解析HSDPA組網(wǎng)方案

 
　　 1、引言 

WCDMA R99和R4系統(tǒng)能夠提供的最高下行速率只能到3.84Mb/s，為了能夠與CDMA 1x EV-DO抗衡和應(yīng)對(duì)寬帶接入（如WiMAX）的競(jìng)爭(zhēng)，WCDMA系統(tǒng)在R5規(guī)范中引入了HSDPA，作為一種下行的增強(qiáng)技術(shù)。 

HSDPA技術(shù)與CDMA1X EV-DO技術(shù)的一個(gè)很大的不同點(diǎn)是：HSDPA技術(shù)不需要專用的載波。這一特點(diǎn)增加了組網(wǎng)的靈活性，HSDPA技術(shù)可以支持兩種方式的組網(wǎng)：R99/R4+HSDPA混合組網(wǎng)；HSDPA獨(dú)立載頻組網(wǎng)。進(jìn)行11SDPA網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，應(yīng)該如何選擇合適的組網(wǎng)方案，以獲得更好的網(wǎng)絡(luò)效率是本文分析的重點(diǎn)。 

2、HSDPA的主要特點(diǎn) 

由于已有不少的文章對(duì)HSDPA的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行描述，本部分僅作概要的敘述，以作為后面相關(guān)分析的鋪墊。HSDPA的主要技術(shù)特點(diǎn)包括如下幾個(gè)方面： 

2.1　高速共享信道 

新增了3個(gè)物理信道，其中HS-PDSCH信道是下行共享信道，SF=16，HSDPA最多可以使用的碼字為15個(gè)。 

2.2　自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC） 

根據(jù)信道質(zhì)量的好壞進(jìn)行編碼和調(diào)制方式的調(diào)整，使得數(shù)據(jù)傳輸速率最大化。 

2.3　高階調(diào)制 

支持16QAM和QPSK調(diào)制方式，16QAM可達(dá)到比QPSK高一倍的峰值速率，但相對(duì)抗干擾性小。 

2.4　快速鏈路適配 

每2ms根據(jù)無(wú)線環(huán)境做適配，進(jìn)行快速用戶調(diào)度，充分利用小區(qū)的功率和頻譜資源。 

2.5　H-ARQ 

綜合了前向糾錯(cuò)碼（FEC）和重傳（ARQ）兩種方式的特點(diǎn)，重傳功能移至Node B，一方面減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延，另一方面，它充分利用了已傳送的信息，獲得時(shí)間分集的增益。 

3、HSDPA的引入要求 

HSDPA的引入和應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)以及終端提出了特定的要求。 

3.1　對(duì)系統(tǒng)的要求 

在系統(tǒng)方面，引入HSDPA技術(shù)對(duì)Node B、RNC和傳輸提出了新的要求。 

（1）Node B 

Node B需作的改動(dòng)如圖1中的紅色部分所示，增加MAC-hs負(fù)責(zé)HSDPA用戶調(diào)度和H-ARQ；增加HS-DSCH傳輸信道；增加3個(gè)新的物理信道（HS-PDSCH、HS-SCCH、HS-DPCCH）和相應(yīng)的L1處理。 

圖1　引入HSDPA對(duì)Node OB的影響

　�。�2）RNC 

RNC的主要要求是：RRM算法的增強(qiáng)、Iub/Iur上新增數(shù)據(jù)和控制幀、更高的數(shù)據(jù)處理能力。 

（3）傳輸 

傳輸方面，引入HSDPA后，每小區(qū)的數(shù)據(jù)吞吐量會(huì)增加，從而增加了對(duì)Iub、Iur、Iu接口的帶寬需求。 

3.2　對(duì)終端的要求 

要支持HSDPA業(yè)務(wù)，對(duì)UE的主要要求是： 

（1）新增MAC-hs層 

（2）基帶處理增強(qiáng)，可處理多碼 

（3）新增16QAM解調(diào) 

（4）需要更大的緩存 

3GPP協(xié)議規(guī)定了12種類型的終端，各類終端所能支持的最大速率如表1所示： 

表1　各類終端所能支持的最大速率

目前只有類別12的終端已可商用，使用該類終端可獲得的最大峰值速率為1.8Mb/s。部分廠商計(jì)劃在2006年上半年推出支持16QAM的終端，可支持的最高速率為3.6Mb/s。 

4、HSDPA組網(wǎng)方案 

進(jìn)行HSDPA組網(wǎng)時(shí)，可以采用的方案有兩種： 

（1）混合組網(wǎng) 

（2）獨(dú)立組網(wǎng) 

下面對(duì)兩種組網(wǎng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析比較，并對(duì)某城市密集市區(qū)的3G試驗(yàn)局站點(diǎn)進(jìn)行了兩種組網(wǎng)方案比較的仿真。 

4.1　混合組網(wǎng) 

在混合組網(wǎng)方式中，HSDPA和R99/R4業(yè)務(wù)共用相同的載波。 

（1）優(yōu)劣勢(shì)分析 

混合組網(wǎng)方案的優(yōu)點(diǎn)是： 

◆只需一個(gè)載波即可同時(shí)承載R99/R4和HSDPA業(yè)務(wù)。 

◆對(duì)于多載波的情況，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的載波間負(fù)載均衡。 

◆采用混合組網(wǎng)方式，在R5小區(qū)和R99／R4小區(qū)交界區(qū)的HSDPA業(yè)務(wù)切換成功率比較高。 

情形（一）：網(wǎng)絡(luò)初期，負(fù)荷較輕，通常只需要1個(gè)載波，如圖2所示。HSDPA業(yè)務(wù)從R5小區(qū)到R99/R4小區(qū)的切換方式：先進(jìn)行信道切換（HS-DSCH→DCH），然后再軟切換到目標(biāo)小區(qū)。這種切換方式屬于同頻切換，成功率比較高。 

圖2　混合組網(wǎng)交界區(qū)切換情形（一） 

情形（二）：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到需要多個(gè)載波時(shí)，HSDPA業(yè)務(wù)從R5小區(qū)到R99/R4小區(qū)的切換將存在同頻切換和異頻切換的情況，如圖3所示。同頻切換的切換方式和成功率與情形（一）相同。異頻切換的切換方式為：先盲切換到服務(wù)小區(qū)公共載頻的DCH，然后再軟切換到目標(biāo)小區(qū)。異載頻的切換成功率比同頻切換低。 

圖3　混合組網(wǎng)交界區(qū)切換情形（二）

◆在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕的情況下，混合組網(wǎng)可以獲得更高的頻譜利用率。根據(jù)后面的仿真結(jié)果（如圖4和圖5所示），如果小區(qū)的R99/R4下行負(fù)載不超過(guò)50%，只需使用一個(gè)載頻，對(duì)于類別12和6終端可以獲得的小區(qū)平均HSDPA數(shù)據(jù)吞吐量達(dá)到1.4～1.8Mb/s，對(duì)于類別7終端達(dá)到3～4.5Mb/s。 

圖4　終端類別12的仿真結(jié)果

圖5　終端類別6的仿真結(jié)果1

注1：終端類別5的能力與類別6一樣，可以得出同樣的結(jié)果。 

◆在目前的商用終端條件下，混合組網(wǎng)可以獲得較高的譜效率。根據(jù)后面的仿真結(jié)果，對(duì)于類別12的終端，混合組網(wǎng)可獲得的最大小區(qū)平均總吞吐量（語(yǔ)音業(yè)務(wù)考慮在內(nèi)）為1.8Mb/s/載頻，而獨(dú)立組網(wǎng)可獲得的最大小區(qū)平均總吞吐量只有1.3Mb/s/載頻。 

混合組網(wǎng)方案的缺點(diǎn)是： 

◆在R99/R4負(fù)載較重（大于50%）的情況下，HSDPA業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)比較差，可獲得的數(shù)據(jù)速率比較低。 

◆由于信道碼資源的限制，當(dāng)支持更大碼字?jǐn)?shù)的終端（支持10、15個(gè)碼字的終端）面世后，使用混合組網(wǎng)方式不能充分發(fā)揮這些終端的能力。 

（2）仿真結(jié)果 

仿真條件：密集市區(qū)環(huán)境，某3G試驗(yàn)局連續(xù)覆蓋站點(diǎn)，用戶均勻分布，小區(qū)的最大下行功率限制為90%，每小區(qū)配置一個(gè)HS-SCCH信道，HSDPA業(yè)務(wù)功率采用動(dòng)態(tài)分配方式，采用PF的MAC-hs調(diào)度方式。 

在不同的R99負(fù)荷下，單個(gè)小區(qū)所能容納的語(yǔ)音用戶數(shù)和HSDPA業(yè)務(wù)平均吞吐量如下： 

當(dāng)R99下行負(fù)載限制為75%時(shí)，可以同時(shí)服務(wù)的語(yǔ)音用戶數(shù)為50多個(gè)，小區(qū)的平均HSDPA吞吐量為400多kb/s，隨著R99下行負(fù)載的減少，小區(qū)的平均HSDPA吞吐量不斷增加，小區(qū)平均HSDPA吞吐量最大值接近1.8Mb/s。 

對(duì)比圖4和圖5可看出，雖然終端類別6支持16QAM的調(diào)制方式，但由于必需在信道環(huán)境比較好（CQI＞15）的情況才會(huì)啟用16QAM調(diào)制，在密集市區(qū)環(huán)境，信道條件通常比較差，采用終端類別6后小區(qū)的平均HSDPA吞吐量提升并不明顯。 

對(duì)類別7的終端（支持16-QAM、支持最大碼字個(gè)數(shù)為10）進(jìn)行了仿真，結(jié)果如圖6所示。當(dāng)R99下行負(fù)載比較重時(shí)（接近75%），由于信道碼資源的限制，終端不能充分發(fā)揮其多碼字的作用，小區(qū)的平均HSDPA吞吐量接近使用終端類別6時(shí)的吞吐量。當(dāng)R99下行負(fù)載比較輕（≤50%）時(shí)，可使用的碼字資源和下行功率增加，使用類別7終端所能獲得的小區(qū)平均HSDPA吞吐量明顯提升，達(dá)到3～4.5Mb/s。 

　
　　圖6　終端類別7的仿真結(jié)果2 

　　注2：終端類別8的能力與類別7一樣，可以得出同樣的結(jié)果。 

圖4、圖5和圖6均為單載頻小區(qū)混合組網(wǎng)的結(jié)果，對(duì)于多載頻小區(qū)混合組網(wǎng)的情況，小區(qū)所能容納的語(yǔ)音用戶數(shù)和HSDPA平均吞吐量等于單載頻小區(qū)的結(jié)果乘以載頻數(shù)。 

4.2　獨(dú)立組網(wǎng) 

在獨(dú)立組網(wǎng)的方式，HSDPA需要使用專用的載波，R99/R4業(yè)務(wù)和HSDPA業(yè)務(wù)分別承載在不同的載波上。 

（1）優(yōu)劣勢(shì)分析 

獨(dú)立組網(wǎng)方案的優(yōu)點(diǎn)是： 

◆HSDPA業(yè)務(wù)和R99業(yè)務(wù)分別承載在不同的載波上，互不影響，各自能達(dá)到自身的最大容量。 

◆當(dāng)支持更大碼字?jǐn)?shù)的終端（類型7、8、10的終端）可以商用后，使用獨(dú)立組網(wǎng)可以支持更高的數(shù)據(jù)吞吐量。根據(jù)后面的仿真結(jié)果（如圖8所示），采用類別7和類別12終端，小區(qū)可支持的HSDPA平均吞吐量分別為5Mb/s和10Mb/s，譜效率（語(yǔ)音業(yè)務(wù)考慮在內(nèi)）達(dá)到3～5.7Mb/s/載頻。 

獨(dú)立組網(wǎng)方案的缺點(diǎn)是： 

◆至少需要兩個(gè)載波才能實(shí)現(xiàn)對(duì)R99/R4業(yè)務(wù)和HSDPA業(yè)務(wù)的支持。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，負(fù)荷一般比較低，這樣的情況下增加HSDPA專用載波會(huì)使得系統(tǒng)的頻譜利用率下降。 

◆較難實(shí)現(xiàn)載波間的負(fù)載均衡。 

◆采用獨(dú)立組網(wǎng)方式，在R5小區(qū)和R99/R4小區(qū)交界區(qū)的HSDPA業(yè)務(wù)切換成功率比混合組網(wǎng)低。 

如圖7所示，HSDPA業(yè)務(wù)從R5小區(qū)到R99/R4小區(qū)的切換屬于異頻切換情況，切換成功率比混合組網(wǎng)方式的同頻切換成功率低。 

圖7　獨(dú)立組網(wǎng)交界區(qū)切換情形

　�。�2）仿真結(jié)果 

仿真條件：R99語(yǔ)音業(yè)務(wù)使用載波1，HSDPA業(yè)務(wù)使用載波2，其他條件與混合組網(wǎng)的相同。 

在載波1上，當(dāng)下行負(fù)載限制為90%時(shí)小區(qū)能夠支持的最大語(yǔ)音用戶數(shù)為65個(gè)左右。 

載波2上的小區(qū)平均HSDPA吞吐量如圖8所示： 

圖8　獨(dú)立組網(wǎng)的仿真結(jié)果 

　　由圖可見(jiàn)，隨著終端的能力提升（支持16QAM、支持更多的碼字），小區(qū)可支持的HSDPA平均吞吐量不端增加，如果使用終端類別10，可以達(dá)到10Mb/s左右。 

5、結(jié)束語(yǔ) 
  
　　根據(jù)前面的分析和仿真結(jié)果可知，在不同的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、終端和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求情況下，兩種方案各具優(yōu)勢(shì)。在R99/R4負(fù)載比較輕的情況下（≤50%），采用混合組網(wǎng)方案是一種較佳的選擇，HSDPA業(yè)務(wù)可以與R99/R4業(yè)務(wù)充分地共享資源，獲得更高的網(wǎng)絡(luò)效率；在R99/R4負(fù)載比較重的情況下，如果數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求量不是很高，仍可選用混合組網(wǎng)，能夠獲得較高的頻譜利用率。在HSDPA商用終端可以支持更多的碼字?jǐn)?shù)（10、15）后，如果數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求量非常大，采用獨(dú)立組網(wǎng)是較佳的選擇，HSDPA業(yè)務(wù)與R99業(yè)務(wù)互不影響，網(wǎng)絡(luò)可支持更高的數(shù)據(jù)吞吐量，用戶可以獲得更佳的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。 

總之，在進(jìn)行具體的組網(wǎng)方案選擇時(shí)需要綜合考慮：市場(chǎng)因素：R99/R4業(yè)務(wù)滲透率、HSDPA業(yè)務(wù)滲透率、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率要求；技術(shù)因素：HSDPA終端能力、系統(tǒng)設(shè)備能力。只有全面地考慮了這些因素，才能作出恰當(dāng)?shù)倪x擇，獲得更好的網(wǎng)絡(luò)效率。