浅析WCDMA的HSDPA组网若干问题

０概述

目前全世界发放的WCDMA牌照已达171张，截至目前有142个WCDMA网络被已按计划在2007年升级到HSDPA。国际上新建的WCDMA网都布置HSDPA。随着我国3G商用日期的迫近，拥有WCDMA牌照的运营商将面临着对HSDPA的抉择，因此，如何组建HSDPA网络的问题也成了业内人士探讨的热门话题。本文中，我们就WCDMA HSDPA的特点、优势、基站部署及容量进行了分析，并重点对WCDMA HSDPA组网问题进行了重点探讨。

1 WCDMA HSDPA的特点和优势

1.1主要特点

*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。
*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。
*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，也可以在同一TTI内分享信道资源。
*采用了自适应调制和编码（AMC），使得NodeB能够根据凹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。
*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。
*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
*HSDPA新增了物理信道HS-PDSC和HS-SCCH这两个下行信道和HS-DPCCH这一上行信道。

1.2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3GPP R99网络直接演进。

HSDPA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；更快速的响应时间利更高的系统吞吐量；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14.4Mbit/s速率；可支持DCH和HSDPA混合使用相同的载波。

2 WCDMA HSDPA覆盖范围与容量分析

2.1 HSDPA覆盖范围分析

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）。

2.2 HSDPA容量分析

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。新部署的HSDPA下行速率高达了3.6M/7.2Mbitps。
3 WCDMA HSDPA的组网问题

3.1 引入方式

WCDMA HSDPA的引入方式共有三种，它们分别是：

（1）HSDPA单独建网：
（2）在WCDMA基础上建网，HSDPA全网覆盖；
（3）在WCDMA基础上建网，重点区域引入HSDPA，建设精品网络。

对于HSDPA单独建网，建网成本高，且无法解决CS/PS并发业务问题。如果要解决该问题就要涉及到与WCDMA网络共享、优势互补。

由于WCDMA在规划中一般是从密集城区、一般城区到郊区、农村的整网覆盖，根据业务模型分析可知，低端用户群主要以语音、短信等业务服务为主，而对高速数据业务需求极少。对高速业务敏感的高端用户主要集中在密集城区的高档写字楼、酒店、公寓，这些也是WCDMA在规划中重点规划的区域。因此，可以采取在重点区域引入HSDPA，满足高端用户的业务需求，并培育高速业务服务市场环境。当条件成熟时候可以来用扩大HSDPA站点范围、增加重点区域载频等方式扩大通信市场份额。

基于以上分析，本文推荐在WCDMA建网初期，建设HSDPA的区域性精品网络，或者在成本允许情况下全网建设具有可升级HSDPA功能的WCDMA网络，即在初期仅开通重点区域的HSDPA服务，随着3G市场的成熟，采用逐步开通外围基站HSDPA功能的方式扩大HSDPA的网络规模.某些非人口聚居区域也有可能成为HSDPA应用热点，例如高档度假村、名胜景区等，也会逐步需要HSDPA的服务，在这神情沉下，后者方案就有很大优势。如果采用后者方案，在基站选择时候需要尽可能选择可软件升级HSDPA功能的基站设备，避免硬件的改动造成的后期建设成本增加和运营网络风险。
3.2 组网策略

由于国内现在没有商用WCDMA网络，因此网络建设有不同的方案。特别是在网络建设初期阶段，采用何种建网策略很可能会直接影响用户对网络的兴趣和信心，需要仔细分析。网络建设初期一般有两种方案，分别是：HSDPA与WCDMA共载频直接建网，HSDPA与WCDMA使用不同的载频建网。

（1）HSDPA与WCDMA共载频的网络

——优势如下

WCDMA支持的CS、PS业务与HSDPA支持的高速数据业务共享频率及功率，做到资源利用最大化；业务选择灵活，可以避免不同频带来的UE小区选择、驻留等问题：支持CS/PS并发业务：升级快速方便，节省投资。

——尚需解决的问题

如何对WCDMA与HSDPA各自的业务进行合适的功率分配；采用何种码资源分配及调度策略；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，采用何种切换策略来保证不同切换条件下的切换成功率；同频干扰问题。

（2）HSDPA与WCDMA异载频

HSDPA采用与WCDMA不同的载频进行组网，组成另外一层网络。原有的网络层主要提供WCDMA网络功能，HSDPA网提供高速数据业务。通过切换进行两个系统间互补。在CS域的话音业务，由WCDMA网络独立进行承载解决。在PS域引导策略是，WCDMA网络解决覆盖，低速率PS业务以WCDMA网优先；同时高速业务会集中在HSDPA网络上，使用高阶调制和高码率，向处于有利位置（靠近基站，或是无线信道环境好）的用户提供高业务速率，从而提高小区的平均吞吐量。

——优势如下
独立组网，与WCDMA网络互不影响，避免了复杂的码资源、功率资源规划。
——尚需解决的问题

HSDPA需要单独分配一个载波，网络建设成本高；初期用户数量有限，WCDMA与HSDPA各自占用一个载频，共享程度低，网络整体性能下降；在并发业务运行时候，需要多载频的终端支持。

（3）推荐组网方案

考虑到WCDMA网络同频自干扰，以及覆盖与容量负载密不可分等特点，本文提出如下方案：

网络初始建设阶段，使用统一载频进行密集地区的WCDMA与HSDPA全覆盖，以后再根据话务统计进行室内/微小区覆盖。在网络运营的第一阶段，用户业务需求相对还不高，通过无线资源管理统一管理、协调使用WCDMA的DCH和R5的HSDPA，可以很好地实现PS高速数据业务的扩展增强。

网络发展初期，基站果用单载频配置；在网络成熟发展期，3G网络用户发展到一定阶段，通过增加载频进行扩容（网络建设时基站需具备多载频平滑升级能力）。

3G网络发展稳定期，市场培育成熟，3G网络拥有数量庞大的用户群，数据业务量急速上升，此时可以考虑使用第三个载频专门提供数据业务。
（4）HSDPA具体组网实施

对于未来的WCDMA丰富的业务，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，HSDPA的特点是在近点可以提供极大的系统流量，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，合理规划日阳阴与传统的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。

在高速业务用户集中的重点地区，并且频率资源丰富可以使用异载频建网方式，即HSDPA单独占频点组网。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。但是当用户移动到HSDPA覆盖边缘，为了保证用户服务的连续性，将进行频间测量，从HS-DSCH信道进行硬切换到DCH信道，对系统造成一系列的开销，有可能产生意外的风险。

在频率资源紧张，且HSDPA业务要求不是非常大的环境中，可以考虑使用HSDPA业务与DCH PS业务使用同频组网，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盗源。在近点处，用户使用HSDPA提高用户数据流量；当用户移动到远离基站，HSDPA用户转换为DCH PS业务：当用户移到另一个基站的HSDPA覆盖区时候，可以将DCH PS业务切换到HS-DSCH信道，重新转化为HSDPA业务。

４ 结论

HSDPA由于其技术特性，能够在基站近点提供较大的流量，与传统的WCDMA相比有这明显的优势。根据本文对HSDPA组网时各个方面的分析和探讨，以及对组网策略和实施的重点探讨，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业务与传统的业务优势互补，量身打造不同实际环境下的WCDMA精品网络。