HSPA+技术演进，UMTS网络适应移动互联网发展的必由之路

  信息产业的两大领域移动通信技术和互联网技术从最初的毫不相关到今天的密切融合，是一个不断发展的过程。以无线数据业务的丰富和普及为标志的移动互联网产业高速发展，已经成为又一次信息技术革命。在线浏览、在线视频、信息交互等多种无线数据业务的推广，大量智能手机的流行，使得无线数据业务流量爆发性增长。以某运营商为例，近3年来其数据业务和语音业务发展的对比如图1所示。

图1 某运营商业务量发展曲线

    从图中可以看出数据业务流量呈加速上涨趋势，远远大于语音话务量的增长， 2G网络难以满足数据业务发展需要， 3G技术的引入成为了移动数据业务发展的内在需求。中国联通自2009年初获得UMTS牌照后，选择了国际上运营经验最为丰富的R6版本，即支持14.4Mbps下行速率/5.76Mbps上行速率的HSPA技术作为3G制式的商用版本。UMTS网络初步建成后用户发展迅速，在一些发达城市热点区域已经出现了数据速率瓶颈。为了使现有的网络发挥最大能力，满足移动数据业务的发展需要，进一步提升网络性能，中国联通启动了HSPA后向演进技术HSPA+的研究和实验。

HSPA+技术演进适应数据业务发展的要求

    HSPA+技术是UMTS技术后向演进版本R7/R8/R9的统称，HSPA+并不是使用新技术创造一个全新的网络，而是对现有系统性能的增强。HSPA+演进过程中引入了众多关键技术，从提高系统吞吐率和提高系统性能两方面进行了优化，充分挖掘现有5M频谱带宽的数据业务支持能力，满足移动互联网产业快速发展的要求。下面简要介绍了HSPA+主要的关键技术：

    ● 提高系统吞吐率
    在2G网络下用户仅仅能够体验网页浏览、交互式信息等业务，而在无线互联时代，用户需要的是在线视频甚至是高清播放，在行业应用方面则要达到动态视频监控的效果，这样网络吞吐率的提高便尤为重要。HSPA+技术演进中采用了更加复杂的调制方式、MIMO技术以及DC-HSDPA技术，来应对用户对于网络速率不断提高的要求。

    调制方式的改变是目前主流的HSPA+演进方向，64QAM的调制技术使得理论极限下载速率提升50%，达到21.6Mbps，对于运营商来说不需增加任何硬件投资，仅仅软件升级即可支持。外场测试结果表明，对于室内站64QAM小区吞吐率有40％左右增益。全球主要运营商在HSPA+演进中也优先考虑64QAM技术的引入，据统计截至2010年7月，全球63张HSPA+商用网络中有53张为64QAM HSPA+网络。

    MIMO技术也是一种提升网络吞吐率的技术，是3GPP R7版本中引入的HSPA+关键技术之一。应用初期一般采用2×2MIMO技术：即通过两根天线，在2ms内同时发送两个数据子流，体现空间分集增益，下行峰值速率可达28.8Mbps。对于运营商来说，在现有网络上采用MIMO技术需要增加一副天线以及一套RRU设备，网络投资较大，在3G网络商用成熟阶段，在网用户数较多时可以通过引入MIMO技术换取系统性能的提升。

    DC-HSDPA技术也就是双载频HSDPA，通常简称为DC-HSDPA，是另一种提升速率的关键技术，在R8版本协议中引入的，其系统原理如图2所示。

图2 DC-HSDPA系统原理示意图

    在同频段的两个相邻载波的小区里，分别为UE配置高速下行物理共享信道HS-PDSCH资源。在UTRAN侧，同一用户的数据分别在两个载波上同时传输时，由MAC-ehs将数据流分配至不同载波，各载波编码映射、调制发送独立；在UE侧，UE分别从两个载波上接收不同的HSDPA数据，再将这两个数据流进行合并处理；如果两个载波采用64QAM调制，也就是说每载的峰值速率为21.6Mbps，则UE接收的数据峰值速率可以达到43.2Mbps。由于目前主要厂商射频单元都采用多载波技术，仅软件升级即可支持DC-HSDPA，但由于DC技术需要占据2个相邻频点资源，运营商应充分评估频谱资源的利用效率来决定DC-HSDPA的引入策略。

    在R9版本中上述三种关键技术联合使用能够使小区理论峰值速率达到86.4Mbps，基本满足目前移动互联网产业发展中用户对于网络速率的要求。

    ● 提高系统性能
    智能手机终端的丰富和发展对于促进高端用户使用数据业务，以及整个移动互联网产业的发展都起到了积极的作用，iPhone和众多Android操作系统的智能手机的流行大大提升了整网的数据流量，使得3G真正成为可盈利的网络。3G网络发展面临的一大问题就是如何降低终端的耗电量增加使用时间，以及采用更多的关键技术来适应数据业务的传输特点，满足移动互联网发展中的基础性要求。HSPA+技术演进中采取了众多的关键技术来解决上述问题。这些关键技术主要包括层二增强技术、CPC技术，CS over HSPA技术等。

    层二增强技术分别对RLC层、FP层、MAC层进行改进，采用可变长度的PDU，适应数据业务不同长度数据块的特点，降低了开销，提升网络效率。CPC技术采用不连续发送和不连续接收技术，降低呼叫的时延，提高在线终端数量和延长终端在线时间，保证PS业务QoS和用户的业务体验。CS over HSPA利用HSPA技术承载CS语音业务，相比用Rel99的DCH信道承载语音业务，获得更高的语音容量，并有利于降低终端耗电量。

    这些关键技术的引入提高了数据传输效率、增加终端待机时间，使得UMTS网络更加适应数据业务特点、能够更好地支撑移动互联网产业的发展。

中国联通HSPA+技术演进最新进展

    为了适应移动互联网产业快速发展，在国内3G竞争中取得优势，中国联通积极开展HSPA+技术演进研究和测试并取得了阶段性的成果。中国联通2009年下半年在深圳、广州、珠海启动了HSPA+ 64QAM测试。中兴通讯配合中国联通在深圳外场对64QAM技术进行验证，测试结果表明室内单用户平均速率已可以达到19.97Mbps，室外也可以达到近18Mbps，接近21Mbps的理论值。

    在此基础上，2010下半年中国联通启动DC-HSDPA测试，中兴通讯仍在深圳密集城区进行DC-HSDPA技术的验证工作，主要验证DC-HSDPA技术引入后链路自适应情况、系统容量以及用户平均及峰值速率、移动性管理、Iub接口流控、状态迁移、调度算法等。通过这些测试项目来考察DC-HSDPA特性的引入对网络各项指标的改善效果，评估其在UMTS网络大规模推广应用的价值，并为下一步升级到DC-HSDPA功能提供决策依据。

    UMTS网络的发展是不断适应移动数据业务发展的过程。让更多的人享受移动数据业务的便利是UMTS网络发展的根本出发点，HSPA+技术的演进能够满足人们对移动数据业务日益增长的需求。

    中兴通讯在HSPA+技术演进方面取得了丰硕的成果，其基于SDR平台的无线系统能够支持平滑演进，保护运营商投资，并在香港CSL、德国KPN、葡萄牙Optimus等高端运营商进行测试或部署。同时中兴通讯正携手中国联通积极进行HSPA+演进技术的研究，努力实现智慧沟通世界的愿景。

[关键词] UMTS