HSDPA

HSDPA

HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)高速下行分組接入,是一種移動通信協定,亦稱為3.5G(3½G)。該協定在WCDMA下行鏈路中提供分組數據業務,在一個5MHz載波上的傳輸速率可達8-10 Mbit/s(如採用MIMO技術,則可達20 Mbit/s)。在具體實現中,採用了自適應調製和編碼(AMC)、多輸入多輸出(MIMO)、混合自動重傳請求(HARQ)、快速調度、快速小區選擇等技術。

HSDPA是指高速下行分組接入,它是3GPPR5協定中為了滿足上/下行數據業務不對稱的需求而提出的一種調製解調算法,它可以在不改變已經建設的WCDMA網路結構的情況下,把下行數據業務速率提高到10Mbps。該技術是WCDMA網路建設後期提高下行容量和數據業務速率的一種重要技術。HSDPA技術的套用可以充分滿足運營商在3G網路成熟期面臨容量需求特別大時進行擴容的實施。

概述

HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)表示高速下行分組接入技術。

在3G的三大標準的角逐中,WCDMA商用在運營商的支持數量上取得了領先,但在其網路所支持的數據速率上卻長期停留在理論上的384kbps水平,而其網路建設也一直處於緩慢發展的狀態。

與此形成鮮明對照的是,在韓國日本等國家實現商用的CDMA2000 1X EV-DO網路系統上,已經實現了2.4Mbps的峰值速率,其寬頻接入服務能為客戶提供300kbps-500kbps平均下載速率,這足以與有線寬頻的速率相媲美。

比較而言,同為已經實現商用的3G網路系統,面對現有的3G業務,WCDMA已經稍顯力不從心,在數據傳輸速率上的巨大落差,以及由此帶來的業務能力上的弱勢,自然使得WCDMA陣營不甘落後,必須尋找一種趕超CDMA2000 1X EV-DO的有力武器。

HSDPA分布圖
HSDPA(高速下行分組接入,High Speed Downlink Packages Access)技術是實現提高WCDMA網路高速下行數據傳輸速率最為重要的技術,是3GPP在R5協定中為了滿足上下行數據業務不對稱的需求提出來的,它可以在不改變已經建設的WCDMA系統網路結構的基礎上,大大提高用戶下行數據業務速率(理論最大值可達14.4Mbps),該技術是WCDMA網路建設中提高下行容量和數據業務速率的一種重要技術。

對高速移動分組數據業務的支持能力是3G系統最重要的特點之一。

WCDMA R99版本可以提供384kbps的數據速率,這個速率對於大部分現有的分組業務而言基本夠用。然而,對於許多對流量和遲延要求較高的數據業務如視頻、流媒體和下載等,需要系統提供更高的傳輸速率和更短的時延。

在未來幾年內,數據服務將會取得大幅度增長,並成為第三代(3G)移動通信的主要套用和主要收入來源。目前日本和韓國的3G經營商已經在體驗3G服務的巨大成功。日本DoCoMo公司於2001年推出的WCDMA-FOMA服務所創造的收入已經占到其總收入的20%以上,截止到2004年5月已擁有400萬用戶。韓國電信公司skt)2003年第3季度,在部署了1xEV-DO網路之後,該公司數據服務收入占據每用戶平均收入(ARPU)值的比例上升到了34%。

為了適應多媒體服務對高速數據傳輸日益增長的需要,第三代移動通信合作項目組(3GPP)已經公布了一種新的高速數據傳輸技術,叫做高速下行分組接入技術(HSDPA)。該技術是WCDMA R’99(也就是我們常說的WCDMA)的強化版本,大大加強了下行鏈路傳輸的功能。

日本的NTT DoCoMo是最早試驗HSDPA技術的運營商之一,在2004年3GSM全球大會上,HSDPA也同樣改變了所有主要歐洲運營商的日程。在美國GSM運營商當然也在尋求更多的武器,以便在越來越具有攻擊性的市場中確保領先地位。2004年12月1日,Cingular正式與朗訊科技簽署了一項為期4年的3GW-CDMA設備、軟體和服務供貨協定,其中就包括了HSDPA技術的部署。協定將使Cingular公司從2005年起得以為消費者提供範圍廣泛的多媒體服務。

PA諮詢公司和Yankee集團最近認為,HSDPA需求可能首先來自企業市場。PA諮詢公司相信,HSDPA將在面向企業市場的W-CDMA案例中扮演核心角色。Yankee集團則將HSDPA技術視為一個可以使運營商面向企業市場推出高利潤服務的重要差別化因子,並將在向更快的3G服務演進中扮演極為突出的角色。Gartner集團更關注新技術對網路效率的影響,認為部署HSDPA技術的運營商將獲得相當的競爭優勢。

為了更好地發展數據業務,3GPP從這兩方面對空中接口作了改進,引入了HSDPA技術。HSDPA不但支持高速不對稱數據服務,而且在大大增加網路容量的同時還能使運營商投入成本最小化。它為UMTS更高數據傳輸速率和更高容量提供了一條平穩的演進途徑,就如在GSM網路中引入EDGE一樣。 HSDPA的發展分為三階段,即基本HSDPA階段、增強HSDPA階段以及HSDPA進一步演進階段,其中HSDPA進一步演進階段目前還未最終確定,仍在3GPP內進行研究。

基本原理

WCDMA R5版本高速數據業務增強方案充分參考了cdma2000 1X EV-DO的設計思想與經驗,新增加一條高速共享信道(HS-DSCH),同時採用了一些更高效的自適應鏈路層技術。共享信道使得傳輸功率、pn碼等資源可以統一利用,根據用戶實際情況動態分配,從而提高了資源的利用率。自適應鏈路層技術根據當前信道的狀況對傳輸參數進行調整,如快速鏈路調整技術、結合軟合併的快速混合重傳技術、集中調度技術等,從而儘可能地提高系統的吞吐率。

基於演進考慮,HSDPA設計遵循的準則之一是儘可能地兼容R99版本中定義的功能實體與邏輯層間的功能劃分。在保持R99版本結構的同時,在NodeB(基站)增加了新的媒體接入控制(MAC)實體MAC-hs,負責調度、鏈路調整以及混合ARQ控制等功能。這樣使得系統可以在RNC統一對用戶在HS-DSCH信道與專用數據信道DCH之間切換進行管理。 HSDPA引入的信道使用與其它信道相同的頻點,從而使得運營商可以靈活地根據實際業務情況對信道資源進行靈活配置。 HSDPA信道包括高速共享數據信道(HS-DSCH)以及相應的下行共享控制信道(HS-SCCH)和上行專用物理控制信道(HS-DPCCH)。下行共享控制信道(HS-SCCH)承載從MAC-hs到終端的控制信息,包括移動台身份標記、H-ARQ相關參數以及HS-DSCH使用的傳輸格式。這些信息每隔2ms從基站發向移動台。上行專用物理控制信道(HS-DPCCH)則由移動台用來向基站報告下行信道質量狀況並請求基站重傳有錯誤的數據塊。

共享高速數據信道(HS-DSCH)映射的信道碼資源由15個擴頻因子固定為16的SF碼構成。不同移動台除了在不同時段分享信道資源外,還分享信道碼資源。信道碼資源共享使系統可以在較小數據包傳輸時僅使用信道碼集的一個子集,從而更有效地使用信道資源。此外,信道碼共享還使得終端可以從較低的數據率能力起步,逐步擴展,有利於終端的開發。從共用信道池分配的信道碼由RBS根據HS-DSCH信道業務情況每隔2ms分配一次。與專用數據信道使用軟切換不同,高速共享數據信道(HS-DSCH)間使用硬切換方式。

技術特點

3.1.數據業務與語音業務的技術特點

數據業務與語音業務具有不同的業務特性。語音業務通常對延時敏感,對於速率恆定性要求較高,而對誤碼率要求則相對較弱;數據業務則相反,通常可以容忍短時延時,但對誤碼率要求高。HSDPA參考cdma2000 1X EV-DO體制,充分考慮到數據業務特點,採用了快速鏈路調整技術、結合軟合併的快速混合重傳技術、集中調度技術等鏈路層調整技術。

3.1.1.快速鏈路調整技術

如前所述,數據業務與語音業務具有不同的業務特性。語音通信系統通常採用功率控制技術以抵消信道衰落對於系統的影響,以獲得相對穩定的速率,而數據業務相對可以容忍延時,可以容忍速率的短時變化。因此HSDPA不是試圖去對信道狀況進行改善,而是根據信道情況採用相應的速率。由於HS-DSCH每隔2ms就更新一次信道狀況信息,因此,鏈路層調整單元可以快速跟蹤信道變化情況,並通過採用不同的編碼調製方案來實現速率的調整。

當信道條件較好時,HS-DSCH採用更高效的調製方法---16QAM,以獲得更高的頻帶利用率。理論上,xQAM調製方法雖然能提高信道利用率,但由於調製信號間的差異性變小,因此需要更高的碼片功率,以提高解調能力。因此,xQAM調製方法通常用於頻寬受限的場合,而非功率受限的場合。在HSDPA中,通常靠近基站的用戶接收信號功能相對較強,可以得到xQAM調製方法帶來的好處。

此外,WCDMA是語音數據合一型系統,在保證語音業務所需的公共以及專用信道所需的功率外,可以將剩餘功率全部用於HS-DSCH,以充分利用基站功率。

3.1.2結合軟合併的混合重傳(HARQ)技術

終端通過HARQ機制快速請求基站重傳錯誤的數據塊,以減輕鏈路層快速調整導致的數據錯誤帶來的影響。終端在收到數據塊後5ms內向基站報告數據正確解碼或出現錯誤。終端在收到基站重傳數據後,在進行解碼時,結合前次傳輸的數據塊以及重傳的數據塊,充分利用它們攜帶的相關信息,以提高解碼機率。基站在收到終端的重傳請求時,根據錯誤情況以及終端的存儲空間,控制重傳相同的編碼數據或不同的編碼數據(進一步增加信息冗餘度),以幫助提高終端糾錯能力。

3.1.3集中調度技術

集中調度技術是決定HSDPA性能的關鍵因素。cdma2000 1X EV-DO以及HSDPA追求的是系統級的最優,如最大扇區通過率,集中調度機制使得系統可以根據所有用戶的情況決定哪個用戶可以使用信道,以何種速率使用信道。集中調度技術使得信道總是為與信道狀況相匹配的用戶所使用,從而最大限度地提高信道利用率。

信道狀況的變化有慢衰落與快衰落兩類。慢衰落主要受終端與基站間距離影響,而快衰落則主要受多徑效應影響。數據速率相應於信道的這兩種變化也存在短時抖動與長時變化。數據業務對於短時抖動相對可以容忍,但對於長時抖動要求則較嚴。好的調度算法既要充分利用短時抖動特性,也要保證不同用戶的長時公平性。亦即,既要使得最能充分利用信道的用戶使用信道以提高系統吞吐率,也要使得信道條件相對不好的用戶在一定時間內能夠使用信道,也保證業務連續性。

常用的調度算法包括比例公平算法、桌球算法、最大CIR算法。桌球算法不考慮信道變化情況;比例公平算法既利用短時抖動特性也保證一定程度的長時公平性;最大CIR算法使得信道條件較好的少數用戶可以得到較高的吞吐率,多數用戶則有可能得不到系統服務。

對系統性能的影響 HSDPA對系統性能的影響包括兩個業務與系統吞吐率兩個層面。快速鏈路層調整技術最大限度地利用了信道條件,並使得基站以接近最大功率發射信號;集中調度技術使得系統獲得系統級的多用戶分集好處;高階調製技術則提高了頻譜利用率以及數據速率。這些技術的綜合使用使得系統的吞吐率獲得顯著提高。同時,用戶速率的提高以及HARQ技術的使用使得TCP/UDP性能得到改善,從而提高了業務性能。但是,業務性能的提高程度與業務模型有關。

作為WCDMA R5版本高速數據業務增強技術,HSDPA通過採用時分共享信道以及快速鏈路調整、集中調度、HARQ等技術提高了系統的數據吞吐率以及業務性能,同時保證系統的前向兼容,除在RBS增加相應的MAC模組外,不對系統結構帶來其它影響,從而有利於系統的靈活部署。

3.2.無線接口技術運用特點:

為改善WCDMA系統性能,HSDPA在無線接口上作出了大量變化,這主要影響到物理層和傳輸層:

縮短了無線電幀;新的高速下行信道;除QPSK調製外,還使用了16QAM調製;碼分復用和時分復用相結合;新的上行控制信道;採用自適應調製和編碼(AMC)實現快速鏈路適配;使用混合自動重複請求HARQ)。介質訪問控制(MAC)調度功能轉移到Node-B上。

HSDPA無線幀(在WCDMA結構中實際是子幀)長2ms,相當於目前定義的三個WCDMA時隙。一個10msWCDMA幀中有五個HSDPA子幀。用戶數據傳輸可以在更短的時長內分配給一條或多條物理信道。從而允許網路在時域及在碼域中重新調節其資源配置。

3.2.1下行傳輸信道編碼

HS-DSCH從WCDMA R99引入的下行共享信道(DSCH)演變而來,允許在時間上復用不同的用戶傳輸。為有效實現更高的數據速率和更高的頻譜效率,DSCH中的快速功率控制和可變展寬係數在R5中被代之以HS-DSCH上的短分組長度、多碼操作和AMC以及HARQ等技術。

根據R99 1/3增強編碼器,信道編碼一直採用1/3速率。但是,根據兩階段HARQ速率匹配流程中套用的參數,有效的碼速率會變化。

在這一過程中,信道編碼器輸出上的位數與HS-DSCH上映射的HS-PDSCH的總位數相匹配。HARQ功能通過冗餘版本(RV)參數控制。輸出上確切的位集取決於輸入位數、輸出位數和RV參數。在使用一個以上的HS-PDSCH時,物理信道分段功能在不同物理信道之間劃分比特位。它對每條物理信道單獨進行交織。

HSDPA採用正交相移鍵控調製(WCDMA中規定的技術),在無線電條件良好時,採用16正交幅度調製(16QAM)。

3.2.2下行物理信道結構

物理信道的第一個時隙承載HS-PDSCH接收的關鍵信息,如信道化代碼集和調製方案。在收到第一個時隙後,UE只有一個時隙解碼信息,準備接收HS-PDSCH。

映射到一個HS-DSCH上的HS-PDSCHs(或碼信道)數量可能會在1-15之間明顯變化。它使用正交可變展寬係數(OVSF)代碼。多碼數量和從給定HS-DSCH上映射的HS-PDSCH的相應偏置信息在HS-SCCH上傳送。偏置(0)時的多碼(P)分配如下:

Cch,16,0…Cch,16,O+P-1。第二個時隙和第三個時隙承載HS-DSCH信道編碼信息,如傳輸碼組長度、HARQ信息、RV和星座版本及新的數據指示符。使用16位UE標識涵蓋三個時隙的數據。

3.2.3自適應調製和編碼

鏈路適配是HSDPA改善數據吞吐量的一種重要途徑。採用的技術是自適應調製和編碼(AMC)。在每個用戶傳輸過程中,把系統的調製編碼方案與平均信道條件相匹配。傳輸的信號功率在子幀周期期間保持不變,它改變調製和編碼格式,以與當前收到的信號質量或信號條件相匹配。在這種情況下,BTS附近地區的用戶一般會配置速率較高的高階調製(例如,有效碼速率為O.89的16QAM),但隨著距BTS的距離增大,調製階和碼速率將下降。如前所述,可以採用1/3碼速增強編碼,通過各種速率匹配參數獲得不同的有效碼速率。

3.2.4混合ARQ

混合自動重複請求(HARQ)技術把前饋糾錯(FEC)和ARQ方法結合在一起,保存以前嘗試失敗中的信息,用於未來解碼中。HARQ是一種暗示鏈路適配技術。AMC採用明示的C/I或類似措施,設定調製和編碼格式,而HARQ則採用鏈路層確認制定重傳決策。從另一個角度講,AMC提供了粗數據速率選擇,而HARQ則根據信道條件提供數據速率微調功能。

3.2.5分組調度功能

除信道編碼及物理層和傳輸層變化外,HSDPA還實現了另一個變化,以支持快速傳送分組。它把分組調試功能從網路控制器移到了Node-B(BTS)中的MAC層。

分組調度算法考慮無線信道條件(根據涉及的所有UE的CQI)和傳輸到不同用戶的數據數量。

3.3.技術實際運用上的表現:

3.3.1.高速數據傳輸和大用戶容量

通過實施若干快速而複雜的信道控制機制,包括物理層短幀、自適應編碼調製(AMC)、快速混合自動重傳技術(Hybrid-ARQ)和快速調度技術,HSDPA使峰值數據傳輸速率達到10 Mbps,改善了最終用戶使用數據下載服務的體驗,縮短了連線與應答的時間。更為重要的是,HSDPA使分區數據吞吐量增加了三至五倍,這便可以在不占用更多網路資源的基礎上大幅度增加用戶數量。

3.3.2.支持服務質量水平控制

HSDPA較高的吞吐量和峰值數據傳輸速率有助於激勵和促進WCDMA所不支持的數據密集型套用的發展。事實上,HSDPA可以更加有效地實施由3GPP標準化的服務質量水平(QoS)控制,通信網路可以更加智慧型地對不同優先權的套用與服務進行排序與資源調撥,首先保證話音通信的質量,其次保證對於實時性要求較高的套用的數據傳輸需求如實時視頻、網路遊戲等,而網頁瀏覽、下載等套用的數據傳輸則可以設定為較低的優先權。通過這樣的QoS管理,HSDPA可以根據用戶業務的需求,做不同的網路安排並進行網路容量分配,更有效地支持和管理多種多樣的實時高速數據傳輸業務。

3.3.3.後向兼容,無縫建設

HSDPA的另一個重要優點是WCDMA R’99的後向兼容性,運營商可以根據網路建設發展的需要進行逐級部署,而不會對現有的WCDMA用戶造成影響。

3.3.4.低成本網路部署

此外,運營商還將體驗到HSDPA的低成本所帶來強大的競爭優勢。由於HSDPA網路建設所帶來的成本主要用於基站(NODE Bs 或 BTS)和無線網路控制系統(RNC)的軟/硬體升級,因此HSDPA的部署具備很高的性價比。事實上,在用戶密度高、用戶數據處理量大的城市環境中,通過HSDPA網路傳輸1兆位元組的數據成本只需3美分,而WCDMA網路則需要7美分。以較低的用戶成本支持廣泛的多媒體套用、服務內容和誘人功能的能力可以使早期採用該技術的運營商脫穎於其他競爭對手,增加已有用戶的業務量和新用戶的數量,提高數據市場占有率和盈利能力。

前景分析

目前的3G系統在容量、速率和成本方面都不足以支持包月的移動網際網路業務,迫切需要高容量、低成本的HSDPA。而HSDPA能否成功的關鍵是看其能否滿足包月移動網際網路的業務的需求。

HSDPA移動網際網路業務已經超出蜂窩行動電話數據業務進入寬頻無線接入市場,套用對象包括PDA和筆記本電腦。

目前,大多數WCDMA廠商都在積極參與HSDPA技術的探討和設備的研發,不少廠家已經實驗室實驗,系統集成測試,開始進入場地測試。一般認為HSDPA將在2006年開始商業部署。

數據傳輸的成本定義為網路運營成本和資本折舊的總合。網路開銷在很大程度上決定於基站的總體分區吞吐量。假定每個基站的成本一定的話,那么通過一個基站傳輸的數據量越大,傳送每兆位元組數據的成本就越低。與EDGE和WCDMA相比,HSDPA在頻譜效率方面的改進降低了每個兆比特數據的傳輸成本,成本從使用EDGE時的大約11美分每MB下降到使用HSDPA後的不到3美分每MB。這樣以來,運營商就可以以較低的價格向更廣大的用戶群提供內容更廣泛的服務。

運營商採用HSDPA來搭建無線網路,可以在網路潛力較低的情況下提供更大的分區和用戶數據處理量,而數據傳輸能力的改進可以使運營商為用戶提供更多的具有更強吸引力、內容更豐富的新服務和新套用,並滿足消費者對視頻點播、音頻點播、圖像/視頻簡訊和基於位置的服務等內容豐富的媒體業務的日益高漲的需求。HSDPA技術的頻譜效率優勢可以使運營商以較低的成本提供這類服務,給用戶帶來優於傳統技術的體驗。

HSDPA的引進還可為運營商開闢新的業務門類:運營商可以進一步考慮企業和消費群體膝上型電腦高速接入、電纜和數字用戶線路(DSL)無法達到的地區的固定無線寬頻接入等等。

4.1.HSDPA的進一步發展

隨著均等化和先進的多入多出(MIMO)等新功能和新技術的引進,可以預見,HSDPA性能將繼續改進和提高。

前面所述HSDPA的各種優點之所以適用於下行鏈路,是因為人們所期待的3G數據業務在初始階段大部分要靠下行鏈路驅動,如流媒體觀看、套用和內容下載等等。HSDPA的新版本將包括對上行鏈路進行強化,這被稱作增強的上行鏈路(EUL)。EUL的標準化正在進行之中,將在2004年12月份完成。該標準能夠使得:

上行鏈路分區的吞吐量提高50%到70%。

用戶分組時延減少20%到55%。

用戶分組呼叫吞吐量增加50%。

4.2.HSDPA對移動寬頻發展的影響

高速下行分組接入,即HSDPA(High Speed Download Packet Access)是基於WCDMA的移動寬頻解決方案,在WCDMA的無線接入部分增加相應基帶處理功能,即可將WCDMA系統下行速率大幅度提升,峰值速率可達14Mb/s,同時增加系統容量並大大降低時延。

4.2.1.後3G時代的到來

截至2004年底,全球移動用戶數已達到17億,其中75%為GSM用戶,在全球26個國家和地區中的60個3G/WCDMA網路已經商用,用戶數超過1600萬。

如果說WCDMA作為GSM的演進正在步入成熟期,那么HSDPA作為WCDMA的演進正成為業界關注的焦點,全球範圍內已經商用3G(WCDMA)和準備商用3G(WCDMA)的運營商,更表現出對HSDPA的極大興趣。

最先吃WCDMA這隻螃蟹的日本運營商NTTDoCoMo目前擁有全球50%的WCDMA用戶,但DoCoMo並不滿足於3G的領先優勢,正在緊鑼密鼓地準備HSDPA的商用。美國移動運營商Cingular在成功併購了AT&TWireless之後,也將HSDPA列入商業化進程,其WCDMA/HSDPA網路正在建設當中。其他知名的移動運營商包括沃達豐、和記黃埔“3”、西班牙電信等都在不同程度地進行HSDPA試驗。

4.2.2.HSDPA——3G/WCDMA移動運營商的必然選擇

目前,Wi-Fi、CDMA20001xEV-DO等移動寬頻技術已經為人們所熟悉,WiMAX等新的移動寬頻技術正在浮出水面。考慮到WCDMA網路向移動寬頻的進一步發展,HSDPA將是移動運營商的最佳選擇。

HSDPA是基於現有WCDMA網路的演進,引入HSDPA只要在WCDMA無線網路部分作相應升級,將WCDMA下行速率從384kbps提升到14Mbps,而整個網路架構及整個核心網路都保持不變;另一方面,HSDPA將繼續使用WCDMA的頻率而不需要單獨的載頻。HSDPA不但有效地保護了運營商的投資成本(CAPEX),還擴大了運營商的業務範圍,為提高APRU創造了條件。

所以說HSDPA是3G/WCDMA運營商採取的一種既具有前瞻性又具有保護作用的發展策略,是未來發展的必然選擇。

4.2.3.HSDPA——移動產業的革命性發展

從消費需求角度看,HSDPA是移動和寬頻結合的產物。

隨著消費者對有線寬頻(ADSL)、有線區域網路(LAN)和無線區域網路(WLAN)使用的增多,用戶對移動寬頻的需求越來越大。同時,3G時代以視頻為主的多媒體業務,例如移動電視、音樂電視及電影片段的下載、具有3D效果的互動式多方遊戲、大容量郵件的傳遞等,在超高速3G網路的承載下會達到更好的效果。而HSDPA正滿足了用戶這種需求,不但使用戶在移動的情況下享受與固定寬頻相當甚至更好的業務體驗,而且為用戶提供更廣範圍內的漫遊功能。

引入HSDPA的劃時代意義在於,HSDPA為移動業務的拓展提供了廣闊的空間,並將改變移動業務收入結構,使目前移動業務以話音業務收入為主轉為以數據業務收入為主。

  4.2.4.HSDPA——機遇與挑戰共存

HSDPA所提供的高速數據下載性能不但為運營商帶來無限商機,同時也將帶動電信產業鏈上的各個環節的全面發展,包括設備供應商、終端製造商和內容提供商等。目前包括愛立信在內的各大廠商紛紛推出HSDPA網路設備,終端和晶片製造商也表示將推出支持HSDPA的產品。

從商用的角度看,今年下半年將出現HSDPA商用終端,用於HSDPA的首批終端將是易於安裝和使用的HSDPAPC卡,與筆記本電腦配合使用,下行速率在3.6Mbps左右,上行速率為384kbps,用戶可隨時隨地通過筆記本電腦實現高速接入;到2006年,HSDPA商用將進入第二階段,下行速率提升到14Mbps,除了新一代的PC卡終端外,HSDPA將被引入智慧型手機,而且HSDPA將最終被集成到筆記本電腦中。

HSDPA給產業鏈上各個環節提供機會的同時也帶來了挑戰。概括地說,由於HSDPA提供高速數據下載的新型業務,原有WCDMA商業模型要改進,而且整個網路規劃建設,包括話務模型、容量建設、業務集成、終端定製、資費策略等各個方面都將受到影響。

面對機遇和挑戰,移動運營商在決策之際關鍵是要選擇最佳的合作夥伴。

發展狀況

5.1.最大贏家--愛立信

愛立信在HSDPA領域獨占鰲頭

愛立信不但是全球WCDMA商用網路最大的設備和服務供應商,而且是HSDPA領域的業界領軍人。

業界第一個基於商用WCDMA系統的HSDPA現場演示早在2004年6月愛立信就完成了HSDPA系統端到端測試。在2004年10月舉辦的中國國際通信設備技術展覽會(PTExpo)上,愛立信成功演示了HSDPA技術實施的第一階段,系統傳輸速率達到了4.9Mb/s。這是業內首次在公開的電信展上現場演示基於商用產品並能以無線方式運行的HSDPA系統。

在2005年2月舉行的法國坎城3GSM大會上,愛立信宣布其HSDPA技術已達到第二階段,現場演示了11Mb/s的高速數據下載以及無線流媒體套用,可支持高達14Mb/s的峰值速率。這是業界首次在WCDMA現網上基於商用產品完成的HSDPA第二階段現場演示。

愛立信推動HSDPA商業化進程

HSDPA從技術討論到現場演示,目前已進入真正的商用化階段。

愛立信一直與全球多家運營商進行HSDPA預商用試驗,在2004年年底與Cingular簽署的WCDMA/HSDPA商業協定中,愛立信是其分組核心網和無線網路的主要供應商。

愛立信的WCDMA無線系統建立在統一的3G平台之上,具有向HSDPA平滑演進的能力。愛立信WCDMA無線網路產品提供的HSDPA的特性包括:1.RNC只需軟體升級;2.愛立信自2000年以來交付的WCDMA基站(RBS)都可以很容易地升級到HSDPA;3.僅須軟體升級和基帶容量增加;4.支持QPSK和16QAM兩種調製方式;5.最新的RBS產品只需軟體升級。愛立信提供從WCDMA到HSDPA的全面網路設備,進行覆蓋最佳化和容量最佳化。

5.2. HSDPA與WiMAX的競爭

儘管3G牌照至今不見首尾,但這並不妨礙後3G的套用技術提前開始口舌之爭。

兩個技術提前對決

4月11日,北電和高通同時宣布,HSDPA技術已經具備商用條件,中國的移動運營商可以直接選擇部署HSDPA。

高通公司中國區總裁孟(木字加業字)表示:高通與北電在HSDPA端對端呼叫測試已經成功。這證實了HSDPA技術可以為運營商提供更加先進的數據業務。而高通將與運營商和設備廠商合作,為全球以及中國3G通信提供最先進的3G解決方案。

作為為後3G發展思考的產物,運營商一直遵循著更高移 動傳輸速率的思路。而由諾基亞、愛立信、NEC及高通等公司主推的HSPDA技術,以及由英特爾公司主推的WiMax技術,都提供了大幅提高移 動數據傳輸速度的能力。 從技術角度來看,HSDPA 側重在移 動性數據和語音服務方面;而WiMAX側重於企業用戶無線寬頻數據接入。雖然目前來看,二者之間還沒有直接的衝突。但HSDPA同樣希望在無線寬頻接入市場有所作為;而源於IP技術的WiMAX在話音業務需求下降、數據需求增長的未來通信領域中,速率與成本上的優勢是HSDPA無法比擬的。技術上的不同側重構成了未來市場中HSDPA與WiMAX競爭的附筆

同時這兩種技術代表的不同思路最終意味著通信與IT誰會稱霸於未來無線通信市場。而這使更多的利益共同體不可避免的糾葛在一起。

幾乎所以的通信廠商都在支持HSDPA,愛立信、北電、西門子等廠商甚至推出了相關終端設備。

相比於通信廠商的支持,由intel主導的WiMAX稍顯勢單力薄。但這個由IT勢力倡導的技術還是獲得了一些傳統通信企業的關注。阿爾卡特與intel在WiMAX戰略上達成一致並表示將共同面向高速移 動數據產品市場,拓展WiMAX戰略聯盟。同時騎牆的西門子也宣布支持WiMAX技術,並推出了相關設備。

由此,兩種標準支持廠商陣營的火藥味變得更濃。在日前的CTIA2005上,高通董事長雅各布公開批評WiMAX,並稱WiMAX空有一個好名字,技術本身卻沒有成熟。二者之間口水加劇。

後3G先行?

在國內3G牌照尚未發放的今天,HSDPA和WiMAX作為兩種後3G技術,國內卻對其已經有了超前的觀點,即“讓運營商直接部署HSDPA 或WiMAX。”

根據北電大中華區副總裁黃節的介紹:北電和高通目前提供兩種解決方案,國內沒有部署3G的運營商,可以直接部署HSDPA;而如果運營商已經部署了WCDMA網路,只需通過軟體的升級就可以升級到HSDPA網路。

究竟是什麼使這些廠商迫不及待?一個重要的原因是在已經商用的WCDMA已經出現的問題,即傳輸速率不足已支持未來高速發展的數據業務需要。而HSDPA和WiMAX都有能力提高移 動數據傳輸速度。 在這樣的背景下,HSDPA商用的時間表被提出,根據諾基亞公司的計畫,最快在2005年下半年便可看到運營商導入HSDPA技術。而愛立信方面則認為,HSDPA通訊網路可能在今年年底前實現商用,進入2006年後HSDPA就將得到廣泛部署。

WiMAX的部署日程表稍顯落後。根據英特爾的預計,最快2006年將WiMAX集成到筆記本中,而手持設備方面最快2007年部署。根據英特爾與阿爾卡特的合作計畫,雙方也計畫在2006年上半年進行外場測試, 2006年年中部署商用網路。

而國內的業內人士甚至認為,國內明年一季度,甚至今年下半年就可以推出HSDPA的商用網。在終端方面,據高通介紹,目前已有多家終端廠商開始利用高通的測試進行實際互聯互通的測試。預計到今年年底或明年年初國際4、5家國際知名終端廠商就可以實現HSDPA終端的量產。

但一個不能忽略的問題是,目前國內3G牌照遲遲為發放,運營商對於未來3G的運營也遲遲沒有展開。由此在3G運營中,是否急於需要HSDPA或是WiMAX這樣的技術加強仍然無人知曉。儘管設備商稱,在已經啟動3G的國家中,WCDMA數據傳輸速度問題已經有所暴露。但根據歐洲的3G商業情況,運營商更急待解決的是探索更多3G的套用模式,向更多的消費者推廣。在3G使用尚未形成規模,數據業務的需求並不龐大。而相對於國內未啟動3G的現狀,HSDPA現有階段在國內的部署更多的只是概念性的意義。

而有業內人士認為:3G牌照前,HSDPA宣告可成熟商用,無疑為傳輸速率稍顯不足的WCDMA加重了話語權。這顯然也是電信設備商們與政策制訂者和運營商之間的微妙心理博弈。

5.3.HSDPA對我國電信運營商的影響

先是全球3G先鋒日本最大的移動運營商NTT DoCoMo宣布,要於2005年5月在日本市場開始HSDPA的試商用。後有今年4月份中國移動集團王建宙總經理表示,3G牌照發放後,中國移動將首先在沿海發達及重要城市部署HSDPA網路。一時間,HSDPA這項超3G技術在中國電信業眾人矚目。

競爭迫使中國行動網路升級一步到位

我國移動通信市場長期以來是“雙雄爭霸”的局面,即便未來有更多的移動牌照發放,G網(GSM網路演進)與C網(CDMA網路演進)之爭也是關鍵之一。就我國移動通信市場競爭來說,自中國聯通CDMA2000網路升級到1X完成後,中國聯通實際上在網路上擁有了比中國移動更大的競爭優勢。在體驗經濟盛行的今天,客戶的感知好壞可以產生不可估量的影響。於是,中國聯通對客戶實施“想知道CDMA網路好不好,給你一個CDMA上網卡你用用看”的推廣思路,充分利用CDMA2000 1X網路的速度優勢,強力進行市場影響、拓展和滲透。這讓中國移動感受到極大的壓力。特別是在高端市場中國聯通對中國移動產生了強大的衝擊。

中國移動一直致力於打造一流的精品網路,這也是中國移動一直引以為自豪的一件事,但目前出現了中國聯通CDMA2000 1X後來居上的狀況,中國移動必然要竭盡全力力求儘快扭轉這種不利的競爭局面。由於3G牌照遲遲不發,中國移動部分子公司心急如焚,於是有了廣東移動在廣州和深圳部署EDGE等動作。但要充分認識到,鑒於CDMA2000 1X當前較容易過渡到EV-DO,所以無論中國移動動作大小,也全然是應付眼前競爭的權宜之計,3G網路才是中國移動真正的機會。

而中國移動要重返網路領先的地位,必須上馬一項能夠較長時間內保證比對手更有競爭力的網路,避免重蹈今日競爭的困局。HSDPA將是一項正確的選擇,理由如下。

競爭需要。整體上看,G網演進要比C網演進更好一些,但在向3G過渡及其初始階段,WCDMA可以說是遲緩於CDMA2000的。當前全球已商用的WCDMA系列R99和R4版本雖然可以勝過CDMA2000 1X(2.75代),但還是無法同CDMA 2000 1X EV-DO RA在技術上開展競爭。正因為如此,在市場競爭中,日本NTT DoCoMo的3G用戶雖然近來發展不錯,但截至今年5月份,3G用戶數還是落後於競爭對手CDMA網路運營商KDDI的1850萬戶。且KDDI的EV-DO用戶也超過300萬戶,速度超過NTT DoCoMo公司WCDMA數倍,能夠帶給遊戲用戶全新的體驗和享受。這才有NTT DoCoMo宣布上馬HSDPA,以對抗KDDI的以CDMA2000 1X EV-DO為基礎的無線高速數據業務。

美國市場也類似。當前第一大無線運營商Verizon Wireless的CDMA2000 1X EV-DO網路已經覆蓋了32個區域市場,人口覆蓋率超過30%,並剛剛收購了Nextel的Sprint,計畫到2005年底使其CDMA2000 1X EV-DO網路的人口覆蓋率超過40%。為了應對競爭,美國第二大移動運營商Cingular正在計畫成為美國的首家HSDPA服務運營商,推出時間定在了2006年。而目前尚未建設3G網路的T-Mobile也已表示將從WCDMA R5與HSDPA開始建網。這種競爭態勢將是我國電信市場WCDMA和CDMA2000未來競爭的最好寫照,基於這種判斷,G網運營商要想獲得市場競爭優勢的底線確實是要選擇更具競爭力的HSDPA,以滿足競爭需要。

技術發展。在最新移動通信技術的演進中,HSDPA在技術上已獲得突破,進行了大量的測試,明年能夠商用。而且HSDPA才是真正的全分組網路,符合網路技術發展的未來趨勢。從技術的角度類比,HSDPA在3G中類似於2G網路技術的EDGE(2.75),能夠保證WCDMA在3代移動通信中的優勢地位。雖然說GPRS是中國移動通信發展的關鍵之一,迅速推動了業務多樣化發展,但實際上是中國移動的痛處,GPRS的技術有太多的不盡人意。我們有理由賦予HSDPA更多的期望和責任,推動諸如移動三重業務整合(Mobile Triple Play)的發展。當前,愛立信、北電和高通等國外設備提供商都對HSDPA進行了測試和商業網路演示和運行,達到比較滿意的效果。而且,我國的華為、中興也表示明年能夠提供商用HSDPA系統設備和解決方案。從這個方面講,上HSDPA也不影響提升民族設備商的競爭能力。

市場和客戶需求。客觀地說,單從我國移動通信市場發育程度和實際看,對HSDPA的需求並不十分強烈,GPRS業務基本能夠滿足絕大多數用戶的需要,WCDMA R99和R4版本支持的業務能夠滿足消費者的需求。但是我們確實要認識到HSDPA的運營成本優勢,隨著NGN的不斷推進,在實現核心網軟交換後,話音和數據業務都是以數據形式傳送,用戶需要處理海量數據的時候,比如未來提供基於手機或者筆記本等智慧型移動終端的移動三重業務的時候,HSDPA比WCDMA早期版本的成本優勢將大大的體現出來。運營商有了成本優勢,就更有競爭力,客戶才更有可能享受到物美價廉的服務。

借鑑世界移動通信發展經驗,結合我國3G牌照發放進程狀況,著眼於企業核心競爭力的提升,中國移動在3G上必然選擇HSDPA;而對於新擁有移動通信運營牌照者,若是走WCDMA路線,也應該選擇上HSDPA。

總之,對於中國移動來說,選擇HSDPA是利大於弊。畢竟中國移動當前的困難整體上還在可忍受的範圍之內,但在技術選擇上,給了中國移動一個被動狀態下的最好選擇時機,得以未來擁有一個領先的網路。而且3G牌照緩發,減緩了多方競爭的市場壓力,得以持續快速發展用戶,擴大市場競爭的領先地位。這就使得中國移動未來在網路技術上擁有對CDMA2000更好的競爭力,HSDPA和GPRS在技術和覆蓋上互為補充,加之中國移動良好的產品推出能力和優勢的服務質量,可以使G網的競爭優勢得到鞏固。當然如果3G牌照拖得太久,中國移動由於GPRS網落後於競爭對手,將承受太多的市場壓力。但越是3G牌照發的晚,中國移動更肯定是上HSDPA,不同的只是建網的進度和行銷策略。

對其他運營商的影響

當前我國3G牌照發放時間表一拖再拖,雖然給中國移動在近期的競爭帶來不利,也讓迫切擁有移動運營牌照的固網運營商頗感壓抑,但從3G網路技術選擇和部署上,對運營商來說則是十分有利的。

3G牌照晚發,躲過了3G初期的泡沫,也為等待HSDPA的技術成熟和商用化進程贏得了寶貴的時間和機會,規避了一些風險,免得自己的“孩子”打衝鋒做先烈,這也是“不利之中的利好”。畢竟HSDPA技術目前還在不斷地發展和完善,這會在一定程度上影響HSDPA技術的商用進程。同時,HSDPA的發展還要規避WCMDA商用初期受終端拖累的前車之鑑。學習NTT DoCoMo,運營商要有計畫地著力推動終端產品的研發和商用化。

對於移動通信的新進入者來說,喜憂參半。喜的是,如果走G網路線,選擇HSDPA可以使運營商在網路技術上得到更好的選擇時機;憂的是,失去相當長的最寶貴和稀缺的早切入市場的時間資源,畢竟對於電信運營來說,早日達到一定規模才是第一位的,網路投入運營越晚,對運營商獲得用戶越是不利,而且還造成了運營商在小靈通上的不得不繼續投圖,投入了又難以在短時間收回投資的尷尬境地。但如果在市場迫使新進入者上HSDPA後,由於HSDPA剛開始起步,各方面總會出現一些問題,若國家不給予租用在位運營商網路等傾斜政策,直接上HSDPA是有相當風險的。

對於中國聯通C網來說,最為不利。以後中國聯通C網日子能否有所好轉,關鍵是能否抓住3G牌照晚發的機遇,充分利用CDMA2000 1X空閒容量大,技術階段性領先,且升級到EV-DO 快的優勢,以及競爭對手的HSDPA建網、投入市場運營、完善需要相當過渡期的有利時機,構建以客戶為導向的品牌體系,採取有效的市場行銷策略,把C網的用戶發展到更大規模和良好的結構,建立較強的競爭地位,為下一步發展打下堅實的基礎。而如果不能取得突破,那么以後中國聯通C網將面臨更大的壓力,日子依舊艱難。

今年初,中國移動的WAP用戶僅為1280多萬戶,聯通CDMA 1X無線數據業務用戶整體不過870多萬戶。而在3G時代,以提升流媒體性能為訴求的HSDPA技術,把技術優勢轉化為市場需求還有很長的路要走。

總結

總之,HSDPA技術的主要優勢就是允許運營商以高成本效益的方式顯著擴大容量,從而獲益於更具成本效益的網路,同時有機會獲取高利潤的企業領域的市場份額。換句話說,HSDPA的商業效益絕不可低估。

HSDPA在WCDMA R’99版的基礎上對下行鏈路進行了重大改進。它將峰值數據速率提高到了10 Mbps,並提供了相當於過去三到五倍的分區業務吞吐量,大幅度增加了單一頻率上的數據用戶數量,從而有助於刺激和推動WCDMA不能支持的數據密集型套用的消費。此外HSDPA,還可以更加有效地實施QoS管理,通信網路可以更加智慧型地對不同優先權的套用與服務進行排序與資源調撥。HSDPA後向兼容WCDMA R’99版本,運營商可以根據網路建設發展的需要進行逐級部署,而不會對現有的WCDMA用戶造成影響。

隨著最終用戶對數據傳輸性能要求越來越高,低成本高速數據傳輸能力將為HSDPA的經營商帶來強大的競爭優勢。以較低的用戶成本支持廣泛的多媒體套用、服務內容和誘人功能的能力可以使早期採用HSDPA的運營商脫穎於其他競爭對手,增加已有用戶的業務量和新用戶的數量,提高數據市場占有率和盈利能力。

HSDPA技術本身的特點適應移動市場競爭發展的需要,各大國外運營商已經開始試水,各設備廠商和終端廠商也紛紛表示支持。

中國正處在3G發展的前夜,HSDPA對3G的整體規劃部署和實施等方面不容忽視。愛立信希望以全球領先的技術和經驗,成為中國3G事業的最佳合作夥伴,竭誠為中國通信事業服務。

組網方案

1、引言

WCDMAR99和R4系統能夠提供的最高下行速率只能到3.84Mb/s,為了能夠與CDMA1xEV-DO抗衡和應對寬頻接入(如WiMAX)的競爭,WCDMA系統在R5規範中引入了HSDPA,作為一種下行的增強技術。

HSDPA技術與CDMA1XEV-DO技術的一個很大的不同點是:HSDPA技術不需要專用的載波。這一特點增加了組網的靈活性,HSDPA技術可以支持兩種方式的組網:R99/R4+HSDPA混合組網;HSDPA獨立載頻組網。進行11SDPA網路部署時,應該如何選擇合適的組網方案,以獲得更好的網路效率是本文分析的重點。

2、HSDPA的主要特點

由於已有不少的文章對HSDPA的特點和關鍵技術進行描述,本部分僅作概要的敘述,以作為後面相關分析的鋪墊。HSDPA的主要技術特點包括如下幾個方面:

2.1高速共享信道

新增了3個物理信道,其中HS-PDSCH信道是下行共享信道,SF=16,HSDPA最多可以使用的碼字為15個。

2.2自適應調製編碼(AMC)

根據信道質量的好壞進行編碼和調製方式的調整,使得數據傳輸速率最大化。

2.3高階調製

支持16QAM和QPSK調製方式,16QAM可達到比QPSK高一倍的峰值速率,但相對抗干擾性小。

2.4快速鏈路適配

每2ms根據無線環境做適配,進行快速用戶調度,充分利用小區的功率和頻譜資源。

2.5H-ARQ

綜合了前向糾錯碼(FEC)和重傳(ARQ)兩種方式的特點,重傳功能移至NodeB,一方面減小數據傳輸的時延,另一方面,它充分利用了已傳送的信息,獲得時間分集的增益。

3、HSDPA的引入要求

HSDPA的引入和套用對系統以及終端提出了特定的要求。

3.1對系統的要求

在系統方面,引入HSDPA技術對NodeB、RNC和傳輸提出了新的要求。

(1)NodeB

NodeB需作的改動如圖1中的紅色部分所示,增加MAC-hs負責HSDPA用戶調度和H-ARQ;增加HS-DSCH傳輸信道;增加3個新的物理信道(HS-PDSCH、HS-SCCH、HS-DPCCH)和相應的L1處理。

HSDPA

圖1 引入HSDPA對NodeOB的影響

(2)RNC

RNC的主要要求是:RRM算法的增強、Iub/IUR上新增數據和控制幀、更高的數據處理能力。

(3)傳輸

傳輸方面,引入HSDPA後,每小區的數據吞吐量會增加,從而增加了對Iub、Iur、Iu接口的頻寬需求。

3.2對終端的要求

要支持HSDPA業務,對UE的主要要求是:

(1)新增MAC-hs層

(2)基帶處理增強,可處理多碼

(3)新增16QAM解調

(4)需要更大的快取

3GPP協定規定了12種類型的終端,各類終端所能支持的最大速率如表1所示:

HSDPA表1 各類終端所能支持的最大速率

目前只有類別12的終端已可商用,使用該類終端可獲得的最大峰值速率為1.8Mb/s。部分廠商計畫在2006年上半年推出支持16QAM的終端,可支持的最高速率為3.6Mb/s。

4、HSDPA組網方案

進行HSDPA組網時,可以採用的方案有兩種:

(1)混合組網

(2)獨立組網

下面對兩種組網方案的優缺點進行分析比較,並對某城市密集市區的3G試驗局站點進行了兩種組網方案比較的仿真。

4.1混合組網

在混合組網方式中,HSDPA和R99/R4業務共用相同的載波。

(1)優劣勢分析

混合組網方案的優點是:

◆只需一個載波即可同時承載R99/R4和HSDPA業務。

◆對於多載波的情況,易於實現網路的載波間負載均衡。

◆採用混合組網方式,在R5小區和R99/R4小區交界區的HSDPA業務切換成功率比較高。

HSDPA圖2 混合組網交界區切換情形(一)

情形(一):網路初期,負荷較輕,通常只需要1個載波,如圖2所示。HSDPA業務從R5小區到R99/R4小區的切換方式:先進行信道切換(HS-DSCH→DCH),然後再軟切換到目標小區。這種切換方式屬於同頻切換,成功率比較高。

情形(二):當網路發展到需要多個載波時,HSDPA業務從R5小區到R99/R4小區的切換將存在同頻切換和異頻切換的情況,如圖3所示。同頻切換的切換方式和成功率與情形(一)相同。異頻切換的切換方式為:先盲切換到服務小區公共載頻的DCH,然後再軟切換到目標小區。異載頻的切換成功率比同頻切換低。

HSDPA圖3 混合組網交界區切換情形(二)

◆在網路負載較輕的情況下,混合組網可以獲得更高的頻譜利用率。根據後面的仿真結果(如圖4和圖5所示),如果小區的R99/R4下行負載不超過50%,只需使用一個載頻,對於類別12和6終端可以獲得的小區平均HSDPA數據吞吐量達到1.4~1.8Mb/s,對於類別7終端達到3~4.5Mb/s。

HSDPA圖4 終端類別12的仿真結果
HSDPA圖5 終端類別6的仿真結果1

注1:終端類別5的能力與類別6一樣,可以得出同樣的結果。

◆在目前的商用終端條件下,混合組網可以獲得較高的譜效率。根據後面的仿真結果,對於類別12的終端,混合組網可獲得的最大小區平均總吞吐量(語音業務考慮在內)為1.8Mb/s/載頻,而獨立組網可獲得的最大小區平均總吞吐量只有1.3Mb/s/載頻。

混合組網方案的缺點是:

◆在R99/R4負載較重(大於50%)的情況下,HSDPA業務的用戶體驗比較差,可獲得的數據速率比較低。

◆由於信道碼資源的限制,當支持更大碼字數的終端(支持10、15個碼字的終端)面世後,使用混合組網方式不能充分發揮這些終端的能力。

(2)仿真結果

仿真條件:密集市區環境,某3G試驗局連續覆蓋站點,用戶均勻分布,小區的最大下行功率限制為90%,每小區配置一個HS-SCCH信道,HSDPA業務功率採用動態分配方式,採用PF的MAC-hs調度方式。

在不同的R99負荷下,單個小區所能容納的語音用戶數和HSDPA業務平均吞吐量如下:

當R99下行負載限制為75%時,可以同時服務的語音用戶數為50多個,小區的平均HSDPA吞吐量為400多kb/s,隨著R99下行負載的減少,小區的平均HSDPA吞吐量不斷增加,小區平均HSDPA吞吐量最大值接近1.8Mb/s。

對比圖4和圖5可看出,雖然終端類別6支持16QAM的調製方式,但由於必需在信道環境比較好(CQI>15)的情況才會啟用16QAM調製,在密集市區環境,信道條件通常比較差,採用終端類別6後小區的平均HSDPA吞吐量提升並不明顯。

對類別7的終端(支持16-QAM、支持最大碼字個數為10)進行了仿真,結果如圖6所示。當R99下行負載比較重時(接近75%),由於信道碼資源的限制,終端不能充分發揮其多碼字的作用,小區的平均HSDPA吞吐量接近使用終端類別6時的吞吐量。當R99下行負載比較輕(≤50%)時,可使用的碼字資源和下行功率增加,使用類別7終端所能獲得的小區平均HSDPA吞吐量明顯提升,達到3~4.5Mb/s。

HSDPA圖6 終端類別7的仿真結果2

注2:終端類別8的能力與類別7一樣,可以得出同樣的結果。

圖4、圖5和圖6均為單載頻小區混合組網的結果,對於多載頻小區混合組網的情況,小區所能容納的語音用戶數和HSDPA平均吞吐量等於單載頻小區的結果乘以載頻數。

4.2獨立組網

在獨立組網的方式,HSDPA需要使用專用的載波,R99/R4業務和HSDPA業務分別承載在不同的載波上。

(1)優劣勢分析

獨立組網方案的優點是:

◆HSDPA業務和R99業務分別承載在不同的載波上,互不影響,各自能達到自身的最大容量。

◆當支持更大碼字數的終端(類型7、8、10的終端)可以商用後,使用獨立組網可以支持更高的數據吞吐量。根據後面的仿真結果(如圖8所示),採用類別7和類別12終端,小區可支持的HSDPA平均吞吐量分別為5Mb/s和10Mb/s,譜效率(語音業務考慮在內)達到3~5.7Mb/s/載頻。

獨立組網方案的缺點是:

◆至少需要兩個載波才能實現對R99/R4業務和HSDPA業務的支持。在網路發展初期,負荷一般比較低,這樣的情況下增加HSDPA專用載波會使得系統的頻譜利用率下降。

◆較難實現載波間的負載均衡。

◆採用獨立組網方式,在R5小區和R99/R4小區交界區的HSDPA業務切換成功率比混合組網低。

如圖7所示,HSDPA業務從R5小區到R99/R4小區的切換屬於異頻切換情況,切換成功率比混合組網方式的同頻切換成功率低。

HSDPA圖7 獨立組網交界區切換情形

(2)仿真結果

仿真條件:R99語音業務使用載波1,HSDPA業務使用載波2,其他條件與混合組網的相同。

在載波1上,當下行負載限制為90%時小區能夠支持的最大語音用戶數為65個左右。

載波2上的小區平均HSDPA吞吐量如圖8所示:

HSDPA圖8 獨立組網的仿真結果

由圖可見,隨著終端的能力提升(支持16QAM、支持更多的碼字),小區可支持的HSDPA平均吞吐量不端增加,如果使用終端類別10,可以達到10Mb/s左右。

5、結束語

根據前面的分析和仿真結果可知,在不同的網路負荷、終端和數據業務需求情況下,兩種方案各具優勢。在R99/R4負載比較輕的情況下(≤50%),採用混合組網方案是一種較佳的選擇,HSDPA業務可以與R99/R4業務充分地共享資源,獲得更高的網路效率;在R99/R4負載比較重的情況下,如果數據業務需求量不是很高,仍可選用混合組網,能夠獲得較高的頻譜利用率。在HSDPA商用終端可以支持更多的碼字數(10、15)後,如果數據業務需求量非常大,採用獨立組網是較佳的選擇,HSDPA業務與R99業務互不影響,網路可支持更高的數據吞吐量,用戶可以獲得更佳的業務體驗。

總之,在進行具體的組網方案選擇時需要綜合考慮:市場因素:R99/R4業務滲透率、HSDPA業務滲透率、數據業務速率要求;技術因素:HSDPA終端能力、系統設備能力。只有全面地考慮了這些因素,才能作出恰當的選擇,獲得更好的網路效率。

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