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以CDMA為基礎的WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)，通訊技術的最高資料傳輸速率，從第1代Release 99實際布建的384 Kbps，大幅提升到我們介紹過的HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)的下行14.4 Mbps，及HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)的上行5.76 Mbps後，永不滿足且持續創新的人們思考著：在CDMA技術的基礎上，是否可以再更進一步提高傳輸速率呢？

在建立於 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)技術基礎上的第4代行動電話技術(4G)制定完成前，我們要怎麼再加強現有的系統？就在這樣的環境下，HSPA+(High Speed Packet Access Plus)滿足了現有用戶的期望，即在Release 7中，上行理論值最高僅11 Mbps，下行更可達28 Mbps。

前面介紹HSDPA和HSUPA時，我們提到一些提升傳輸速率的方法，例如，改善調變技術、快速重傳的機制、同時多碼的傳送…等。HSPA+繼承這些為加速傳輸設置的機制，並在這基礎上加入了MIMO(Multi-input Multi-output)通訊技術。

HSPA+使用2 x 2 MIMO，其觀念如下圖1所示。


圖1：MIMO多重資料傳輸。

在1個無線通訊系統中，當傳送與接收端擁有1個以上的天線時，此系統就可利用這些不同天線，來傳送不同資料流。由於這些資料流在時間及空間領域上正交；換句話說，在理想狀態下，這2個資料流對彼此只會造成極小干擾。

因此，HSPA+用的 2 x 2 MIMO在理想狀態下，可達到2倍資料傳輸量。

如圖1上所示，在整個網路環境非常良好時、且每個資料流都夠強時，我們的確適合用它們來傳送不同資料。

但真實世界總是不完美，這些不同的資料流，通常都是不等的！比較強的那個資料流，會受比較少的干擾；而比較弱資料流，卻被較嚴重干擾。

在這種情況下，我們可考慮將較多的能量，放在轉強的那個資料流上，如圖1下。顯而易見的，以這個做法，它無法傳送2倍的資料量，但它卻能增加無線訊號的涵蓋範圍及訊號強度。

所以，它會比沒有使用此技術的系統，有較佳的資料傳輸量。而這種把較多能量擺放在某個資料流上的技術，我們稱之為beamforming。

想像一下，1群演員在舞台上進行表演，但是聚光燈卻總是跟著故事主角移動。當主角往左，燈光也朝著往左；而主角走到舞台右側時，燈光還是跟向舞台右邊移動，打在主角身上。故事的情節走到哪，聚光燈就打在那裡。這樣移動燈光和在舞台上的焦點過程，就是所謂的beamforming的概念。

圖2中的手機，就像舞台上的主角(接受端)一樣，隨著它的移動，以及給網路的回報，基地台，也就是我們前面提到的聚光燈(傳送端)，會根據手機位置改變方向，打出較集中也較強的訊號。如此一來，手機會得到較強的訊號，並且受到來自其它訊號較小的干擾。


圖2：Beamforming概念圖例。

在HSPA+中，MIMO這項技術，只用在下行的方向。也就是說，MIMO只能跟HSPDA結合使用。下圖3描述HSPA+的運作流程。基本上，它的運作方式與我們先前介紹的Release 5的HSDPA大同小異。

首先，網路透過HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel)此下行頻道，告知使用者接下來要去聽哪些頻道上的資料，在這裡就會包括了要有1個或2個資料流。聽到HS-SCCH上有給自己的訊息後，使用者接下來馬上去HS-PDSCH(High Speed Physical Downlink Shared Channel)接收資料。

接著，再利用上行HS-DPCCH(High Speed Dedicated Physical Control Channel)傳送ACK/NACK及回報現在網路品質CQI(Channel Quality Indicator)，告知網路希望接下來拿到1個或2個資料流。網路會根據這個回報的HS-DPCCH，決定下次要給該使用者的資料量、調變方式、及1 個或2個資料流。之後重覆著這樣的循環。


圖3：HSDPA + MIMO運作流程圖。

最後，我們來探討MIMO對手機其它方面的影響。在HSPDA的介紹中曾提過，HARQ快速重傳機制，由於HSPA+中可能同時有2個資料流，所以手機需2倍的HARQ程序。下圖4是1個在2個資料流下使用HARQ程序的例子。


圖4：HARQ程序處理範例。

在這個例子中，假設該手機擁有12個HARQ程序。網路端會利HS-SCCH告訴手機，現在主要那個資料流所用的HARQ程序，及使用1個或2個資料流。

在 2個的情形，手機可以算出另1個資料流使用的HARQ程序，因為這2個相差HARQ程序總數的一半(12/2=6)；也就是如果網路告訴該手機使用 HARQ程序0，並告知會有2個資料流，手機可以知道主要的那個資料流使用HARQ 程序0；另1個則用HARQ程序0。在這張圖中，網路在要求使用HARQ程序2到5時只給予1個資料流。

之後，如果程序0的資料成功收到，但程序6卻失敗；換句話說，手機對程序0上的資料送出ACK，卻對程序6上的NACK。網路端因此需重傳程序6上的資料，並利用0送出新的資料。

如果像這個例子一樣，手機回報對於程序6的CQI比對於0的還要好的話，網路就會將重傳的程序6放在主要資料流上。

利用HS-SCCH告訴手機用程序6並有2個資料流，結果如圖4所示。相似的，如果程序1被ACK但7被NACK，同時1的CQI比較好的話，網路會重傳 7，利用1來傳送新的資料，且把1放在主要資料流上。(本文作者陳怡弘／Qualcomm CDMA Technologies資深工程師)