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數十倍速下載新時代─解析HSDPA技術原理

發布時間:2008/8/19 0:00:00 訪問次數:330


  在wcdma release 99當中,資料傳輸可在2種狀態下進行:cell_fach以及cell_dch。首先,使用者在cell_fach下時利用共享頻道傳輸資料。由于是共享頻道,其使用的碼是固定的,因此,此類頻道的設計注定無法用于較高速資料傳輸。另外,此狀態下沒有clpc(closed loop power control)調整傳輸功率,近乎不變的功率,不可避免地即造成較大的干擾。

  正如先前提過以雞尾酒會派對為例,如果大家不論遠近都用同樣音量于派對中進行對談,那么距離較遠的談話將會受嚴重干擾,甚或無法清楚聽到對方所說的話。此外值得一提的是,使用這些共享頻道的手機需要接聽所有的資料再做判斷;留下那些帶有自己識別碼的封包,拋棄那些屬于別人的。

  另一方面,在 cell_dch時,使用者擁有自己的專屬頻道進行傳送資料;根據不同傳輸速率,使用者會得到不同spreading factor碼。同時,如上回所提,由于擁有專屬頻道,手機會利用clpc進行傳輸功率控制。此外,在cell_dch中可以有軟式交遞進行,換句話說,即使用者可同時保持與數個不同基地臺間的聯機。(當然前提之一是,這些基地臺都要同一個頻率上運行)

  然而,雖然wcdma release 99宣稱最高可以支持至2mbps,但實際布建的網絡當中,即便在cell_dch下,上行與下行最高資料傳輸速率也只有384kbps。這樣的傳輸速率,對于手機上的許多熱門多媒體應用而言,尤其是那些與資料傳輸相關的應用,卻略顯不足。

  此外,在不同速率間切換時,需透過rnc進行控制,因此需要一些時間完成速率變換。相似地,release 99的重傳(透過rlc am)也要透過rnc,因此,可能會有數百毫秒的耽擱。除此之外,雖然有clpc,但如果手機移動到1個暫時收不到訊號的地方(如高樓遮蔽下,或山后沒有基地臺的地方),基地臺會持續地送出資料,直到斷線為止,這也造成了不必要的無線資源浪費。

  為克服上述wcdma release 99在資料傳輸上的限制,3gpp在release 5的規格中,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資料傳輸速率。根據規格,它下行速率的最高值為14.4mbps,但是,它要如何實現這個目標呢?

  先讓我們來想象一下,假設今天你是1間點心店的老板,平日你都會向食品工廠訂購某樣產品,比如說,某樣深受歡迎的甜點。由于這些甜點全都是手工制造,所以工廠每日所能制造的數量相當有限。因此只有當他們準備好你的訂單后,他們才會給你1個領貨通知,讓你知道你要的東西已經做好了,并且會在什么時間送貨給你。所以你可能會定時地檢查是否有未接來電,畢竟,這是你店內最受歡迎的餐點,你絕對不想錯過這個來自工廠的通知。接下來,送貨員在指定時間把你訂的貨交給你后,他會要求你簽收。同時,你可能會告訴工廠在這段期間所賣出的數量和現有的存貨,在簽收之際,將此回報跟簽收單一并讓送貨員帶回去,讓工廠可以決定下次要送多少甜點過來。之后繼續上述的過程:通知、送貨、簽收、再回報存貨量。

  透過hsdpa傳送資料的流程,基本上和上面提到這個取貨流程沒有太大差異。使用者定期地監聽那些指定頻道,而當網絡決定要傳送資料給該使用者時,它會利用該頻道通知使用者。接到通知后,使用者在固定時間內,馬上去聽相對應用來傳送資料的頻道。收完資料后,使用者需要回應是否正確地收到那些資料,同時,向網絡回報現在的通訊質量,也就是使用者可能可接收資料的最大量;之后,網絡據此回報,判斷待會要用怎樣的調變方式,送多少資料給該使用者。

  圖1描繪這整個過程。我們這里會提到一些名詞,而這些名詞會在后面相關的地方會再詳細介紹;在此處,我們只需有個簡單的概念即可。首先,網絡透過hs-scch(high speed shared control channel)這個下行的頻道,通知使用者。

  在聽到hs-scch上有給自己的訊息后,使用者接下來馬上去hs-pdsch(high speed physical downlink shared channel)這個下行用來送資料的頻道,接收資料。接下來,使用者再利用上行的hs-dpcch(high speed dedicated physical control channel)傳送ack/nack及回報現在網絡質量cqi(channel quality indicator)給網絡。網絡再利用這個回報的cqi,決定下次要給該使用者的資料量以及調變方式。



圖1 hsdpa流程示意圖

  值得注意的是,我們上面提到的這些下行頻道,不論是用來通知的hs-scch,或是用來傳送資料的hs-pdsch,都是所有使用者共享的頻道。多個使用者聽著相同的hs-scch,全部使用者輪流使用整個細胞中有限的(最多15個)hs-dpsch傳送資料。node b負責這些頻道的排程,在哪里個時段、哪里些hs-pdsch、指定給哪里個使用者使用。

  這些都牽扯到非常復雜的判斷,包括每只手機所回報的cqi、及其最高能夠支持的


  在wcdma release 99當中,資料傳輸可在2種狀態下進行:cell_fach以及cell_dch。首先,使用者在cell_fach下時利用共享頻道傳輸資料。由于是共享頻道,其使用的碼是固定的,因此,此類頻道的設計注定無法用于較高速資料傳輸。另外,此狀態下沒有clpc(closed loop power control)調整傳輸功率,近乎不變的功率,不可避免地即造成較大的干擾。

  正如先前提過以雞尾酒會派對為例,如果大家不論遠近都用同樣音量于派對中進行對談,那么距離較遠的談話將會受嚴重干擾,甚或無法清楚聽到對方所說的話。此外值得一提的是,使用這些共享頻道的手機需要接聽所有的資料再做判斷;留下那些帶有自己識別碼的封包,拋棄那些屬于別人的。

  另一方面,在 cell_dch時,使用者擁有自己的專屬頻道進行傳送資料;根據不同傳輸速率,使用者會得到不同spreading factor碼。同時,如上回所提,由于擁有專屬頻道,手機會利用clpc進行傳輸功率控制。此外,在cell_dch中可以有軟式交遞進行,換句話說,即使用者可同時保持與數個不同基地臺間的聯機。(當然前提之一是,這些基地臺都要同一個頻率上運行)

  然而,雖然wcdma release 99宣稱最高可以支持至2mbps,但實際布建的網絡當中,即便在cell_dch下,上行與下行最高資料傳輸速率也只有384kbps。這樣的傳輸速率,對于手機上的許多熱門多媒體應用而言,尤其是那些與資料傳輸相關的應用,卻略顯不足。

  此外,在不同速率間切換時,需透過rnc進行控制,因此需要一些時間完成速率變換。相似地,release 99的重傳(透過rlc am)也要透過rnc,因此,可能會有數百毫秒的耽擱。除此之外,雖然有clpc,但如果手機移動到1個暫時收不到訊號的地方(如高樓遮蔽下,或山后沒有基地臺的地方),基地臺會持續地送出資料,直到斷線為止,這也造成了不必要的無線資源浪費。

  為克服上述wcdma release 99在資料傳輸上的限制,3gpp在release 5的規格中,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資料傳輸速率。根據規格,它下行速率的最高值為14.4mbps,但是,它要如何實現這個目標呢?

  先讓我們來想象一下,假設今天你是1間點心店的老板,平日你都會向食品工廠訂購某樣產品,比如說,某樣深受歡迎的甜點。由于這些甜點全都是手工制造,所以工廠每日所能制造的數量相當有限。因此只有當他們準備好你的訂單后,他們才會給你1個領貨通知,讓你知道你要的東西已經做好了,并且會在什么時間送貨給你。所以你可能會定時地檢查是否有未接來電,畢竟,這是你店內最受歡迎的餐點,你絕對不想錯過這個來自工廠的通知。接下來,送貨員在指定時間把你訂的貨交給你后,他會要求你簽收。同時,你可能會告訴工廠在這段期間所賣出的數量和現有的存貨,在簽收之際,將此回報跟簽收單一并讓送貨員帶回去,讓工廠可以決定下次要送多少甜點過來。之后繼續上述的過程:通知、送貨、簽收、再回報存貨量。

  透過hsdpa傳送資料的流程,基本上和上面提到這個取貨流程沒有太大差異。使用者定期地監聽那些指定頻道,而當網絡決定要傳送資料給該使用者時,它會利用該頻道通知使用者。接到通知后,使用者在固定時間內,馬上去聽相對應用來傳送資料的頻道。收完資料后,使用者需要回應是否正確地收到那些資料,同時,向網絡回報現在的通訊質量,也就是使用者可能可接收資料的最大量;之后,網絡據此回報,判斷待會要用怎樣的調變方式,送多少資料給該使用者。

  圖1描繪這整個過程。我們這里會提到一些名詞,而這些名詞會在后面相關的地方會再詳細介紹;在此處,我們只需有個簡單的概念即可。首先,網絡透過hs-scch(high speed shared control channel)這個下行的頻道,通知使用者。

  在聽到hs-scch上有給自己的訊息后,使用者接下來馬上去hs-pdsch(high speed physical downlink shared channel)這個下行用來送資料的頻道,接收資料。接下來,使用者再利用上行的hs-dpcch(high speed dedicated physical control channel)傳送ack/nack及回報現在網絡質量cqi(channel quality indicator)給網絡。網絡再利用這個回報的cqi,決定下次要給該使用者的資料量以及調變方式。



圖1 hsdpa流程示意圖

  值得注意的是,我們上面提到的這些下行頻道,不論是用來通知的hs-scch,或是用來傳送資料的hs-pdsch,都是所有使用者共享的頻道。多個使用者聽著相同的hs-scch,全部使用者輪流使用整個細胞中有限的(最多15個)hs-dpsch傳送資料。node b負責這些頻道的排程,在哪里個時段、哪里些hs-pdsch、指定給哪里個使用者使用。

  這些都牽扯到非常復雜的判斷,包括每只手機所回報的cqi、及其最高能夠支持的

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