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。

　　由于采用新的技术，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。 　　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。 图2不同外来干扰对HSDPA流量/覆盖率的影响 　　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。