對高速移動分組數據業務的支持能力是3G系統最重要的特點之一。UMTS-R99版本可以提供384kbps的數據速率，這個速率對于大部分現有的分組業務而言基本夠用。然而，對于許多對流量和遲延要求較高的數據業務如視頻、流媒體和下載等，需要系統提供更高的傳輸速率和更短的時延。

為了更好地發展數據業務，3GPP對空中接口作了改進，引入了HSDPA技術。HSDPA（High Speed Droplink Packet Access）技術不但支持高速不對稱數據服務，而且在大大增加網絡容量的同時還能使運營商投入成本最小化。它為UMTS更高數據傳輸速率和更高容量提供了一條平穩的演進途徑，就如在GSM網絡中引入EDGE一樣。HSDPA的發展分為三階段，即基本HSDPA階段、增強HSDPA階段以及HSDPA進一步演進階段。

1、基本原理

UMTS R5版本高速數據業務增強方案充分參考了cdma2000-1X-EV-DO的設計思想與經驗，新增加一條高速共享信道(HS-DSCH)，同時采用了一些更高效的自適應鏈路層技術。共享信道使得傳輸功率、PN碼等資源可以統一利用，根據用戶實際情況動態分配，從而提高了資源的利用率。自適應鏈路層技術根據當前信道的狀況對傳輸參數進行調整，如快速鏈路調整技術、結合軟合并的快速混合重傳技術、集中調度技術等，從而盡可能地提高系統的吞吐率。

基于演進考慮，HSDPA設計遵循的準則之一是盡可能地兼容R99版本中定義的功能實體與邏輯層間的功能劃分。在保持R99版本結構的同時，在NodeB(基站)增加了新的媒體接入控制(MAC)實體MAC-hs，負責調度、鏈路調整以及混合ARQ控制等功能。這樣使得系統可以在RNC統一對用戶在HS-DSCH信道與專用數據信道DCH之間切換進行管理。HSDPA引入的信道使用與其它信道相同的頻點，從而使得運營商可以靈活地根據實際業務情況對信道資源進行靈活配置。HSDPA信道包括高速共享數據信道(HS-DSCH)以及相應的下行共享控制信道(HS-SCCH)和上行專用物理控制信道(HS-DPCCH)。下行共享控制信道(HS-SCCH)承載從MAC-hs到終端的控制信息，包括移動臺身份標記、H-ARQ相關參數以及HS-DSCH使用的傳輸格式。這些信息每隔2ms從基站發向移動臺。上行專用物理控制信道(HS-DPCCH)則由移動臺用來向基站報告下行信道質量狀況并請求基站重傳有錯誤的數據塊。

共享高速數據信道(HS-DSCH)映射的信道碼資源由15個擴頻因子固定為16的SF碼構成。不同移動臺除了在不同時段分享信道資源外，還分享信道碼資源。信道碼資源共享使系統可以在較小數據包傳輸時僅使用信道碼集的一個子集，從而更有效地使用信道資源。此外，信道碼共享還使得終端可以從較低的數據率能力起步，逐步擴展，有利于終端的開發。從共用信道池分配的信道碼由RBS根據HS-DSCH信道業務情況每隔2ms分配一次。與專用數據信道使用軟切換不同，高速共享數據信道(HS-DSCH)間使用硬切換方式。

2、關鍵技術

數據業務與語音業務具有不同的業務特性。語音業務通常對延時敏感，對于速率恒定性要求較高，而對誤碼率要求則相對較弱；數據業務則相反，通常可以容忍短時延時，但對誤碼率要求高。HSDPA參考cdma2000-1X-EV-DO體制，充分考慮到數據業務特點，采用了快速鏈路調整技術、結合軟合并的快速混合重傳技術、集中調度技術等鏈路層調整技術。

1）快速鏈路調整技術

如前所述，數據業務與語音業務具有不同的業務特性。語音通信系統通常采用功率控制技術以抵消信道衰落對于系統的影響，以獲得相對穩定的速率，而數據業務相對可以容忍延時，可以容忍速率的短時變化。因此HSDPA不是試圖去對信道狀況進行改善，而是根據信道情況采用相應的速率。由于HS-DSCH每隔2ms就更新一次信道狀況信息，因此，鏈路層調整單元可以快速跟蹤信道變化情況，并通過采用不同的編碼調制方案來實現速率的調整。

當信道條件較好時，HS-DSCH采用更高效的調制方法--16QAM，以獲得更高的頻帶利用率。理論上，xQAM調制方法雖然能提高信道利用率，但由于調制信號間的差異性變小，因此需要更高的碼片功率，以提高解調能力。因此，xQAM調制方法通常用于帶寬受限的場合，而非功率受限的場合。在HSDPA中，通常靠近基站的用戶接收信號功能相對較強，可以得到xQAM調制方法帶來的好處。

此外，WCDMA是語音數據合一型系統，在保證語音業務所需的公共以及專用信道所需的功率外，可以將剩余功率全部用于HS-DSCH，以充分利用基站功率。

2）結合軟合并的混合重傳(HARQ)技術

終端通過HARQ機制快速請求基站重傳錯誤的數據塊，以減輕鏈路層快速調整導致的數據錯誤帶來的影響。終端在收到數據塊后5ms內向基站報告數據正確解碼或出現錯誤。終端在收到基站重傳數據后，在進行解碼時，結合前次傳輸的數據塊以及重傳的數據塊，充分利用它們攜帶的相關信息，以提高譯碼概率。基站在收到終端的重傳請求時，根據錯誤情況以及終端的存儲空間，控制重傳相同的編碼數據或不同的編碼數據（進一步增加信息冗余度），以幫助提高終端糾錯能力。

3）集中調度技術

集中調度技術是決定HSDPA性能的關鍵因素。cdma2000-1X-EV-DO以及HSDPA追求的是系統級的最優，如最大扇區通過率，集中調度機制使得系統可以根據所有用戶的情況決定哪個用戶可以使用信道，以何種速率使用信道。集中調度技術使得信道總是為與信道狀況相匹配的用戶所使用，從而最大限度地提高信道利用率。

信道狀況的變化有慢衰落與快衰落兩類。慢衰落主要受終端與基站間距離影響，而快衰落則主要受多徑效應影響。數據速率相應于信道的這兩種變化也存在短時抖動與長時變化。數據業務對于短時抖動相對可以容忍，但對于長時抖動要求則較嚴。好的調度算法既要充分利用短時抖動特性，也要保證不同用戶的長時公平性。亦即，既要使得最能充分利用信道的用戶使用信道以提高系統吞吐率，也要使得信道條件相對不好的用戶在一定時間內能夠使用信道，也保證業務連續性。

常用的調度算法包括比例公平算法、乒乓算法、最大CIR算法。乒乓算法不考慮信道變化情況；比例公平算法既利用短時抖動特性也保證一定程度的長時公平性；最大CIR算法使得信道條件較好的少數用戶可以得到較高的吞吐率，多數用戶則有可能得不到系統服務。

3、對系統性能的影響

HSDPA對系統性能的影響包括兩個業務與系統吞吐率兩個層面。快速鏈路層調整技術最大限度地利用了信道條件，并使得基站以接近最大功率發射信號；集中調度技術使得系統獲得系統級的多用戶分集好處；高階調制技術則提高了頻譜利用率以及數據速率。這些技術的綜合使用使得系統的吞吐率獲得顯著提高。同時，用戶速率的提高以及HARQ技術的使用使得TCP/UDP性能得到改善，從而提高了業務性能。但是，業務性能的提高程度與業務模型有關。

作為WCDMA-R5版本高速數據業務增強技術，HSDPA通過采用時分共享信道以及快速鏈路調整、集中調度、HARQ等技術提高了系統的數據吞吐率以及業務性能，同時保證系統的前向兼容，除在RBS增加相應的MAC模塊外，不對系統結構帶來其它影響，從而有利于系統的靈活部署。 

4、HSPA的研究演進階段

3 GPP對HSPA的演進確定了3個階段：

第1階段：基本HSDPA（R5）

HSDPA（R5）引進一些新的基礎特性，包括：由控制信道支持的高速下行共享信道；自適應調制（QPSK與16QAM）和速率匹配；基站的共享媒體高速訪問控制（MAC-hs）。下行峰值速率可達10Mb/s以上。

第2階段：HSDPA+HSUPA（R6）

HSDPA+HSUPA(R6)將引入基于波束成形技術的智能天線和多輸入多輸出（MIMO）技術的天線陣列處理技術，通過優化HSDPA使其峰值速率提高到30Mb/s，而高速上行分組接入（HSUPA，High Speed Uplink Packed Access）的峰值速率可達5.76Mb/s。HSUPA綜合干擾情況和基站處理資源狀態來調度上行UE的數據速率，提高上行專用傳輸信道性能；同時通過HARQ（Hybrid ARQ，混合自動重傳請求）提高空中接口的茁壯性。HSUPA的引入將使網絡在上、下行鏈路速率達到相對平衡，以利于開拓新業務。

第3階段：HSOPA

3GPP計劃利用OFDM技術和64QAM調制使HSOPA（HSOPA，High Speed OFDM Packed Access，基于OFDM的高速分組接入）的峰值速率達到50Mb/s以上。擬采用的技術包括：結合更高調制方案和陣列處理的正交頻分復用（OFDM）物理層；具有快速調度算法的MAC-hs/OFDM，根據空中接口質量為每一個終端選擇專用子載波，從而優化傳輸性能；利用作為控制實體的多標準MAC (Mx-MAC)，實現正交頻分多址（OFDMA）和碼分多址（CDMA）信道間的快速交換。

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