Kelvin的Blog記事本

前文討論了HSPA+(High Speed Packet Access Plus)在下行加上MIMO這項技術的運作方式，我們了解如何在下行方面達到2倍的資料傳輸量。這回的文章中我們將介紹HSPA+其它部分新增的改變…

除了MIMO外，HSPA+也進一步在調變技術上加強。下行方面，從Release 99使用的QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)到HSDPA中的16-QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation)，每個modulation symbol從2個symbols變成4個。在code rate=1時，也就是每個modulation symbol可送的資料從2個bits變成4個bits。(見HSDPA加速下行傳輸速率的關鍵)

HSPA+下行則可進一步使用64- QAM(64 Quadrature Amplitude Modulation)，每個modulation symbol可送6個symbol，或6個bits。因此，在下行方面使用64-QAM傳輸速率可達16-QAM的1.5倍，也就是最高速率可達：

14 Mbps * 1.5 = 21 Mbps。

另外在 HSPA+下行部分，我們亦可使用16-QAM配合上1回介紹的MIMO。如此一來，最高傳輸速率就可到達14 Mbps的2倍，也就是28Mbps。那如果我們同時使用64-QAM和MIMO呢？Release 7的規格尚未允許同使用這2項技術，因此Release 7下行最高速率為28 Mbps。但下一版的規格，也就是Release 8，則可同時利用這2項技術，HSPA+下行最高速率也因此可達到：

14 Mbps * 1.5 * 2 = 42 Mbps。

在上行方面，從HSUPA的QPSK，到HSPA+可使用的16-QAM，每個modulation symbol可送的資料量變為2倍。因此HSPA+上行最高傳輸速率變為11 Mbps。

HSPA+通訊協定層

為讓下行可達21 Mbps或28 Mbps，HSPA+在通訊協定第2層(Layer 2)做了些許修正。下圖1為HSPA+下行端的協定層。我們可以發現Release 7在PS Domain推出1個新的協定─MAC-ehs。在RLC方面，不像先前其封包大小是固定的，也就是得跟每個Transport Block一樣大，在Release 7中，封包大小不必等於Transport Block大小。如此一來，網路可以根據其偏好及實際狀況進行適當調整。



但是，當兩者的大小不同的時候，勢必要在別的地方分割這些封包，這個負責分割的動作就交由下面的MAC處理， MAC-ehs因此誕生。在手機端的MAC-ehs必須能夠重組這些分割後的封包，再往上送給RLC。除分割這項功能外，MAC-ehs亦負責MAC- hs所有的功能，比如說Re-Oredering Queue。

除在Layer 2的改變外，RRC狀態及狀態間的切換也有一些不同。如RRC狀態圖所示，在之前WCDMA Release 99介紹中，我們提過RRC可簡單分為除了閒置下的Idle Mode外，還有連線中的Connected Mode。其中Connected Mode可進一步分成4個狀態：CELL_DCH State、CELL_FACH State、CELL_PCH State及URA_PCH State。

而在HSDPA的文章中，也曾討論HSDPA，包括它所使用的頻道，只會在CELL_DCH下運作。但是Release 7打破了這項限制。為更廣泛地使用有效率的HS-DSCH，在Connected Mode中的其它狀態下，也就是CELL_FACH、CELL_PCH和URA_PCH，手機一樣可以接收HS-DSCH(High Speed Downlink Shared Channel)上的資料。

因此，對於少量的資料，手機不用回到CELL_DCH就能在短時間內速下載這些資料。



除此之外，為讓使用者對於間歇性資料傳輸效率更加滿意，這一版的規格進一步減少狀態轉變間所需時間。比如說：從CELL_PCH回到CELL_DCH。在之前的規格中，手機在CELL_PCH聽到網路呼叫後，需要先切換到CELL_FACH，然後利用Cell Update(細胞更新)程序通知網路，再聽由網路的指示進入CELL_DCH。

但在Release 7，由於在CELL_PCH下，手機可以接收HS-DSCH，因此也可以接收到在HS-DSCH上的RRC訊息。這些訊息可能直接命令手機進入CELL_DCH，省去Cell Update程序，也簡化上述的流程，減少狀態轉變間所需時間。

Release 7新增頻道對應

為達成這樣的目標，我們可以猜到舊有的頻道對應也需要被修改。Release 7頻道對應圖描述了Release 7的頻道對應關係。在Release 7中沒有新增的頻道，不管是Logical Channel、Transport Channel、或是Physical Channel。但是為了充分利用HS-DSCH這個Transport Channel，它新增Logical Channel與Transport Channel間的對應，即Release 7頻道對應圖中的紅線。

這些新的對應，也暗示著要有1個能處理這些對應的MAC，也就是 MAC-ehs。在不同狀況下，除了DTCH外，BCCH、PCCH、CCCH、及DCCH都可以利用HS-DSCH傳送。如此一來，我們可以在 CELL_PCH上利用HS-DSCH傳送DCCH(如上面例子中提到的RRC訊息)，加速狀態間的切換。



Release 7更允許在某些情形下，比如說低速資料傳輸，允許不傳HS-SCCH，這個在HSDPA中用來通知手機接下來是否有資料的頻道，省下一些碼和功率。但手機要怎麼知道接下來要不要去HS-PDSCH接收資料呢？首先，網路會給手機1個或2個HS-PDSCH和幾個可能的Transport Block長度，接下來手機就去聽這些HS-PDSCH上的資料，利用這幾種可能嘗試解讀上面的資料。

如果成功的話，就像HSDPA運作流程一樣回送ACK；網路端若未收到ACK，如HS-SCCH-less圖所示，網路再利用HS-SCCH來通知手機。在這種模式下，只有重傳的時候需要用到HS-SCCH。



簡單來說，HSPA+的改變主要可以分為2大類：提升傳輸輸率及使整個系統運作更有效率。在傳輸速率方面，利用MIMO及更有效率的調變技術，HSPA+進一步增加了傳輸速率。在系統運作方面，原本只用在HSDPA傳輸資料的頻道，亦可被用在其它狀態下以及用來傳輸控制訊號；在某些情形下，有些頻道甚至可被省略，以減少資源使用。（本文作者陳怡弘／Qualcomm資深工程師）