HSDPA技術(shù)的相關(guān)探討

隨著(zhù)移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò )技術(shù)HSDPA(高速下行分組接入)商用化進(jìn)程的加速，運營(yíng)商對于HSDPA的網(wǎng)絡(luò )的性能及部署越來(lái)越關(guān)心，HSDPA如何與WCDMAR99網(wǎng)絡(luò )聯(lián)合組網(wǎng)等問(wèn)題，成為大家關(guān)心的焦點(diǎn)。

中國運營(yíng)商也在為3G的部署積極準備著(zhù)，進(jìn)行各種網(wǎng)絡(luò )規劃和設計工作。

目前WCDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的規劃設計大都是以R99版本為基礎的，WCDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的規劃設計不能不考慮網(wǎng)絡(luò )的平滑演進(jìn)，為網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展留下空間和余地。如何考慮R99和HSDPA的網(wǎng)絡(luò )部署呢?問(wèn)題的焦點(diǎn)在于HSDPA的平滑升級、覆蓋和容量等。HSDPA的部署中是否可以將硬件非常平滑地升級直接關(guān)系到部署成本和時(shí)間，HSDPA的覆蓋是否和R99一致，關(guān)系到已完成的網(wǎng)絡(luò )規劃是否重新設計、尋址和已經(jīng)部署的網(wǎng)絡(luò )是否要增加基站等結構上的調整，HSDPA和R99業(yè)務(wù)共享同一載波，還是需要新增載波等等。

其實(shí)，HSDPA與1xEVDO具有十分相似的基本技術(shù)機制，而北電在1xEVDO市場(chǎng)上有超過(guò)66%的市場(chǎng)份額，在網(wǎng)絡(luò )的規劃設計，運營(yíng)和優(yōu)化方面積累了豐富的工程經(jīng)驗，最先實(shí)現了HSDPA在商用網(wǎng)中使用第三方商用終端的現場(chǎng)應用演示，并同許多運營(yíng)商進(jìn)行了大量的外場(chǎng)測試，因而可以為用戶(hù)提供完整的，經(jīng)濟有效的HSDPA解決方案。本文著(zhù)重探討HSDPA的覆蓋，容量及WCDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )向HSDPA的平滑演進(jìn)。

HSDPA技術(shù)概述

類(lèi)似于1xEVDO，HSDPA引入的最主要的幾項核心技術(shù)為：

●自適應調制與編碼(AdaptiveModulationandCoding or AMC)

●混合自動(dòng)重發(fā)請求(HybridAutomaticRequestor H-ARQ)

●快速調度算法(FastScheduling)

自適應調制與編碼是基于無(wú)線(xiàn)條件和終端能力進(jìn)行自適應調制和編碼，它可以根據UE所測量的下行信道條件優(yōu)選調制和編碼方式，提高下行鏈路的吞吐量。比如，當信道條件差時(shí)或干擾強時(shí)，選擇更高保護性的調制和編碼方式，而當信道條件好時(shí)或干擾弱時(shí)，選擇高階調制如16-QAM和低編碼率如7/8等。換句話(huà)說(shuō)，自適應調制與編碼提供適應無(wú)線(xiàn)條件的鏈路適配，每次調制及編碼的選擇均基于UE上報的CQI(ChannelQualityIndicator即無(wú)線(xiàn)信道質(zhì)量)和UE類(lèi)別(即UE能力)做出判斷。在UE可以支持的范圍內，無(wú)線(xiàn)環(huán)境好，便使用抗信道衰落能力較差的高速率調制編碼，提高峰值速率；反之則需要較多的編碼比特和低階調制用于對抗信道衰落。每一2ms無(wú)線(xiàn)子幀中，HSDPA業(yè)務(wù)信道上的碼字的數量、編碼速率和調制方式(QPSKor 16QAM)都可以重新選擇。

混合自動(dòng)重發(fā)請求技術(shù)是前向糾錯編碼FEC和ARQ技術(shù)的結合，即結合了自動(dòng)重發(fā)與前向糾錯的容錯恢復機制，并使用合并前后含有相同數據單元的機制或重傳信息塊的增量冗余機制，帶來(lái)更低的剩余誤塊率，從而減少高層協(xié)議RLC層的重發(fā)和降低下行分組包的發(fā)送時(shí)延與環(huán)回時(shí)延(roundtripdelay)。H-ARQ重傳是在物理層上實(shí)現的，它能有效的增加無(wú)線(xiàn)鏈路的數據吞吐量，減小重傳的時(shí)延，從而提高整個(gè)扇區的吞吐量。HSDPA支持兩種合并機制：對基站重發(fā)相同的分組包進(jìn)行前后合并或對基站重發(fā)含有不同編碼(即冗余信息)的分組包進(jìn)行增量冗余合并。HSDPA終端要求同時(shí)支持前后合并和增量冗余兩種方式，然而增量冗余要求HSDPA終端具有專(zhuān)供高速數據業(yè)務(wù)使用的更大的內存空間。

快速調度算法是在動(dòng)態(tài)復雜的無(wú)線(xiàn)環(huán)境下使多用戶(hù)更有效地使用無(wú)線(xiàn)資源，提高整個(gè)扇區的吞吐量。調度算法功能實(shí)現于基站，采用了時(shí)分加碼分的技術(shù)，而且用戶(hù)對于共享信道的使用權每一個(gè)2ms無(wú)線(xiàn)子幀都可以重新調度，反應速度大大提高。調度算法可以綜合評估多方因素，在實(shí)施HSDPA分組調度時(shí)，調度算法會(huì )根據事先掌握的信息如：

●每個(gè)傳輸時(shí)間間隔(TTI)階段可用的碼資源和功率資源

●UE上報的無(wú)線(xiàn)信道質(zhì)量CQI

●以前發(fā)送數據是否被正確接收的反饋信息(ACK/NACK)

●將要傳送數據塊的優(yōu)先級等

在多用戶(hù)中實(shí)施快速調度和無(wú)線(xiàn)資源的最優(yōu)使用，提高頻譜的使用效率。

HSDPA引入的新增信道有：

●上行引入了1個(gè)專(zhuān)用控制信道(HS-DPCCH)，供UE上報H-ARQ要求的ACK/NACK和所測下行信道的質(zhì)量CQI，使用的擴頻因子為SF256；

●下行引入了最多15個(gè)碼分多址的共享業(yè)務(wù)信道(HS-PDSCH)，用以承載數據比特，使用的擴頻因子為SF16，注意這些業(yè)務(wù)信道可以供單用戶(hù)使用或供多用戶(hù)共享，仿真分析顯示當同時(shí)使用的業(yè)務(wù)信道增多時(shí)，碼間干擾增加很快；

●下行還引入了最多4個(gè)公用控制信道(HS-SCCH)，用以承載業(yè)務(wù)信道的控制信令，使用的擴頻因子為SF128，下行公用控制信道要消耗一定的功率，影響系統的容量，如何配置該信道的數目及功率要十分慎重，在HSDPA和R99共享載頻的情況下尤為關(guān)鍵。

HSDPA是基于“功率固定，速率適配優(yōu)選”的原理，而不是R99快速功率控制的原理。由于下行采用了時(shí)分加碼分，以前的軟切換不再適用，小區間的切換變成了快速重選。在上行，軟切換機制與R99相同，參與軟切換的小區都是激活集成員。下行快速重選的目標小區也必須是激活集成員，主小區更新的決定權在RNC，它根據UE測量上報的測量結果作出選擇。

HSDPA的覆蓋

對于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋規劃所依據的上行鏈路而言，R99版的設計中，城市一般是以CS64為上行連續覆蓋的無(wú)線(xiàn)承載以提供相應的保證業(yè)務(wù)，也就是說(shuō)小區的最大覆蓋半徑是以該無(wú)線(xiàn)承載為基準的，因而可提供該無(wú)線(xiàn)承載的連續覆蓋。而對PS業(yè)務(wù)而言，上下行的業(yè)務(wù)可以取上行PS64配合下行PS64，上行PS64配合下行PS128，上行PS64配合下行PS384，上行PS128配合下行PS128等各種組合的無(wú)線(xiàn)承載，在小區邊緣至少可以取上行PS64配合下行PS64的無(wú)線(xiàn)承載提供分組高速數據業(yè)務(wù)。對于HSDPA，相應的無(wú)線(xiàn)承載為上行基于PS64的DCH配合下行HSDPA，上行基于PS128的DCH配合下行HSDPA，上行基于PS384的DCH配合下行HSDPA等組合的無(wú)線(xiàn)承載，而在小區邊緣至少可以取上行PS64的DCH無(wú)線(xiàn)承載。

由于R5在上行增加了物理層的HS-DPCCH信道用于傳送UE上報的下行無(wú)線(xiàn)信道質(zhì)量CQI和以前發(fā)送數據是否被正確接收的反饋信息(ACK/NACK)，它要占用一定的UE功率。對比R99版本信道DPDCH/DPCCH的QoS要求，HS-DPCCH信道在保持不變的ACK/NACK的誤碼率及CQI的誤塊率要求的情況下需要較高的Eb/No，這是針對基于上行CS64承載為參考的鏈路預算而言的。實(shí)際上HSDPA可以至少取上行PS64專(zhuān)用信道配合下行HSDPA信道提供分組高速數據業(yè)務(wù)，考慮到CS64承載和PS64承載之間Eb/No的差別，不難得出基于R99版本中上行CS64為覆蓋基準設計的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與基于PS64專(zhuān)用信道為覆蓋基準的HSDPA具有相當的覆蓋能力，注意這里的前提是R5版本的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )對上行業(yè)務(wù)的QoS要求保持與R99相同。在這個(gè)意義上，一個(gè)規劃合理的R99版本的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，其結構應該對技術(shù)的演進(jìn)具有良好的可演進(jìn)性，并不需要對網(wǎng)絡(luò )結構做大的調整。

HSDPA的容量

根據WCDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋，質(zhì)量和容量的相互關(guān)系，HSDPA的容量同樣不是孤立的容量，而是基于前述的覆蓋半徑和網(wǎng)絡(luò )保證業(yè)務(wù)的QoS不變情況下的容量。由于引入了前述的三項核心技術(shù)，HSDPA的下行容量大大提高。如果用吞吐量來(lái)表征容量，它可以從幾個(gè)方面來(lái)衡量：?jiǎn)斡脩?hù)峰值數據速率，多用戶(hù)時(shí)平均每用戶(hù)吞吐量，多用戶(hù)時(shí)扇區平均吞吐量等。此外，容量還受到終端能力，無(wú)線(xiàn)環(huán)境，接入下行共享信道的用戶(hù)數，公用信道的功率配置，功率資源，碼資源等許多因素的影響。R99中，每一個(gè)承載的可用功率受限于基站配置參數所允許的范圍，它是PA功率的一部分。HSDPA下行用戶(hù)可使用配置給HSDPA的全部功率。通常HSDPA的容量分析首先是確定HSDPA在單獨載頻部署情況下的容量，HSDPA與R99共享載頻部署情況下的容量涉及的因素更多，這里暫不作分析。

單用戶(hù)峰值數據速率一般是指在理想的無(wú)線(xiàn)環(huán)境下，系統所支持的各類(lèi)終端的最高下行速率，體現的是系統和終端所能實(shí)現的功能和最大能力，它可以直接測試驗證，但一般不作為網(wǎng)絡(luò )規劃的參考點(diǎn)。

多用戶(hù)時(shí)平均每用戶(hù)吞吐量，多用戶(hù)時(shí)扇區平均吞吐量等容量指標通常取為網(wǎng)絡(luò )規劃的依據。實(shí)際環(huán)境下的容量需要借助仿真來(lái)估計。類(lèi)似于R99的情形，下行容量與業(yè)務(wù)信道可用功率密切相關(guān)。因此，首先要確定各個(gè)下行信道的功率配置，具體的方法是：(1)由上行鏈路預算求出小區最大路徑損耗，(2)以該路徑損耗對應的小區半徑計算90%區域可靠度所要求的導頻功率，(3)以導頻功率為參考計算其他公用信道的功率配置，(4)計算90%區域可靠度所要求的HS-SCCH功率，(5)最后得出業(yè)務(wù)信道HS-PDSCH的可用功率，(6)基于業(yè)務(wù)信道HS-PDSCH的可用功率通過(guò)仿真確定吞吐量。比如，在基于R99版的網(wǎng)絡(luò )設計條件下，取城市環(huán)境，步行用戶(hù)多徑信道模型，6類(lèi)UE無(wú)接收分集，仿真可得出HSDPA在單獨載頻部署方式下的扇區平均吞吐量約為1～2Mbps之間，接收分集的增益約為15%。多用戶(hù)時(shí)平均每用戶(hù)吞吐量則隨同時(shí)激活的用戶(hù)數而變化。

HSDPA的部署

HSDPA具有對R99版本的兼容性，它是對R99功能的增強，HSDPA既可以使用單獨載頻方式，也可以和R99共享同一個(gè)載頻，此時(shí)需要HSDPA和R99信道間的動(dòng)態(tài)功率共享才能有效地工作。在部署初期，由于3G用戶(hù)數處于發(fā)展階段，數據業(yè)務(wù)量不大，加之WCDMA每載波5MHz的帶寬、容量顆粒度大的特性，可以將HSDPA和R99業(yè)務(wù)在同一個(gè)載波上實(shí)現，即支持高速數據業(yè)務(wù)，也能夠支持話(huà)音、可視電話(huà)業(yè)務(wù)，是一個(gè)比較經(jīng)濟的部署方案。同時(shí)，OVSF碼的分配也是需要考慮的因素。比如初期采用靜態(tài)預留碼資源管理算法，可根據業(yè)務(wù)比例預留給HSDPA適當的碼資源，既支持了HSDPA下行足夠大的吞吐量，又兼顧了R99業(yè)務(wù)需求，保證電路域業(yè)務(wù)不受影響。歐洲運營(yíng)商在HSDPA部署初期均計劃使用一個(gè)載波同時(shí)支持R99和HSDPA的業(yè)務(wù)。HSDPA將主要針對大城市的密集地區等有高速數據需求的地區，使具有HSDPA能力的小區連片，避免頻繁的R99和R5間的信道切換，即HSDPA與R99信道間的切換應集中在HSDPA部署區域的邊界，否則會(huì )引起系統開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大和影響用戶(hù)體驗。當數據業(yè)務(wù)逐漸成熟，用戶(hù)大量增加使得網(wǎng)絡(luò )負載達到設計目標時(shí)，可以增加第二個(gè)載波來(lái)緩解容量的壓力，并根據需求擴大其覆蓋區域。那么，第二個(gè)載波是R99和HSDPA混合使用，還是單獨用于HSDPA呢?這完全取決于當時(shí)用戶(hù)的使用特性，如果R99的業(yè)務(wù)和高速數據業(yè)務(wù)同時(shí)增長(cháng)，那么，兩個(gè)載波都配置成同時(shí)支持R99和HSDPA；如果高速數據業(yè)務(wù)要求非常突出，可以考慮將一個(gè)載波單獨配置成只支持HSDPA。

結語(yǔ)

HSDPA與1xEVDO都支持高速移動(dòng)數據業(yè)務(wù)，具有十分相似的基本技術(shù)機制，在產(chǎn)品實(shí)現、網(wǎng)絡(luò )規劃設計、優(yōu)化和實(shí)施上都具有許多一致的理念，可以互相借鑒和共享。北電自2002年商用1xEVDO網(wǎng)絡(luò )來(lái)，迄今已部署了11個(gè)1xEVDO網(wǎng)絡(luò )，有超過(guò)66%的市場(chǎng)份額。通過(guò)3年的實(shí)際部署，積累了豐富的網(wǎng)絡(luò )規劃設計，運營(yíng)和優(yōu)化經(jīng)驗，基于CDMA經(jīng)驗，北電HSDPA產(chǎn)品的研發(fā)和商用進(jìn)程也在業(yè)界領(lǐng)先，尤其是率先實(shí)現了HSDPA在商用網(wǎng)中使用第三方商用終端的現場(chǎng)應用演示的里程碑，因而可以為用戶(hù)提供完整的，經(jīng)濟有效的HSDPA商用解決方案。