HSDPA技術及其網(wǎng)絡部署

摘要　本文主要介紹HSDPA的技術情況及其目前發(fā)展狀況，并對比R99分析了HSDPA的體系結構，對網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡部署的影響，以及在這些影響情況下如何部署HSDPA網(wǎng)絡。

關鍵詞　UTRAN　HSDPA　HS-DSCH　HS-SCCH　H-ARQ

1、概述

　　目前全球已有50多個商業(yè)WCDMA系統(tǒng)正在運營，可以給超過1000萬用戶提供先進的3G業(yè)務，WCDMA系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)已逐漸進入快速發(fā)展時期。

　　固定網(wǎng)數(shù)據(jù)接入技術為用戶提供了高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務，相應的，用戶對移動數(shù)據(jù)業(yè)務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，這個速率對于大部分現(xiàn)有的分組業(yè)務而言基本夠用。然而對于許多對流量和延遲要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務和視頻、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延。

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

2、HSDPA技術介紹

　　2.1　HSDPA概覽

　　HSDPA——高速下行分組接入技術是一種高速的、針對下行數(shù)據(jù)業(yè)務的無線傳輸技術。它的標準化是在3GPP R5中完成。HSDPA的理論傳輸速率達到14Mbit/s，用戶實際達到的平均速率能到2-5Mbit/s，網(wǎng)絡的效率得到大幅度的提高，用戶對業(yè)務質(zhì)量的體驗有質(zhì)的飛躍。

　　2.2　HSDPA關鍵原理

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

　　2.2.1　HSDPA時分/碼分復用

　　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是在擴頻因子為16時產(chǎn)生的物理信道，最多可以有15個信道用于數(shù)據(jù)的承載，并能自適應的采用QPSK或16QAM的調(diào)制方式。

　　HS-SCCH用于下行控制信息的傳輸，主要是對終端分配資源的指示。NodeB可能傳送多個HS-SCCH信道的信息給不同組的終端，如果HS-SCCH沒有被確定，終端要監(jiān)聽最多4個HS-SCCH信道的信息。如果HS-SCCH被確定，終端只監(jiān)聽一個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　自適應調(diào)制編碼

　　HSDPA通過自適應編碼調(diào)制技術實現(xiàn)鏈路自適應功能，通過上行控制信道HS-DPCCH傳送終端用戶所處的信道質(zhì)量和手機能力的信息，在每個傳輸間間隔內(nèi)自適應的決定采用的調(diào)制方式以及相應編碼率，通過編碼和調(diào)制方式的組合，產(chǎn)生不同的傳輸速率以適應不同的業(yè)務需求，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)制需要在每個傳輸間隔內(nèi)增加傳輸塊的大小，從而導致每個傳輸塊的錯誤率提高，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，在實際的網(wǎng)絡運營時也應該根據(jù)網(wǎng)絡的實際情況而適時調(diào)整。

　　2.2.3　快速自適應調(diào)度

　　HSDPA加快了無線資源調(diào)度的時間。在R99中一個無線幀為10ms，而HSDPA中一個無線幀為2ms，在2ms的時間間隔內(nèi)實現(xiàn)無線資源分配，同時在無線資源分配時自動將資源分配給無線信道條件最好的用戶，使得資源始終服務于相對擁有最好信道條件的用戶，從而達到最高的終端用戶速率。

　　目前快速調(diào)度算法主要有以下三種：

　　*每個時間間隔分配相同資源→調(diào)度速率較慢

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

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

　　2.2.4　混合自動重傳

　　HSDPA對原有數(shù)據(jù)和重傳數(shù)據(jù)采用合并的方式進行解碼，從而獲得額外的解碼增益。當HSDPA終端用戶接收或解碼一個傳輸間隔內(nèi)的傳輸塊時，會將傳輸塊的數(shù)據(jù)先存在手機的緩存器中，如果數(shù)據(jù)被成功解碼，緩存器中的數(shù)據(jù)就會被清除。如果數(shù)據(jù)沒有被成功解碼，緩存器中的數(shù)據(jù)就會被保留，NodeB會重傳已傳的數(shù)據(jù)，終端會把重傳數(shù)據(jù)和緩存器中已有的數(shù)據(jù)結合，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)塊在受到干擾時也可能被正確解碼。但重傳次數(shù)越多，解碼時延越大。

　　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

　　*終端實現(xiàn)較簡單

　　*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傳過的備份信息，在終端進行碼合并

　　*提高合并增益

　　*相比chase合并性能更好

　　*終端實現(xiàn)較復雜

　　和R99結構的協(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)整時間，另外，與其他傳輸信道終結于RNC相比，HSDPA的HS-DSCH信道終結于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確認機制更短的時延。

3、HSDPA的網(wǎng)絡部屬

　　3.1　HSDPA對系統(tǒng)結構和設備的影響

　　HSDPA的引入對原有R99的網(wǎng)絡結構不會有任何影響。但原有只支持R99功能的網(wǎng)絡設備，需要做一些硬件和軟件功能上的升級。

　　NodeB需要增加支持16QAM調(diào)制解調(diào)功能的硬件模塊，并對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，以滿足誤差向量幅度指標的要求。

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

　　從目前各個廠商產(chǎn)品的研發(fā)狀況來看，基本上所有的廠商在WCDMA最新版本的無線產(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個碼捆綁的終端

　　*支持數(shù)據(jù)緩存和混合自動重發(fā)數(shù)據(jù)的合成

　　*支持高數(shù)據(jù)量的處理能力以適應HSDPA高速率的要求

　　*信道質(zhì)量信息的計算

　　*支持HSDPA的物理信道

　　3.2　HSDPA部署場景

　　HSDPA主要用于高速數(shù)據(jù)業(yè)務，所以在考慮HSDPA的網(wǎng)絡部屬時，我們首先應考慮近些年來數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展狀況。從目前國內(nèi)移動市場的分析看來，雖然移動數(shù)據(jù)業(yè)務占總體業(yè)務量的比例還很低，但從每個用戶ARPU話音和數(shù)據(jù)業(yè)務收入分別所占的比例趨勢來看，話音業(yè)務呈下降的趨勢，而數(shù)據(jù)業(yè)務呈上升的趨勢。

　　基于這種數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展狀況以及現(xiàn)在各個移動供應商產(chǎn)品的發(fā)展狀況，在國內(nèi)3G網(wǎng)絡部署時可分階段逐步部署HSDPA，初期可在商務區(qū)室內(nèi)、商務區(qū)和熱點地區(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，因為初期HSDPA用戶較少，可和R99共用載波，這時，應處理好HSDPA資源和R99資源的合理分配，并應根據(jù)網(wǎng)絡實際用戶的發(fā)展而適時調(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在切換過程中只與一個小區(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，然后再進行小區(qū)切換。

　　將來HSDPA用戶逐步增多時，可提供單獨支持HSDPA的載波。

　　3.3　HSDPA的碼資源分配

　　在網(wǎng)絡部屬時，若HSDPA和R99共載波時牽涉到兩者之間碼資源如何分配的問題。前面已經(jīng)提到，HSDPA是用擴頻因子為16的擴頻碼，在實際資源分配時，多個HS-DPSCH捆綁給一個用戶，或多個用戶共享一個HS-DPSCH。在實際和R99用戶資源協(xié)調(diào)時，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營商事先定義好一個載波中有幾個SF=16的碼道用于HSDPA，定義好之后，R99用戶不能再占用此資源，只能占用剩余碼道的資源。

　　靜態(tài)碼資源分配從產(chǎn)品的實現(xiàn)上比較容易，目前各個移動供應商提供的系統(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動態(tài)碼資源分配

　　動態(tài)碼資源分配是指運營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)用戶的實際情況自適應的分配相應的資源給終端用戶。動態(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的后臺和交互類業(yè)務，但是流業(yè)務將在不久后也會支持，動態(tài)碼資源分配相對能確保實時業(yè)務的資源，為QoS機制的完整實現(xiàn)提供了保障。

4、HSDPA的進展狀況

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

　　國際上一些規(guī)模比較大的WCDMA網(wǎng)絡運營商也從今年年初開始逐步的進行HSDPA的實驗室測試以及外場測試。國內(nèi)的一些運營商也根據(jù)WCDMA產(chǎn)品和市場發(fā)展狀況也著手準備HSDPA的實驗室和外場測試。

5、結束語

　　從以上的分析我們可以得出結論，HSDPA技術跨越性的增加了系統(tǒng)的容量和提高了終端用戶的速率，為引入新的數(shù)據(jù)業(yè)務提供了可能，特別適應現(xiàn)今數(shù)據(jù)業(yè)務快速發(fā)展的需求。從商業(yè)分析來看，HSDPA的引入可以增加每用戶額外的ARPU，為運營商提供更多的業(yè)務收入，設備的平滑演進也降低了運營商的投資成本和運營成本，對運營商利益是有利的。HSDPA將會為運營商帶來更多的商業(yè)機會。