打造高品質(zhì)的HSPA網(wǎng)絡(luò)

摘要

介紹了HSPA技術(shù)，分析了影響HSPA網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的主要因素，提出了提高HSPA吞吐速率的建議，包括組網(wǎng)策略，功率分配建議，碼字分配建議，調(diào)度算法選擇，TFRC選擇等。

1  引言

中國(guó)的3G時(shí)代即將來(lái)臨，相對(duì)于2G的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，3G最大的特色就是高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。HSPA作為3G高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載，是運(yùn)營(yíng)商提升品牌形象、爭(zhēng)取高端用戶(hù)的關(guān)鍵。因此，如何打造高品質(zhì)的HSPA網(wǎng)絡(luò)成為運(yùn)營(yíng)商在建設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)中最關(guān)心的問(wèn)題。

HSPA，特別是HSDPA，在技術(shù)特點(diǎn)上與傳統(tǒng)的R99有著很大的不同，它摒棄了傳統(tǒng)R99的可變長(zhǎng)擴(kuò)頻因子和功率控制技術(shù)，而采取了Node B快速調(diào)度、快速自動(dòng)混合重傳請(qǐng)求（HARQ）、自適應(yīng)編碼調(diào)制（AMC）等技術(shù)。它利用R99的剩余功率，使用共享信道，通過(guò)調(diào)度算法，根據(jù)用戶(hù)所處的環(huán)境和干擾情況，提供時(shí)刻變化的吞吐速率�？梢哉f(shuō)，HSPA是一個(gè)干擾敏感、盡力而為的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)R99網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)考慮保證業(yè)務(wù)覆蓋不同，HSPA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化考慮得更多的是如何提高整體的HSPA吞吐速率。

下文將從HSPA的技術(shù)特點(diǎn)入手，分析影響HSPA網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的主要因素，并對(duì)如何提高HSPA吞吐速率給出建議。

2  HSPA組網(wǎng)策略

HSPA的組網(wǎng)方式對(duì)HSPA的吞吐速率有著一定的影響。在建網(wǎng)初期，常用的HSPA組網(wǎng)方式主要有：

（1）R99/HSPA混合載波方式——即每個(gè)扇區(qū)使用1塊載波，R99業(yè)務(wù)和HSPA業(yè)務(wù)共用載波，HSPA使用R99的剩余資源。

（2）HSPA獨(dú)立載波方式——即每個(gè)扇區(qū)使用2塊載波，R99業(yè)務(wù)和HSPA業(yè)務(wù)分別使用1塊獨(dú)立的載波。

使用混合載波方式，HSPA的吞吐速率取決于R99已經(jīng)用掉的資源情況；使用獨(dú)立載波方式可以在最大限度上保證HSPA的吞吐速率。根據(jù)仿真結(jié)果，在典型的市區(qū)宏站環(huán)境中，使用R99/HSPA混合載波方式，如果R99占用50%的小區(qū)資源，那么小區(qū)平均HSDPA吞吐速率為1.3Mbit/s左右，而使用HSPA獨(dú)立載波方式，小區(qū)平均HSDPA吞吐速率可以達(dá)到2Mbit/s左右，是前者的1.5倍。

雖然HSPA獨(dú)立載波方式可以提供更高的HSPA吞吐速率，但是它必須使用2塊載波，而且R99和HSPA分開(kāi)載波的方式也不利于載波利用效率的提高，所以在建網(wǎng)初期，更多的海外運(yùn)營(yíng)商選擇使用R99/HSPA混合載波方式。

隨著3G業(yè)務(wù)量的不斷增加，在一些熱點(diǎn)區(qū)域，可以引入第2塊載波。可以根據(jù)R99業(yè)務(wù)和HSPA業(yè)務(wù)的發(fā)展情況，決定第2塊載波是R99獨(dú)立載波還是HSPA獨(dú)立載波，或是R99/HSPA混合載波。

3  功率分配建議

在使用R99/HSPA混合載波的情況下，HSDPA的吞吐速率受到小區(qū)中分配給HSDPA的功率的影響，如在典型的市區(qū)環(huán)境中，當(dāng)HSDPA占用小區(qū)80%的功率時(shí)，小區(qū)HSDPA的平均吞吐速率可以達(dá)到2Mbit/s；當(dāng)HSDPA占用小區(qū)50%的功率時(shí)，小區(qū)HSDPA的平均吞吐速率為1.3Mbit/s；當(dāng)HSDPA只能占用小區(qū)20%的功率時(shí)，小區(qū)HSDPA的平均吞吐速率將僅為500kbit/s左右。
可見(jiàn)，在R99/HSPA混合載波情況下，由于HSDPA占用R99剩余功率，所以HSDPA吞吐速率受到R99功率負(fù)荷影響。因此，在引入HSDPA時(shí)，應(yīng)該評(píng)估R99及公共控制信道已經(jīng)用掉的功率，如果已經(jīng)超過(guò)50%，為了保證HSDPA的吞吐速率，應(yīng)該為其配置新的載波。

4  碼字分配建議

在使用R99/HSPA混合載波的情況下，HSDPA的吞吐速率受到可用碼字?jǐn)?shù)量的影響。建議使用動(dòng)態(tài)碼樹(shù)管理功能——公共控制信道和R99信道自上而下占用碼樹(shù)資源；HSDPA自下而上占用剩余碼樹(shù)資源，碼樹(shù)中保證一定數(shù)量的空閑碼字預(yù)留給R99新業(yè)務(wù)建立。

可以根據(jù)R99和HSDPA的負(fù)荷程度來(lái)調(diào)整動(dòng)態(tài)碼樹(shù)管理參數(shù)：當(dāng)HSDPA負(fù)荷較低時(shí)，建議使用2個(gè)HS-SCCH信道，設(shè)置較少的HSDPA保留碼字，保證較多的SF16空閑碼字給R99新業(yè)務(wù)建立；當(dāng)HSDPA負(fù)荷較高但R99業(yè)務(wù)負(fù)荷不高時(shí)，建議使用3個(gè)HS-SCCH信道，設(shè)置較多的HSDPA保留碼字，保證較少的SF16空閑碼字給R99新業(yè)務(wù)建立；當(dāng)HSDPA和R99負(fù)荷都較高時(shí)，建議使用2個(gè)HS-SCCH信道，設(shè)置較多的HSDPA保留碼字，保證適中的SF16空閑碼字給R99新業(yè)務(wù)建立。

5  調(diào)度算法選擇

業(yè)界常見(jiàn)的調(diào)度算法有：輪詢(xún)算法、最大C/I算法、比例公平算法等。這些調(diào)度算法在多UE HSDPA情況下，考慮UE所處的無(wú)線環(huán)境（根據(jù)上報(bào)的CQI），UE的用戶(hù)優(yōu)先級(jí)以及一些保證速率業(yè)務(wù)的速率達(dá)到情況來(lái)計(jì)算下一次調(diào)度哪一個(gè)UE。調(diào)度算法在很大程度上決定了HSDPA的多用戶(hù)增益，進(jìn)而影響著小區(qū)HSDPA吞吐速率。

調(diào)度算法的選擇應(yīng)該在兼顧公平性、合理性的情況下盡可能地提高小區(qū)總的吞吐速率。我們建議使用考慮保證速率業(yè)務(wù)的比例公平算法，根據(jù)仿真，它可以提供高達(dá)60%左右的HSDPA多用戶(hù)增益。

6  TFRC選擇

TFRC稱(chēng)為“傳輸格式資源組合”，是指HSDPA調(diào)度時(shí)傳輸塊大小、碼字?jǐn)?shù)量以及調(diào)制方式的組合。3GPP25.321定義了254種TBS的大小，從137bit到27952bit（對(duì)應(yīng)68.5kbit/s~13.976Mbit/s的吞吐速率）。這些TBS可以和不同的碼字?jǐn)?shù)量以及調(diào)制方式進(jìn)行組合，組成1890種TFRC可能。但是3GPP25.214對(duì)于每種Category的UE，僅給出了30種CQI到TFRC的映射建議，很多TRFC并沒(méi)有被用到。在碼字受限或碼字充裕的情況下，這些組合并非是最優(yōu)的。

突破這30種TFRC組合限制，使用更靈活的TFRC組合策略，考慮UE所處的無(wú)線環(huán)境，充分利用當(dāng)前可用的碼字和功率資源——比如在碼字受限的情況下使用16QAM調(diào)制方式用功率換速率，或者在碼字充裕的情況下使用QPSK調(diào)制方式用碼字換速率，可以在最大限度上提高UE的HSDPA吞吐速率。

根據(jù)仿真，靈活而合理的TFRC選擇可以提高10%~30%的小區(qū)吞吐速率。

7  目標(biāo)BLER設(shè)定

HSDPA傳送時(shí)，系統(tǒng)利用類(lèi)似于外環(huán)功控的方式，修正UE上報(bào)的CQI，選擇傳輸塊大小，以保證要求的目標(biāo)BLER。目標(biāo)BLER如果設(shè)置過(guò)低，Node B將會(huì)選用比較保守的TBS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，導(dǎo)致HSDPA吞吐速率不高；如果目標(biāo)BLER設(shè)置過(guò)高，Node B會(huì)使用比較激進(jìn)的TBS，但是由于重傳率很高，所以HSDPA吞吐速率也會(huì)受到影響。而且多次重傳還會(huì)導(dǎo)致額外的時(shí)延，影響業(yè)務(wù)質(zhì)量�？梢�(jiàn)，設(shè)置合理的目標(biāo)BLER對(duì)于提高HSDPA吞吐速率非常重要。

一般情況下，業(yè)界建議將目標(biāo)BLER設(shè)置在10%~20%左右。但是，研究表明，在不同的無(wú)線環(huán)境下，HSDPA的最佳目標(biāo)BLER是不同的——在無(wú)線環(huán)境較差，CQI較低的情況下，30%左右的目標(biāo)BLER可以得到最高的HSDPA吞吐速率；而在無(wú)線環(huán)境較好，CQI較高的情況下，10%左右的目標(biāo)BLER可以得到最高的HSDPA吞吐速率。另外，HSDPA的最佳目標(biāo)BLER還與UE移動(dòng)速度有關(guān)。

總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于低速移動(dòng)的UE，建議使用10%左右的目標(biāo)BLER；對(duì)于高速移動(dòng)的UE，根據(jù)其CQI的高、中、低分別建議使用10%，20%，30%的目標(biāo)BLER。

8  選用合理的MAC-d PDU大小

使用HSDPA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，UE的RLC層最高吞吐速率受到RLC窗口大小的限制。3GPP定義的最大RLC窗口大小為2047個(gè)MAC-d PDU，如果系統(tǒng)已經(jīng)傳送，但未收到確認(rèn)的MAC-d PDU數(shù)目達(dá)到設(shè)定的RLC窗口大小，系統(tǒng)就會(huì)停止發(fā)送新的MAC-d PDU。UE確認(rèn)收到的RLC PDU兩個(gè)Status消息之間的最小時(shí)間間隔prohibitedStatusTimer缺省值為70ms，再考慮60ms左右的回程時(shí)間，在使用336bit MAC-d PDU時(shí)，RLC層可以支持的最高吞吐速率將不超過(guò)5Mbit/s，見(jiàn)式（1）。

2047×320bit/（60ms+70ms）=5Mbit/s      （1）

可見(jiàn)，使用336bit的MAC-d PDU和較長(zhǎng)的Status消息間隔時(shí)間將限制CAT8和CAT10終端的最高RLC層吞吐速率。

所以，使用更大的（656bit）MAC-d PDU和更短的Status消息間隔時(shí)間（30ms）可以提高系統(tǒng)支持的最高的HSDPA RLC層吞吐速率（更短的Status消息間隔時(shí)間將引起更多的上行Status開(kāi)銷(xiāo)），見(jiàn)式（2）。

2047×640bit/(60ms+30ms)=14.4Mbit/s     （2）

9  Iub接口配置

HSPA的引入將帶來(lái)更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量，從而增加各個(gè)接口的容量需求。目前Iub接口配置的計(jì)算方法主要有兩種：一種是將每用戶(hù)平均的帶寬需求進(jìn)行加和，考慮峰均比，計(jì)算需要配置的Iub接口容量；另一種是根據(jù)運(yùn)營(yíng)商提出的需要保證的小區(qū)HSPA吞吐速率來(lái)配置Iub接口。不論使用何種配置方法，用戶(hù)都必須在最高保證的HSPA吞吐速率和Iub接口利用率之間尋找平衡點(diǎn)。

在進(jìn)行Iub接口容量設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般會(huì)考慮30%左右的信令和頭開(kāi)銷(xiāo)，所以對(duì)于一根2Mbit/s的E1，其可以承載的應(yīng)用層流量一般在1.4Mbit/s左右。根據(jù)海外運(yùn)營(yíng)商的經(jīng)驗(yàn)，大部分運(yùn)營(yíng)商采用了每Node B 2~4根E1的配置方法，提供2.8~5.6Mbit/s左右的極限容量；一些激進(jìn)的運(yùn)營(yíng)商，在熱點(diǎn)地區(qū)采用了每Node B 6根E1的配置，將Iub接口支持的極限容量提高到了8.4Mbit/s左右。

另外，利用Iub上的一些QoS區(qū)分機(jī)制可以在HSPA與R99共同占用Iub資源時(shí)，保證R99業(yè)務(wù)，特別是CS業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)；R99 PS和HSPA的后壓機(jī)制也起到了平滑流量、增加Iub接口利用效率的作用。這些都需要在Iub接口配置中考慮。

10  下行干擾抑制

HSPA是一個(gè)干擾敏感的系統(tǒng)，下行干擾對(duì)HSDPA吞吐速率的影響特別大。所以，物理射頻參數(shù)的合理規(guī)劃和細(xì)致優(yōu)化，對(duì)于HSDPA來(lái)說(shuō)，比對(duì)R99業(yè)務(wù)（特別是傳統(tǒng)的語(yǔ)音類(lèi)業(yè)務(wù)）更為重要。根據(jù)仿真，一個(gè)射頻優(yōu)化良好的網(wǎng)絡(luò)，比一個(gè)沒(méi)有經(jīng)過(guò)射頻優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)的HSDPA吞吐速率可以提高30%~50%。由于WCDMA是一個(gè)同頻組網(wǎng)的系統(tǒng)，小區(qū)間的干擾無(wú)法通過(guò)類(lèi)似GSM頻率規(guī)劃的方式解決，所以在WCDMA系統(tǒng)中，物理射頻參數(shù)的合理設(shè)置對(duì)于抑制小區(qū)間干擾顯得尤為重要。

首先，在HSPA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，需要盡量保證站址的均勻性，以及天線高度、天線方向、天線傾角的一致性和合理性，杜絕高站。可以利用規(guī)劃工具預(yù)測(cè)和仿真實(shí)施效果，調(diào)整站址和天線參數(shù)，減少越區(qū)覆蓋和導(dǎo)頻污染，保證合理的軟切換區(qū)域比例，使得全網(wǎng)干擾降到最低。一般來(lái)說(shuō)，在規(guī)劃工具上調(diào)整射頻參數(shù)是一件非常耗時(shí)、耗力而且對(duì)規(guī)劃人員經(jīng)驗(yàn)要求很高的一項(xiàng)工作。一些規(guī)劃工具，如A9155等，提供了自動(dòng)優(yōu)化的功能，可以大大降低規(guī)劃工作的強(qiáng)度。

其次，在HSPA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)網(wǎng)管和路測(cè)等網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化手段對(duì)覆蓋和干擾情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)射頻參數(shù)的優(yōu)化，控制小區(qū)交疊，降低網(wǎng)內(nèi)干擾，從而提高HSDPA吞吐速率。

另外，由于WCDMA系統(tǒng)頻率復(fù)用度為1，在這種情況下使用無(wú)線直放站，會(huì)將周?chē)�干擾信號(hào)一起放大。因此，雖然無(wú)線直放站可以補(bǔ)充覆蓋盲點(diǎn)（如室內(nèi)），但也會(huì)引入其他小區(qū)的干擾，所以建議嚴(yán)格限制無(wú)線直放站的使用，只有在源小區(qū)信號(hào)比較純凈的環(huán)境（例如山區(qū)等），才可以使用。

11  上行負(fù)荷檢查

HSUPA的吞吐速率受到小區(qū)上行負(fù)荷的影響。上行負(fù)荷包括R99業(yè)務(wù)的負(fù)荷以及上行干擾。在典型的市區(qū)宏站中，當(dāng)小區(qū)R99及上行干擾所產(chǎn)生的負(fù)荷較低時(shí)，小區(qū)HSUPA吞吐速率可以達(dá)到1Mbit/s左右，當(dāng)小區(qū)上行負(fù)荷達(dá)到50%時(shí)，小區(qū)HSUPA吞吐速率僅為400kbit/s左右。

上行干擾對(duì)HSDPA的吞吐速率的影響也不可忽視——一方面，上行干擾將導(dǎo)致HS-DPCCH上傳的CQI和ACK/NACK消息解調(diào)錯(cuò)誤；另一方面，上行干擾可能影響用于傳送TCP ACK消息的上行DCH或HSUPA信道，導(dǎo)致誤塊率上升或吞吐速率下降，從而最終影響到HSDPA的下行吞吐速率。

所以，在建設(shè)HSPA網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)該對(duì)小區(qū)的上行的RSSI進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于忙時(shí)上行負(fù)荷超過(guò)50%的小區(qū)需要檢查是否由于射頻參數(shù)、無(wú)線參數(shù)、鄰區(qū)參數(shù)或是系統(tǒng)外干擾原因?qū)е律闲胸?fù)荷較高。如果排除了上述非正常原因，確實(shí)是由于R99業(yè)務(wù)較多的原因?qū)е律闲胸?fù)荷較高，則需要進(jìn)行載波擴(kuò)容。

12  其他因素

其他一些因素對(duì)HSDPA和HSUPA的吞吐速率也會(huì)有一定的影響。例如，鄰區(qū)關(guān)系的優(yōu)化就很重要，保證良好的鄰區(qū)關(guān)系可以使得UE盡早地、平滑地切換到最強(qiáng)的小區(qū)，降低干擾，提高吞吐速率。

另外，上/下行鏈路的平衡也很重要。HSDPA是不支持宏分極的，也就是說(shuō)在小區(qū)邊界，雖然隨路的DCH可以從宏分極中得到增益，但HSDPA的信道（如HS-DSCH，HS-SCCH和HS-DPCCH）卻不能，對(duì)于HSDPA專(zhuān)用信道來(lái)說(shuō)，來(lái)自于主服小區(qū)以外的信號(hào)都是干擾。當(dāng)上/下行鏈路不平衡時(shí)，作為下行最佳小區(qū)的HSDPA主服小區(qū)并不是上行最佳小區(qū)，此時(shí)來(lái)自其他小區(qū)的干擾將非常嚴(yán)重，影響了HS-DPCCH的解調(diào)，從而最終影響到HSDPA的吞吐速率。上/下行鏈路的不平衡對(duì)HSUPA也有一定影響，但由于HSUPA支持宏分極，所以影響程度沒(méi)有HSDPA高。

還有，對(duì)于室內(nèi)話務(wù)，建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)可以在很大程度上提升HSPA的吞吐速率。根據(jù)許多海外運(yùn)營(yíng)商的統(tǒng)計(jì)，在市區(qū)中超過(guò)70%的業(yè)務(wù)來(lái)自室內(nèi)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中這個(gè)比例將更高。室外信號(hào)覆蓋室內(nèi)時(shí)，在低樓層通常表現(xiàn)為覆蓋問(wèn)題，在高樓層通常表現(xiàn)為干擾問(wèn)題。通過(guò)建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)可以提高室內(nèi)信號(hào)的覆蓋和質(zhì)量，并且提高信號(hào)的正交性，從而在很大程度上提高HSPA吞吐速率。同時(shí)，室內(nèi)站吸收了大量室內(nèi)業(yè)務(wù)，可以減輕室外宏站負(fù)荷，從而提高室外宏站的吞吐速率。典型情況下，室內(nèi)分布站HSPA的吞吐速率可以達(dá)到室外宏基站的2~3倍。

一些HSPA特殊功能的應(yīng)用也有助于提高HSPA吞吐速率和用戶(hù)感知。上海貝爾為HSPA提供了一系列增強(qiáng)型功能——更大比特?cái)?shù)據(jù)包功能，將數(shù)據(jù)包從336bit提高到656bit，提高了HSDPA的最大吞吐速率；靈活調(diào)制功能提供了功率資源、碼資源和調(diào)制方式的最佳組合，使得功率、碼字全都得到最大化的利用，提高了HSDPA的吞吐速率；動(dòng)態(tài)誤塊率目標(biāo)功能針對(duì)不同的環(huán)境和移動(dòng)速度給出不同的HSDPA誤塊率目標(biāo)值，使得不同環(huán)境下的HSPA吞吐速率最大化；公平共享功能保證了HSPA和R99之間對(duì)資源的公平共享，避免了R99的背景或交互類(lèi)業(yè)務(wù)擠占HSPA流媒體業(yè)務(wù)資源的現(xiàn)象；差異化服務(wù)功能區(qū)別對(duì)待不同等級(jí)的用戶(hù)，避免了大部分資源被低優(yōu)先級(jí)用戶(hù)占用的情況；HSPA跨Iur切換功能避免了HSPA跨RNC切換時(shí)向DCH的回落，從而保證了在移動(dòng)過(guò)程中HSPA吞吐速率的穩(wěn)定等。

13  結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)的3G時(shí)代即將來(lái)臨。在這個(gè)充滿(mǎn)激情和革新的時(shí)代中，誰(shuí)抓住了高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，誰(shuí)能提供最好的HSPA服務(wù)質(zhì)量，誰(shuí)就可以爭(zhēng)取更多的高端用戶(hù)，在競(jìng)爭(zhēng)中取得主動(dòng)。充分理解影響HSPA服務(wù)質(zhì)量的因素，充分利用HSPA相關(guān)的功能，合理設(shè)置HSPA參數(shù)，才能從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化多方面入手，打造一個(gè)高品質(zhì)的HSPA網(wǎng)絡(luò)。