HSDPA流量和覆盖研究

摘要：通过研究分析HSDPA的链路预算、系统特性，并与传统的R99分组业务做比较，得到运营商最关心的HSDPA流量与覆盖的关系。

一、 引言

第三代移动通信系统的一个重要特点是业务上、下行链路的业务量的不平衡性，下行链路的业务量将普遍大于上行链路的业务量。高速下行分组接入（HSDPA）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。

由于採用新的技术，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。本文将通过链路预算和系统仿真，研究HSDPA技术无线性能以及组网策略。

二、 HSDPA关键技术描述

与R99架构相比，HSDPA引入了短的传输时间间隔（TTI=2ms）、自适应调制和编码（AMC：Adaptive Modulation and Coding）、多码发射和快速物理层（L1）混合ARQ（HARQ：Hybrid Automatic Repeat reQuest），并将分组调度器从RNC移到Node B中，以在Node B中实现MAC-hs协议控制的快速分组调度。

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（约为QPSK的2倍）。

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是一种前向纠错FEC和重传相结合的技术。它可以根据链路的状况快速地调整信道的传输速率并实现FEC与重传的结合，物理层HARQ受高层控制。

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。当HSDPA用户处于小区边缘时，外来干扰变大，我们可以通过观察Ior/Ioc的变化，考察HSDPA用户在小区边缘时的系统性能。

图 2不同外来干扰对HSDPA流量/覆盖率的影响

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。

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。因此，本文没有给出具体的绝对覆盖半径，而是以覆盖率的方式探讨HSDPA的流量变化。

随着信息速率的提高，调整站间距的同时还必须限制高速率HSDPA用户的范围，例如当速率达到500kbps时候，用户不应该远离基站，否则会造成加大信道功率，并对邻区用户造成较大干扰。

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。该图充分显示了与R99的DCH PS业务比较、HSDPA在近点流量上的优势以及在远点覆盖上的不足。

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，从而提升整个系统资源利用率；双载方式是指使用单独的载频吸收高速率的HSDPA用户。

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。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。中兴通讯即将推出支持HSDPA的手机产品，这就使得中兴通讯成为从NodeB、RNC，到UE的全面支持HSDPA的设备供应商，提供整套的HSDPA解决方案。

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。