HSDPA技術(shù)的相關(guān)探討

隨著移動寬帶網(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(yùn)營商對于HSDPA的網(wǎng)絡(luò)的性能及部署越來越關(guān)心，HSDPA如何與WCDMAR99網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)等問題，成為大家關(guān)心的焦點。

中國運(yùn)營商也在為3G的部署積極準(zhǔn)備著，進(jìn)行各種網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計工作。

目前WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計大都是以R99版本為基礎(chǔ)的，WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)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?問題的焦點在于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)系到部署成本和時間，HSDPA的覆蓋是否和R99一致，關(guān)系到已完成的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是否重新設(shè)計、尋址和已經(jīng)部署的網(wǎng)絡(luò)是否要增加基站等結(jié)構(gòu)上的調(diào)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，HSDPA與1xEVDO具有十分相似的基本技術(shù)機(jī)制，而北電在1xEVDO市場上有超過66%的市場份額，在網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計，運(yùn)營和優(yōu)化方面積累了豐富的工程經(jīng)驗，最先實現(xiàn)了HSDPA在商用網(wǎng)中使用第三方商用終端的現(xiàn)場應(yīng)用演示，并同許多運(yùn)營商進(jìn)行了大量的外場測試，因而可以為用戶提供完整的，經(jīng)濟(jì)有效的HSDPA解決方案。本文著重探討HSDPA的覆蓋，容量及WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)向HSDPA的平滑演進(jìn)。

HSDPA技術(shù)概述

類似于1xEVDO，HSDPA引入的最主要的幾項核心技術(shù)為：

●自適應(yīng)調(diào)制與編碼(AdaptiveModulationandCoding or AMC)

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

●快速調(diào)度算法(FastScheduling)

自適應(yīng)調(diào)制與編碼是基于無線條件和終端能力進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制和編碼，它可以根據(jù)UE所測量的下行信道條件優(yōu)選調(diào)制和編碼方式，提高下行鏈路的吞吐量。比如，當(dāng)信道條件差時或干擾強(qiáng)時，選擇更高保護(hù)性的調(diào)制和編碼方式，而當(dāng)信道條件好時或干擾弱時，選擇高階調(diào)制如16-QAM和低編碼率如7/8等。換句話說，自適應(yīng)調(diào)制與編碼提供適應(yīng)無線條件的鏈路適配，每次調(diào)制及編碼的選擇均基于UE上報的CQI(ChannelQualityIndicator即無線信道質(zhì)量)和UE類別(即UE能力)做出判斷。在UE可以支持的范圍內(nèi)，無線環(huán)境好，便使用抗信道衰落能力較差的高速率調(diào)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(diào)制用于對抗信道衰落。每一2ms無線子幀中，HSDPA業(yè)務(wù)信道上的碼字的數(shù)量、編碼速率和調(diào)制方式(QPSKor 16QAM)都可以重新選擇。

混合自動重發(fā)請求技術(shù)是前向糾錯編碼FEC和ARQ技術(shù)的結(jié)合，即結(jié)合了自動重發(fā)與前向糾錯的容錯恢復(fù)機(jī)制，并使用合并前后含有相同數(shù)據(jù)單元的機(jī)制或重傳信息塊的增量冗余機(jī)制，帶來更低的剩余誤塊率，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)送時延與環(huán)回時延(roundtripdelay)。H-ARQ重傳是在物理層上實現(xiàn)的，它能有效的增加無線鏈路的數(shù)據(jù)吞吐量，減小重傳的時延，從而提高整個扇區(qū)的吞吐量。HSDPA支持兩種合并機(jī)制：對基站重發(fā)相同的分組包進(jìn)行前后合并或?qū)局匕l(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終端具有專供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用的更大的內(nèi)存空間。

快速調(diào)度算法是在動態(tài)復(fù)雜的無線環(huán)境下使多用戶更有效地使用無線資源，提高整個扇區(qū)的吞吐量。調(diào)度算法功能實現(xiàn)于基站，采用了時分加碼分的技術(shù)，而且用戶對于共享信道的使用權(quán)每一個2ms無線子幀都可以重新調(diào)度，反應(yīng)速度大大提高。調(diào)度算法可以綜合評估多方因素，在實施HSDPA分組調(diào)度時，調(diào)度算法會根據(jù)事先掌握的信息如：

●每個傳輸時間間隔(TTI)階段可用的碼資源和功率資源

●UE上報的無線信道質(zhì)量CQI

●以前發(fā)送數(shù)據(jù)是否被正確接收的反饋信息(ACK/NACK)

●將要傳送數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級等

在多用戶中實施快速調(diào)度和無線資源的最優(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個專用控制信道(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(kuò)頻因子為SF256；

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

●下行還引入了最多4個公用控制信道(HS-SCCH)，用以承載業(yè)務(wù)信道的控制信令，使用的擴(kuò)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(tǒng)的容量，如何配置該信道的數(shù)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。由于下行采用了時分加碼分，以前的軟切換不再適用，小區(qū)間的切換變成了快速重選。在上行，軟切換機(jī)制與R99相同，參與軟切換的小區(qū)都是激活集成員。下行快速重選的目標(biāo)小區(qū)也必須是激活集成員，主小區(qū)更新的決定權(quán)在RNC，它根據(jù)UE測量上報的測量結(jié)果作出選擇。

HSDPA的覆蓋

對于無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃所依據(jù)的上行鏈路而言，R99版的設(shè)計中，城市一般是以CS64為上行連續(xù)覆蓋的無線承載以提供相應(yīng)的保證業(yè)務(wù)，也就是說小區(qū)的最大覆蓋半徑是以該無線承載為基準(zhǔn)的，因而可提供該無線承載的連續(xù)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等各種組合的無線承載，在小區(qū)邊緣至少可以取上行PS64配合下行PS64的無線承載提供分組高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。對于HSDPA，相應(yīng)的無線承載為上行基于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等組合的無線承載，而在小區(qū)邊緣至少可以取上行PS64的DCH無線承載。

由于R5在上行增加了物理層的HS-DPCCH信道用于傳送UE上報的下行無線信道質(zhì)量CQI和以前發(fā)送數(shù)據(jù)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(yù)算而言的。實際上HSDPA可以至少取上行PS64專用信道配合下行HSDPA信道提供分組高速數(shù)據(jù)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(zhǔn)設(shè)計的無線網(wǎng)絡(luò)與基于PS64專用信道為覆蓋基準(zhǔn)的HSDPA具有相當(dāng)?shù)母采w能力，注意這里的前提是R5版本的無線網(wǎng)絡(luò)對上行業(yè)務(wù)的QoS要求保持與R99相同。在這個意義上，一個規(guī)劃合理的R99版本的無線網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)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(jié)構(gòu)做大的調(diào)整。

HSDPA的容量

根據(jù)WCDMA無線網(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。如果用吞吐量來表征容量，它可以從幾個方面來衡量：單用戶峰值數(shù)據(jù)速率，多用戶時平均每用戶吞吐量，多用戶時扇區(qū)平均吞吐量等。此外，容量還受到終端能力，無線環(huán)境，接入下行共享信道的用戶數(shù)，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，每一個承載的可用功率受限于基站配置參數(shù)所允許的范圍，它是PA功率的一部分。HSDPA下行用戶可使用配置給HSDPA的全部功率。通常HSDPA的容量分析首先是確定HSDPA在單獨(dú)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。

單用戶峰值數(shù)據(jù)速率一般是指在理想的無線環(huán)境下，系統(tǒng)所支持的各類終端的最高下行速率，體現(xiàn)的是系統(tǒng)和終端所能實現(xiàn)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(guī)劃的參考點。

多用戶時平均每用戶吞吐量，多用戶時扇區(qū)平均吞吐量等容量指標(biāo)通常取為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的依據(jù)。實際環(huán)境下的容量需要借助仿真來估計。類似于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，首先要確定各個下行信道的功率配置，具體的方法是：(1)由上行鏈路預(yù)算求出小區(qū)最大路徑損耗，(2)以該路徑損耗對應(yīng)的小區(qū)半徑計算90%區(qū)域可靠度所要求的導(dǎo)頻功率，(3)以導(dǎo)頻功率為參考計算其他公用信道的功率配置，(4)計算90%區(qū)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的可用功率通過仿真確定吞吐量。比如，在基于R99版的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計條件下，取城市環(huán)境，步行用戶多徑信道模型，6類UE無接收分集，仿真可得出HSDPA在單獨(dú)載頻部署方式下的扇區(qū)平均吞吐量約為1～2Mbps之間，接收分集的增益約為15%。多用戶時平均每用戶吞吐量則隨同時激活的用戶數(shù)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(qiáng)，HSDPA既可以使用單獨(dú)載頻方式，也可以和R99共享同一個載頻，此時需要HSDPA和R99信道間的動態(tài)功率共享才能有效地工作。在部署初期，由于3G用戶數(shù)處于發(fā)展階段，數(shù)據(jù)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)在同一個載波上實現(xiàn)，即支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也能夠支持話音、可視電話業(yè)務(wù)，是一個比較經(jīng)濟(jì)的部署方案。同時，OVSF碼的分配也是需要考慮的因素。比如初期采用靜態(tài)預(yù)留碼資源管理算法，可根據(jù)業(yè)務(wù)比例預(yù)留給HSDPA適當(dāng)?shù)拇a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(yùn)營商在HSDPA部署初期均計劃使用一個載波同時支持R99和HSDPA的業(yè)務(wù)。HSDPA將主要針對大城市的密集地區(qū)等有高速數(shù)據(jù)需求的地區(qū)，使具有HSDPA能力的小區(qū)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(yīng)集中在HSDPA部署區(qū)域的邊界，否則會引起系統(tǒng)開銷過大和影響用戶體驗。當(dāng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸成熟，用戶大量增加使得網(wǎng)絡(luò)負(fù)載達(dá)到設(shè)計目標(biāo)時，可以增加第二個載波來緩解容量的壓力，并根據(jù)需求擴(kuò)大其覆蓋區(qū)域。那么，第二個載波是R99和HSDPA混合使用，還是單獨(dú)用于HSDPA呢?這完全取決于當(dāng)時用戶的使用特性，如果R99的業(yè)務(wù)和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)同時增長，那么，兩個載波都配置成同時支持R99和HSDPA；如果高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求非常突出，可以考慮將一個載波單獨(dú)配置成只支持HSDPA。

結(jié)語

HSDPA與1xEVDO都支持高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，具有十分相似的基本技術(shù)機(jī)制，在產(chǎn)品實現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計、優(yōu)化和實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，迄今已部署了11個1xEVDO網(wǎng)絡(luò)，有超過66%的市場份額。通過3年的實際部署，積累了豐富的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計，運(yùn)營和優(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，尤其是率先實現(xiàn)了HSDPA在商用網(wǎng)中使用第三方商用終端的現(xiàn)場應(yīng)用演示的里程碑，因而可以為用戶提供完整的，經(jīng)濟(jì)有效的HSDPA商用解決方案。