HSDPA技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)部署

摘要　本文主要介紹HSDPA的技術(shù)情況及其目前發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)比R99分析了HSDPA的體系結(jié)構(gòu)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)部署的影響，以及在這些影響情況下如何部署HSDPA網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞　UTRAN　HSDPA　HS-DSCH　HS-SCCH　H-ARQ

1、概述

　　目前全球已有50多個(gè)商業(yè)WCDMA系統(tǒng)正在運(yùn)營(yíng)，可以給超過(guò)1000萬(wàn)用戶(hù)提供先進(jìn)的3G業(yè)務(wù)，WCDMA系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)已逐漸進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。

　　固定網(wǎng)數(shù)據(jù)接入技術(shù)為用戶(hù)提供了高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，相應(yīng)的，用戶(hù)對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也提出了高速率的要求。WCDMA R99版本可以提供384kps的數(shù)據(jù)速率，這個(gè)速率對(duì)于大部分現(xiàn)有的分組業(yè)務(wù)而言基本夠用。然而對(duì)于許多對(duì)流量和延遲要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻、流媒體和下載等，需要系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更短的時(shí)延。

　　為了更好的發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，3GPP對(duì)空中接口作了改進(jìn)，引入了HSDPA技術(shù)。

2、HSDPA技術(shù)介紹

　　2.1　HSDPA概覽

　　HSDPA——高速下行分組接入技術(shù)是一種高速的、針對(duì)下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無(wú)線傳輸技術(shù)。它的標(biāo)準(zhǔn)化是在3GPP R5中完成。HSDPA的理論傳輸速率達(dá)到14Mbit/s，用戶(hù)實(shí)際達(dá)到的平均速率能到2-5Mbit/s，網(wǎng)絡(luò)的效率得到大幅度的提高，用戶(hù)對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量的體驗(yàn)有質(zhì)的飛躍。

　　2.2　HSDPA關(guān)鍵原理

　　HSDPA技術(shù)在擴(kuò)頻因子16的基礎(chǔ)上將多個(gè)碼道捆綁在一起分配給一個(gè)用戶(hù)，或者將一個(gè)碼道分配給多個(gè)用戶(hù)使用，從而提高了無(wú)線接口的傳輸速率和傳輸效率。它還采用了很多新的無(wú)線傳輸技術(shù)和算法來(lái)提高傳輸速率，如快速調(diào)度算法、自適應(yīng)編碼調(diào)制和混合自動(dòng)重發(fā)等。

　　2.2.1　HSDPA時(shí)分/碼分復(fù)用

　　HSDPA引入了新的下行物理信道HS-PDSCH和HS-SCCH、新的上行物理信道HS-DPCCH。

　　HSPDCH是在擴(kuò)頻因子為16時(shí)產(chǎn)生的物理信道，最多可以有15個(gè)信道用于數(shù)據(jù)的承載，并能自適應(yīng)的采用QPSK或16QAM的調(diào)制方式。

　　HS-SCCH用于下行控制信息的傳輸，主要是對(duì)終端分配資源的指示。NodeB可能傳送多個(gè)HS-SCCH信道的信息給不同組的終端，如果HS-SCCH沒(méi)有被確定，終端要監(jiān)聽(tīng)最多4個(gè)HS-SCCH信道的信息。如果HS-SCCH被確定，終端只監(jiān)聽(tīng)一個(gè)HS-SCCH信道的信息。

　　HS-DPCCH主要用于上行控制信息的傳輸，主要承載H-ARQ的ACK/NACK信息，信道質(zhì)量信息等。

　　2.2.2　自適應(yīng)調(diào)制編碼

　　HSDPA通過(guò)自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)鏈路自適應(yīng)功能，通過(guò)上行控制信道HS-DPCCH傳送終端用戶(hù)所處的信道質(zhì)量和手機(jī)能力的信息，在每個(gè)傳輸間間隔內(nèi)自適應(yīng)的決定采用的調(diào)制方式以及相應(yīng)編碼率，通過(guò)編碼和調(diào)制方式的組合，產(chǎn)生不同的傳輸速率以適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)需求，從而提高信道的利用率。但是編碼率的提高或采用高階調(diào)制需要在每個(gè)傳輸間隔內(nèi)增加傳輸塊的大小，從而導(dǎo)致每個(gè)傳輸塊的錯(cuò)誤率提高，所以，最佳的兩者平衡是根據(jù)信道質(zhì)量的情況正確選擇合適的調(diào)制方式，在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)時(shí)也應(yīng)該根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況而適時(shí)調(diào)整。

　　2.2.3　快速自適應(yīng)調(diào)度

　　HSDPA加快了無(wú)線資源調(diào)度的時(shí)間。在R99中一個(gè)無(wú)線幀為10ms，而HSDPA中一個(gè)無(wú)線幀為2ms，在2ms的時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)線資源分配，同時(shí)在無(wú)線資源分配時(shí)自動(dòng)將資源分配給無(wú)線信道條件最好的用戶(hù)，使得資源始終服務(wù)于相對(duì)擁有最好信道條件的用戶(hù)，從而達(dá)到最高的終端用戶(hù)速率。

　　目前快速調(diào)度算法主要有以下三種：

　　*每個(gè)時(shí)間間隔分配相同資源→調(diào)度速率較慢

　　*根據(jù)最好的即時(shí)信道質(zhì)量分配資源→快速調(diào)度但資源分配不公平

　　*根據(jù)最高的相對(duì)即時(shí)信道質(zhì)量分配資源→快速調(diào)度按比例較公平

　　2.2.4　混合自動(dòng)重傳

　　HSDPA對(duì)原有數(shù)據(jù)和重傳數(shù)據(jù)采用合并的方式進(jìn)行解碼，從而獲得額外的解碼增益。當(dāng)HSDPA終端用戶(hù)接收或解碼一個(gè)傳輸間隔內(nèi)的傳輸塊時(shí)，會(huì)將傳輸塊的數(shù)據(jù)先存在手機(jī)的緩存器中，如果數(shù)據(jù)被成功解碼，緩存器中的數(shù)據(jù)就會(huì)被清除。如果數(shù)據(jù)沒(méi)有被成功解碼，緩存器中的數(shù)據(jù)就會(huì)被保留，NodeB會(huì)重傳已傳的數(shù)據(jù)，終端會(huì)把重傳數(shù)據(jù)和緩存器中已有的數(shù)據(jù)結(jié)合，從而提高解碼的成功率。目前規(guī)范定義的最大重傳次數(shù)為4次，在這種情況下，數(shù)據(jù)塊在受到干擾時(shí)也可能被正確解碼。但重傳次數(shù)越多，解碼時(shí)延越大。

　　H-ARQ目前主要有兩種合并重傳方式：

　　*Chase合并

　　*每次重傳與原傳輸?shù)膬?nèi)容一樣，在終端處提供最大的合并比率

　　*終端實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單

　　*與普通ARQ相比性能更好

　　*增量冗余

　　*每次重傳包含額外的以前沒(méi)傳過(guò)的備份信息，在終端進(jìn)行碼合并

　　*提高合并增益

　　*相比chase合并性能更好

　　*終端實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜

　　和R99結(jié)構(gòu)的協(xié)議棧相比，HSDPA協(xié)議棧將部分鏈路調(diào)整功能移至NodeB，增加了系統(tǒng)效率，減少了鏈路調(diào)整時(shí)間，另外，與其他傳輸信道終結(jié)于RNC相比，HSDPA的HS-DSCH信道終結(jié)于NodeB中的MAC-hs，而H-ARQ就是由Node B中的MAC-hs層完成的，這將提供比R99的RLC確認(rèn)機(jī)制更短的時(shí)延。

3、HSDPA的網(wǎng)絡(luò)部屬

　　3.1　HSDPA對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備的影響

　　HSDPA的引入對(duì)原有R99的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不會(huì)有任何影響。但原有只支持R99功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，需要做一些硬件和軟件功能上的升級(jí)。

　　NodeB需要增加支持16QAM調(diào)制解調(diào)功能的硬件模塊，并對(duì)功放的線性度提出更高的要求。在線性度的要求上，QPSK調(diào)制所要求的誤差向量幅度是12.5%，16QAM調(diào)制所要求的誤差向量幅度為17%�，F(xiàn)有的線性功放如果要支持16QAM的話，須降低線性功放的輸出功率0.7dB，以滿(mǎn)足誤差向量幅度指標(biāo)的要求。

　　RNC需要有更高的數(shù)據(jù)傳輸板卡來(lái)支持高速率的數(shù)據(jù)傳輸，另外還需要增加用于RNC和NodeB的流控實(shí)體。

　　從目前各個(gè)廠商產(chǎn)品的研發(fā)狀況來(lái)看，基本上所有的廠商在WCDMA最新版本的無(wú)線產(chǎn)品中都承諾HSDPA硬件支持。

　　和普通的R99終端相比，HSDPA終端需要支持以下額外的功能：

　　*16QAM調(diào)制方式

　　*根據(jù)終端的能力提供分別支持5、10、15個(gè)碼捆綁的終端

　　*支持?jǐn)?shù)據(jù)緩存和混合自動(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)的合成

　　*支持高數(shù)據(jù)量的處理能力以適應(yīng)HSDPA高速率的要求

　　*信道質(zhì)量信息的計(jì)算

　　*支持HSDPA的物理信道

　　3.2　HSDPA部署場(chǎng)景

　　HSDPA主要用于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以在考慮HSDPA的網(wǎng)絡(luò)部屬時(shí)，我們首先應(yīng)考慮近些年來(lái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展?fàn)顩r。從目前國(guó)內(nèi)移動(dòng)市場(chǎng)的分析看來(lái)，雖然移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占總體業(yè)務(wù)量的比例還很低，但從每個(gè)用戶(hù)ARPU話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入分別所占的比例趨勢(shì)來(lái)看，話音業(yè)務(wù)呈下降的趨勢(shì)，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈上升的趨勢(shì)。

　　基于這種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展?fàn)顩r以及現(xiàn)在各個(gè)移動(dòng)供應(yīng)商產(chǎn)品的發(fā)展?fàn)顩r，在國(guó)內(nèi)3G網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)可分階段逐步部署HSDPA，初期可在商務(wù)區(qū)室內(nèi)、商務(wù)區(qū)和熱點(diǎn)地區(qū)具備HSDPA功能，然后下一階段在城區(qū)引入HSDPA，然后再郊區(qū)。

　　從載頻的配置上，因?yàn)槌跗贖SDPA用戶(hù)較少，可和R99共用載波，這時(shí)，應(yīng)處理好HSDPA資源和R99資源的合理分配，并應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際用戶(hù)的發(fā)展而適時(shí)調(diào)整。提供HSDPA的區(qū)域連續(xù)覆蓋，和R99的交接處提供HSDPA小區(qū)和R99小區(qū)的自由切換。

　　HSDPA的小區(qū)切換和軟切換不同，HSDPA的UE在切換過(guò)程中只與一個(gè)小區(qū)保持HS-DSCH的連接狀態(tài)，HSDPA的小區(qū)至R99小區(qū)或2G小區(qū)的切換一般是UE從HS-DSCH回落到DCH上，然后再進(jìn)行小區(qū)切換。

　　將來(lái)HSDPA用戶(hù)逐步增多時(shí)，可提供單獨(dú)支持HSDPA的載波。

　　3.3　HSDPA的碼資源分配

　　在網(wǎng)絡(luò)部屬時(shí)，若HSDPA和R99共載波時(shí)牽涉到兩者之間碼資源如何分配的問(wèn)題。前面已經(jīng)提到，HSDPA是用擴(kuò)頻因子為16的擴(kuò)頻碼，在實(shí)際資源分配時(shí)，多個(gè)HS-DPSCH捆綁給一個(gè)用戶(hù)，或多個(gè)用戶(hù)共享一個(gè)HS-DPSCH。在實(shí)際和R99用戶(hù)資源協(xié)調(diào)時(shí)，目前規(guī)范定義兩種方式：

　　*HSDPA靜態(tài)碼資源分配

　　靜態(tài)碼資源分配是指由運(yùn)營(yíng)商事先定義好一個(gè)載波中有幾個(gè)SF=16的碼道用于HSDPA，定義好之后，R99用戶(hù)不能再占用此資源，只能占用剩余碼道的資源。

　　靜態(tài)碼資源分配從產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)上比較容易，目前各個(gè)移動(dòng)供應(yīng)商提供的系統(tǒng)都只能支持靜態(tài)碼資源分配。但是，靜態(tài)碼資源分配在碼資源的利用率上比較低，碼資源的調(diào)整工作量也較大。

　　*HSDPA動(dòng)態(tài)碼資源分配

　　動(dòng)態(tài)碼資源分配是指運(yùn)營(yíng)商不事先定義好分配給HSDPA和R99的資源的比例，系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際情況自適應(yīng)的分配相應(yīng)的資源給終端用戶(hù)。動(dòng)態(tài)碼資源分配資源的利用率比較高，另外，雖然各廠商目前只支持HSDPA的后臺(tái)和交互類(lèi)業(yè)務(wù)，但是流業(yè)務(wù)將在不久后也會(huì)支持，動(dòng)態(tài)碼資源分配相對(duì)能確保實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的資源，為QoS機(jī)制的完整實(shí)現(xiàn)提供了保障。

4、HSDPA的進(jìn)展?fàn)顩r

　　目前移動(dòng)業(yè)界幾個(gè)主要的設(shè)備供應(yīng)商在最新提供的WCDMA產(chǎn)品(2005年12月)的硬件和軟件上都聲稱(chēng)已經(jīng)支持HSDPA。HSDPA的終端PC卡+筆記本和HSDPA的手機(jī)也在今年和明年陸續(xù)推出。

　　國(guó)際上一些規(guī)模比較大的WCDMA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商也從今年年初開(kāi)始逐步的進(jìn)行HSDPA的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試以及外場(chǎng)測(cè)試。國(guó)內(nèi)的一些運(yùn)營(yíng)商也根據(jù)WCDMA產(chǎn)品和市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r也著手準(zhǔn)備HSDPA的實(shí)驗(yàn)室和外場(chǎng)測(cè)試。

5、結(jié)束語(yǔ)

　　從以上的分析我們可以得出結(jié)論，HSDPA技術(shù)跨越性的增加了系統(tǒng)的容量和提高了終端用戶(hù)的速率，為引入新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供了可能，特別適應(yīng)現(xiàn)今數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需求。從商業(yè)分析來(lái)看，HSDPA的引入可以增加每用戶(hù)額外的ARPU，為運(yùn)營(yíng)商提供更多的業(yè)務(wù)收入，設(shè)備的平滑演進(jìn)也降低了運(yùn)營(yíng)商的投資成本和運(yùn)營(yíng)成本，對(duì)運(yùn)營(yíng)商利益是有利的。HSDPA將會(huì)為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更多的商業(yè)機(jī)會(huì)。