HSDPA技术及其网络部署

1、概述

　　目前全球已有50多个商业WCDMA系统正在运营，可以给超过1000万用户提供先进的3G业务，WCDMA系统在世界范围内已逐渐进入快速发展时期。

　　固定网数据接入技术为用户提供了高速率的数据业务，相应的，用户对移动数据业务也提出了高速率的要求。WCDMA R99版本可以提供384kps的数据速率，这个速率对于大部分现有的分组业务而言基本够用。然而对于许多对流量和延迟要求较高的数据业务和视频、流媒体和下载等，需要系统提供更高的传输速率和更短的时延。

　　为了更好的发展数据业务，3GPP对空中接口作了改进，引入了HSDPA技术。

2、HSDPA技术介绍

　　2.1　HSDPA概览

　　HSDPA——高速下行分组接入技术是一种高速的、针对下行数据业务的无线传输技术。它的标准化是在3GPP R5中完成。HSDPA的理论传输速率达到14Mbit/s，用户实际达到的平均速率能到2-5Mbit/s，网络的效率得到大幅度的提高，用户对业务质量的体验有质的飞跃。

　　2.2　HSDPA关键原理

　　HSDPA技术在扩频因子16的基础上将多个码道捆绑在一起分配给一个用户，或者将一个码道分配给多个用户使用，从而提高了无线接口的传输速率和传输效率。它还采用了很多新的无线传输技术和算法来提高传输速率，如快速调度算法、自适应编码调制和混合自动重发等。

　　2.2.1　HSDPA时分/码分复用

　　HSDPA引入了新的下行物理信道HS-PDSCH和HS-SCCH、新的上行物理信道HS-DPCCH。

　　HSPDCH是在扩频因子为16时产生的物理信道，最多可以有15个信道用于数据的承载，并能自适应的采用QPSK或16QAM的调制方式。

　　HS-SCCH用于下行控制信息的传输，主要是对终端分配资源的指示。NodeB可能传送多个HS-SCCH信道的信息给不同组的终端，如果HS-SCCH没有被确定，终端要监听最多4个HS-SCCH信道的信息。如果HS-SCCH被确定，终端只监听一个HS-SCCH信道的信息。

　　HS-DPCCH主要用于上行控制信息的传输，主要承载H-ARQ的ACK/NACK信息，信道质量信息等。

　　2.2.2　自适应调制编码

　　HSDPA通过自适应编码调制技术实现链路自适应功能，通过上行控制信道HS-DPCCH传送终端用户所处的信道质量和手机能力的信息，在每个传输间间隔内自适应的决定采用的调制方式以及相应编码率，通过编码和调制方式的组合，产生不同的传输速率以适应不同的业务需求，从而提高信道的利用率。但是编码率的提高或采用高阶调制需要在每个传输间隔内增加传输块的大小，从而导致每个传输块的错误率提高，所以，最佳的两者平衡是根据信道质量的情况正确选择合适的调制方式，在实际的网络运营时也应该根据网络的实际情况而适时调整。

　　2.2.3　快速自适应调度

　　HSDPA加快了无线资源调度的时间。在R99中一个无线帧为10ms，而HSDPA中一个无线帧为2ms，在2ms的时间间隔内实现无线资源分配，同时在无线资源分配时自动将资源分配给无线信道条件最好的用户，使得资源始终服务于相对拥有最好信道条件的用户，从而达到最高的终端用户速率。

　　目前快速调度算法主要有以下三种：

　　*每个时间间隔分配相同资源→调度速率较慢

　　*根据最好的即时信道质量分配资源→快速调度但资源分配不公平

　　*根据最高的相对即时信道质量分配资源→快速调度按比例较公平

　　2.2.4　混合自动重传

　　HSDPA对原有数据和重传数据采用合并的方式进行解码，从而获得额外的解码增益。当HSDPA终端用户接收或解码一个传输间隔内的传输块时，会将传输块的数据先存在手机的缓存器中，如果数据被成功解码，缓存器中的数据就会被清除。如果数据没有被成功解码，缓存器中的数据就会被保留，NodeB会重传已传的数据，终端会把重传数据和缓存器中已有的数据结合，从而提高解码的成功率。目前规范定义的最大重传次数为4次，在这种情况下，数据块在受到干扰时也可能被正确解码。但重传次数越多，解码时延越大。

　　H-ARQ目前主要有两种合并重传方式：

　　*Chase合并

　　*每次重传与原传输的内容一样，在终端处提供最大的合并比率

　　*终端实现较简单

　　*与普通ARQ相比性能更好

　　*增量冗余

　　*每次重传包含额外的以前没传过的备份信息，在终端进行码合并

　　*提高合并增益

　　*相比chase合并性能更好

　　*终端实现较复杂

　　和R99结构的协议栈相比，HSDPA协议栈将部分链路调整功能移至NodeB，增加了系统效率，减少了链路调整时间，另外，与其他传输信道终结于RNC相比，HSDPA的HS-DSCH信道终结于NodeB中的MAC-hs，而H-ARQ就是由Node B中的MAC-hs层完成的，这将提供比R99的RLC确认机制更短的时延。

3、HSDPA的网络部属

　　3.1　HSDPA对系统结构和设备的影响

　　HSDPA的引入对原有R99的网络结构不会有任何影响。但原有只支持R99功能的网络设备，需要做一些硬件和软件功能上的升级。

　　NodeB需要增加支持16QAM调制解调功能的硬件模块，并对功放的线性度提出更高的要求。在线性度的要求上，QPSK调制所要求的误差向量幅度是12.5%，16QAM调制所要求的误差向量幅度为17%。现有的线性功放如果要支持16QAM的话，须降低线性功放的输出功率0.7dB，以满足误差向量幅度指标的要求。

　　RNC需要有更高的数据传输板卡来支持高速率的数据传输，另外还需要增加用于RNC和NodeB的流控实体。

　　从目前各个厂商产品的研发状况来看，基本上所有的厂商在WCDMA最新版本的无线产品中都承诺HSDPA硬件支持。

　　和普通的R99终端相比，HSDPA终端需要支持以下额外的功能：

　　*16QAM调制方式

　　*根据终端的能力提供分别支持5、10、15个码捆绑的终端

　　*支持数据缓存和混合自动重发数据的合成

　　*支持高数据量的处理能力以适应HSDPA高速率的要求

　　*信道质量信息的计算

　　*支持HSDPA的物理信道

　　3.2　HSDPA部署场景

　　HSDPA主要用于高速数据业务，所以在考虑HSDPA的网络部属时，我们首先应考虑近些年来数据业务的发展状况。从目前国内移动市场的分析看来，虽然移动数据业务占总体业务量的比例还很低，但从每个用户ARPU话音和数据业务收入分别所占的比例趋势来看，话音业务呈下降的趋势，而数据业务呈上升的趋势。

　　基于这种数据业务的发展状况以及现在各个移动供应商产品的发展状况，在国内3G网络部署时可分阶段逐步部署HSDPA，初期可在商务区室内、商务区和热点地区具备HSDPA功能，然后下一阶段在城区引入HSDPA，然后再郊区。

　　从载频的配置上，因为初期HSDPA用户较少，可和R99共用载波，这时，应处理好HSDPA资源和R99资源的合理分配，并应根据网络实际用户的发展而适时调整。提供HSDPA的区域连续覆盖，和R99的交接处提供HSDPA小区和R99小区的自由切换。

　　HSDPA的小区切换和软切换不同，HSDPA的UE在切换过程中只与一个小区保持HS-DSCH的连接状态，HSDPA的小区至R99小区或2G小区的切换一般是UE从HS-DSCH回落到DCH上，然后再进行小区切换。

　　将来HSDPA用户逐步增多时，可提供单独支持HSDPA的载波。

　　3.3　HSDPA的码资源分配

　　在网络部属时，若HSDPA和R99共载波时牵涉到两者之间码资源如何分配的问题。前面已经提到，HSDPA是用扩频因子为16的扩频码，在实际资源分配时，多个HS-DPSCH捆绑给一个用户，或多个用户共享一个HS-DPSCH。在实际和R99用户资源协调时，目前规范定义两种方式：

　　*HSDPA静态码资源分配

　　静态码资源分配是指由运营商事先定义好一个载波中有几个SF=16的码道用于HSDPA，定义好之后，R99用户不能再占用此资源，只能占用剩余码道的资源。

　　静态码资源分配从产品的实现上比较容易，目前各个移动供应商提供的系统都只能支持静态码资源分配。但是，静态码资源分配在码资源的利用率上比较低，码资源的调整工作量也较大。

　　*HSDPA动态码资源分配

　　动态码资源分配是指运营商不事先定义好分配给HSDPA和R99的资源的比例，系统根据用户的实际情况自适应的分配相应的资源给终端用户。动态码资源分配资源的利用率比较高，另外，虽然各厂商目前只支持HSDPA的后台和交互类业务，但是流业务将在不久后也会支持，动态码资源分配相对能确保实时业务的资源，为QoS机制的完整实现提供了保障。

4、HSDPA的进展状况

　　目前移动业界几个主要的设备供应商在最新提供的WCDMA产品(2005年12月)的硬件和软件上都声称已经支持HSDPA。HSDPA的终端PC卡+笔记本和HSDPA的手机也在今年和明年陆续推出。

　　国际上一些规模比较大的WCDMA网络运营商也从今年年初开始逐步的进行HSDPA的实验室测试以及外场测试。国内的一些运营商也根据WCDMA产品和市场发展状况也着手准备HSDPA的实验室和外场测试。

5、结束语

　　从以上的分析我们可以得出结论，HSDPA技术跨越性的增加了系统的容量和提高了终端用户的速率，为引入新的数据业务提供了可能，特别适应现今数据业务快速发展的需求。从商业分析来看，HSDPA的引入可以增加每用户额外的ARPU，为运营商提供更多的业务收入，设备的平滑演进也降低了运营商的投资成本和运营成本，对运营商利益是有利的。HSDPA将会为运营商带来更多的商业机会。