HSDPA技术特点及网络部署

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　　3GR4网络已经能够为用户提供高速的WAP、流媒体等数据增值业务，但对于高端的企业、行业用户以及使用PDA和数据卡类用户而言，往往对业务速率和质量有更高的要求。
　　R4网络虽能提供达到384kbit/s的峰值速率，但小区容量比较有限（最多7个用户同时使用）。无论从业务速率还是质量上来讲，与目前比较普及的WLAN、蓝牙等无线接入技术相比均有较大的差距。HSDPA（高速下行分组接入）的引入就是为了进一步提升3G网络的数据业务能力，使用户在移动环境中享受更高的业务质量。与R4网络相比，在峰值速率、吞吐量、业务时延、每比特投资等方面都有明显的提高
　　HSDPA标准提出3GPP的R5版本，是对R4无线网络的平滑演进，并不影响R4核心网和已有的业务定义。HSDPA主要通过下行共享传输信道、快速链路适配自适应调制编码、混合自动重传(HARQ)和快速调度等关键技术提高网络的下行分组接入速率，减少下行分组传送延迟，适合于交互类、背景类业务以及流媒体类业务。
　　HSDPA网络设备在2005年由主流的设备厂商陆续推出，经过国内外运营商的实验室和预商用测试，在2006年已有美国和欧洲的运营商部署了HSDPA商用网络。终端设备相对比较滞后，手机产品不多，但卡类产品发展迅速。目前的终端虽大多只能提供1.8Mbit/s下行速率，但也已大大超过了R4网络的峰值速率。
　　HSDPA技术从一出现就受到运营商的广泛关注，运营商期望通过部署网络能给用户提供更高质量的业务。但同时也需注意到，部署HSDPA网络时，在处理HSDPA与R4网络的共存、部署时机、载频使用、覆盖范围等方面需深入而全面的考虑。
一、HSDPA技术特点
　　HSDPA网络与R4网络的主要区别在于无线网。HSDPA基站新增了一些关键技术提高下行速率，如原有的R4基站在产品设计时没有考虑演进到HSDPA，设备可能需要更换硬件升级。RNC的改进多可通过软件升级实现，相对比较容易。另外，由于HSDPA的数据吞吐量非常高，传输网络、传输设备的接口等都可能会随之改进。核心网分组域只有非常少的改动，主要集中在分组域，分组域设备应具备满足HSDPA业务要求的数据转发速率和QoS体系应包括HSDPA业务。
　　HSDPA终端和R4终端也有明显的区别。原有的R4终端不能再接入到HSDPA网络，而HSDPA终端则具备向下兼容的能力，可接入到R4网络。
　　从HSDPA的协议结构来看，主要在基站新增了MAC-hs实体，完成基站和UE之间的快速功率控制，进行调制和编码方式选择、快速调度、HARQ等。具体如图1所示。

　　下面重点分析基站和终端的功能变化。
　　*基站改进
　　基站新增功能包括接收到分组包后进行调度和缓存，支持H-ARQ重传，对上行反馈信息进行解码，对SRNC的流量进行控制等。如图2所示。

　　*终端改进
　　终端新增功能包括新增支持16QAM解调方式，支持ARQ重传、软缓存器和合并器，支持快速上行反馈和编码等。如图3所示。

二、技术特点
　　1.新增信道
　　HSDPA引入三种新的信道。
　　(1)HS-DSCH(高速数据共享信道)，下行链路，负责传输用户数据，映射为物理层的HS-PDSCH（高速物理数据共享信道）。
　　(2)HS-SCCH(高速共享控制信道)，下行链路，负责传输对HS-DSCH信道解码所必须的控制信息的物理层控制信道。
　　(3)HS-DPCCH(高速专用物理控制信道)，上行链路，负责传输必要的控制信息，主要是对ARQ的响应以及下行链路质量的反馈信息。
　　其中，HS-DSCH信道的共享方式有两种：最基本的方式是时分复用，即按时间段分给不同的用户使用，这样HS-DSCH信道码每次只分配给一个用户使用；另一种就是码分复用，在码资源有限的情况下，同一时刻，多个用户可以同时传输数据。
　　2.高阶调制
　　HS-DSCH除了支持R4中使用的QPSK调制方式外，还支持使用16QAM调制方式。16QAM可以达到比QPSK高一倍的峰值速率，对抗干扰性能比QPSK好，通过在信道条件好的环境采用16QAM调制方式，系统可以提供更高的数据速率，更加有效地利用带宽。
　　3.更短的时间间隔
　　与R4的10ms、15时隙的无线帧相比，HSDPA的时间间隔是2ms、3时隙。这意味着HSDPA的信道码也可以每2ms进行一次动态分配，这极大地提高了链路适配性能和无线信道调度效率。
　　4.快速链路适配
　　更短的时间间隔使HSDPA系统可以监测瞬间的无线信道变化情况，如路径损耗、阴影效应、快衰落、干扰变化等。调整传输参数，并在信道允许的条件下采用高阶调制方式，以这种方式处理短时间内数据速率变化的业务比R4的功率控制方式更为有效。
　　5.快速调度
　　快速调度性能决定了在给定时间内共享信道给哪个用户使用，其目的是将信道资源用于无线条件最好的用户。调度可以根据无线信道质量来分配，可以采用的调度算法有三种。
　　＊轮询：不考虑信道条件，周期性地给用户分配信道，该方式简单，但导致系统性能差。
　　＊最大C/I：给信道条件最好的用户分配信道，该方式的系统吞吐率和效率都很高，但是对用户来讲不是一种公平的算法。
　　＊均衡公平：给信道条件相对较好（如C/I，时延，平均速率等）的用户，保持相对较高的吞吐率，对用户来讲相对公平。
　　实际应用中，多采用均衡公平算法，达到小区吞吐率和用户公平性的折衷。实现在更好地使用信道条件的同时，确保为所有用户提供有保证的最低速率。
　　6.快速混合自动重传请求
　　利用快速混合自动重传请求(FastHybridARQ)性能，用户在解码前能够快速请求丢失的信息和合并信息（软合并方式），提高容错能力。快速重传错误的数据包可以有效减少空中接口的往返延迟，终端通过接收的数据包的分集合并可以提高解码性能。
三、HSDPA网络部署
　　到目前为止，HSDPA在国外已有一定规模的商用，网络和终端都已比较成熟。国内运营商如果明年开始建网，应该说已具备商用部署条件。
　　HSDPA的部署是在3G网络建设的初期还是后期引入，采用独立载频还是与R4共用同一载频，网络的覆盖区域和选网如何考虑，是运营商关心的几个主要问题。
　　1.初期部署
　　丰富的数据业务是3G的优势所在。数据业务的使用一般会占用比较高的系统资源，如R4单小区最高只能同时支持7个384kbit/s的用户。在一些真正需求高速数据业务的区域，这样的系统容量显然不能满足。如果在这些区域引入HSDPA，利用其较高的频谱效率，不仅可以提高系统容量和数据吞吐率，同时也能降低数据业务的时延，改善用户业务体验。假设国内运营商2007年开始建设3G网络，HSDPA系统及终端已比较成熟，完全可以在建网初期就选择高起点的HSDPA，这样既有利于业务竞争也有利于保护投资。
　　2.同一载频
　　HSDPA频谱的使用策略，首先取决于运营商得到的可用的3G频谱。如频谱只支持一个3G载频，那么HSDPA网络只能与R4共载频使用。如支持多个载频，则可以选择与R4共载频或独立使用一个载频两种方式建网。共载频方式网络部署成本较低，无需增加新载频相关系统硬件，相比R4网络能提供更高的系统吞吐量，但也应注意到，同一载频组网时，HSDPA业务会占用系统的码资源、功率等，会影响R4的已有业务。在兼顾已有业务的情况下，HSDPA会受到码资源、功率等方面的限制，系统本身很难在吞吐量和容量等方面达到最佳性能。所以，这就要求HSDPA网络规划既充分考虑HSDPA业务和R4业务的共存，又要充分考虑R4已有业务对频率的利用率和未来业务的扩展性，对HSDPA和R4网络统一进行业务和网络规划。独立组网方式相对规划简单，码资源利用效率比较高，但需新增载频，带来新的投资。
　　在3G业务初期，业务量不是非常饱满的情况下，可考虑采用共载频方式，既满足了数据业务量大的地区要求，又能节省新增载频的投资。在业务发展期，考虑增加第二载频，同时承担R4和HSDPA业务，做到负荷分担。当数据需求进一步扩大时，第二载波可专用于HSDPA。
　　3.区域覆盖
　　HSDPA网络的覆盖有两种选择，一种是和R4网络1:1叠加的HSDPA覆盖，另一种是区域的、非连续的HSDPA覆盖。
　　一般情况下，考虑到HSDPA网是R4网络的平滑演进。在运营初期，数据业务，尤其是高速数据业务的需求相对不是非常迫切，再考虑到投资回报等因素，运营商往往会采用有重点、有目标的区域覆盖HSDPA的方式。主要的目标区域是数据业务需求较大的办公楼、机场、宾馆、车站、高级住宅区、商务区等室内区域以及一些话音业务高的潜在的会成为高数据业务需求区域的热点区、风景区等。叠加区域可以是R4的单站，也可以是一个区域内的小区。在HSDPA用户选网时，若无HSDPA小区，自动选择R4小区；若有HSDPA小区，通过设置小区选择的门限，使用户优先选择HSDPA小区。当用户使用业务过程中，离开HSDPA小区时，通过HSDPA的切换流程，又能切换到R4小区，保证业务使用的连续性。
　　HSDPA的覆盖具体采用哪种方式，由运营商根据实际需求确定。很明显，后一种区域的、非连续的HSDPA覆盖网络，既基本保证了重点区域的高速数据业务，又大大节省了初期的网络建设投入，成为大多数运营商初期建网的首选。
四、总结
　　HSDPA在下行数据速率、小区吞吐率、每比特的投资等方面的优势，已经成为3G建网的重要组成部分。希望国内建设3G业务初期就考虑建设HSDPA网络。
　　HSDPA网络带来吸引力的同时，也不得不面对诸如：如何与R4网络及业务共存；如何对HSDPA网络进行规划和优化；如何尽快开发高速数据新业务等亟需解决的课题。