HSDPA的关键技术与使用策略和组网方案的分析介绍

技术针对用户高速下行数据业务的要求，基于链路自适应调制技术和混合ARQ技术来获得更高的流量和高峰值速率、减少传输等待时间。

由于采用新的技术，使得HSDPA在流量和覆盖上与基于R99协议的PS业务存在着一定的差别。HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）高速下行分组接入，是一种移动通信协议，亦称为3.5G（3½G）。该协议在WCDMA下行链路中提供分组数据业务，在一个5MHz载波上的传输速率可达8-10 Mbit/s（如采用MIMO技术，则可达20 Mbit/s）。在具体实现中，采用了自适应调制和编码（AMC）、多输入多输出（MIMO）、混合自动重传请求（HARQ）、快速调度、快速小区选择等技术。

二、 HSDPA关键技术描述

HSDPA（高速下行分组接入，High Speed Downlink Packages Access）技术是实现提高WCDMA网络高速下行数据传输速率最为重要的技术，是3GPP在R5协议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的，它可以在不改变已经建设的WCDMA系统网络结构的基础上，大大提高用户下行数据业务速率（理论最大值可达14.4Mbps），该技术是WCDMA网络建设中提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。在未来几年内，数据服务将会取得大幅度增长，并成为第三代（3G）移动通信的主要应用和主要收入。目前日本和韩国的3G经营商已经在体验3G服务中获得了巨大的成功。日本DoCoMo公司于2001年推出的WCDMA-FOMA服务所创造的收入已经占到其总收入的20%以上，截止到2004年5月已拥有400万用户。韩国电信公司（SKT）2003年第3季度，在部署了1xEV-DO网络之后，该公司数据服务收入占据每用户平均收入（ARPU）值的比例上升到了34%。

表 1 HSDPA与R99关键技术对比

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。

16QAM调制方式可以大大提高系统的频谱效率。

AMC使得Node B能够根据UE反馈的信道状况及时地调整不同的调制方式（QPSK、16QAM）和编码速率，从而使得数据传输能及时跟上信道的变化状况，这是一种较好的链路自适应技术。

HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request ） 混合自动重传请求。数据通信最初是在有线网上发展起来的，通常要求较大的带宽和较高的传输质量。对于有线连接，数据传输的可靠性是通过重传来实现的。当前一次尝试传输失败时，就要求重传数据分组，这样的传输机制就称之为ARQ（自动请求重传）。在无线传输环境下，信道噪声和由于移动性带来的衰落以及其他用户带来的干扰使得信道传输质量很差，所以应该对数据分组加以保护来抑制各种干扰。这种保护主要是采用前向纠错编码（FEC），在分组中传输额外的比特。然而，过多的前向纠错编码会使传输效率变低。因此，一种混合方案HARQ，即ARQ和FEC相结合的方案被提出了。

Bit Scrambling可以避免在传输中产生长“0”/“1”的情况，从而可以减少传输及接收错误，比特加扰不影响传输带宽。

MAC-hs流控功能使得RNC发送到Node B的数据流量保持在一定的状态，不会因为Node B的缓冲不够而导致待传输的数据丢失。每当RNC有数据需要发送到Node B时，RNC会先发送请求到Node B，只有Node B的缓冲池有一定空闲空间时才允许RNC发送数据。

三、 HSDPA链路预算分析

由此，我们可以对预算过程进行分析，得到不同速率情况下的覆盖效果变化分析，如图1所示。在进行预算过程仿真之后，我们可以考虑利用仿真平台仿真得到较低速率HSDPA信道连续覆盖的覆盖距离，对HSDPA的城区覆盖情况进行评估。

图 1 小区平均最低的吞吐率和覆盖比例的关系图

在图 1中，可以看出当HSDPA业务信道的速率降到250～300kbps左右时，可以覆盖到密集城区的小区边沿，就是说可以形成100%的连续覆盖。根据实际可能的无线环境恰当设置正交因子，可以得到如图1所示的典型的小区最低平均流量和覆盖比例的关系变化图。当HSDPA覆盖率加大时，相当于UE会远离基站，此时需要HSDPA对承载速率进行调整，通过降低速率以满足UE对业务的质量要求，降低系统的流量。从图 1可以看到，当UE处于基站近点的时候，小区的HSDPA的流量明显上升，可以发挥出HSDPA的高速下载功能。

从图 2可以看出，当用户收到的外来干扰较小的时候，在保证一定的覆盖率的情况下，HSDPA支持的极限流量就越大。所以为了保证HSDPA的资源充分利用，通过接纳控制使得处于有利位置的UE获得HSDPA资源，对于远离基站、信道环境恶劣的UE，可以通过降低HSDPA的信息速率或者将信道切换到其他专用信道的PS业务承载来处理。

图2不同外来干扰对HSDPA流量/覆盖率的影响

四、 HSDPA系统仿真分析

由于HS-PDSCH使用SF=16的扩频因子，其处理增益要小一些，因此其系统覆盖半径比CS12.2k话音（SF=128）要小，但比PS384k（SF=8）大。基本上可以认为HSDPA的系统覆盖半径与R99的低速PS业务一致。

通过系统仿真结果可以得到，HSDPA在低速业务时（例如250～300kbps），基本可以达到与12.2k语音业务的同心圆覆盖，这是因为HSDPA可以为一个链接提供较大的信道功率。城区建站一般的小区半径是700米左右，在这个范围内，可以认为HSDPA的低速业务是可以全网覆盖的。

图 3 HSDPA与R99 PS384k业务流量/覆盖比较

图3分析了R99（384k）和HSDPA在覆盖与流量上的区别。图中红线代表R99的流量，由于码资源受限，因此在UE靠近基站时，R99的流量达到上限（7×384k）后就不会再增加，如果不考虑码资源受限，则R99的流量曲线见红色虚线。

从图 3可以看到，在近点，HSDPA的流量远远优于R99。在45％半径左右的位置，HSDPA性能下降到与R99相仿的水平，当到70％，进入R99的切换区，因此R99获得切换增益，流量得到补偿，因此维持在一个比较稳定的水平。而HSDPA没有切换，因此在远端其流量将急剧下降。

五、 HSDPA组网

对于未来的WCDMA业务，需要网络提供从低速率的语音，到高速率下载等多样化的服务。从以上章节的分析得知，HSDPA的特点是在近点可以提供极大的系统流量，但是为了达到远点的覆盖，HSDPA的流量优势将不明显。因此在做网络规划时候，详尽分析业务需求，合理规划HSDPA与传统的DCH PS业务的覆盖范围，优势互补，这是使用HSDPA技术组网的关键。

图 4 HSDPA频率使用策略

中兴通讯HSDPA主要支持双载方式，部分支持单载方式。HSDPA单载方式是指HSDPA用户和其他用户使用同样的载频，若辅以高级无线资源管理算法，HSDPA用户可以利用小区剩余资源。

在高速业务用户集中并且频率资源丰富的重点地区，可以使用双载频建网方式，即HSDPA单频组网，所有的高速用户在基站近点使用HSDPA能够大大提升系统流量，并且因为使用不同的频点，从而对同覆盖的DCH PS业务影响不大。

在频率资源紧张且HSDPA业务要求不是很高的环境中，可以考虑使用HSDPA与R99使用同频组网，既可以解决对某些重要用户对高速业务的需求，又可以节约宝贵的频率资源。在近点处，用户使用HSDPA提高用户数据流量；当用户移动到基站覆盖的远点处，HSDPA用户转换为DCH PS业务；当用户移到另一个基站的HSDPA覆盖区时，可以将DCH PS业务切换到HS-DSCH信道，重新转化为HSDPA业务。

由于中兴通讯的WCDMA系列化产品是基于先进的R4协议开发，与R99协议相比，可以非常方便地将系统升级到支持HSDPA。例如HSDPA的载频控制、接纳控制、功率控制、传输等关键技术的实现，无需硬件改动，只要软件升级就可以完成版本升级。

六、 结束语

HSDPA由于其技术特性，能够在基站近点提供较大的流量，与R99相比有着明显的优势。根据本文对HSDPA的流量与覆盖的研究，可以得到HSDPA业务的使用策略和组网方案，通过完备的系统设备升级方案，发挥HSDPA业务与传统的DCH PS业务优势互补，量身打造不同实际环境下的WCDMA精品网络。