件决定的发送格式与真实信道条件不相符，它们之间引入了一个人为的扰动，这个扰动影响了系统的总体吞吐量。
2．协议影响
（一）物理层的变化
对于UE来说，每个频点上的HS-PDSCH有一组控制信道HS-SCCH/HS-SICH，对每个频点进行独立的分别控制、反馈将能够获得最好的性能，并且分别对映射到每个频点的HS-PDSCH进行控制也会使得不同频点的数据相对独立，调度灵活。
根据上述的研究结果，针对原3GPP HSDPA方案，实现多载波HSDPA架构，物理层有两种考虑的方式：
1）保持现有标准所有物理信道结构不变
信道结构不变，最大限度保证标准的兼容性。
2）重新定义相关物理控制信道结构
为了提供系统资源利用率，减少控制信道数目，我们可以扩展HS-SCCH/HS-SICH结构，增加新的比特信息。
增加频率信息，使得一组HS-SCCH/HS-SICH信道可以控制多个载波上的HSDPA数据，避免非对称时隙分布情况下上行码道资源受限的问题。考虑终端的处理能力，典型的多载波能力为三载波。
HS-DSCH信道采用的共享机制，辅频点TS0可以考虑用来承载HS-DSCH，进一步提高传输能力及增加资源调度的灵活性。因此，在HS-SCCH上增加一个比特的TS0时隙指示，用于指示该HS-SCCH对应的频点上TS0时隙是否可以被用作承载HS-DSCH；可以使得单个载波最高承载的数据超过3M。
使用一组HS-SCCH/HS-SICH信道控制所有载波的资源，HARQ的进程数也要扩充。
信道结构经过重新定义后，需要评估HS-SCCH的编码性能，在图六中，我们给出了添加3bit频点信息，同时添加1bit时隙信息和2bit进程数指示情况和3GPP方案的性能比较。
从仿真结果可以看出，如果增加3比特频点信息和1比特时隙信息及2bit进程数指示信息，HS-SCCH的编码性能大约会有0.8-1.0dB的损失，结果可以接受。
虽然增加几个新的比特，能够保证在性能可接受的情况下，减少控制信道数目，提高整个系统的资源利用率；但是对于一个发展的系统，我们更关心其兼容性。为此，方案一是最佳的选择。
（二）MAC层的变化
在多载波HSDPA方案中，MAC层原有结构和机制没有变化。在具体的调度控制和处理能力上需要有所改变和提高。主要变化是：在UTRAN侧，MAC-hs的调度实体需要对数据在各个载波上统一分配，即将数据流分配到不同的载波上；在UE侧，MAC-hs需要把来自不同载波的数据进行统一处理，将来自不同载波的数据进行合并和重排后上报高层。因为多载波之后数据量成倍的增加，MAC层HARQ进程数量也会相应的增加，标记传输块顺序的TSN序号需要重新的定义。
（三）协议消息的变化
采用多载波方案，对于空中接口来说，需要在RRC的相关消息中增加网络侧为UE分配的支持HSDPA的频点信息列表。另外，UE无线接入性能方面，需要加以补充，增加关于UE能同时接收的载波个数的指示。为了保证后续标准的兼容性，可以考虑重定义现有标准空闲比特的方式表征终端能力；现有3GPP标准消息编码结构中的Container也为相关消息频点的下行扩展提供了方法。
同样，在Iub接口的相关消息中，也要进行频点信息方面的修改。同时我们也需要考虑现有基站在将来升级之后网络中的调度问题。
3．其它特点
对多载波的HSDPA，就终端而言，多载波提供了更多的信道资源，也就对终端的处理复杂度提出了更高的要求。考虑不同的终端能力，终端可以向网络上报是否支持多载波及支持多载波数目的能力，网络根据终端上报的能力进行相应资源分配和调度。不支持多载波的终端也能够在支持多载波的网络中正常的工作。
多载波HSDPA具有资源配置灵活，后向兼容性好的特点。多载波HSDPA的业务信道HS-DSCH既可以由单载波的码道资源组成，也可由多个载波的码道资源捆绑构成，载波数目可以不固定，根据系统的资源和干扰负载状况进行配置。
总之，采用多载波的HSDPA方式可以十分有效和显著的提高TD-SCDMA的HSDPA峰值速率，可以达到提高系统吞吐量，增加系统调度灵活性，并且能够完全兼容单载波的HSDPA技术。
三．对终端的影响
引入多载波HSDPA，将增加UE的数据处理量，增大复杂度，以下探讨多载波对终端复杂度的影响。
对终端来说，信令层面只是增加对新增多载波IE的处理，处理量不大；层二需要的内存相对单载波需要有所增加，同时MAC层还需要处理合并及重传请求等功能。物理层增加对N个载波控制信道的处理，包括HS-SCCH的解调译码、HS-SICH编码、BURST成形等。另外，运算量增加比较大的过程为HS-PDSCH的解调过程、译码过程。对HS-PDSCH的解调运算量，N载波HSDPA由于因为需要支持最大N倍于单载波的时隙数，运算量也相应增加。对HS-PDSCH的译码运算量，无论turbo译码采用软件实现还是采用硬件加速器实现，运算量也都需大幅提高。相应的，对基带处理芯片处理能力也提出了更高的要求。对终端射频设计而言，可以采用宽带接收或者多路接收机的方式；采用宽带接收、数字滤波来接收多个载波将更利于降低终端的成本。
四．结论
提高系统分组数据的吞吐量、频带利用率和峰值传输速率已成为3G系统今后发展的共识，这三个指标将是衡量系统性能的重要指标。
多载波HSDPA技术是在保持了与TD-SCDMA系统后向最大兼容性的条件下，有效解决大容量高速传输的一种可行方法。从以上分析可以看出，采用多载波HSDPA方案，不仅能够非常有效的提高TD-SCDMA的HSDPA峰值速率和小区数据吞吐量，同时也考虑了和原3GPP单载波方案最大限度的一致性；也大大提升了TD-SCDMA将来的市场竞争力。
可见，TD的多载波并不像某人说的那样，会带来N倍的接收元件的成本。
一．HSDPA 现状
作为新一代的第三代移动通信系统，相对于第一代和第二代移动通信，其主要作用是能够极大地满足了广大用户对多媒体、高数据速率移动通信业务的需求，数据业务将在第三代移动通信中占有主导地位。随着互联网和信息社会的发展，特别是基于IPv6的新一代互联网的出现，对复杂的网络和多媒体业务，诸如多用户游戏、实时消息、在线购物、个人／公共数据库接入以及电影下载等应用的需求，使得分组数据业务作为数据业务的主要形式得以应用。这些大容量数据对第三代移动通信系统提出了更高的需求，要求系统能够提供更高的传输速率和更小的时间迟延的数据传输能力。为了满足此要求，通过对空中接口的改进，3GPP组织在Rel5引入了HSDPA技术。HSDPA通过采用AMC、HARQ技术，引入高阶调制（16QAM），在基站侧增加了一个MAC-hs实体，用于数据的快速调度，可获得较Rel4更高的用户峰值速率和小区数据吞吐率。
由于HSDPA技术上可以提供高速宽带数据业务而作为3G的重要特征业务，用户对其实现需求也日渐明显。无论对运营商还是设备制造商，HSDPA技术都已经得到广泛的认可和支持。目前HSDPA在3GPP的标准化工作已经完成，技术日趋成熟。
对于FDD，HSDPA理论峰值速率可达14.4Mbps；对于TD-SCDMA，由于采用相对窄带的TDD方式，单个载波上的理论峰值速率可达到2.8Mbps。与FDD HSDPA相比，TD-SCDMA HSDPA的频谱效率基本相当，但是单个载波上可提供的下行峰值速率偏低，因此，需要对现有的方案进行一些改进，以满足运营商对高速分组数据业务的需求。
采用多载波捆绑HSDPA可以很好的解决这个问题：一是该方案可以有效提高下行峰值速率，采用N个载波的多载波HSDPA方案理论可以获得N倍于2.8Mbps的峰值速率，如三载波的HSDPA方案理论的峰值速率可以达到8.4Mbps（每载波使用TS2～TS6下行时隙）；二是该方案对现有HSDPA的方案具有比较好的兼容性。而且，多载波HSDPA具有资源配置灵活，后向兼容性好的特点。多载波HSDPA的业务信道HS-DSCH既可以由单载波的码道资源组成，也可由多个载波的码道资源捆绑构成，载波数目可以不固定，根据系统的资源和干扰负载状况进行配置。
二．多载波HSDPA整体方案
众所周知，无线信道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性，而对这种时变特性，如果系统能够自适应会给系统性能的提高带来很大的好处，AMC就是这样一种链路自适应技术。AMC能够通过自适应地调整传输数据的调制和编码方式，来补偿由于信道变化对接收信号所造成的衰落影响，从而达到充分利用系统资源提高性能。
HARQ分为Type I、Type II和Type III三种。HSDPA中采用了Type II和Type III两种HARQ方式，采用增量冗余（IR）的方式，能够一定限度的适应链路，提供合并增益，提高系统性能。重传机制采用了N信道停等的方式，也是在实现复杂度和系统效率上的一个很好的折衷。
HSDPA在UE和Node B的MAC层引入了MAC-hs实体，完成相关调度、反馈、重传等功能。在网络侧重传直接在Node B进行控制，可以显著地提高重传的速度，减少数据传输的时延。
同时，为了完成相应的控制、调度和反馈，HSDPA在物理层引入了HS-SCCH和HS-SICH上行和下行两条物理控制信道，直接快速完成UE和Node B之间的信息交互。
在此基础上，我们提出的多载波HSDPA方案是指：当使用HSDPA技术时，多个载波上的信道资源可以为同一个用户服务，即该用户可以同时接收本扇区多个载波发送的信息。这样，如果采用N个载波同时为一个用户发送，理论上用户可以获得原来N倍的数据速率。
在单个载波处理上，多载波HSDPA方案和原来HSDPA处理过程相同，保证良好的兼容性。
1．调度方式
在多载波HSDPA方案中，一个用户的数据可以同时在多个载波上传输，HS-DSCH所使用的物理资源包括载波、时隙和码道，由MAC-hs统一调度和分配。多载波可以有如下几种调度方式：
a) 将三列载波数据分别进行分段、编码，并在Bit Scrambling模块将三列数据串联，进行比特加扰。将加扰后的数据再次分为三列，这三列数据与原载波上数据相同。将加扰后的数据送入HS-DSCH Interleaving模块。HS-DSCH Interleaving模块首先对三路数据分别进行交织，以实现信道的时间分集增益。当三路分别交织后，再对三队数据进行混合交织，以获取信道的频率交织增益，见图二。
b) 选用了三个载波分别独立进行数据传输，每一路同3GPP现有规范中单载波的处理。用户发送的数据在一开始就分为三路，每一路独立传输，数据的发送尽可能地利用信道条件好的载波进行传输，见图三。
c) 三个载波信道作为一个整体看待，即发送数据作为一个整体输入CC进行处理。数据块只进行一次CRC校验，即如果需要重传，则所有的数据块都需要进行重传。数据块从Constellation re-arrangement for 16／64 QAM模块输出后，将根据每个载波的资源进行物理信道映射，并由三个载波进行传输。在接收端，由于我们把三个载波看成是一个统一信道，因此，在进行信道估值时，三个载波的数据进行统一估值，获取的信道质量是三个载波信道的平均值，见图四。
针对上述三种方式，仿真结果见图五。
可以得出的结论是：采用方法二可以获得最佳的系统性能。
与方式二相比，方式一和方式三的编码方式并没有给系统带来相应的频率分集增益。这主要是因为HSDPA的性能受信道质量估算的准确性的影响非常大。对于方式二，UE给网络端反馈回来的信道信息比较准确，发送端可以根据信道的条件选择合适的发送格式，进而可以克服深衰落的影响。而方式一和三的编码方式虽然可以获得一定的频率分集增益，但是接收端UE通过信道估计获得的信道条件估计值（通常用信噪比来衡量），与各载波输入译码器的比特信噪比不一致，即造成反馈到Node B的信道质量与译码的真实值有差别，这个差别主要是频率交织所引入的。从译码器的角度考虑，频率间交织使得基站根据反馈信道条件决定的发送格式与真实信道条件不相符，它们之间引入了一个人为的扰动，这个扰动影响了系统的总体吞吐量。
2．协议影响
（一）物理层的变化
对于UE来说，每个频点上的HS-PDSCH有一组控制信道HS-SCCH/HS-SICH，对每个频点进行独立的分别控制、反馈将能够获得最好的性能，并且分别对映射到每个频点的HS-PDSCH进行控制也会使得不同频点的数据相对独立，调度灵活。
根据上述的研究结果，针对原3GPP HSDPA方案，实现多载波HSDPA架构，物理层有两种考虑的方式：
1）保持现有标准所有物理信道结构不变
信道结构不变，最大限度保证标准的兼容性。
2）重新定义相关物理控制信道结构
为了提供系统资源利用率，减少控制信道数目，我们可以扩展HS-SCCH/HS-SICH结构，增加新的比特信息。
增加频率信息，使得一组HS-SCCH/HS-SICH信道可以控制多个载波上的HSDPA数据，避免非对称时隙分布情况下上行码道资源受限的问题。考虑终端的处理能力，典型的多载波能力为三载波。
HS-DSCH信道采用的共享机制，辅频点TS0可以考虑用来承载HS-DSCH，进一步提高传输能力及增加资源调度的灵活性。因此，在HS-SCCH上增加一个比特的TS0时隙指示，用于指示该HS-SCCH对应的频点上TS0时隙是否可以被用作承载HS-DSCH；可以使得单个载波最高承载的数据超过3M。
使用一组HS-SCCH/HS-SICH信道控制所有载波的资源，HARQ的进程数也要扩充。
信道结构经过重新定义后，需要评估HS-SCCH的编码性能，在图六中，我们给出了添加3bit频点信息，同时添加1bit时隙信息和2bit进程数指示情况和3GPP方案的性能比较。
从仿真结果可以看出，如果增加3比特频点信息和1比特时隙信息及2bit进程数指示信息，HS-SCCH的编码性能大约会有0.8-1.0dB的损失，结果可以接受。
虽然增加几个新的比特，能够保证在性能可接受的情况下，减少控制信道数目，提高整个系统的资源利用率；但是对于一个发展的系统，我们更关心其兼容性。为此，方案一是最佳的选择。
（二）MAC层的变化
在多载波HSDPA方案中，MAC层原有结构和机制没有变化。在具体的调度控制和处理能力上需要有所改变和提高。主要变化是：在UTRAN侧，MAC-hs的调度实体需要对数据在各个载波上统一分配，即将数据流分配到不同的载波上；在UE侧，MAC-hs需要把来自不同载波的数据进行统一处理，将来自不同载波的数据进行合并和重排后上报高层。因为多载波之后数据量成倍的增加，MAC层HARQ进程数量也会相应的增加，标记传输块顺序的TSN序号需要重新的定义。
（三）协议消息的变化
采用多载波方案，对于空中接口来说，需要在RRC的相关消息中增加网络侧为UE分配的支持HSDPA的频点信息列表。另外，UE无线接入性能方面，需要加以补充，增加关于UE能同时接收的载波个数的指示。为了保证后续标准的兼容性，可以考虑重定义现有标准空闲比特的方式表征终端能力；现有3GPP标准消息编码结构中的Container也为相关消息频点的下行扩展提供了方法。
同样，在Iub接口的相关消息中，也要进行频点信息方面的修改。同时我们也需要考虑现有基站在将来升级之后网络中的调度问题。
3．其它特点
对多载波的HSDPA，就终端而言，多载波提供了更多的信道资源，也就对终端的处理复杂度提出了更高的要求。考虑不同的终端能力，终端可以向网络上报是否支持多载波及支持多载波数目的能力，网络根据终端上报的能力进行相应资源分配和调度。不支持多载波的终端也能够在支持多载波的网络中正常的工作。
多载波HSDPA具有资源配置灵活，后向兼容性好的特点。多载波HSDPA的业务信道HS-DSCH既可以由单载波的码道资源组成，也可由多个载波的码道资源捆绑构成，载波数目可以不固定，根据系统的资源和干扰负载状况进行配置。
总之，采用多载波的HSDPA方式可以十分有效和显著的提高TD-SCDMA的HSDPA峰值速率，可以达到提高系统吞吐量，增加系统调度灵活性，并且能够完全兼容单载波的HSDPA技术。
三．对终端的影响
引入多载波HSDPA，将增加UE的数据处理量，增大复杂度，以下探讨多载波对终端复杂度的影响。
对终端来说，信令层面只是增加对新增多载波IE的处理，处理量不大；层二需要的内存相对单载波需要有所增加，同时MAC层还需要处理合并及重传请求等功能。物理层增加对N个载波控制信道的处理，包括HS-SCCH的解调译码、HS-SICH编码、BURST成形等。另外，运算量增加比较大的过程为HS-PDSCH的解调过程、译码过程。对HS-PDSCH的解调运算量，N载波HSDPA由于因为需要支持最大N倍于单载波的时隙数，运算量也相应增加。对HS-PDSCH的译码运算量，无论turbo译码采用软件实现还是采用硬件加速器实现，运算量也都需大幅提高。相应的，对基带处理芯片处理能力也提出了更高的要求。对终端射频设计而言，可以采用宽带接收或者多路接收机的方式；采用宽带接收、数字滤波来接收多个载波将更利于降低终端的成本。
四．结论
提高系统分组数据的吞吐量、频带利用率和峰值传输速率已成为3G系统今后发展的共识，这三个指标将是衡量系统性能的重要指标。
多载波HSDPA技术是在保持了与TD-SCDMA系统后向最大兼容性的条件下，有效解决大容量高速传输的一种可行方法。从以上分析可以看出，采用多载波HSDPA方案，不仅能够非常有效的提高TD-SCDMA的HSDPA峰值速率和小区数据吞吐量，同时也考虑了和原3GPP单载波方案最大限度的一致性；也大大提升了TD-SCDMA将来的市场竞争力。
可见，TD的多载波并不像某人说的那样，会带来N倍的接收元件的成本。一种增强TD-SCDMA HSDPA方案 ——多载波HSDPA
一．HSDPA 现状
作为新一代的第三代移动通信系统，相对于第一代和第二代移动通信，其主要作用是能够极大地满足了广大用户对多媒体、高数据速率移动通信业务的需求，数据业务将在第三代移动通信中占有主导地位。随着互联网和信息社会的发展，特别是基于IPv6的新一代互联网的出现，对复杂的网络和多媒体业务，诸如多用户游戏、实时消息、在线购物、个人／公共数据库接入以及电影下载等应用的需求，使得分组数据业务作为数据业务的主要形式得以应用。这些大容量数据对第三代移动通信系统提出了更高的需求，要求系统能够提供更高的传输速率和更小的时间迟延的数据传输能力。为了满足此要求，通过对空中接口的改进，3GPP组织在Rel5引入了HSDPA技术。HSDPA通过采用AMC、HARQ技术，引入高阶调制（16QAM），在基站侧增加了一个MAC-hs实体，用于数据的快速调度，可获得较Rel4更高的用户峰值速率和小区数据吞吐率。
由于HSDPA技术上可以提供高速宽带数据业务而作为3G的重要特征业务，用户对其实现需求也日渐明显。无论对运营商还是设备制造商，HSDPA技术都已经得到广泛的认可和支持。目前HSDPA在3GPP的标准化工作已经完成，技术日趋成熟。
对于FDD，HSDPA理论峰值速率可达14.4Mbps；对于TD-SCDMA，由于采用相对窄带的TDD方式，单个载波上的理论峰值速率可达到2.8Mbps。与FDD HSDPA相比，TD-SCDMA HSDPA的频谱效率基本相当，但是单个载波上可提供的下行峰值速率偏低，因此，需要对现有的方案进行一些改进，以满足运营商对高速分组数据业务的需求。
采用多载波捆绑HSDPA可以很好的解决这个问题：一是该方案可以有效提高下行峰值速率，采用N个载波的多载波HSDPA方案理论可以获得N倍于2.8Mbps的峰值速率，如三载波的HSDPA方案理论的峰值速率可以达到8.4Mbps（每载波使用TS2～TS6下行时隙）；二是该方案对现有HSDPA的方案具有比较好的兼容性。而且，多载波HSDPA具有资源配置灵活，后向兼容性好的特点。多载波HSDPA的业务信道HS-DSCH既可以由单载波的码道资源组成，也可由多个载波的码道资源捆绑构成，载波数目可以不固定，根据系统的资源和干扰负载状况进行配置。
二．多载波HSDPA整体方案
众所周知，无线信道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性，而对这种时变特性，如果系统能够自适应会给系统性能的提高带来很大的好处，AMC就是这样一种链路自适应技术。AMC能够通过自适应地调整传输数据的调制和编码方式，来补偿由于信道变化对接收信号所造成的衰落影响，从而达到充分利用系统资源提高性能。
HARQ分为Type I、Type II和Type III三种。HSDPA中采用了Type II和Type III两种HARQ方式，采用增量冗余（IR）的方式，能够一定限度的适应链路，提供合并增益，提高系统性能。重传机制采用了N信道停等的方式，也是在实现复杂度和系统效率上的一个很好的折衷。
HSDPA在UE和Node B的MAC层引入了MAC-hs实体，完成相关调度、反馈、重传等功能。在网络侧重传直接在Node B进行控制，可以显著地提高重传的速度，减少数据传输的时延。
同时，为了完成相应的控制、调度和反馈，HSDPA在物理层引入了HS-SCCH和HS-SICH上行和下行两条物理控制信道，直接快速完成UE和Node B之间的信息交互。
在此基础上，我们提出的多载波HSDPA方案是指：当使用HSDPA技术时，多个载波上的信道资源可以为同一个用户服务，即该用户可以同时接收本扇区多个载波发送的信息。这样，如果采用N个载波同时为一个用户发送，理论上用户可以获得原来N倍的数据速率。
在单个载波处理上，多载波HSDPA方案和原来HSDPA处理过程相同，保证良好的兼容性。
1．调度方式
在多载波HSDPA方案中，一个用户的数据可以同时在多个载波上传输，HS-DSCH所使用的物理资源包括载波、时隙和码道，由MAC-hs统一调度和分配。多载波可以有如下几种调度方式：
a) 将三列载波数据分别进行分段、编码，并在Bit Scrambling模块将三列数据串联，进行比特加扰。将加扰后的数据再次分为三列，这三列数据与原载波上数据相同。将加扰后的数据送入HS-DSCH Interleaving模块。HS-DSCH Interleaving模块首先对三路数据分别进行交织，以实现信道的时间分集增益。当三路分别交织后，再对三队数据进行混合交织，以获取信道的频率交织增益，见图二。
b) 选用了三个载波分别独立进行数据传输，每一路同3GPP现有规范中单载波的处理。用户发送的数据在一开始就分为三路，每一路独立传输，数据的发送尽可能地利用信道条件好的载波进行传输，见图三。
c) 三个载波信道作为一个整体看待，即发送数据作为一个整体输入CC进行处理。数据块只进行一次CRC校验，即如果需要重传，则所有的数据块都需要进行重传。数据块从Constellation re-arrangement for 16／64 QAM模块输出后，将根据每个载波的资源进行物理信道映射，并由三个载波进行传输。在接收端，由于我们把三个载波看成是一个统一信道，因此，在进行信道估值时，三个载波的数据进行统一估值，获取的信道质量是三个载波信道的平均值，见图四。
针对上述三种方式，仿真结果见图五。
可以得出的结论是：采用方法二可以获得最佳的系统性能。
与方式二相比，方式一和方式三的编码方式并没有给系统带来相应的频率分集增益。这主要是因为HSDPA的性能受信道质量估算的准确性的影响非常大。对于方式二，UE给网络端反馈回来的信道信息比较准确，发送端可以根据信道的条件选择合适的发送格式，进而可以克服深衰落的影响。而方式一和三的编码方式虽然可以获得一定的频率分集增益，但是接收端UE通过信道估计获得的信道条件估计值（通常用信噪比来衡量），与各载波输入译码器的比特信噪比不一致，即造成反馈到Node B的信道质量与译码的真实值有差别，这个差别主要是频率交织所引入的。从译码器的角度考虑，频率间交织使得基站根据反馈信道条件决定的发送格式与真实信道条件不相符，它们之间引入了一个人为的扰动，这个扰动影响了系统的总体吞吐量。
2．协议影响
（一）物理层的变化
对于UE来说，每个频点上的HS-PDSCH有一组控制信道HS-SCCH/HS-SICH，对每个频点进行独立的分别控制、反馈将能够获得最好的性能，并且分别对映射到每个频点的HS-PDSCH进行控制也会使得不同频点的数据相对独立，调度灵活。
根据上述的研究结果，针对原3GPP HSDPA方案，实现多载波HSDPA架构，物理层有两种考虑的方式：
1）保持现有标准所有物理信道结构不变
信道结构不变，最大限度保证标准的兼容性。
2）重新定义相关物理控制信道结构
为了提供系统资源利用率，减少控制信道数目，我们可以扩展HS-SCCH/HS-SICH结构，增加新的比特信息。
增加频率信息，使得一组HS-SCCH/HS-SICH信道可以控制多个载波上的HSDPA数据，避免非对称时隙分布情况下上行码道资源受限的问题。考虑终端的处理能力，典型的多载波能力为三载波。
HS-DSCH信道采用的共享机制，辅频点TS0可以考虑用来承载HS-DSCH，进一步提高传输能力及增加资源调度的灵活性。因此，在HS-SCCH上增加一个比特的TS0时隙指示，用于指示该HS-SCCH对应的频点上TS0时隙是否可以被用作承载HS-DSCH；可以使得单个载波最高承载的数据超过3M。
使用一组HS-SCCH/HS-SICH信道控制所有载波的资源，HARQ的进程数也要扩充。
信道结构经过重新定义后，需要评估HS-SCCH的编码性能，在图六中，我们给出了添加3bit频点信息，同时添加1bit时隙信息和2bit进程数指示情况和3GPP方案的性能比较。
从仿真结果可以看出，如果增加3比特频点信息和1比特时隙信息及2bit进程数指示信息，HS-SCCH的编码性能大约会有0.8-1.0dB的损失，结果可以接受。
虽然增加几个新的比特，能够保证在性能可接受的情况下，减少控制信道数目，提高整个系统的资源利用率；但是对于一个发展的系统，我们更关心其兼容性。为此，方案一是最佳的选择。
（二）MAC层的变化
在多载波HSDPA方案中，MAC层原有结构和机制没有变化。在具体的调度控制和处理能力上需要有所改变和提高。主要变化是：在UTRAN侧，MAC-hs的调度实体需要对数据在各个载波上统一分配，即将数据流分配到不同的载波上；在UE侧，MAC-hs需要把来自不同载波的数据进行统一处理，将来自不同载波的数据进行合并和重排后上报高层。因为多载波之后数据量成倍的增加，MAC层HARQ进程数量也会相应的增加，标记传输块顺序的TSN序号需要重新的定义。
（三）协议消息的变化
采用多载波方案，对于空中接口来说，需要在RRC的相关消息中增加网络侧为UE分配的支持HSDPA的频点信息列表。另外，UE无线接入性能方面，需要加以补充，增加关于UE能同时接收的载波个数的指示。为了保证后续标准的兼容性，可以考虑重定义现有标准空闲比特的方式表征终端能力；现有3GPP标准消息编码结构中的Container也为相关消息频点的下行扩展提供了方法。
同样，在Iub接口的相关消息中，也要进行频点信息方面的修改。同时我们也需要考虑现有基站在将来升级之后网络中的调度问题。
3．其它特点
对多载波的HSDPA，就终端而言，多载波提供了更多的信道资源，也就对终端的处理复杂度提出了更高的要求。考虑不同的终端能力，终端可以向网络上报是否支持多载波及支持多载波数目的能力，网络根据终端上报的能力进行相应资源分配和调度。不支持多载波的终端也能够在支持多载波的网络中正常的工作。
多载波HSDPA具有资源配置灵活，后向兼容性好的特点。多载波HSDPA的业务信道HS-DSCH既可以由单载波的码道资源组成，也可由多个载波的码道资源捆绑构成，载波数目可以不固定，根据系统的资源和干扰负载状况进行配置。
总之，采用多载波的HSDPA方式可以十分有效和显著的提高TD-SCDMA的HSDPA峰值速率，可以达到提高系统吞吐量，增加系统调度灵活性，并且能够完全兼容单载波的HSDPA技术。
三．对终端的影响
引入多载波HSDPA，将增加UE的数据处理量，增大复杂度，以下探讨多载波对终端复杂度的影响。
对终端来说，信令层面只是增加对新增多载波IE的处理，处理量不大；层二需要的内存相对单载波需要有所增加，同时MAC层还需要处理合并及重传请求等功能。物理层增加对N个载波控制信道的处理，包括HS-SCCH的解调译码、HS-SICH编码、BURST成形等。另外，运算量增加比较大的过程为HS-PDSCH的解调过程、译码过程。对HS-PDSCH的解调运算量，N载波HSDPA由于因为需要支持最大N倍于单载波的时隙数，运算量也相应增加。对HS-PDSCH的译码运算量，无论turbo译码采用软件实现还是采用硬件加速器实现，运算量也都需大幅提高。相应的，对基带处理芯片处理能力也提出了更高的要求。对终端射频设计而言，可以采用宽带接收或者多路接收机的方式；采用宽带接收、数字滤波来接收多个载波将更利于降低终端的成本。
四．结论
提高系统分组数据的吞吐量、频带利用率和峰值传输速率已成为3G系统今后发展的共识，这三个指标将是衡量系统性能的重要指标。
多载波HSDPA技术是在保持了与TD-SCDMA系统后向最大兼容性的条件下，有效解决大容量高速传输的一种可行方法。从以上分析可以看出，采用多载波HSDPA方案，不仅能够非常有效的提高TD-SCDMA的HSDPA峰值速率和小区数据吞吐量，同时也考虑了和原3GPP单载波方案最大限度的一致性；也大大提升了TD-SCDMA将来的市场竞争力。
可见，TD的多载波并不像某人说的那样，会带来N倍的接收元件的成本。