HSDPA基站部署及容量分析

目前全世界发放的WCDMA牌照已超过100张，这其中有52个WCDMA网络被计划在2006年升级到HSDPA。在2006年巴塞罗那3GSM大会上，爱立信表示：HSDPA万事俱备，运营商已经能够随时启动HSDPA。中国移动董事长王建宙也公开宣布要采用HSDPA技术。

一、HSDPA技术特点

　　1．HSDPA主要优势

　　HSDPA通过在下行链路提供高速数据传输速率来增强3G系统的性能，HSDPA和R99及R4是完全后向兼容的，可基于3GPPR99网络直接演进。

　　HSDPA的主要优势在于：可以有效应对突发数据量；适应多种不同的速率数据流；更快速的响应时间和更高的系统吞吐量；在基于QPSK调制时，最高可支持3.6Mbit/s的速率，基于16QAM调制时，最高支持14Mbit/s速率；可支持DCH和HSDPA混合使用相同的载波。

　　2．HSDPA技术特点

　　（1）缩短了无线帧长度，HSDPA的无线帧长为2ms，即一个10msWCDMA帧中有5个HSDPA子帧，用户数据传输可以在更短的时长内分配给一条或多条物理信道，从而允许网络在时域、码域中重新调节其资源配置。

　　（2）在编码方面，HSDPA采用了抗衰落、抗干扰能力强的Turbo编码。调制方面，除采用QPSK调制外，当信道条件较好时，还可以采用更高效的16QAM，以获得更高的频带利用率。和QPSK相比，16QAM调制可以使空中接口速率提高一倍。

　　（3）物理层还增加了新的高速共享信道（HS-DSCH），使得传输功率、信道码等资源根据用户实际情况动态分配，从而提高了资源的利用率。信道码采用了时分复用和码分复用相结合的方式，不同终端既可以在不同TTI（传输时间间隔），也可以在同一TTI内分享信道资源。

　　（4）采用了自适应调制和编码（AMC），使得NodeB能够根据UE反馈的信道状况及时地调整调制方式（QPSK、16QAM）和编码速率，从而使数据传输与信道状况相匹配，获得高的传输速率和频谱利用率。

　　（5）采用了混合自动重复请求（HARQ）技术。HARQ可以自动根据瞬时信道条件，灵活调整有效编码速率，还可以补偿因采用链路适配所带来的误码。由于HARQ协议端接到NodeB中不存在经Iub接口的数据重发，达到了减小重传时延的目的。

　　（6）采用快速分组调度机制。传输层上，在NodeB中引入MAC实体MAC-hs来控制HS-DSCH。通过把分组调度功能从RNC移到NodeB中的MAC层，HSDPA系统能更好地适应信道的快速变化。快速分组调度机制能根据终端的CQI报告决定下一个2ms时间间隔应该调度给哪个用户，并向具有瞬间最好信道条件的用户发送数据，使得每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和系统吞吐量。同时，2ms的短时间间隔又增加了调度进程的精确度。

二、HSDPA新增的物理信道

　　1．HS-PDSCH:HS-PhysicalDownlinkShared CHannel(高速物理下行共享信道)，下行信道

　　该信道具有以下特性：

　　（1）高速数据信道(比特速率>10Mbit/s)；

　　（2）最高可支持15个HS-PDSCH；

　　（3）SF=16；

　　（4）DCH总是伴随出现(DPCH，SF4..512)。

　　2．HS-SCCH:HS-SharedControlCHannel (高速共享控制信道)，下行信道

　　特性如下：

　　（1）传输格式参数(channelisation-code，modulation，TBSsize)；

　　（2）混合自动重传请求信息(process，newdata，redundancy version)；

　　（3）每个终端最多支持4个HS-SCCH；

　　（4）终端信息；

　　（5）SF=128。

　　3．HS-DPCCH:HS-DedicatedPhysicalControl CHannel (高速专用物理控制信道)，上行信道

　　该信道具有以下特性：

　　（1）混合自动重传请求响应(ack/nack)；

　　（2）信道质量指示(CQI)；

　　（3）SF=256。

三、HSDPA覆盖范围计算与容量分析

　　1．HSDPA覆盖范围计算

　　HSDPA使用服务小区更新即硬切换，HS-PDSCH信道不支持软切换，因此没有切换增益。处于小区边缘的HSDPA用户可以使用硬切换或者使用CELL_DCH（HS-PDSCH）到CELL_DCH（DCH）状态迁移的方式进行小区切换。由于HS-PDSCH使用SF=16的扩频因子，其处理增益要小一些，与R99相比，HSDPA覆盖半径比CS12.2k话音（SF=128）要小，但比PS384k（SF=8）大，由于HSDPA可以给一个链接提供较大的信道功率，大致可以认为HSDPA的系统覆盖半径与R99的低速PS业务一致，如PS64K（SF=64）。

　　由于城区基站的小区半径不一致，在中心热点地区更是通过多重覆盖方法来解决覆盖和容量问题，在本文中不探讨HSDPA的覆盖半径，直接认为HSDPA的低速业务等同于R99的低速PS业务。本文中以覆盖率的方式探讨HSDPA的流量变化，探讨HSDPA用户的速率与基站覆盖率之间的关系。例如当用户业务速率较高时（达到500kbit/s时），用户不应该远离基站，否则HSDPA系统会加大信道功率，对邻区用户造成较大干扰。

　　2．HSDPA可提供容量计算

　　HSDPA采用QPSK、16QAM调制方式，可以达到的理论峰值吞吐量为14.4Mbit/s。当调制方式为QPSK，占用15个码道时，吞吐量为3.6Mbit/s，当调制方式为16QAM，占用15个码道时，吞吐量为14.4Mbit/s。但理论吞吐量往往会受到用户数、可用信道数、终端性能、小区无线资源管理、小区网络配置、无线环境等因素的影响。在现实中，HSDPA的峰值速率比14.4Mbit/s要小得多，这与HSDPA基站及终端都有关系。现在有部分厂家宣称，其HSDPA峰值速率可以达到1.8Mbit/s。在2006年3GSM大会上，多数设备厂商推出了HSDPAPC卡的现场演示，在展会新闻中心，由Vodafone提供的HSDPA无线上网业务直接担当了网络接入服务，很多参会的记者就是通过HSDPA无线上网业务将信息、图片还有展会的资料传送回国内。

　　在QPSK、16QAM两种调制方式下，HSDPA基站的数据传送速率如表一和表二所示。

表一　HSDPA两种调制方式可支持的速率

调制方式 编码速率 5 codes 10 codes 15 codes
QPSK 1/4 600kbit/s 1.2 Mbit/s 1.8 Mbit/s
2/4 1.2Mbit/s 2.4 Mbit/s 3.6 Mbit/s
3/4 1.8 Mbit/s 3.6 Mbit/s 5.4 Mbit/s
4/4 2.4Mbit/s 4.8 Mbit/s 7.2 Mbit/s
16QAM 2/4 2.4Mbit/s 4.8 Mbit/s 7.2 Mbit/s
3/4 3.6Mbit/s 7.2 Mbit/s 10.8 Mbit/s
4/4 4.8Mbit/s 9.6 Mbit/s 14.4 Mbit/s

表二    3GPP定义支持HSDPA的12类UE的调制方式及支持速率

调制方式 种类 Inter-TTI 5 Codes 10 Codes 15 Codes
QPSK only 11 2 0.9Mbit/s - -
QPSK only 12 1 1.8Mbit/s - -
QPSK/16QAM 1 3 1.2Mbit/s - -
QPSK/16QAM 2 3 1.2Mbit/s - -
QPSK/16QAM 3 2 1.8Mbit/s - -
QPSK/16QAM 4 2 1.8Mbit/s - -
QPSK/16QAM 5 1 3.6Mbit/s - -
QPSK/16QAM 6 1 3.6Mbit/s - -
QPSK/16QAM 7 1 - 7.2Mbit/s -
QPSK/16QAM 8 1 - 7.2Mbit/s -
QPSK/16QAM 9 1 - - 10.8Mbit/s
QPSK/16QAM 10 1 - - 14.4Mbit/s

　　从表一、表二中可以看到HSDPA基站、终端分别可以支持的数据速率。其下行的理论峰值14.4Mbit/s比同类型技术EV-DO的理论峰值2.4Mbit/s高了许多。同时HSDPA可以与R99共享载波、共享传输，支持与多种R99数据业务并发使用，更好的QoS保证等特点也显得比CDMA20001xEV-DO技术更具竞争优势。

四、HSDPA基站部署及组网方式分析

　　HSDPA的商用网络在2005年11月问世，终端方面也逐渐成熟，多家设备厂商开始推出终端和数据卡。截至2006年3月15日，全球已经有10家运营商推出HSDPA商用网络，正在部署的运营商有23家，计划部署HSDPA的运营商有53家。市场上共有25款HSDPA终端设备（包括手机终端和数据卡）。预计到2006年下半年，随着各运营商渐次展开商用网络部署，HSDPA将在全球范围内进入规模商用化阶段。

　　目前HSDPA的组网方式主要有HSDPA与R99/R4混合载频组网与单独载频组网，笔者认为在建设HSDPA初期，不应该在全网范围内考虑使用HSDPA与R99/R4混合载频组网或是单独组网，因为3G其实刚刚进入初级发展阶段，从全球范围来看，语音业务仍然是支柱业务，数据业务也在逐步增加。在HSDPA建设初期，运营商应充分结合已有的运营经验，参考用户的发展情况，最大程度地降低建设成本。

　　HSDPA组网方式规划应遵从一定的原则：在原有R99/R4网络上建设HSDPA，要考虑在对原有R99/R4网络的覆盖、容量、性能质量影响最小的前提下提升网络的容量。在引入HSDPA后，要不影响原R99/R4网络的拓扑结构、覆盖范围及原R99/R4网络CS业务和容量，保证原有网络性能质量。HSDPA承载原R99/R4网络部分PS业务后，码资源和功率资源应采用合理的算法，充分发挥HSDPA优势，提升网络的数据吞吐量。

　　对于HSDPA基站部署，笔者有以下建议：

　　1．在原R99/R4网络的基础上增加HSDPA独立载频

　　该方式适合于以下地点：

　　（1）HSDPA体验中心，保证HSDPA用户的服务质量及用户体验，并积累运营经验；

　　（2）话音、数据需求都非常大的场所，可保证语音、数据业务各自的通信质量；

　　（3）行业应用、数据需求特别大的场所，保证数据业务的突发需求。

　　独立载频组网的优势在于：与WCDMAR99/R4网络互不影响，在容量和覆盖上相互独立，避免了复杂的码资源、功率资源规划，R99/R4网络用户服务不受影响。HSDPA独立载频上所有资源都可以用于HS-PDSCH，便于无线资源管理，可以获得全部HSDPA吞吐量。

　　独立载频组网的缺点在于：HSDPA业务与R99/R4业务不能共享载频资源，载频的资源利用率较低；不能支持HSDPA＋PS或者HSDPA＋CS的并发业务。当用户处于HSDPA的频段内要使用CS业务时，系统需要将用户切换到R99/R4频段，当用户处于R99/R4频段而发起HSDPA的业务时，系统要将用户切换到HSDPA频段，增加了资源的消耗与时延。

　　2.部署R99/R4与HSDPA混合载频

　　该方式适合于以下地点：

　　（1）在数据量需求较大的市中心热点地区、CBD商务区；

　　（2）在已经建设室内覆盖的酒店、写字楼内。

　　混合载频组网的优势在于：

　　（1）WCDMA支持的CS、PS业务与HSDPA支持的高速数据业务共享频率及发射功率，做到资源利用最大化；

　　（2）业务选择灵活，避免不同载频导致的UE小区选择、驻留等问题；

　　（3）可以保证WCDMA的低速数据业务覆盖范围；

　　（4）避免了HSDPA建网初期多数手机终端不支持HSDPA的情况（截至2006年2月28日，已有305款WCDMA终端，支持HSDPA的只有25款）；

　　（5）在不影响原有语音、视频电话等实时业务的前提下，由HSDPA承载数据业务提高系统的容量。

　　混合载频组网需要考虑的问题有：需要考虑如何对R99/R4与HSDPA各自的业务进行合理的功率分配，采用何种码资源分配策略及调度策略；需要考虑HSDPA和R99/R4的切换关系，采用何种切换策略来保证不同切换条件下的切换功率；需要考虑解决引入HSDPA后原R99/R4小区的覆盖范围、小区容量收缩的问题。

　　市场竞争是运营商推动HSDPA发展的最现实因素，在实施HSDPA基站部署的规划中，需要考虑HSDPA与原有R99/R4网络的融合，在尽量低的成本前提下，最大化地提高资源利用率。