HSPDA的引入对R99/R4的影响

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  HSDPA以下行高达14.4Mbit/s的速率,越来越受到业界的关注,在3G牌照发放后,预计各家运营商会大力部署HSDPA。在这里就HSDPA的引入对R99/R4的影响做一探讨。

  一、HDSPA技术概述

  HSDPA是在WCDMAR99/R4的基础上的平滑演进,不会对原有网络产生重大影响,但能够将最高下行速率从2.668Mbit/s提高到14.4Mbit/s。

  HSDPA引入了以下几项核心技术:

  ●自适应调制与编码(AdaptiveModulationand Coding or AMC)

  ●混合自动重发请求(HybridAutomaticRequestor H-ARQ)

  ●快速调度算法(FastScheduling)

  自适应调制与编码是基于无线条件和终端能力进行自适应调制和编码,它可以根据UE所测量的下行信道条件优选调制和编码方式,提高下行链路的吞吐量。

  混合自动重发请求是前向纠错编码FEC和ARQ技术的结合,即结合了自动重发与前向纠错的容错恢复机制,并使用合并前后含有相同数据单元的机制或重传信息块的增量冗余机制,带来更低的剩余误块率,从而减少高层协议RLC层的重发和降低下行分组包的发送时延与环回时延。

  快速调度算法是在动态复杂的无线环境下使多用户更有效地使用无线资源,提高整个扇区的吞吐量。调度算法功能实现于基站,采用了时分加码分的技术,而且用户对于共享信道的使用权每一个2ms无线子帧都可以重新调度,反应速度大大提高。

  二、HSDPA与R99/R4特点比较

  由于HSDPA采用了以上关键技术,使得HSDPA与R99/R4比较而言具有非常大的优势,表1为二者主要特性比较。

  R99/R4HSDPA

  系统容量(Mbps)2.66814.4

  系统切换异频硬切换/同频软切换/同频更软切换/系统间切换HS-PDSCH只有硬切换

  功率控制开环功控、闭环功控、外环功控、快速功控、慢速功控HS-PDSCH信道使用慢速功控或者不使用功控

  调制方式QPSKQPSK;16QAM

  链路适应技术使用快速功控和软切换AMC,HARQ,短桢和快速信道反馈

  比特加扰——仅HS-PDSCH使用

  MSC-hs——用来进行快速调度

  桢长(ms)102

  信道反馈时延(ms)100(至少)5.67

  码资源分配DPCH:尽量保持码表利用率高HS-PDSCH:连续分配SF=16;

  HS-SCCH:同DPCH

  从以上比较可以看出,由于HSDPA是在保证功率的前提下,根据信道的条件而改变速率,也就是恒功率、变速率;而对于R99/R4来讲,则是在保证业务速率的前提下,根据信道的条件调整功率,既恒速率、变功率。由于HS-PDSCH信道不支持软切换,因此没有切换增益。要实现高速数据业务传输,必须具备良好的无线环境、传输距离相对较近,这样看来HSDPA更适合于室内覆盖及室外微小区覆盖。

  三、HSDPA的引入对R99/R4的影响

  1.HSDPA带来的系统变化

  由于HSDPA引入了新的算法和业务信道,因此对原有的R99/R4带来了一定变化,主要体现在RAN和UE上。

  首先,我们来看一下RAN的变化。

  HSDPA功能主要是对NodeB修改比较大,如果在原有设备中考虑了HSDPA功能升级要求(如16QAM、缓冲器及处理器的性能等),一般来讲实现HSDPA功能不需要硬件升级,只要软件升级即可,所以现在很多厂家都宣称可通过软件升级支持HSDPA功能。实现这个功能难度不是太大,关键是实现的性能,所以HSDPA技术实现后的真正性能需要验证。

  一般来说,HSDPA的引入对RNC的影响较小,RNC仅需要进行软件升级即可,需要进行RRM算法升级、接口协议变更以及传输接口资源的增加。

  下面,我们来看一下UE的变化。

  HSDPA网络既支持具有HSDPA功能的终端也支持不具有HSDPA功能的终端,具有HSDPA功能的终端需要具有更快的处理芯片、更大的存储空间、更先进的接受算法和处理、支持16QAM解调处理、支持多种解码处理、支持MAC-hs处理、支持多码道处理等特性。目前,规范定义了12类HSDPA的终端,不同种类的终端业务速率各不相同。

  2.HSDPA带来的网络影响

  *HSDPA对R99/R4容量的影响

  下面主要从码资源和功率资源来分析一下HSDPA与R99/R4的相互影响

  (1)码资源

  我们首先来回顾一下HSDPA码资源的分配特点和原则,HS-PDSCH信道化码的扩频因子固定为16。

  由于HSDPA是WCDMA中的一种高速共享的下行技术,其技术特点之一就是码资源方面的高速扩频码和多码传输技术,因此它对码资源的需求是非常大的。在HSDPA的3种专用的物理信道HS-PDSCH、HS-SCCH、HS-DPCCH中,HS-PDSCH的分配对整个小区的码资源影响最大。

  在R99网络中,CS12.2k业务的下行SF=128,除去公共信道开销,系统大约支持123~124个用户。但当在R99网络中升级了HSDPA技术后,由于分给HSDPA一定的码资源,会对原来的R99网络造成一定的影响。因此在码资源使用方面,特别需要要考虑HSDPA对R99/R4网络的影响,合理分配如采用静态预留码资源管理算法,预留给HSDPA的码资源要兼顾HSDPA下行吞吐量和R99/R4业务需求,尽可能不局限R99/R4的可用码资源,以保证电路域业务不受影响。预留码资源可以根据混合业务的比例通过参数适当配置,比如预留10个SF=16的OVSF码给HSDPA的配置选择,它可以支持足够大的HSDPA下行速率,又可兼顾R99/R4的需求,这时剩余的码资源可以支持2个HS-SCCH和42个SF128(s)(话音+信令)。

  (2)功率资源

  引入HSDPA功能后,对于功率控制则增加了HSDPA总功率资源的分配和HSDPA相关物理信道的功率控制的功率控制方法。

  在HSDPA和R99之间分配业务功率,最终影响网络流量和用户数目的关键因素是功率分配比例。



  图1给出了从功率的角度说明HSDPA对R99/R4的影响。在业务发展初期,由于R99网络会有比较多的功率冗余,因此可以预留较多的功率资源给HSDPA而不会引起R99的容量陡降;当这些预留功率用于HSDPA业务发送时候,会对R99用户产生一定的同频干扰,最恶劣的情况下如图中红线所示,会造成R99容量损失;夹在两条曲线的中间部分,是HSDPA可能带来的R99容量损失,这与实际使用于HSDPA业务的功率有关。

  需注意的是HSDPA对下行功率使用的突发特性会对R99/R4业务造成影响,在功率资源的分配上应给R99/R4业务保留适当的余量以减轻这种影响,但这又会影响HSDPA吞吐量。在载频共享的部署方式下,应该尽量把非实时的分组域业务用HSDPA承载,而不是用R99/R4的PS384,PS128等专用信道承载。这是因为HSDPA下行吞吐量的高效率,带来无线资源的使用效率提高,业务应用的时延降低,网络平均下行负载降低的优势。

  □HSDPA对覆盖的影响

  对于无线网络覆盖规划所依据的上行链路而言,R99/R4的设计中城市一般是以CS64为上行保证的业务承载,也就是说小区的最大覆盖半径是以该业务承载为基准的,因而可提供该业务承载的连续覆盖,小区边缘可以以上行PS64配合下行PS64,PS128或PS384提供分组高速数据业务。由于HSDPA在上行增加了物理层的HS-DPCCH信道用于传送UE上报的下行无线信道质量CQI和以前发送数据是否被正确接收的反馈信息(ACK/NACK),它要占用一定的UE功率。对比R99/R4版本信道DPDCH/DPCCH的QoS要求,HS-DPCCH 信道在保持不变的ACK/NACK的误码率及CQI的误块率要求的情况下需要较高的 Eb/No,从而影响原先以R99/R4设计的的上行覆盖。

  但根据在城区典型环境下的仿真研究结果看,由此引起的差异很小,所以基于R99/R4中上行CS64为覆盖基准设计的无线网络应该基本适用于HSDPA,相应的HSDPA可以用上行PS64专用信道配合下行HSDPA在小区边缘提供分组高速数据业务。况且,部署HSDPA的小区大多在城市发达区域,这些区域又大多是容量或干扰受限的区域,这时小区的覆盖半径是基于容量仿真的结果,所以基于链路预算的上行覆盖差异更不应成为问题。在这个意义上,一个规划合理的R99/R4版本的无线网络,其结构应该对技术的演进具有良好的可演进性,并不需要对网络结构做大的调整。

  □HSDPA对传输网的影响

  由于HSDPA的引入,带来了NodeB容量的增加以及用户话务模型的变化,小区的峰值吞吐量会增至原来的四倍,平均吞吐量增至原来的两倍,这将对Iub接口的传输资源要求大大提升,必须对原有Iub接口进行重新规划。

  同样,Iub接口流量的增加带来了Iu接口的传输能力的提高,对RNC和SGSN的处理能力明显提高,需要对此进行重新估算


----《通信世界》

作者:河南移动计划建设部贺延敏   

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