WCDMA無線網(wǎng)絡平滑演進及HSDPA的部署考慮

　　目前WCDMA無線網(wǎng)絡的規(guī)劃設計都是以R99版本為基礎的，但是WCDMA技術的技術演進已經(jīng)有了十分清晰的路標，尤其是向HSDPA演進與部署已成了業(yè)界關注的重心，WCDMA無線網(wǎng)絡的規(guī)劃設計應該充分考慮到網(wǎng)絡的平滑演進，為網(wǎng)絡的發(fā)展留下空間和余地。

　　從技術演進的路標來看，R99版本之后的是R4版本的網(wǎng)絡，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”的概念引入移動網(wǎng)的核心電路域，原來在R99版本中的MSC被分離成MSC服務器（MSC-S）和電路域媒體網(wǎng)關（CS-MGW），并定義了與此相關的各項接口。對于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)絡的規(guī)劃設計同樣適用于R4版本。

　　R5版本是接著R4版本的下一個演進路標，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－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，大大增強了對下行數(shù)據(jù)應用如交互類，背景類，和流媒體業(yè)務的支持。另外在接入網(wǎng)的傳輸承載協(xié)議上，R5版本建議了IP傳輸作為選項之一。

　　如何才能實現(xiàn)無線網(wǎng)絡的平滑演進及HSDPA應如何部署？其實，HSDPA 與1xEVDO具有十分相似的基本技術機制，而北電在1xEVDO市場上有超過66%的市場份額，在網(wǎng)絡的規(guī)劃設計，運營和優(yōu)化積累了豐富的工程經(jīng)驗，因而可以為用戶提供完整的，經(jīng)濟有效的HSDPA解決方案。本文從以下幾個主要方面探討無線網(wǎng)絡的演進及HSDPA的部署。

　　HSDPA技術概述

　　類似于1xEVDO，HSDPA引入的最主要的幾項核心技術為：
·自適應調(diào)制與編碼 （Adaptive Modulation and Coding or AMC）
·混合自動重發(fā)請求（Hybrid Automatic Request or H-ARQ）
·快速調(diào)度算法 （Fast Scheduling）

　　自適應調(diào)制與編碼是基于無線條件和終端能力進行自適應調(diào)制和編碼，它可以根據(jù)UE所測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，當信道條件差時或干擾強時，選擇更高保護性的調(diào)制和編碼方式，而當信道條件好時或干擾弱時，選擇高階調(diào)制如16-QAM和低編碼率如7/8等。換句話說，自適應調(diào)制與編碼提供適應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)制用于對抗信道衰落。每一2ms無線子幀中，HSDPA業(yè)務信道上的碼字的數(shù)量、編碼速率和調(diào)制方式(QPSK or 16QAM)都可以重新選擇。

　　混合自動重發(fā)請求技術是前向糾錯編碼FEC和ARQ技術的結合，即結合了自動重發(fā)與前向糾錯的容錯恢復機制，并使用合并前后含有相同數(shù)據(jù)單元的機制或重傳信息塊的增量冗余機制，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)送時延與環(huán)回時延(round trip delay)。H-ARQ 重傳是在物理層上實現(xiàn)的，它能有效的增加無線鏈路的數(shù)據(jù)吞吐量，減小重傳的時延，從而提高整個扇區(qū)的吞吐量。HSDPA支持兩種合并機制：對基站重發(fā)相同的分組包進行前后合并或?qū)�基站重發(fā)含有不同編碼（即冗余信息）的分組包進行增量冗余合并。HSDPA終端要求同時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)務使用的更大的內(nèi)存空間。

　　快速調(diào)度算法是在動態(tài)復雜的無線環(huán)境下使多用戶更有效地使用無線資源, 提高整個扇區(qū)的吞吐量。調(diào)度算法功能實現(xiàn)于基站，采用了時分加碼分的技術，而且用戶對于共享信道的使用權每一個2ms無線子幀都可以重新調(diào)度，反應速度大大提高。調(diào)度算法可以綜合評估多方因素，在實施HSDPA分組調(diào)度時, 調(diào)度算法會根據(jù)事先掌握的信息如：
·每個傳輸時間間隔（TTI）階段可用的碼資源和功率資源
·UE上報的無線信道質(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)先級等

　　在多用戶中實施快速調(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 個專用控制信道（HS-DPCCH），供UE上報H-ARQ要求的ACK/NACK和所測下行信道的質(zhì)量CQI，使用的擴頻因子為SF256；
·下行引入了最多15個碼分多址的共享業(yè)務信道（HS-PDSCH），用以承載數(shù)據(jù)比特，使用的擴頻因子為SF16，注意這些業(yè)務信道可以供單用戶使用或供多用戶共享，仿真分析顯示當同時使用的業(yè)務信道增多時，碼間干擾增加很快；
·下行還引入了最多4個公用控制信道（HS-SCCH），用以承載業(yè)務信道的控制信令，使用的擴頻因子為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鍵。

　　HSDPA的覆蓋考慮

　　對于無線網(wǎng)絡覆蓋規(guī)劃所依據(jù)的上行鏈路而言，R99版的設計中城市一般是以CS64為上行保證的業(yè)務承載，也就是說小區(qū)的最大覆蓋半徑是以該業(yè)務承載為基準的，因而可提供該業(yè)務承載的連續(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。由于R5在上行增加了物理層的HS-DPCCH信道用于傳送UE上報的下行無線信道質(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版本設計的的上行覆蓋。

　　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為覆蓋基準設計的無線網(wǎng)絡應該基本適用于R5版本，相應的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。況且，部署HSDPA的小區(qū)大都在城市發(fā)達區(qū)域，這些區(qū)域又大都是容量或干擾受限的區(qū)域，這時小區(qū)的覆蓋半徑是基于容量仿真的結果，所以基于鏈路預算的上行覆蓋差異更不應成為問題。無線網(wǎng)絡由R99版本到R5版本是漸進式的演進，網(wǎng)絡保證業(yè)務的QoS保持不變，在這個意義上，一個規(guī)劃合理的R99版本的無線網(wǎng)絡，其結構應該對技術的演進具有良好的可演進性，并不需要對網(wǎng)絡結構做大的調(diào)整。

　　HSDPA的容量考慮

　　根據(jù)WCDMA無線網(wǎng)絡覆蓋，質(zhì)量和容量的相互關系，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)絡保證業(yè)務的QoS不變情況下的容量。由于引入了前述的三項核心技術，HSDPA的下行容量大大提高。如果用吞吐量來表征容量，它可以從幾個方面來衡量：單用戶峰值數(shù)據(jù)速率，多用戶時平均每用戶吞吐量，多用戶時扇區(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)和終端所能實現(xiàn)的功能和最大能力，它可以直接測試驗證，但一般不作為網(wǎng)絡規(guī)劃的參考點。多用戶時平均每用戶吞吐量，多用戶時扇區(qū)平均吞吐量，扇區(qū)可支持的用戶數(shù)等容量指標通常取為網(wǎng)絡規(guī)劃的依據(jù)。實際環(huán)境下的容量需要借助仿真來估計，它是網(wǎng)絡規(guī)劃設計要考慮的著重點。仿真的目的是確定在基于R99版的網(wǎng)絡設計條件下HSDPA的容量及其分布特性。目前的商用WCDMA網(wǎng)絡規(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)相關的仿真使用了其它工具平臺。例如在基于R99版的網(wǎng)絡設計條件下，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R99版本的兼容性，它是對R99功能的增強。它既可以以單獨載頻方式部署，也可以和R99共享同一個載頻，這時需要HSDPA和R99信道間的動態(tài)功率共享才能有效的工作。如前述HSDPA下行可以引入一個或多個公用控制信道（HS-SCCH），用以承載控制信令，使用的擴頻因子為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數(shù)及功率配置都需認真考慮，因為基站功率為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對下行功率使用的突發(fā)特性會對R99業(yè)務造成影響，在功率資源的分配上應給R99業(yè)務保留適當?shù)挠嗔恳詼p輕這種影響，但這又會影響HSDPA吞吐量，這是一個難以兩全其美的矛盾。在載頻共享的部署方式下，應該盡量把非實時的分組域業(yè)務用HSDPA承載，而不是用R99的PS384，PS128等專用信道承載。這是因為HSDPA下行吞吐量的高效率，帶來無線資源的使用效率提高，業(yè)務應用的時延降低，網(wǎng)絡平均下行負載降低的優(yōu)勢。比如，在相同無線環(huán)境下，下載一個2Mbit的文件，使用HSDPA承載的時間要比使用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)預留碼資源管理算法，預留給HSDPA的碼資源要兼顧HSDPA下行吞吐量和R99業(yè)務需求，盡可能不局限R99的可用碼資源，以保證電路域業(yè)務不受影響。預留碼資源可以根據(jù)混合業(yè)務的比例通過參數(shù)適當配置，比如預留10個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，這時剩余的碼資源可以支持2個 HS-SCCH和42 個SF128(s) (話音 + 信令)。

　　在網(wǎng)絡商用初期，HSDPA用戶及業(yè)務量不高時，與R99共享同一個載頻的部署方式比較經(jīng)濟，無線資源利用率較高。根據(jù)初期網(wǎng)絡實際應用的需求和成本，可以考慮先將城市發(fā)達區(qū)域的R99基站實施軟件升級開通HSDPA功能，實現(xiàn)基于R99網(wǎng)絡結構的HSDPA平滑演進。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信道間的切換應集中在HSDPA部署區(qū)域的邊界，否則會引起系統(tǒng)開銷過大和影響用戶體驗。

　　當HSDPA用戶及業(yè)務量增高后，下行負載升高，下行干擾也相應升高。當升高的水平達到R99的設計負載門限時，就應考慮部署新載頻，如果HSDPA用戶及業(yè)務量較高，就應考慮把原先共享同一個載頻的部署方式改為單獨載頻方式，即HSDPA、R99分別使用其專用載頻，這樣即避免了載頻共享時對R99業(yè)務的影響，又能滿足HSDPA的高業(yè)務量要求。更加重要的是無線網(wǎng)絡演進的全過程是保持網(wǎng)絡的結構的平滑過程。這是北電豐富的CDMA無線網(wǎng)絡升級擴容（IS-95->CDMA2000->1xEVDO）經(jīng)驗的總結，最有利于無線網(wǎng)絡的部署，優(yōu)化，運營和維護。


由CHINA通信網(wǎng)組稿