HSDPA技術特點及網(wǎng)絡部署

　　R4網(wǎng)絡雖能提供達到384kbit/s的峰值速率，但小區(qū)容量比較有限（最多7個用戶同時使用）。無論從業(yè)務速率還是質(zhì)量上來講，與目前比較普及的WLAN、藍牙等無線接入技術相比均有較大的差距。HSDPA（高速下行分組接入）的引入就是為了進一步提升3G網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)業(yè)務能力，使用戶在移動環(huán)境中享受更高的業(yè)務質(zhì)量。與R4網(wǎng)絡相比，在峰值速率、吞吐量、業(yè)務時延、每比特投資等方面都有明顯的提高

　　HSDPA標準提出3GPP的R5版本，是對R4無線網(wǎng)絡的平滑演進，并不影響R4核心網(wǎng)和已有的業(yè)務定義。HSDPA主要通過下行共享傳輸信道、快速鏈路適配自適應調(diào)制編碼、混合自動重傳(HARQ)和快速調(diào)度等關鍵技術提高網(wǎng)絡的下行分組接入速率，減少下行分組傳送延遲，適合于交互類、背景類業(yè)務以及流媒體類業(yè)務。

　　HSDPA網(wǎng)絡設備在2005年由主流的設備廠商陸續(xù)推出，經(jīng)過國內(nèi)外運營商的實驗室和預商用測試，在2006年已有美國和歐洲的運營商部署了HSDPA商用網(wǎng)絡。終端設備相對比較滯后，手機產(chǎn)品不多，但卡類產(chǎn)品發(fā)展迅速。目前的終端雖大多只能提供1.8Mbit/s下行速率，但也已大大超過了R4網(wǎng)絡的峰值速率。

　　HSDPA技術從一出現(xiàn)就受到運營商的廣泛關注，運營商期望通過部署網(wǎng)絡能給用戶提供更高質(zhì)量的業(yè)務。但同時也需注意到，部署HSDPA網(wǎng)絡時，在處理HSDPA與R4網(wǎng)絡的共存、部署時機、載頻使用、覆蓋范圍等方面需深入而全面的考慮。

一、HSDPA技術特點

　　HSDPA網(wǎng)絡與R4網(wǎng)絡的主要區(qū)別在于無線網(wǎng)。HSDPA基站新增了一些關鍵技術提高下行速率，如原有的R4基站在產(chǎn)品設計時沒有考慮演進到HSDPA，設備可能需要更換硬件升級。RNC的改進多可通過軟件升級實現(xiàn)，相對比較容易。另外，由于HSDPA的數(shù)據(jù)吞吐量非常高，傳輸網(wǎng)絡、傳輸設備的接口等都可能會隨之改進。核心網(wǎng)分組域只有非常少的改動，主要集中在分組域，分組域設備應具備滿足HSDPA業(yè)務要求的數(shù)據(jù)轉發(fā)速率和QoS體系應包括HSDPA業(yè)務。

　　HSDPA終端和R4終端也有明顯的區(qū)別。原有的R4終端不能再接入到HSDPA網(wǎng)絡，而HSDPA終端則具備向下兼容的能力，可接入到R4網(wǎng)絡。

　　從HSDPA的協(xié)議結構來看，主要在基站新增了MAC-hs實體，完成基站和UE之間的快速功率控制，進行調(diào)制和編碼方式選擇、快速調(diào)度、HARQ等。具體如圖1所示。

　　下面重點分析基站和終端的功能變化。

　　*基站改進

　　基站新增功能包括接收到分組包后進行調(diào)度和緩存，支持H-ARQ重傳，對上行反饋信息進行解碼，對SRNC的流量進行控制等。如圖2所示。

　　*終端改進

　　終端新增功能包括新增支持16QAM解調(diào)方式，支持ARQ重傳、軟緩存器和合并器，支持快速上行反饋和編碼等。如圖3所示。

二、技術特點

　　1.新增信道

　　HSDPA引入三種新的信道。

　　(1)HS-DSCH(高速數(shù)據(jù)共享信道)，下行鏈路，負責傳輸用戶數(shù)據(jù)，映射為物理層的HS-PDSCH（高速物理數(shù)據(jù)共享信道）。

　　(2)HS-SCCH(高速共享控制信道)，下行鏈路，負責傳輸對HS-DSCH信道解碼所必須的控制信息的物理層控制信道。

　　(3)HS-DPCCH(高速專用物理控制信道)，上行鏈路，負責傳輸必要的控制信息，主要是對ARQ的響應以及下行鏈路質(zhì)量的反饋信息。

　　其中，HS-DSCH信道的共享方式有兩種：最基本的方式是時分復用，即按時間段分給不同的用戶使用，這樣HS-DSCH信道碼每次只分配給一個用戶使用；另一種就是碼分復用，在碼資源有限的情況下，同一時刻，多個用戶可以同時傳輸數(shù)據(jù)。

　　2.高階調(diào)制

　　HS-DSCH除了支持R4中使用的QPSK調(diào)制方式外，還支持使用16QAM調(diào)制方式。16QAM可以達到比QPSK高一倍的峰值速率，對抗干擾性能比QPSK好，通過在信道條件好的環(huán)境采用16QAM調(diào)制方式，系統(tǒng)可以提供更高的數(shù)據(jù)速率，更加有效地利用帶寬。

　　3.更短的時間間隔

　　與R4的10ms、15時隙的無線幀相比，HSDPA的時間間隔是2ms、3時隙。這意味著HSDPA的信道碼也可以每2ms進行一次動態(tài)分配，這極大地提高了鏈路適配性能和無線信道調(diào)度效率。

　　4.快速鏈路適配

　　更短的時間間隔使HSDPA系統(tǒng)可以監(jiān)測瞬間的無線信道變化情況，如路徑損耗、陰影效應、快衰落、干擾變化等。調(diào)整傳輸參數(shù)，并在信道允許的條件下采用高階調(diào)制方式，以這種方式處理短時間內(nèi)數(shù)據(jù)速率變化的業(yè)務比R4的功率控制方式更為有效。

　　5.快速調(diào)度

　　快速調(diào)度性能決定了在給定時間內(nèi)共享信道給哪個用戶使用，其目的是將信道資源用于無線條件最好的用戶。調(diào)度可以根據(jù)無線信道質(zhì)量來分配，可以采用的調(diào)度算法有三種。

　?。喸儯翰豢紤]信道條件，周期性地給用戶分配信道，該方式簡單，但導致系統(tǒng)性能差。

　　＊最大C/I：給信道條件最好的用戶分配信道，該方式的系統(tǒng)吞吐率和效率都很高，但是對用戶來講不是一種公平的算法。

　?。夤剑航o信道條件相對較好（如C/I，時延，平均速率等）的用戶，保持相對較高的吞吐率，對用戶來講相對公平。

　　實際應用中，多采用均衡公平算法，達到小區(qū)吞吐率和用戶公平性的折衷。實現(xiàn)在更好地使用信道條件的同時，確保為所有用戶提供有保證的最低速率。

　　6.快速混合自動重傳請求

　　利用快速混合自動重傳請求(FastHybridARQ)性能，用戶在解碼前能夠快速請求丟失的信息和合并信息（軟合并方式），提高容錯能力?？焖僦貍麇e誤的數(shù)據(jù)包可以有效減少空中接口的往返延遲，終端通過接收的數(shù)據(jù)包的分集合并可以提高解碼性能。

三、HSDPA網(wǎng)絡部署

　　到目前為止，HSDPA在國外已有一定規(guī)模的商用，網(wǎng)絡和終端都已比較成熟。國內(nèi)運營商如果明年開始建網(wǎng)，應該說已具備商用部署條件。

　　HSDPA的部署是在3G網(wǎng)絡建設的初期還是后期引入，采用獨立載頻還是與R4共用同一載頻，網(wǎng)絡的覆蓋區(qū)域和選網(wǎng)如何考慮，是運營商關心的幾個主要問題。

　　1.初期部署

　　豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務是3G的優(yōu)勢所在。數(shù)據(jù)業(yè)務的使用一般會占用比較高的系統(tǒng)資源，如R4單小區(qū)最高只能同時支持7個384kbit/s的用戶。在一些真正需求高速數(shù)據(jù)業(yè)務的區(qū)域，這樣的系統(tǒng)容量顯然不能滿足。如果在這些區(qū)域引入HSDPA，利用其較高的頻譜效率，不僅可以提高系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)吞吐率，同時也能降低數(shù)據(jù)業(yè)務的時延，改善用戶業(yè)務體驗。假設國內(nèi)運營商2007年開始建設3G網(wǎng)絡，HSDPA系統(tǒng)及終端已比較成熟，完全可以在建網(wǎng)初期就選擇高起點的HSDPA，這樣既有利于業(yè)務競爭也有利于保護投資。

　　2.同一載頻

　　HSDPA頻譜的使用策略，首先取決于運營商得到的可用的3G頻譜。如頻譜只支持一個3G載頻，那么HSDPA網(wǎng)絡只能與R4共載頻使用。如支持多個載頻，則可以選擇與R4共載頻或獨立使用一個載頻兩種方式建網(wǎng)。共載頻方式網(wǎng)絡部署成本較低，無需增加新載頻相關系統(tǒng)硬件，相比R4網(wǎng)絡能提供更高的系統(tǒng)吞吐量，但也應注意到，同一載頻組網(wǎng)時，HSDPA業(yè)務會占用系統(tǒng)的碼資源、功率等，會影響R4的已有業(yè)務。在兼顧已有業(yè)務的情況下，HSDPA會受到碼資源、功率等方面的限制，系統(tǒng)本身很難在吞吐量和容量等方面達到最佳性能。所以，這就要求HSDPA網(wǎng)絡規(guī)劃既充分考慮HSDPA業(yè)務和R4業(yè)務的共存，又要充分考慮R4已有業(yè)務對頻率的利用率和未來業(yè)務的擴展性，對HSDPA和R4網(wǎng)絡統(tǒng)一進行業(yè)務和網(wǎng)絡規(guī)劃。獨立組網(wǎng)方式相對規(guī)劃簡單，碼資源利用效率比較高，但需新增載頻，帶來新的投資。

　　在3G業(yè)務初期，業(yè)務量不是非常飽滿的情況下，可考慮采用共載頻方式，既滿足了數(shù)據(jù)業(yè)務量大的地區(qū)要求，又能節(jié)省新增載頻的投資。在業(yè)務發(fā)展期，考慮增加第二載頻，同時承擔R4和HSDPA業(yè)務，做到負荷分擔。當數(shù)據(jù)需求進一步擴大時，第二載波可專用于HSDPA。

　　3.區(qū)域覆蓋

　　HSDPA網(wǎng)絡的覆蓋有兩種選擇，一種是和R4網(wǎng)絡1:1疊加的HSDPA覆蓋，另一種是區(qū)域的、非連續(xù)的HSDPA覆蓋。

　　一般情況下，考慮到HSDPA網(wǎng)是R4網(wǎng)絡的平滑演進。在運營初期，數(shù)據(jù)業(yè)務，尤其是高速數(shù)據(jù)業(yè)務的需求相對不是非常迫切，再考慮到投資回報等因素，運營商往往會采用有重點、有目標的區(qū)域覆蓋HSDPA的方式。主要的目標區(qū)域是數(shù)據(jù)業(yè)務需求較大的辦公樓、機場、賓館、車站、高級住宅區(qū)、商務區(qū)等室內(nèi)區(qū)域以及一些話音業(yè)務高的潛在的會成為高數(shù)據(jù)業(yè)務需求區(qū)域的熱點區(qū)、風景區(qū)等。疊加區(qū)域可以是R4的單站，也可以是一個區(qū)域內(nèi)的小區(qū)。在HSDPA用戶選網(wǎng)時，若無HSDPA小區(qū)，自動選擇R4小區(qū)；若有HSDPA小區(qū)，通過設置小區(qū)選擇的門限，使用戶優(yōu)先選擇HSDPA小區(qū)。當用戶使用業(yè)務過程中，離開HSDPA小區(qū)時，通過HSDPA的切換流程，又能切換到R4小區(qū)，保證業(yè)務使用的連續(xù)性。

　　HSDPA的覆蓋具體采用哪種方式，由運營商根據(jù)實際需求確定。很明顯，后一種區(qū)域的、非連續(xù)的HSDPA覆蓋網(wǎng)絡，既基本保證了重點區(qū)域的高速數(shù)據(jù)業(yè)務，又大大節(jié)省了初期的網(wǎng)絡建設投入，成為大多數(shù)運營商初期建網(wǎng)的首選。

四、總結

　　HSDPA在下行數(shù)據(jù)速率、小區(qū)吞吐率、每比特的投資等方面的優(yōu)勢，已經(jīng)成為3G建網(wǎng)的重要組成部分。希望國內(nèi)建設3G業(yè)務初期就考慮建設HSDPA網(wǎng)絡。

　　HSDPA網(wǎng)絡帶來吸引力的同時，也不得不面對諸如：如何與R4網(wǎng)絡及業(yè)務共存；如何對HSDPA網(wǎng)絡進行規(guī)劃和優(yōu)化；如何盡快開發(fā)高速數(shù)據(jù)新業(yè)務等亟需解決的課題。