摘要　文章重點探討了HSDPA無線網絡規劃的策略、覆蓋和容量規劃，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、流媒體等數據增值業務，但對于高端的企業、行業用戶以及使用PDA和數據卡類用戶而言，往往對業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方面的領先優勢，陸續開始了HSDPA的商用。根據全球移動設備供應商協會（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核心網和已有的業務定義，與R4網絡相比，在峰值速率、吞吐量、業務時延、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的無線網絡規劃進行探討。

2、HSDPA原理及特點

　　根據實際經驗，WCDMA系統容量受限于下行容量，主要體現在兩個方面：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，實現了下行的高速數據傳輸，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上的數據映射到HS-DSCH數據幀通過MAC-d流發送給MAC-hs。MAC-hs需要完成與MAC-d之間的流量控制（共享Iub傳輸）、小區內用戶數據的調度、傳輸格式選擇等動作。

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圖1　HSDPA協議棧

　　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務、流業務、交互式業務等，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的短幀進行動態分配，減少了環路時間（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，使得小區吞吐量最大化和用戶平等共享吞吐量；

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

3、HSDPA規劃策略

　　根據HSPDA的特點，要進行HSDPA網絡規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展步伐，提升3G網絡的競爭優勢，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、軟切換區和軟切換開銷、業務分布等。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，力爭規劃一次性到位。

　?。?）然后要制定HSDPA網絡的發展目標和部署策略。發展目標包括HSDPA網絡的覆蓋區域、系統容量和支持業務。在HSDPA網絡建設初期，新的業務種類較為有限。鑒于HSDPA承載的頻譜效率高，可以將大部分PS數據業務遷移到HSDPA上承載，使得系統容量得到提升。由于HSDPA滲透率比較低，大部分手機還不具備HSDPA功能，大的數據吞吐量預計只存在熱點地區（如室內），密集城區和一般城區。因此在第一階段，宜采用共享載頻的組網策略?？紤]到用戶的發展情況和話務量的情況以及低成本3G建網，在大多數普通無HSDPA需求地區依然采用R99/R4網絡覆蓋；在熱點地區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已有小區的基礎上，加入HSDPA的支持，提高下行數據業務的容量，在不影響原有語音、視頻電話等實時業務的前提下，將背景類、交互類等數據業務承載到HSDPA上可以提高系統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業務的發展，3G數據用戶也有了很高的滲透率，在城市中心商務區CBD、密集市區等熱點地區會出現大量的數據應用要求，為了提升網絡的數據服務能力和容量（語音和數據），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配置和小區規劃。根據HSDPA的建網計劃和小區平均吞吐量要求，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。有關小區規劃的具體內容將在下一節中進行詳細闡述。

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

4、HSDPA網絡規劃

　　4.1　規劃特點

　　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劃上的差異。

　?。?）連續覆蓋業務要求

　　HSDPA關注小區邊緣處的連續覆蓋數據速率，在一定的小區HSDPA功率規劃下，小區邊緣處HSDPA用戶可獲得的數據吞吐率不同，一般對于室外宏蜂窩場景，初期建議的具體指標是在小區邊緣處滿足不低于64kb/s承載的覆蓋要求。HSDPA關注的是小區的平均吞吐率，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，但對切換區域和切換開銷有更高的要求，不同于R99/R4網絡。

　　（3）功控差異

　　HS-DSCH采用動態功率分配，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　覆蓋規劃

　　鏈路預算是網絡規劃的第一步，分為上行及下行鏈路預算。根據研究表明，對于數據業務，HSDPA與R99/R4網絡基本上可以實現同覆蓋，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邊緣最大下行速率。根據HSDPA網絡的發展策略，本文主要討論在R99/R4網絡升級到HSDPA的覆蓋規劃。HSDPA峰值數據速率的計算主要取決于以下幾個參數：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或者更少的功率而可能增加重傳次數。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境下服務小區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。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，通過仿真發現小區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平均吞吐率。HSDPA容量估算的關鍵是小區平均吞吐率的計算。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表示本小區總帶寬接收功率，Ioc表示從其他小區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的平均吞吐率。

　　同載頻混合組網時，采用動態的功率分配方案，即HSDPA動態使用R99/R4業務以外的功率。同時HSDPA承載的業務初期都是BE業務，不像R99/R4業務一樣有相應的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的容量規劃需求。

5、結束語

　　HSDPA在下行數據速率、小區吞吐率、每比特的投資等方面的優勢，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。概括地說，引入HSDPA后，將對WCDMA網絡的覆蓋、容量、傳輸、業務集成、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網絡進行規劃和優化是打造3G精品網絡的關鍵。