WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)及HSDPA的部署考慮

　　目前WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)都是以R99版本為基礎(chǔ)的，但是WCDMA技術(shù)的技術(shù)演進(jìn)已經(jīng)有了十分清晰的路標(biāo)，尤其是向HSDPA演進(jìn)與部署已成了業(yè)界關(guān)注的重心，WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮到網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，為網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展留下空間和余地。

　　從技術(shù)演進(jìn)的路標(biāo)來看，R99版本之后的是R4版本的網(wǎng)絡(luò)，它與R99版本的差異最主要體現(xiàn)在：核心網(wǎng)方面將信令與承載分離，即將“軟交換”的概念引入移動(dòng)網(wǎng)的核心電路域，原來在R99版本中的MSC被分離成MSC服務(wù)器（MSC-S）和電路域媒體網(wǎng)關(guān)（CS-MGW），并定義了與此相關(guān)的各項(xiàng)接口。對(duì)于FDD WCDMA而言，R4版本在無線接入網(wǎng)部分沒有變化，所以基于R99版本的WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)同樣適用于R4版本。

　　R5版本是接著R4版本的下一個(gè)演進(jìn)路標(biāo)，它在無線接入網(wǎng)方面引入了頻譜利用率更高的接入技術(shù)－高速下行分組接入（HSDPA），使R5版本能支持更高速率的下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，大大增強(qiáng)了對(duì)下行數(shù)據(jù)應(yīng)用如交互類，背景類，和流媒體業(yè)務(wù)的支持。另外在接入網(wǎng)的傳輸承載協(xié)議上，R5版本建議了IP傳輸作為選項(xiàng)之一。

　　如何才能實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)及HSDPA應(yīng)如何部署？其實(shí)，HSDPA 與1xEVDO具有十分相似的基本技術(shù)機(jī)制，而北電在1xEVDO市場(chǎng)上有超過66%的市場(chǎng)份額，在網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，運(yùn)營和優(yōu)化積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，因而可以為用戶提供完整的，經(jīng)濟(jì)有效的HSDPA解決方案。本文從以下幾個(gè)主要方面探討無線網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)及HSDPA的部署。

　　HSDPA技術(shù)概述

　　類似于1xEVDO，HSDPA引入的最主要的幾項(xiàng)核心技術(shù)為：
·自適應(yīng)調(diào)制與編碼 （Adaptive Modulation and Coding or AMC）
·混合自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求（Hybrid Automatic Request or H-ARQ）
·快速調(diào)度算法 （Fast Scheduling）

　　自適應(yīng)調(diào)制與編碼是基于無線條件和終端能力進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制和編碼，它可以根據(jù)UE所測(cè)量的下行信道條件優(yōu)選調(diào)制和編碼方式,提高下行鏈路的吞吐量。比如，當(dāng)信道條件差時(shí)或干擾強(qiáng)時(shí)，選擇更高保護(hù)性的調(diào)制和編碼方式，而當(dāng)信道條件好時(shí)或干擾弱時(shí)，選擇高階調(diào)制如16-QAM和低編碼率如7/8等。換句話說，自適應(yīng)調(diào)制與編碼提供適應(yīng)無線條件的鏈路適配，每次調(diào)制及編碼的選擇均基于UE上報(bào)的CQI（Channel Quality Indicator 即無線信道質(zhì)量）和UE類別（即UE能力）做出判斷。在UE可以支持的范圍內(nèi)，無線環(huán)境好，便使用抗信道衰落能力較差的高速率調(diào)制編碼，提高峰值速率；反之則需要較多的編碼比特和低階調(diào)制用于對(duì)抗信道衰落。每一2ms無線子幀中，HSDPA業(yè)務(wù)信道上的碼字的數(shù)量、編碼速率和調(diào)制方式(QPSK or 16QAM)都可以重新選擇。

　　混合自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求技術(shù)是前向糾錯(cuò)編碼FEC和ARQ技術(shù)的結(jié)合，即結(jié)合了自動(dòng)重發(fā)與前向糾錯(cuò)的容錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制，并使用合并前后含有相同數(shù)據(jù)單元的機(jī)制或重傳信息塊的增量冗余機(jī)制，帶來更低的剩余誤塊率，從而減少高層協(xié)議RLC層的重發(fā)和降低下行分組包的發(fā)送時(shí)延與環(huán)回時(shí)延(round trip delay)。H-ARQ 重傳是在物理層上實(shí)現(xiàn)的，它能有效的增加無線鏈路的數(shù)據(jù)吞吐量，減小重傳的時(shí)延，從而提高整個(gè)扇區(qū)的吞吐量。HSDPA支持兩種合并機(jī)制：對(duì)基站重發(fā)相同的分組包進(jìn)行前后合并或?qū)�基站重發(fā)含有不同編碼（即冗余信息）的分組包進(jìn)行增量冗余合并。HSDPA終端要求同時(shí)支持前后合并和增量冗余兩種方式，然而增量冗余要求HSDPA終端具有專供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用的更大的內(nèi)存空間。

　　快速調(diào)度算法是在動(dòng)態(tài)復(fù)雜的無線環(huán)境下使多用戶更有效地使用無線資源, 提高整個(gè)扇區(qū)的吞吐量。調(diào)度算法功能實(shí)現(xiàn)于基站，采用了時(shí)分加碼分的技術(shù)，而且用戶對(duì)于共享信道的使用權(quán)每一個(gè)2ms無線子幀都可以重新調(diào)度，反應(yīng)速度大大提高。調(diào)度算法可以綜合評(píng)估多方因素，在實(shí)施HSDPA分組調(diào)度時(shí), 調(diào)度算法會(huì)根據(jù)事先掌握的信息如：
·每個(gè)傳輸時(shí)間間隔（TTI）階段可用的碼資源和功率資源
·UE上報(bào)的無線信道質(zhì)量CQI
·以前發(fā)送數(shù)據(jù)是否被正確接收的反饋信息 (ACK/NACK)
·將要傳送數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級(jí)等

　　在多用戶中實(shí)施快速調(diào)度和無線資源的最優(yōu)使用，提高頻譜的使用效率。

　　HSDPA引入的新增信道有：
·上行引入了 1 個(gè)專用控制信道（HS-DPCCH），供UE上報(bào)H-ARQ要求的ACK/NACK和所測(cè)下行信道的質(zhì)量CQI，使用的擴(kuò)頻因子為SF256；
·下行引入了最多15個(gè)碼分多址的共享業(yè)務(wù)信道（HS-PDSCH），用以承載數(shù)據(jù)比特，使用的擴(kuò)頻因子為SF16，注意這些業(yè)務(wù)信道可以供單用戶使用或供多用戶共享，仿真分析顯示當(dāng)同時(shí)使用的業(yè)務(wù)信道增多時(shí)，碼間干擾增加很快；
·下行還引入了最多4個(gè)公用控制信道（HS-SCCH），用以承載業(yè)務(wù)信道的控制信令，使用的擴(kuò)頻因子為SF128，下行公用控制信道要消耗一定的功率，影響系統(tǒng)的容量，如何配置該信道的數(shù)目及功率要十分慎重，在HSDPA和R99共享載頻的情況下尤為關(guān)鍵。

　　HSDPA的覆蓋考慮

　　對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃所依據(jù)的上行鏈路而言，R99版的設(shè)計(jì)中城市一般是以CS64為上行保證的業(yè)務(wù)承載，也就是說小區(qū)的最大覆蓋半徑是以該業(yè)務(wù)承載為基準(zhǔn)的，因而可提供該業(yè)務(wù)承載的連續(xù)覆蓋，小區(qū)邊緣可以以上行PS64配合下行PS64， PS128或PS384提供分組高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于R5在上行增加了物理層的HS-DPCCH信道用于傳送UE上報(bào)的下行無線信道質(zhì)量CQI和以前發(fā)送數(shù)據(jù)是否被正確接收的反饋信息 (ACK/NACK)，它要占用一定的UE功率。對(duì)比R99版本信道DPDCH/DPCCH 的QoS要求，HS-DPCCH 信道在保持不變的ACK/NACK的誤碼率及CQI的誤塊率要求的情況下需要較高的 Eb/No，從而影響原先以R99版本設(shè)計(jì)的的上行覆蓋。

　　根據(jù)在城區(qū)典型環(huán)境下的仿真研究結(jié)果看，由此引起的差異很小，所以基于R99版本中上行CS64為覆蓋基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該基本適用于R5版本，相應(yīng)的R5版本可以用上行PS64專用信道配合下行HSDPA在小區(qū)邊緣提供分組高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。況且，部署HSDPA的小區(qū)大都在城市發(fā)達(dá)區(qū)域，這些區(qū)域又大都是容量或干擾受限的區(qū)域，這時(shí)小區(qū)的覆蓋半徑是基于容量仿真的結(jié)果，所以基于鏈路預(yù)算的上行覆蓋差異更不應(yīng)成為問題。無線網(wǎng)絡(luò)由R99版本到R5版本是漸進(jìn)式的演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)保證業(yè)務(wù)的QoS保持不變，在這個(gè)意義上，一個(gè)規(guī)劃合理的R99版本的無線網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該對(duì)技術(shù)的演進(jìn)具有良好的可演進(jìn)性，并不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做大的調(diào)整。

　　HSDPA的容量考慮

　　根據(jù)WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，質(zhì)量和容量的相互關(guān)系，HSDPA的容量同樣不是孤立的容量，而是基于前述的覆蓋半徑和網(wǎng)絡(luò)保證業(yè)務(wù)的QoS不變情況下的容量。由于引入了前述的三項(xiàng)核心技術(shù)，HSDPA的下行容量大大提高。如果用吞吐量來表征容量，它可以從幾個(gè)方面來衡量：單用戶峰值數(shù)據(jù)速率，多用戶時(shí)平均每用戶吞吐量，多用戶時(shí)扇區(qū)平均吞吐量，扇區(qū)可支持的用戶數(shù)等。此外，容量還受到終端能力，無線環(huán)境，接入下行共享信道的用戶數(shù)，公用信道的功率配置，功率資源，碼資源等許多因素的影響。

　　單用戶峰值數(shù)據(jù)速率一般是指在理想的無線環(huán)境下，系統(tǒng)所支持的各類終端的最高下行速率，體現(xiàn)的是系統(tǒng)和終端所能實(shí)現(xiàn)的功能和最大能力，它可以直接測(cè)試驗(yàn)證，但一般不作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的參考點(diǎn)。多用戶時(shí)平均每用戶吞吐量，多用戶時(shí)扇區(qū)平均吞吐量，扇區(qū)可支持的用戶數(shù)等容量指標(biāo)通常取為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的依據(jù)。實(shí)際環(huán)境下的容量需要借助仿真來估計(jì)，它是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)要考慮的著重點(diǎn)。仿真的目的是確定在基于R99版的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)條件下HSDPA的容量及其分布特性。目前的商用WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具還不能支持HSDPA的仿真，尤其困難的是快速調(diào)度算法的仿真，多數(shù)相關(guān)的仿真使用了其它工具平臺(tái)。例如在基于R99版的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)條件下，取步行用戶速度及無接收分集的終端（6類UE），通過對(duì)典型市區(qū)環(huán)境的仿真可得出HSDPA的平均扇區(qū)吞吐量約為1～2Mbps之間；接收分集的增益約為15％。

　　HSDPA的部署考慮

　　R5版本具有對(duì)R99版本的兼容性，它是對(duì)R99功能的增強(qiáng)。它既可以以單獨(dú)載頻方式部署，也可以和R99共享同一個(gè)載頻，這時(shí)需要HSDPA和R99信道間的動(dòng)態(tài)功率共享才能有效的工作。如前述HSDPA下行可以引入一個(gè)或多個(gè)公用控制信道（HS-SCCH），用以承載控制信令，使用的擴(kuò)頻因子為SF128，下行公用控制信道要消耗一定的功率，影響系統(tǒng)的容量。所以該公用控制信道的個(gè)數(shù)及功率配置都需認(rèn)真考慮，因?yàn)榛�站功率為HSDPA，R99和其它公用信道共享。過高的HSDPA公用控制信道配置，使業(yè)務(wù)信道可用功率大為減少，仿真分析顯示HSDPA的吞吐量隨它的可用功率增加而明顯增大。

　　還需注意的是HSDPA對(duì)下行功率使用的突發(fā)特性會(huì)對(duì)R99業(yè)務(wù)造成影響，在功率資源的分配上應(yīng)給R99業(yè)務(wù)保留適當(dāng)?shù)挠嗔恳詼p輕這種影響，但這又會(huì)影響HSDPA吞吐量，這是一個(gè)難以兩全其美的矛盾。在載頻共享的部署方式下，應(yīng)該盡量把非實(shí)時(shí)的分組域業(yè)務(wù)用HSDPA承載，而不是用R99的PS384，PS128等專用信道承載。這是因?yàn)镠SDPA下行吞吐量的高效率，帶來無線資源的使用效率提高，業(yè)務(wù)應(yīng)用的時(shí)延降低，網(wǎng)絡(luò)平均下行負(fù)載降低的優(yōu)勢(shì)。比如，在相同無線環(huán)境下，下載一個(gè)2Mbit的文件，使用HSDPA承載的時(shí)間要比使用PS384承載大大縮短。

　　在HSDPA和R99載頻共享的部署方式下，OVSF碼的分配也是需要考慮的因素。如采用靜態(tài)預(yù)留碼資源管理算法，預(yù)留給HSDPA的碼資源要兼顧HSDPA下行吞吐量和R99業(yè)務(wù)需求，盡可能不局限R99的可用碼資源，以保證電路域業(yè)務(wù)不受影響。預(yù)留碼資源可以根據(jù)混合業(yè)務(wù)的比例通過參數(shù)適當(dāng)配置，比如預(yù)留10個(gè)SF＝16的OVSF碼給HSDPA的配置選擇，它可以支持足夠大的HSDPA下行速率，又可兼顧R99的需求，這時(shí)剩余的碼資源可以支持2個(gè) HS-SCCH和42 個(gè)SF128(s) (話音 + 信令)。

　　在網(wǎng)絡(luò)商用初期，HSDPA用戶及業(yè)務(wù)量不高時(shí)，與R99共享同一個(gè)載頻的部署方式比較經(jīng)濟(jì)，無線資源利用率較高。根據(jù)初期網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用的需求和成本，可以考慮先將城市發(fā)達(dá)區(qū)域的R99基站實(shí)施軟件升級(jí)開通HSDPA功能，實(shí)現(xiàn)基于R99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的HSDPA平滑演進(jìn)。部署的原則是使具有HSDPA能力的小區(qū)連片，以避免頻繁的R99和R5間的信道切換，即HSDPA與R99信道間的切換應(yīng)集中在HSDPA部署區(qū)域的邊界，否則會(huì)引起系統(tǒng)開銷過大和影響用戶體驗(yàn)。

　　當(dāng)HSDPA用戶及業(yè)務(wù)量增高后，下行負(fù)載升高，下行干擾也相應(yīng)升高。當(dāng)升高的水平達(dá)到R99的設(shè)計(jì)負(fù)載門限時(shí)，就應(yīng)考慮部署新載頻，如果HSDPA用戶及業(yè)務(wù)量較高，就應(yīng)考慮把原先共享同一個(gè)載頻的部署方式改為單獨(dú)載頻方式，即HSDPA、R99分別使用其專用載頻，這樣即避免了載頻共享時(shí)對(duì)R99業(yè)務(wù)的影響，又能滿足HSDPA的高業(yè)務(wù)量要求。更加重要的是無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的全過程是保持網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)的平滑過程。這是北電豐富的CDMA無線網(wǎng)絡(luò)升級(jí)擴(kuò)容（IS-95->CDMA2000->1xEVDO）經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，最有利于無線網(wǎng)絡(luò)的部署，優(yōu)化，運(yùn)營和維護(hù)。


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