W-CDMA規範可以說是最具有雄心且複雜的無線通訊標準，許多新功能的增加無非是要增進系統的功能、加速資料的傳輸數率，其中一個自Release 99之後最重大的改變是編入高速下鏈封包存取(High Speed Downlink Packet Access，HSDPA)...
W-CDMA規範可以說是最具有雄心且複雜的無線通訊標準，許多新功能的增加無非是要增進系統的功能、加速資料的傳輸數率，其中一個自Release 99之後最重大的改變是編入高速下鏈封包存取(High Speed Downlink Packet Access，HSDPA)。
本文將先介紹全球企業界概況與3GPP規格的演進，接著探討HSDPA實體層與傳輸層的主要改變，如新的連接適應技術、實體通道的架構、調變與編碼技術等。
HSDPA技術允許高速率的資料下鏈，可以讓W-CDMA系統與其他高速率無線技術競爭。就如你所知，HSDPA對應W-CDMA就好像GPRS對應GSM一樣，這是一個在不改變整個系統架構、升級及增加現有行動通訊基礎建設的過渡技術，有些討論將其視為3.5G的技術(圖1)，HSDPA被列在3GPP Release 5 W-CDMA規格中，為網路容量與加速五倍的資料傳輸速率提供雙重的改善。
首先讓我門來看看全球各區域網路供應商部署的狀況：
‧日本－NTT DoCoMo是全球網路供應商的龍頭，計劃今年第四季開始從事第一個電子商務的服務。
‧中國－網路供應商預期同時部署W-CDMA與HSDPA，計劃今年底至明年初對HSDPA實測(尚須以3G執照發放時間與手機是否可取得為參考)。
‧歐洲－會比日本要慢上一年，因為必須要等到Release 99的服務開始回收，才會對是否升級至HSDPA的基地台考慮，而Vodafone已將HSDPA/HSUPA列為未來的方向，但未來一年還是集中於W-CDMA的營運。
可以預期的是，一些較晚提供W-CDMA服務的網路業者，將會直接提供HSPDA的服務，包含中國、一些歐洲網路供應商以及美國。就手機的製造商來看，許多晶片製造商已經在2004年初開始研發，市場上還未有相關手機，但主要大廠早已躍躍欲試，就等網路業者的需求。
在1999年12月，ETSI凍結了W-CDMA Release 99版本而發行了CD，但自1999年12月後，有超過6500個新特色未被編輯上Release 99規格，而在2000年時被提出來討論，這些改變的新特色被視為絕對必要，考量在Release 99規格中所遺漏或模糊的地方，在未來發行的版本再加入，如Release 5、Release 6的版本。這些先後所發行的ETSI/3GPP規範如表1所示，每一版本主要的特色也列入其中。Release 96與Release 97就是俗稱「GSM Phase II+」。而Release 4原本要叫做「Release 2000」，但由於年度發行的時間延遲而放棄。而在Release 99之後所有GSM的文件都將原先文件的編號再加上40，以區別GSM Phase II的「4」的版本及Release 96的「5」的版本。接下來的內容是在探討最近發行的Release 5與Release 6的版本。
在Release 5中，主要的新特色是在網路端增加IP-based的多媒體服務(IP-based Multimedia Ser-vices，IMS)，以及在無線接取的HSDPA，本文也將著重HSDPA的技術，Release 99版本再加入可變的調變機制與其它技術來支援高速線傳資料，同時也讓無線電頻譜更有效率的演進。此外，Release 5也包含一些次要的功能：新的寬頻適應性多重速率(wideband Adaptive Multi-Rate，AMR)編解碼，提供語音品質的改進。Release 6的版本著重改進系統容量、服務品質、多重媒介以封包為單位的服務，雖然Release 6還未被凍結版本(原先預計為2004年9月)，但已經被定義得很完整，主要的特色很可能被稱為Multimedia Broadcast Multicast Service(MBMS)，其他於網路端的特色如IMS(Implementation Improvements)、WLAN-UMTS的相互連結、PoC(Push-to-Talk)等。而無線接取端則是EUDCH(Enhanced Uplink for Dedicated Channels)，它引進類似HSDPA的技術，來提升涵蓋範圍傳輸速率，其他次要的特色功能則包含智慧型天線與新的頻段UMTS 850與UMTS 1.7/2.1GHz。所有的新功能特色都在3GPP Project Plan(www.3gpp.org/ ftp/Information/WORK_PLAN/)。
HSDPA提供下鏈速率最高理論值可達14 Mbps及增加系統容量，時域多工通訊(Time Domain Multiplexing，TDM)以及碼域多工通訊(Code Domain Multiplexing，CDM)使大量的封包資料更容易傳送，與更有效的頻譜利用。增加資料傳輸速率與增強系統容量，使得終端使用者的資料傳輸的延遲更短，也使得許多多媒體應用得以實現於行動通訊系統上，且手機也可與Release 99 W-CDMA相容。
HSDPA的時框為2ms，為原本W-CDMA時槽的三分之一，因此五個HSDPA的時框等於一個W-CDMA時框。
HSDPA增加了一個下鏈傳輸通道HS-DSCH(High Speed Downlink Shared CHannel)，兩個下鏈實體通道HS-PDSCH(High Speed Physical Downlink Shared CHannel)與HS-SCCH(High Speed Shared Control CHannel)，與一個上傳實體通道；第二層(MAC Layer)可對應邏輯通道(DCCH與DTCH)至傳輸通道的HS-DSCH；在第一層的傳輸通道(HS-DSCH)可對應一個或多個實體通道(HS-PDSCH)；實體層有HS-SCCH與HS-DPCCH來控制及協助HS-DSCH傳輸。
HS-DSCH：HS-DSCH是W-CDMA Release 99下鏈共享通道(DSCH)的進化，提供時間多路通訊給不同的使用者，為獲得更高的傳輸速率與更佳的頻譜效率，快速功率控制與可變的展頻因子(Spreading Factor)，HS-DSCH以較小的封包、AMC、多重碼運作(Multi-coded Operation)與HARQ來取代，這些將陸續介紹。每一個CCTrCH(Coded Composite Transport Channel)只包含一個HS-DSCH，每一個使用者裝置只有一個HS-DSCH類型的CCTrCH，而CCTrCH可對應至一個或多個實體通道(HS-PDSCHs)。
HS-PDSCH：HS-PDSCH被使用來傳遞HS-DSCH，HS-PDSCH被分配一個固定的展頻碼為16的通道碼，多重碼傳輸是被允許的，在相同的子時框(Sub-frame)，依照使用者裝置的能力，被分配多個通道碼，來增加資料的傳輸速率。HS-PDSCH的符碼率(Symbol Rate)固定為240ksps，但是調變方式可為QPSK或16QAM(圖2)，傳輸速率可為480kbps及960kbps，而原本8PSK與64QAM也被考量，但並未被列入Release 5的規格。所有第一層的訊息都由HS-SCCH傳送，HS-PDSCH並未傳送任何第一層的資訊。
HS-SCCH：HS-SCCH傳送訊令相關資訊至HS-DSCH傳輸層，HS-SCCH的傳輸速率固定為60kbps(SF=128)，每一基地台最少要有4個HS-SCCH，最多可有32個HS-SCCH，而每一個使用者裝置需要去監視4個HS-SCCH。第一個時槽傳送HS-PDSCH接收所需的重要資訊，如通道碼組與調變機制，在接收到第一個時槽之後，使用者裝置有一個時槽的時間來解譯資訊以及準備接下來的HS-PDSCH之接收，HSDPA所使用的碼的數值可從1到15動態來改變。第二及第三的時槽傳送HS-DSCH通道編碼資訊，如傳輸區塊大小資訊、HARQ、RV等資訊。這三個時槽包含使用者裝置的資訊。
HS-DPCCH：HS-DPCCH傳送上鏈回應下鏈的HS-DSCH訊號，包含HARQ的確認(Acknowledgement)及CQI(Channel-Quality Indication)。
適應性調變與編碼(Adaptive Modulation and Coding，AMC)是連線適應技術，根據平均通道狀況，提供彈性的調變編碼機制給使用者，藉由AMC可以讓整個時框傳輸時維持固定的功率，調變及編碼格式的改變可使訊號接收品質或通道狀況在接收器維持一定。當行動台靠近基地台時，通常會被指派較高階的調變與編碼率，隨著距離的增加，也將降低相對的調變與編碼率。HSDPA的使用者裝置使用HS-DPCCH的CQI來回報通道狀況給基地台，CQI值可從0到30，每一個CQI值對應到一個傳輸區塊(Transport Block)的大小，HS-PDSCH的號碼與調變格式(表2)。舉例來說，最大的傳輸區塊大小是27952bits，對應到最高的傳輸速率為13.976Mbps(27952bits/2ms= 13.976Mbps)，使用的是16QAM，有效的編碼率為0.9714，15個HS-PDSCH(240kspsx4bits /symbolx0.9714x15=13.988Mbps～13.976Mbps，些微的差距還包含CRC位元)。
HARQ是饋入向前錯誤修正(Forward Error Correction，FEC)與ARQ方法的組合，可避免資料前次的錯誤嘗試在下一次再被解碼，這是以非同步的下鏈與同步的上鏈為基礎。HARQ內含連接適應技術，而在AMC詳細的C/I量測或類似的量測被使用來設定調變與編碼格式。在HARQ，連接層的確認被使用來決定是否重新傳送。
為了要支援快速封包傳送，封包安排功能被增加到基地台的MAC(Medium Access Control)層。根據無線通道狀況與資料量來安排封包的傳送是可行的，雖然說最高的傳輸速率應該是通道狀況最好的使用者裝置，但實際上某種程度的不公平是需要的，實際的傳輸速率絕大是依賴封包安排機制的使用，安排、調變、編碼適應與ARQ重傳都必須要非常快，因為它們必須要能跟得上在空氣介面的傳輸速率(時框的長度非常短)，快速的安排使得可以很快跟隨快速通道的改變！
增強上鏈專用通道(Enhanced Uplink Dedicated Channel，EUDCH)是最被熟知的HSUPA，目標是放在3GPP的Release 6規範中，它提供類似HSDPA的資料傳輸速率、改善涵蓋範圍及降低使用者的資料延遲。主要的應用在需要上、下鏈都需要高傳輸速率，如視訊會議。使用的技術類似HSDPA所使用的AMC、HARQ、Scheduling及較短的時框等。
另一個被許多無線通訊系統常提及的技術－MIMO(Multiple Input Multiple Output)，名字的由來是有多個天線在發射機與多個天線在接收機端(圖3)。與其他智慧型天線不同的是資料串被分送至不同的天線發射，每一個天線發射不同的資料串，主要的目的是在增加傳輸速率與頻譜效率。MIMO的系統必須要倚賴多重路徑的特性，每一個接收機收到的是不同的發射訊號的線性組合，每一接收機可以去估算通道特性，再將資料還原。理論上，系統的傳輸速率為接收機與發射機對成正比，所以2個天線的系統可以得到Release 5 HSDPA的傳輸速率的2倍。MIMO天線技術被期待併入3GPP Release 7的規格。
HSDPA是一個新的技術，併入於W-CDMA Release 5的規格，主要是對系統增加資料下鏈的傳輸速率與改善頻譜效率。
一些主要的改變如新的通道、TDM與CDM技術的組合、利用適應性調變與編碼、HARQ以及將Scheduling移至Node B等。為了要對抗其他行動通訊系統在資料傳輸的優勢，W-CDMA的HSDPA勢必在未來的行動通訊戰場上，佔有一席之地。