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前言：在前兩回文章中，我們介紹了HSDPA運行的基本概念，包括前面提到的點心店例子，及如何利用新增頻道實現這樣的概念，在介紹完這些底層(Physical Layer)在HSDPA(或3GPP Release 5)中的改變後，最後，我們將探討通訊協定中其它協定層在HSDPA中較重要的變革…

在介紹WCDMA Release 99過程中，我們曾經花一些篇幅討論UMTS網路架構和通訊協定層，我們知道網路架構可簡單分為前端存取網路以及後端核心網路，其中，存取網路包含 Node B和RNC(Radio Network Controller)  2種設備。只有Physical Layer是介於手機與Node B的協定層，其它屬於AS(Access Stratum)協定，包括MAC(Medium Access Control)、RLC(Radio Link Control)、RRC(Radio Resource Control)，都為手機與RNC間的協定。

另外，根據核心網路不同，我們可把它們分成CS Domain(Circuit Switched Domain)或PS Domain(Packet Switched Domain)。由於HSDPA主要用於下行使用者資料傳輸，所以它會涉及PS Domain協定層。圖1為描繪HSDPA的通訊協定層。


圖1：HSDPA通訊協定層

從圖1中可發現，HSDPA的通訊協定層和WDCMA Release 99幾乎相同；HSDPA繼承WCDMA Release 99所有協定層。但除原有這些協定外，HSDPA新增一個MAC子協定—MAC-HS。

MAC-HS主要負責MAC在HSDPA模式下的一些處理，主要包括之前提過的HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)程序以及Re-ordering Queue(重新排序佇列)。

由於HSDPA為提高傳輸速率，使用rate相當於1的Turbo Coding；所以，它有比較大的機會需要重傳，也因此需要1個可以快速重傳的機制—HARQ。在Release 99中，需透過RLC下的Acknowledge Mode重傳遺失資料，由於在網路端RLC存在於RNC中，所以重傳需花費較多時間。

而在Node B的HARQ程序可快速重傳，並且累積之前每次收到、但無法成功解開的資料；籍此有較高的機率在重傳後成功解碼。在HSDPA中，ACK/NACK的回應是同步的；換句話說，在收到資料後的固定時間，手機(接收端)要回應網路是否成功解開該資料。另一方面，重傳是不同步的；也就是說，網路(傳送端)可以在任何它覺得方便的時間通知、並重傳資料給該手機。

由上面的描述我們可以想像，從HARQ程序進來的資料，可能不按順序；因為它可能收到某些封包，但卻漏掉部分封包。這時如果所有資料在收到的時候就直接往上送，會造成上面的MAC及RLC認為這些封包可能是無效的。

所以我們需要1個機制，讓這些不按先後順序的資料，可以依序地送給上層，而這就是Re-ordering Queue最主要的工作。圖2展示1個結合HARQ程序和Re-ordering Queue的例子。


圖2：結合HARQ和Re-ordering Queue將封包依序送出


圖3：HSDPA交遞

在圖2中，第1個對應到此Re-ordering Queue的封包(序號為0的封包)，在第1次接收時，手機無法成功解開，所以回了NACK給網路。接來的幾個封包(序號1到序號4的封包)，都第1次就成功地被解開。但如果此時把這些封包送到上層，上層會因為漏掉序號0的封包而感到困惑。

所以這時不應把收到的資料直接往上丟；相反的，應該等到成功解開前面沒成功收下來封包後，再一起全部依序往上送出。接下來，在收到重傳的序號0封包，也成功地解開此封包後，再將序號0到序號4這些封包依序送上去。之後，如果成功收到序號5的封包，由於前面沒有漏失封包，所以沒有不按順序的問題，因此就把此封包往上送出。如此一來，我們可以確保所有封包依序送達MAC和RLC。

再回頭看圖1，另外1個值得一提的是：不同於MAC本身是1個介於手機以及RNC間的協定；MAC-HS卻只存在於手機與Node B間。不過為什麼它是介於手機與Node B間呢？

我們前面提過，HSDPA中傳送資料的頻道屬於共用頻道。而利用快速排程技巧，HSDPA卻可以利用這些共用頻道達到比用專屬頻道還高的傳輸速率。在這種快速排程下，HSDPA需要使用更小的TTI(Transmission Time Interval)，也就是2ms TTI，以期達到快速地分配細胞下共用頻道。為達成這樣的需求，Transport Channel就得在Node B建構，換句話說，需要1個在Node B上的MAC子協定來完成這樣的工作，而這個子協定，就是在HSDPA中新增的MAC-HS。

但是這種設計也有它的限制。在Release 99中，手機可以與數個不同的Node B間做軟式交遞；也就是同時保持著與數個Node B間的連線而不須先切斷與舊基地台的連線、再建立新的連線，這些資料會在RNC中合併。但是由於MAC-HS(或者說Transport Channel)是介於手機與Node B間，因此在HSDPA無法支援軟式交遞。

此外，HSDPA一定要在RRC_DCH這個狀態下運行。第1個原因是HSDPA只有下行資料傳送，它還是需要1個上行傳送資料的頻道，以及傳訊號的頻道；在這個情形下，CELL_DCH是最好的選擇。另外 1個原因則是功率控制。HSDPA用的是共用頻道，只有用CQI來回報現在網路環境狀況；而在CELL_DCH下則有較完善的CLPC(Closed Loop Power Control)。

所以HSPDA運行時一定在RRC_DCH這個狀態。因為在CELL_DCH下，所以它可能有軟式交遞；換句話說，1隻手機可能同時與數個Node B有著Release 99 DPCH專屬頻道連線；然而只能和單一Node B建立HSPDA連線。

最後，我們來看在HSDPA的交遞情形。圖3是1個交遞的過程，左邊是交遞前，而右邊則是交遞後。我們可發現雖有著數個DPCH連線，但HSDPA卻永遠只有1個，也就是說，HSDPA連線不能支援軟式交遞。當然，在這個情況下，有些資料可能在HSDPA交遞時流失。由於交遞到不同的Node B，所以這些資料無法利用HARQ機制重傳，而只能依賴RLC Acknowledge Mode了。

HSDPA利用了這幾回提到的技術，成功提升下行傳輸速率，但上行的部分呢？下回我們將介紹在上行傳輸效能是如何被改善？（本文作者陳怡弘／Qualcomm CDMA Technologies資深工程師）