由于采用新的技術(shù)，使得HSDPA在流量和覆蓋上與基于R99協(xié)議的PS業(yè)務(wù)存在著一定的差別。本文將通過鏈路預(yù)算和系統(tǒng)仿真，研究HSDPA技術(shù)無線性能以及組網(wǎng)策略。
二、 HSDPA關(guān)鍵技術(shù)描述
與R99架構(gòu)相比，HSDPA引入了短的傳輸時間間隔（TTI=2ms）、自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC：Adaptive Modulation and Coding）、多碼發(fā)射和快速物理層（L1）混合ARQ（HARQ：Hybrid Automatic Repeat reQuest），并將分組調(diào)度器從RNC移到Node B中，以在Node B中實(shí)現(xiàn)MAC-hs協(xié)議控制的快速分組調(diào)度。
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表 1 HSDPA與R99關(guān)鍵技術(shù)對比 |
HSDPA使用服務(wù)小區(qū)更新即硬切換。HS-PDSCH信道不支持軟切換，因此沒有切換增益。處于小區(qū)邊緣的HSDPA用戶可以使用硬切換或者使用CELL_DCH（HS-PDSCH）到CELL_DCH（DCH）狀態(tài)遷移的方式進(jìn)行小區(qū)切換。
16QAM調(diào)制方式可以大大提高系統(tǒng)的頻譜效率（約為QPSK的2倍）。
AMC使得Node B能夠根據(jù)UE反饋的信道狀況及時地調(diào)整不同的調(diào)制方式（QPSK、16QAM）和編碼速率，從而使得數(shù)據(jù)傳輸能及時跟上信道的變化狀況，這是一種較好的鏈路自適應(yīng)技術(shù)。
HARQ是一種前向糾錯FEC和重傳相結(jié)合的技術(shù)。它可以根據(jù)鏈路的狀況快速地調(diào)整信道的傳輸速率并實(shí)現(xiàn)FEC與重傳的結(jié)合，物理層HARQ受高層控制。
Bit Scrambling可以避免在傳輸中產(chǎn)生長“0”/“1”的情況，從而可以減少傳輸及接收錯誤，比特加擾不影響傳輸帶寬。
MAC-hs流控功能使得RNC發(fā)送到Node B的數(shù)據(jù)流量保持在一定的狀態(tài)，不會因?yàn)镹ode B的緩沖不夠而導(dǎo)致待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)丟失。每當(dāng)RNC有數(shù)據(jù)需要發(fā)送到Node B時，RNC會先發(fā)送請求到Node B，只有Node B的緩沖池有一定空閑空間時才允許RNC發(fā)送數(shù)據(jù)。
三、 HSDPA鏈路預(yù)算分析
由此，我們可以對預(yù)算過程進(jìn)行分析，得到不同速率情況下的覆蓋效果變化分析，如圖1所示。在進(jìn)行預(yù)算過程仿真之后，我們可以考慮利用仿真平臺仿真得到較低速率HSDPA信道連續(xù)覆蓋的覆蓋距離，對HSDPA的城區(qū)覆蓋情況進(jìn)行評估。
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圖 1 小區(qū)平均最低的吞吐率和覆蓋比例的關(guān)系圖 |
在圖 1中，可以看出當(dāng)HSDPA業(yè)務(wù)信道的速率降到250～300kbps左右時，可以覆蓋到密集城區(qū)的小區(qū)邊沿，就是說可以形成100%的連續(xù)覆蓋。根據(jù)實(shí)際可能的無線環(huán)境恰當(dāng)設(shè)置正交因子，可以得到如圖1所示的典型的小區(qū)最低平均流量和覆蓋比例的關(guān)系變化圖。當(dāng)HSDPA覆蓋率加大時，相當(dāng)于UE會遠(yuǎn)離基站，此時需要HSDPA對承載速率進(jìn)行調(diào)整，通過降低速率以滿足UE對業(yè)務(wù)的質(zhì)量要求，降低系統(tǒng)的流量。從圖 1可以看到，當(dāng)UE處于基站近點(diǎn)的時候，小區(qū)的HSDPA的流量明顯上升，可以發(fā)揮出HSDPA的高速下載功能。當(dāng)HSDPA用戶處于小區(qū)邊緣時，外來干擾變大，我們可以通過觀察Ior/Ioc的變化，考察HSDPA用戶在小區(qū)邊緣時的系統(tǒng)性能。
從圖 2可以看出，當(dāng)用戶收到的外來干擾較小的時候，在保證一定的覆蓋率的情況下，HSDPA支持的極限流量就越大。所以為了保證HSDPA的資源充分利用，通過接納控制使得處于有利位置的UE獲得HSDPA資源，對于遠(yuǎn)離基站、信道環(huán)境惡劣的UE，可以通過降低HSDPA的信息速率或者將信道切換到其他專用信道的PS業(yè)務(wù)承載來處理。
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圖2不同外來干擾對HSDPA流量/覆蓋率的影響 |
四、 HSDPA系統(tǒng)仿真分析
由于HS-PDSCH使用SF=16的擴(kuò)頻因子，其處理增益要小一些，因此其系統(tǒng)覆蓋半徑比CS12.2k話音（SF=128）要小，但比PS384k（SF=8）大。基本上可以認(rèn)為HSDPA的系統(tǒng)覆蓋半徑與R99的低速PS業(yè)務(wù)一致。
通過系統(tǒng)仿真結(jié)果可以得到，HSDPA在低速業(yè)務(wù)時（例如250～300kbps），基本可以達(dá)到與12.2k語音業(yè)務(wù)的同心圓覆蓋，這是因?yàn)镠SDPA可以為一個鏈接提供較大的信道功率。城區(qū)建站一般的小區(qū)半徑是700米左右，在這個范圍內(nèi)，可以認(rèn)為HSDPA的低速業(yè)務(wù)是可以全網(wǎng)覆蓋的。因此，本文沒有給出具體的絕對覆蓋半徑，而是以覆蓋率的方式探討HSDPA的流量變化。
隨著信息速率的提高，調(diào)整站間距的同時還必須限制高速率HSDPA用戶的范圍，例如當(dāng)速率達(dá)到500kbps時候，用戶不應(yīng)該遠(yuǎn)離基站，否則會造成加大信道功率，并對鄰區(qū)用戶造成較大干擾。
圖3分析了R99（384k）和HSDPA在覆蓋與流量上的區(qū)別。圖中紅線代表R99的流量，由于碼資源受限，因此在UE靠近基站時，R99的流量達(dá)到上限（7×384k）后就不會再增加，如果不考慮碼資源受限，則R99的流量曲線見紅色虛線。
從圖 3可以看到，在近點(diǎn)，HSDPA的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于R99。在45％半徑左右的位置，HSDPA性能下降到與R99相仿的水平，當(dāng)?shù)?0％，進(jìn)入R99的切換區(qū)，因此R99獲得切換增益，流量得到補(bǔ)償，因此維持在一個比較穩(wěn)定的水平。而HSDPA沒有切換，因此在遠(yuǎn)端其流量將急劇下降。該圖充分顯示了與R99的DCH PS業(yè)務(wù)比較、HSDPA在近點(diǎn)流量上的優(yōu)勢以及在遠(yuǎn)點(diǎn)覆蓋上的不足。
五、 HSDPA組網(wǎng)
對于未來的WCDMA業(yè)務(wù)，需要網(wǎng)絡(luò)提供從低速率的語音，到高速率下載等多樣化的服務(wù)。從以上章節(jié)的分析得知，HSDPA的特點(diǎn)是在近點(diǎn)可以提供極大的系統(tǒng)流量，但是為了達(dá)到遠(yuǎn)點(diǎn)的覆蓋，HSDPA的流量優(yōu)勢將不明顯。因此在做網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時候，詳盡分析業(yè)務(wù)需求，合理規(guī)劃HSDPA與傳統(tǒng)的DCH PS業(yè)務(wù)的覆蓋范圍，優(yōu)勢互補(bǔ)，這是使用HSDPA技術(shù)組網(wǎng)的關(guān)鍵。
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圖 4 HSDPA頻率使用策略 |
中興通訊HSDPA主要支持雙載方式，部分支持單載方式。HSDPA單載方式是指HSDPA用戶和其他用戶使用同樣的載頻，若輔以高級無線資源管理算法，HSDPA用戶可以利用小區(qū)剩余資源，從而提升整個系統(tǒng)資源利用率；雙載方式是指使用單獨(dú)的載頻吸收高速率的HSDPA用戶。
在高速業(yè)務(wù)用戶集中并且頻率資源豐富的重點(diǎn)地區(qū)，可以使用雙載頻建網(wǎng)方式，即HSDPA單頻組網(wǎng)，所有的高速用戶在基站近點(diǎn)使用HSDPA能夠大大提升系統(tǒng)流量，并且因?yàn)槭褂貌煌念l點(diǎn)，從而對同覆蓋的DCH PS業(yè)務(wù)影響不大。但是當(dāng)用戶移動到HSDPA覆蓋邊緣，為了保證用戶服務(wù)的連續(xù)性，將進(jìn)行頻間測量，從HS-DSCH信道進(jìn)行硬切換到DCH信道，對系統(tǒng)造成一系列的開銷，有可能產(chǎn)生意外的風(fēng)險。
在頻率資源緊張且HSDPA業(yè)務(wù)要求不是很高的環(huán)境中，可以考慮使用HSDPA與R99使用同頻組網(wǎng)，既可以解決對某些重要用戶對高速業(yè)務(wù)的需求，又可以節(jié)約寶貴的頻率資源。在近點(diǎn)處，用戶使用HSDPA提高用戶數(shù)據(jù)流量；當(dāng)用戶移動到基站覆蓋的遠(yuǎn)點(diǎn)處，HSDPA用戶轉(zhuǎn)換為DCH PS業(yè)務(wù)；當(dāng)用戶移到另一個基站的HSDPA覆蓋區(qū)時，可以將DCH PS業(yè)務(wù)切換到HS-DSCH信道，重新轉(zhuǎn)化為HSDPA業(yè)務(wù)。
由于中興通訊的WCDMA系列化產(chǎn)品是基于先進(jìn)的R4協(xié)議開發(fā)，與R99協(xié)議相比，可以非常方便地將系統(tǒng)升級到支持HSDPA。例如HSDPA的載頻控制、接納控制、功率控制、傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，無需硬件改動，只要軟件升級就可以完成版本升級。中興通訊即將推出支持HSDPA的手機(jī)產(chǎn)品，這就使得中興通訊成為從NodeB、RNC，到UE的全面支持HSDPA的設(shè)備供應(yīng)商，提供整套的HSDPA解決方案。
六、 結(jié)束語
HSDPA由于其技術(shù)特性，能夠在基站近點(diǎn)提供較大的流量，與R99相比有著明顯的優(yōu)勢。根據(jù)本文對HSDPA的流量與覆蓋的研究，可以得到HSDPA業(yè)務(wù)的使用策略和組網(wǎng)方案，通過完備的系統(tǒng)設(shè)備升級方案，發(fā)揮HSDPA業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)的DCH PS業(yè)務(wù)優(yōu)勢互補(bǔ)，量身打造不同實(shí)際環(huán)境下的WCDMA精品網(wǎng)絡(luò)。