作者：郭寶  高謙（山西移動通信有限責任公司 030001）

    摘要：本文介紹了HSDPA的發(fā)展背景，針對HSDPA的主要技術特點，依據(jù)市場發(fā)展規(guī)劃、用戶需求等方面對HSDPA部署進行探討，并對HSDPA的覆蓋與容量方面進行規(guī)劃分析。

    要害詞：HSDPAAMCHARQ QPSK 16QAM

    1  HSDPA發(fā)展背景

    市場競爭是目前運營商推動HSDPA發(fā)展的最現(xiàn)實因素，運營商可以通過部署HSDPA對抗CDMA2000運營商的競爭，同時，也通過HSDPA與其他WCDMA運營商競爭。與WCDMAR99/R4版本相比，提供更高的接入速率是HSDPA最大的技術優(yōu)勢，為了對抗CDMA20001xEV-DO的相對較R99/R4高的數(shù)據(jù)承載速率，WCDMA運營商選擇高起點的版本尋求差異化競爭優(yōu)勢，積極部署HSDPA以爭取3G業(yè)務上的后發(fā)優(yōu)勢。

    HSDPA是3GPPR5中引入的一種新技術，其主要目標是為UMTS提供一種高下行帶寬、低延遲的分組無線寬帶接入業(yè)務。HSDPA堅持平滑演進的理念，對R99結構做了較小的修改，新增MAC-hs層實現(xiàn)快速自動重傳、快速調(diào)度以及自適應調(diào)制和編碼，并在物理層新增3個專用信道（HS-PDSCH、HS-SCCH、HS-DPCCH）。HSDPA應用了一些新技術：AMC（AdaptiveModulationand Coding），即自適應調(diào)制和編碼；HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request），即混合自動重傳；Fast Scheduling，快速調(diào)度。

    2  HSDPA的覆蓋與容量分析

    2．1HSDPA覆蓋范圍計算：

    HSDPA使用服務小區(qū)更新即硬切換，HS-PDSCH信道不支持軟切換，因此沒有切換增益。處于小區(qū)邊緣的HSDPA用戶可以使用硬切換或者使用CELL_DCH（HS-PDSCH）到CELL_DCH（DCH）狀態(tài)遷移的方式進行小區(qū)切換。由于HS-PDSCH使用SF=16的擴頻因子，其處理增益要小一些，與R99相比，HSDPA覆蓋半徑比CS12.2k話音（SF=128）要小，但比PS384k（SF=8）大，由于HSDPA可以給一個鏈接提供較大的信道功率，大致可以認為HSDPA的系統(tǒng)覆蓋半徑與R99的低速PS業(yè)務一致，如PS64k（SF=64）。

    由于城區(qū)基站的小區(qū)半徑不一致，在中心熱點地區(qū)更是通過多重覆蓋方法來解決覆蓋、容量問題，在本文中不探討HSDPA的覆蓋半徑，直接認為HSDPA的低速業(yè)務等同于R99的低速PS業(yè)務。本文中以覆蓋率的方式探討HSDPA的流量變化，探討HSDPA用戶的速率與基站覆蓋率之間的關系。例如當用戶業(yè)務速率較高時（達到500kbit/s時），用戶不應該遠離基站，否則HSDPA系統(tǒng)會加大信道功率，對鄰區(qū)用戶造成較大干擾。HSDPA業(yè)務流量與PS384kbit/s業(yè)務流量與覆蓋率的關系如圖1。

    圖1  HSDPA與R99PS384k業(yè)務流量/覆蓋率比較

    圖1中紅線代表R99的流量，由于碼資源受限，因此在UE靠近基站時，R99的流量達到上限（7×384kbit/s）后就不會再增加，假如不考慮碼資源受限，則R99的流量曲線見紅色虛線。從圖1中可以看出，在距離NodeB距離近的點，HSDPA的流量遠遠優(yōu)于R99。在45％半徑左右的位置，HSDPA性能下降到與R99相仿的水平，當?shù)?0％，進入R99的切換區(qū)，因此R99獲得切換增益，流量得到補償，因此維持在一個比較穩(wěn)定的水平。而HSDPA沒有切換，因此在遠端其流量將急劇下降。該圖充分顯示了與R99的DCHPS業(yè)務比較、HSDPA在近點流量上的優(yōu)勢以及在遠點覆蓋上的不足。

    2.2HSDPA可提供容量計算

    HSDPA采用QPSK、16QAM調(diào)制方式，可以達到的理論峰值吞吐量為：14.4Mbit/s。當調(diào)制方式為QPSK，占用15個碼道時，吞吐量為3.6Mbit/s，當調(diào)制方式為16QAM，占用15個碼道時，吞吐量為14.4Mbit/s。理論吞吐量會受到下列因素的影響：用戶數(shù)、可用信道數(shù)、終端性能、小區(qū)無線資源治理、小區(qū)網(wǎng)絡配置、無線環(huán)境等。在現(xiàn)實中，HSDPA的峰值速率比14.4Mbit/s要小得多，這與HSDPA基站及終端都有關系。部分廠家宣稱：其HSDPA峰值速率可以達到1.8Mbit/s。在2006年3GSM大會上，多數(shù)設備廠商推出了HSDPAPC卡的現(xiàn)場演示，在展會新聞中心，由Vodafone提供的HSDPA無線上網(wǎng)業(yè)務直接擔當了網(wǎng)絡接入服務，很多參會的記者就是通過HSDPA無線上網(wǎng)業(yè)務將信息、圖片還有展會的資料傳送會國內(nèi)。

    HSDPA的理論峰值速率計算如下：

    HS-PDSCH信道擴頻因子為16，

    SF=16=>3.84Mcps/16=240Ksymbols/s(1/4 coding rate)

    (QPSK)=>application120kbit/s (DL) => 4/4 code 480kbit/s

    (16QAM)=>application240kbit/s (DL) => 4/4 code 960kbit/s

    {16QAM}、{4/4coding}：960kbit/sx15 {Codes} = 960kbit/s x 15 =14.4Mbit/s

    在QPSK、16QAM兩種調(diào)制方式下，HSDPA基站的數(shù)據(jù)傳送速率如表1。

    表1  HSDPA兩種調(diào)制方式可支持的速率

    目前HSDPA終端支持情況分析如表2，（參考3GPPTS25.214 6A.2）

    表2  3GPP定義支持HSDPA的12類UE的調(diào)制方式及支持速率

    從表1、表2中可以看到HSDPA基站、終端分別可以支持的數(shù)據(jù)速率。其下行的理論峰值：14.4Mbit/s比同類型技術EV-DO的理論峰值，2.4Mbit/s高了許多。同時HSDPA可以與R99共享載波、共享傳輸，支持與多種R99數(shù)據(jù)業(yè)務并發(fā)使用，更好的QoS保證等特點也顯得比cdma20001xEV-DO技術更具競爭優(yōu)勢。

    3  HSDPA部署方式分析

    目前HSDPA基站部署方式主要有HSDPA與R99/R4混合載頻組網(wǎng)與單獨載頻組網(wǎng)，在HSDPA建設初期，不應該在全網(wǎng)范圍內(nèi)考慮使用HSDPA與R99/R4混合載頻組網(wǎng)或是單獨組網(wǎng)，可以考慮在熱點區(qū)域部署一個或多個基站進行HSDPA與R99/R4混合載頻組網(wǎng)，隨著用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務需求的逐步增加，在熱點區(qū)域部署HSDPA獨立載頻組網(wǎng)。從運營商在2G、2.5G的運營經(jīng)驗中，可以總結出城市中語音、數(shù)據(jù)業(yè)務需求分部情況，并從歷史維護數(shù)據(jù)可以初步猜測今后的需求量走勢。在HSDPA建設初期，應充分結合已有的運營經(jīng)驗，參考用戶的發(fā)展情況，最大程度地降低建設成本。

    HSDPA組網(wǎng)方式規(guī)劃應遵從一定的原則：在原有R99/R4網(wǎng)絡上建設HSDPA，要考慮在對原有R99/R4網(wǎng)絡的覆蓋、容量、性能質(zhì)量影響最小的前提下，提升網(wǎng)絡的容量。在引入HSDPA后要不影響原R99/R4網(wǎng)絡的拓撲結構、覆蓋范圍、原R99/R4網(wǎng)絡CS業(yè)務和容量不受影響，保證原有網(wǎng)絡性能質(zhì)量。HSDPA承載原R99/R4網(wǎng)絡部分PS業(yè)務后，碼資源和功率資源應采用合理的算法，充分發(fā)揮HSDPA優(yōu)勢，提升網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)吞吐量。

    HSDPA基站部署建議如下。

    3.1HSDPA建設初期部署R99/R4與HSDPA混合載頻

    適用于以下地點。

    在數(shù)據(jù)量需求較大的市中心熱點地區(qū)、CBD商務區(qū)考慮采用混合載頻；

    在已經(jīng)建設室內(nèi)覆蓋的酒店、寫字樓內(nèi)采用混合載頻。

    混合載頻組網(wǎng)的優(yōu)勢在于：

    WCDMA支持的CS、PS業(yè)務與HSDPA支持的高速數(shù)據(jù)業(yè)務共享頻率及發(fā)射功率，做到資源利用最大化；

    業(yè)務選擇靈活，避免不同頻導致的UE小區(qū)選擇、駐留等問題；

    可以保證WCDMA的低速數(shù)據(jù)業(yè)務覆蓋范圍；

    避免了HSDPA建網(wǎng)初期多數(shù)手機終端不支持HSDPA的情況；（截至2006年2月28日，已有305款WCDMA終端，支持HSDPA的只有25款）；

    在不影響原有語音、視頻電話等實時業(yè)務的前提下，由HSDPA承載數(shù)據(jù)業(yè)務可以提高系統(tǒng)的容量。

    混合載頻組網(wǎng)需要考慮的問題有：需要考慮如何對R99/R4與HSDPA各自的業(yè)務進行合理的功率分配，采用何種碼資源分配策略及調(diào)度策略。需要考慮HSDPA和R99/R4的切換關系，采用何種切換策略來保證不同切換條件下的切換成功率。需要考慮解決引入HSDPA后原R99/R4小區(qū)的覆蓋范圍、小區(qū)容量收縮的問題。

    3.2在原R99/R4網(wǎng)絡的基礎上增加HSDPA獨立載頻

    適合于以下地點：

    HSDPA體驗中心，保證HSDPA用戶的服務質(zhì)量及用戶體驗，并積累運營檢驗；

    話音、數(shù)據(jù)需求都非常大的場所，可保證語音、數(shù)據(jù)業(yè)務各自的通信質(zhì)量；

    行業(yè)應用、數(shù)據(jù)需求非凡大的場所，保證數(shù)據(jù)業(yè)務的突發(fā)需求。

    獨立載頻組網(wǎng)的優(yōu)勢在于：與WCDMAR99/R4網(wǎng)絡互不影響，在容量和覆蓋上相互獨立，避免了復雜的碼資源、功率資源規(guī)劃，R99/R4網(wǎng)絡用戶服務不受影響。HSDPA獨立載頻上所有資源(15codes和全部的TXPower) 都可以用于HS-PDSCH，便于無線資源治理，可以獲得全部HSDPA 吞吐量。

    獨立載頻組網(wǎng)的缺點在于：HSDPA業(yè)務與R99/R4業(yè)務不能共享載頻資源，載頻的資源利用率較低。不能支持HSDPA＋PS或者HSDPA＋CS的并發(fā)業(yè)務。當用戶處于HSDPA的頻段內(nèi)要使用CS業(yè)務時，系統(tǒng)需要將用戶切換到R99/R4頻段，當用戶處于R99/R4頻段而發(fā)起HSDPA的業(yè)務時，系統(tǒng)要將用戶切換到HSDPA頻段，增加了資源的消耗與時延。

    4  HSDPA部署覆蓋與容量規(guī)劃

    引入HSDPA后的網(wǎng)絡覆蓋、容量容量規(guī)劃主要從功率分配、碼資源分配兩方面來分析。

    HSDPA規(guī)劃的基本原則為：既要考慮R99/R4信道所承載的業(yè)務，也要同時考慮HSDPA信道所承載的業(yè)務，HSDPA引入后要確保原有R99/R4網(wǎng)絡的各類業(yè)務的覆蓋指標要求仍然能夠滿足。

    在HSDPA建設初期，采用在熱點區(qū)域部署單個或多個HSDPA與R99/R4混合載頻的基站，隨著用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務需求的逐步增加，考慮在數(shù)據(jù)業(yè)務需求量大的區(qū)域部署單個或多個HSDPA獨立載頻來滿足用戶需求。下面重點分析HSDPA建設初期HSDPA與R99/R4混合載頻的覆蓋與容量規(guī)劃。

    4．1HSDPA與R99/R4混合載頻組網(wǎng)覆蓋規(guī)劃

    在HSDPA建設初期，用戶對無線高速業(yè)務需求量較低，可以通過R99/R4網(wǎng)絡基本滿足，在數(shù)據(jù)業(yè)務需求量高的區(qū)域，采用HSDPA與R99/R4混合載頻組網(wǎng)。HSDPA覆蓋范圍可以參考本文第二部分HSDPA覆蓋范圍計算，HSDPA與R99/R4混合載頻組網(wǎng)會提高頻譜資源利用率，但是由于小區(qū)負載提升，導致小區(qū)的干擾也隨之提升。這樣要保證原有小區(qū)的CS、PS業(yè)務覆蓋，需要適當增加原小區(qū)導頻信道的功率。這樣預留原有R4網(wǎng)絡的CCH信道功率，HS-SCCH采用固定功率分配，HS-PDSCH采用動態(tài)功率分配。

    功率資源分配差異：R99/R4網(wǎng)絡中，每個用戶都要占用小區(qū)下行發(fā)射功率，各業(yè)務信道都有快速功控實時調(diào)整下行發(fā)射功率。HSDPA網(wǎng)絡中：HSDPA功率為所有HSDPA用戶共享，且功率保持不變（沒有功控）；HSDPA的功率需要進行合理分配。假如HSDPA分配的功率太大，那么R99/R4可獲得的業(yè)務功率資源就有可能不夠用，導致R99/R4的語音用戶或VP用戶不能接入或可能導致掉話；假如分配給HSDPA的功率太小，HSDPA小區(qū)覆蓋范圍可支持HSDPA用戶少，小區(qū)吞吐量下降。

    HSDPA與R99/R4混合載頻組網(wǎng)，要保證原有小區(qū)的CS、PS業(yè)務覆蓋不變，同時保證HSDPA業(yè)務的正常使用，需要具體考慮功率的分配。需要非凡注重的是：由于HSDPA的技術特點，預留HSDPA足夠的功率后，HSDPA的覆蓋范圍仍然比R99/R4的覆蓋范圍要小，即使在熱點區(qū)域部署了連續(xù)的HSDPA與R99/R4混合載頻，HSDPA高速業(yè)務仍然不能保證有連續(xù)的覆蓋，此時需要考慮HSDPA與R99/R4、GSM之間的切換。

    4．2HSDPA與R99/R4混合載頻組網(wǎng)容量規(guī)劃

    HSDPA與R99/R4混合載頻容量主要取決于碼資源分配，HSDPA、R99/R4碼資源分配差異體現(xiàn)在以下方面：

    R99/R4網(wǎng)絡：每個業(yè)務信道都要占用小區(qū)的下行碼資源。每個業(yè)務用戶的接入，都要分配相應的碼資源。

    HSDPA網(wǎng)絡：HS-DSCH支持時分和碼分復用，多個HSDPA用戶可以使用同一條HS-DSCH信道，多個HS-DSCH信道可以同時服務一個用戶。NodeB快速調(diào)度根據(jù)HSDPA用戶的信道條件、用戶數(shù)、數(shù)據(jù)量等因素，靈活選擇空閑的碼資源進行傳輸，提高了碼資源的利用效率。

    HSDPA初期建網(wǎng)應采用碼資源的靜態(tài)分配以及手動的重配置，或者根據(jù)終端配置碼資源。后期網(wǎng)絡可以采用完全動態(tài)的碼資源共享。一般來說在引入HSDPA后，給HSDPA預留4－6個碼字（SF＝16），具體數(shù)目依據(jù)實際情況按照數(shù)據(jù)需求的大小來定。碼資源靜態(tài)分配見圖2。

    圖2  碼字預留示意圖

    給HSDPA分配的碼字資源越多，小區(qū)能提供的數(shù)據(jù)量就越大。每個小區(qū)具體分配的碼字資源需要根據(jù)實際中對高速數(shù)據(jù)業(yè)務的需求來定。

    4．3HSDPA獨立載頻組網(wǎng)

    在HSDPA體驗中心、數(shù)據(jù)需求量較大的熱點區(qū)域部署單個或多個HSDPA獨立載頻，與原有WCDMAR99/R4網(wǎng)絡互不影響，在容量和覆蓋上相互獨立，避免了復雜的碼資源、功率資源規(guī)劃，R99/R4網(wǎng)絡用戶服務不受影響。HSDPA獨立載頻上所有資源(15codes和全部的Txpower) 都可以用于HS-PDSCH，便于無線資源治理，可以獲得全部HSDPA 吞吐量。

    但是需要注重的是：即使在一塊區(qū)域部署了連續(xù)的HSDPA獨立載頻，由于HSDPA本身技術特點，其高速數(shù)據(jù)業(yè)務的覆蓋范圍與R99/R4業(yè)務不相同，仍然需要考慮HSDPA與R99/R4、GSM網(wǎng)絡的切換問題。

    5  結束語

    市場競爭是運營商推動HSDPA發(fā)展的最現(xiàn)實因素，無論是與cdma2000的1xEV-DO競爭，或是與其他WCDMA運營商的競爭，HSDPA都表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，部分在3G市場起步較晚的運營商都選擇積極部署HSDPA，來爭取3G業(yè)務上的后發(fā)優(yōu)勢，提升競爭力。在HSDPA基站的容量規(guī)劃中，需要考慮HSDPA與原有R99/R4網(wǎng)絡融合后對各類業(yè)務的支持與保障，在保證業(yè)務使用的前提下，盡可能提供高的數(shù)據(jù)傳輸速率，最大化地提高資源利用率。

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