摘要　文章重點探討了HSDPA無線網絡規(guī)劃的策略、覆蓋和容量規(guī)劃，對HSDPA網絡建設有一定的指導意義。

1、引言

　　3G WCDMA作為GSM/GPRS的演進正在步入成熟期，那么有3.5G之稱的HSDPA作為WCDMA的演進正成為業(yè)界關注的焦點。雖然3G R99/R4網絡已經能夠為用戶提供高速的WAP、流媒體等數(shù)據增值業(yè)務，但對于高端的企業(yè)、行業(yè)用戶以及使用PDA和數(shù)據卡類用戶而言，往往對業(yè)務速率和質量提出了更高的要求。國內外許多運營商為了取得在3G方面的領先優(yōu)勢，陸續(xù)開始了HSDPA的商用。根據全球移動設備供應商協(xié)會（GSA）最新的報告，截至2006年8月，全球已經有52個HSDPA網絡在35個國家投入了商業(yè)使用。HSDPA作為3GPP的R5版本，是對R4無線網絡的平滑演進，并不影響R4核心網和已有的業(yè)務定義，與R4網絡相比，在峰值速率、吞吐量、業(yè)務時延、每比特投資等方面都有明顯的提高。但是在部署HSDPA網絡時，必需在處理HSDPA與R4網絡的共存、部署策略、載頻使用、覆蓋問題、容量估算等方面進行深入而全面的考慮。本文針對以上問題，著重對HSDPA的無線網絡規(guī)劃進行探討。

2、HSDPA原理及特點

　　根據實際經驗，WCDMA系統(tǒng)容量受限于下行容量，主要體現(xiàn)在兩個方面：實際下行吞吐量需求遠大于上行吞吐量需求；信道配置方式不靈活使得下行容量的實際利用率非常低。

　　HSDPA技術，全稱高速下行分組接入（High Speed Downlink Packet Access），通過增加下行共享信道HS-DSCH等技術，實現(xiàn)了下行的高速數(shù)據傳輸，其理論最大物理層速率可達14.4 Mb/s。如圖1所示，為了加快系統(tǒng)響應速度，在Node B結點增加MAC-hs實體：RNC的MAC-d將DTCH/DCCH上的數(shù)據映射到HS-DSCH數(shù)據幀通過MAC-d流發(fā)送給MAC-hs。MAC-hs需要完成與MAC-d之間的流量控制（共享Iub傳輸）、小區(qū)內用戶數(shù)據的調度、傳輸格式選擇等動作。

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圖1　HSDPA協(xié)議棧

　　HSDPA具有以下關鍵技術與特點：

　　（1）HSDPA的高速下行共享傳輸信道可以承載背景業(yè)務、流業(yè)務、交互式業(yè)務等，并使編碼和功率資源得到更加有效的使用；

　?。?）HS-DSCH采用16QAM高階調制方式提供更高的數(shù)據速率，并且更加有效地利用帶寬；

　?。?）采用2 ms的短幀進行動態(tài)分配，減少了環(huán)路時間（RTT），極大地提高了鏈路適配性能；

　?。?）在物理層采用HARO混合自動重傳請求和AMC自適應調制編碼技術，使得用戶在解碼前能夠快速請求丟失的信息和進行軟合并，提高容錯能力；

　?。?）采用快速調度算法，使得小區(qū)吞吐量最大化和用戶平等共享吞吐量；

　?。?）快速動態(tài)功率分配，使得系統(tǒng)功率資源得到最有效利用，從而達到節(jié)省網絡綜合成本的目的。

3、HSDPA規(guī)劃策略

　　根據HSPDA的特點，要進行HSDPA網絡規(guī)劃一般需要遵循以下基本流程，如圖2所示：

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圖2　HSDPA規(guī)劃流程

　?。?）首先需要對已建的或將要建的R99/R4網絡的各個硬件單元進行評估，以驗證該網絡是否支持HSDPA或如何進行HSDPA升級。HSDPA雖然是WCDMA的平滑演進，但是還是要對Node B和傳輸系統(tǒng)進行必要的硬件升級，對Node B和RNC進行必要的軟件升級。目前，由于牌照的原因，我國尚未建立商用的3G網絡。而運營商在獲得牌照后，為了能迅速趕上國際移動通信的發(fā)展步伐，提升3G網絡的競爭優(yōu)勢，勢必在WCDMA建網的第一階段引入HSDPA。因此在建網初期，在軟硬件設備的選取上必須有一定的前瞻性，避免日后頻繁地升級或更換軟硬件。

　　（2）其次，要通過現(xiàn)場測量的方法了解HSDPA網絡的各方面性能，應重點關注以下幾個因素：Node B平均發(fā)射功率，載頻使用情況、Node B和RNC處理板卡以及Iub接口的占用率、軟切換區(qū)和軟切換開銷、業(yè)務分布等。同時還要考慮引入HSDPA對原R99/R4網絡性能的影響。對于HSDPA和R99/R4網絡同步建設的情況，可以適當參照GSM網絡性能，力爭規(guī)劃一次性到位。

　?。?）然后要制定HSDPA網絡的發(fā)展目標和部署策略。發(fā)展目標包括HSDPA網絡的覆蓋區(qū)域、系統(tǒng)容量和支持業(yè)務。在HSDPA網絡建設初期，新的業(yè)務種類較為有限。鑒于HSDPA承載的頻譜效率高，可以將大部分PS數(shù)據業(yè)務遷移到HSDPA上承載，使得系統(tǒng)容量得到提升。由于HSDPA滲透率比較低，大部分手機還不具備HSDPA功能，大的數(shù)據吞吐量預計只存在熱點地區(qū)（如室內），密集城區(qū)和一般城區(qū)。因此在第一階段，宜采用共享載頻的組網策略?？紤]到用戶的發(fā)展情況和話務量的情況以及低成本3G建網，在大多數(shù)普通無HSDPA需求地區(qū)依然采用R99/R4網絡覆蓋；在熱點地區(qū)和重點城市會有少量HSDPA需求，可以采用HSDPA和R99/R4共用一個載頻的混合載頻組網方式。在WCDMA已有小區(qū)的基礎上，加入HSDPA的支持，提高下行數(shù)據業(yè)務的容量，在不影響原有語音、視頻電話等實時業(yè)務的前提下，將背景類、交互類等數(shù)據業(yè)務承載到HSDPA上可以提高系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，避免過早地升級設備到第二個載頻。隨著HSDPA技術和承載的寬帶PS業(yè)務的發(fā)展，3G數(shù)據用戶也有了很高的滲透率，在城市中心商務區(qū)CBD、密集市區(qū)等熱點地區(qū)會出現(xiàn)大量的數(shù)據應用要求，為了提升網絡的數(shù)據服務能力和容量（語音和數(shù)據），以及在某種程度上提供與無線局域網進行既競爭又補充的服務，建議增加第二個載頻，并且使用載波間的負荷共享分擔負荷。在此階段，可以引入多載頻混合組網或HSDPA獨立載頻組網的靈活組網方式，以滿足各種特殊場景的需求。

　?。?）在確定了目標和策略之后，就要進行具體的系統(tǒng)配置和小區(qū)規(guī)劃。根據HSDPA的建網計劃和小區(qū)平均吞吐量要求，配置Iub接口和基站設備。對于Node B要求其分別支持單載波和多載波、HSDPA功能、足夠的Iub容量、ATM或IP等多種接口。對于RNC要求其支持基于小區(qū)的功能激活和管理、足夠的軟硬件處理能力和多種接口。有關小區(qū)規(guī)劃的具體內容將在下一節(jié)中進行詳細闡述。

　　（5）最后要科學地定義適用于HSDPA的網絡參數(shù)指標，以評估和考核HSDPA網絡性能。

4、HSDPA網絡規(guī)劃

　　4.1　規(guī)劃特點

　　HSDPA采用了不同于R99/R4的技術方案，因此也帶來了以下幾點網絡規(guī)劃上的差異。

　　（1）連續(xù)覆蓋業(yè)務要求

　　HSDPA關注小區(qū)邊緣處的連續(xù)覆蓋數(shù)據速率，在一定的小區(qū)HSDPA功率規(guī)劃下，小區(qū)邊緣處HSDPA用戶可獲得的數(shù)據吞吐率不同，一般對于室外宏蜂窩場景，初期建議的具體指標是在小區(qū)邊緣處滿足不低于64kb/s承載的覆蓋要求。HSDPA關注的是小區(qū)的平均吞吐率，而不是單用戶的速率。

　?。?）切換差異

　　HS-DSCH和HS-SCCH信道的切換都是硬切換。從切換角度看，HSDPA的鏈路預算不需要考慮軟切換帶來的增益，但對切換區(qū)域和切換開銷有更高的要求，不同于R99/R4網絡。

　?。?）功控差異

　　HS-DSCH采用動態(tài)功率分配，不支持快速功控，因此在鏈路預算中無需考慮功控余量。

　?。?）下行負載

　　由于功控上的差異，HSDPA總的下行負載比R99/R4高。為了保證覆蓋不受影響，應該提高CCH和DCH的功率。

　　4.2　覆蓋規(guī)劃

　　鏈路預算是網絡規(guī)劃的第一步，分為上行及下行鏈路預算。根據研究表明，對于數(shù)據業(yè)務，HSDPA與R99/R4網絡基本上可以實現(xiàn)同覆蓋，因此在建網初期可以認為HSDPA覆蓋也是上行受限的，同時依據R99/R4業(yè)務選取的站址也可以得到充分利用。HSDPA鏈路預算的目的是通過上行鏈路預算估算小區(qū)邊緣最大下行速率。根據HSDPA網絡的發(fā)展策略，本文主要討論在R99/R4網絡升級到HSDPA的覆蓋規(guī)劃。HSDPA峰值數(shù)據速率的計算主要取決于以下幾個參數(shù)：路徑損耗、HSDPA功率配比、調度余量以及正交因子等。如表1所示為HSDPA鏈路預算的一個實例。為了保證與R99/R4網絡相同的覆蓋范圍，路徑損耗（Path Loss）直接通過WCDMA上行鏈路預算獲得（假設65%負載，90%邊緣覆蓋概率以及64 kb/s速率下）。HSDPA功率配比取為80%，并假設15個碼可用以計算最大的邊緣速率。由于HSDPA采用了AMC和HARQ技術，允許其在初始發(fā)射功率一定的條件下選擇不同的操作方式，即可以使用更多的功率以減少重傳次數(shù)或者更少的功率而可能增加重傳次數(shù)。調度余量（Scheduler Margin）的引入就是用來設置上述策略的。正交因子（Orthogonality Factor）可以反映出在多徑環(huán)境下服務小區(qū)接收到的非正交干擾。

　　通過鏈路預算可以估計出最大可獲得的物理數(shù)據速率時的用戶的信道質量。得到的MAC層速率則可以計算出HARQ的重傳次數(shù)。通過計算表明：當HSDPA分配到80%功率和設定兩次重傳時，單用戶在邊緣的最大物理層數(shù)據速率可能達到2 Mb/s，大大高于R99/R4網絡的速率。此外，通過仿真發(fā)現(xiàn)小區(qū)的平均用戶吞吐量與Node B分配給HSDPA信道的功率成線性關系。

　　4.3　容量規(guī)劃

　　HSDPA容量估算的目的是得到在特定HSDPA功率、碼資源及調度算法情況下的小區(qū)平均吞吐率。HSDPA容量估算的關鍵是小區(qū)平均吞吐率的計算。而幾何因子（Geometry Factot）是影響平均吞吐量的一個重要因素，其定義為：G=Ior/Ioc，其中Ior表示本小區(qū)總帶寬接收功率，Ioc表示從其他小區(qū)接收的功率及噪聲的疊加。根據地形地貌，仿真得出全網的G值的分布概率。然后根據下式： ?

　　，其中由分配給HS-DSCH的功率決定，α為正交化因子。

　　可以計算出Ec/Io值，而后通過查表得出吞吐率，再加權得到整個小區(qū)的平均吞吐率。

　　同載頻混合組網時，采用動態(tài)的功率分配方案，即HSDPA動態(tài)使用R99/R4業(yè)務以外的功率。同時HSDPA承載的業(yè)務初期都是BE業(yè)務，不像R99/R4業(yè)務一樣有相應的Target Eb/No，因此Monte Carlo仿真的過程實際上就是計算HSDPA用戶可用功率及干擾的過程，根據可用功率以及網絡干擾，計算出HSDPA業(yè)務信道的Ec/Io值。

　　由于上面的結果是基于單用戶的仿真結果，實際中還要考慮多用戶情況下的調度增益，要根據系統(tǒng)仿真結果對上述結果進行修正。HSDPA一般采用三種調度算法：MAX C/I，Round Robin，Proportional Fair。MAX C/I算法實現(xiàn)的吞吐量最高，Round Robin吞吐量最低，而Proportional Fair則介于上述兩者之中，也是符合資源使用的最佳調度方案。但是在實際計算中，一般規(guī)劃軟件在資源分配上還是采用Round Robin方式，然后在該基礎得出的Ec/Io值上增加幾個dB，即固定增加一定的吞吐量。隨著HSDPA商用/試驗網絡的增多，HSDPA經驗數(shù)據的獲得以及各種調度算法的性能差異，會更準確地解決Ec/Io與吞吐量之間的關系，滿足HSDPA的容量規(guī)劃需求。

5、結束語

　　HSDPA在下行數(shù)據速率、小區(qū)吞吐率、每比特的投資等方面的優(yōu)勢，已經成為3G建網的重要組成部分。在市場和技術的雙重驅動下，HSDPA已成為3G運營商的必然選擇。

　　HSDPA網絡在帶來吸引力的同時，也帶來了諸多的挑戰(zhàn)。概括地說，引入HSDPA后，將對WCDMA網絡的覆蓋、容量、傳輸、業(yè)務集成、終端定制、資費策略等各個方面帶來影響。因此如何有效地對HSDPA網絡進行規(guī)劃和優(yōu)化是打造3G精品網絡的關鍵。