解析HSDPA组网方案
1、引言
wcdmar99和r4系统能够提供的最高下行速率只能到3.84mb/s，为了能够与cdma1xev-do抗衡和应对宽带接入（如wimax）的竞争，wcdma系统在r5规范中引入了hsdpa，作为一种下行的增强技术。
hsdpa技术与cdma1xev-do技术的一个很大的不同点是：hsdpa技术不需要专用的载波。这一特点增加了组网的灵活性，hsdpa技术可以支持两种方式的组网：r99/r4+hsdpa混合组网；hsdpa独立载频组网。进行11sdpa网络部署时，应该如何选择合适的组网方案，以获得更好的网络效率是本文分析的重点。
2、hsdpa的主要特点
由于已有不少的文章对hsdpa的特点和关键技术进行描述，本部分仅作概要的叙述，以作为后面相关分析的铺垫。hsdpa的主要技术特点包括如下几个方面：
2.1高速共享信道
新增了3个物理信道，其中hs-pdsch信道是下行共享信道，sf=16，hsdpa最多可以使用的码字为15个。
2.2自适应调制编码（amc）
根据信道质量的好坏进行编码和调制方式的调整，使得数据传输速率最大化。
2.3高阶调制
支持16qam和qpsk调制方式，16qam可达到比qpsk高一倍的峰值速率，但相对抗干扰性小。
2.4快速链路适配
每2ms根据无线环境做适配，进行快速用户调度，充分利用小区的功率和频谱资源。
2.5h-arq
综合了前向纠错码（fec）和重传（arq）两种方式的特点，重传功能移至nodeb，一方面减小数据传输的时延，另一方面，它充分利用了已传送的信息，获得时间分集的增益。
3、hsdpa的引入要求
hsdpa的引入和应用对系统以及终端提出了特定的要求。
3.1对系统的要求
在系统方面，引入hsdpa技术对nodeb、rnc和传输提出了新的要求。
（1）nodeb
nodeb需作的改动如图1中的红色部分所示，增加mac-hs负责hsdpa用户调度和h-arq；增加hs-dsch传输信道；增加3个新的物理信道（hs-pdsch、hs-scch、hs-dpcch）和相应的l1处理。
图1 引入hsdpa对nodeob的影响
（2）rnc
rnc的主要要求是：rrm算法的增强、iub/iur上新增数据和控制帧、更高的数据处理能力。
（3）传输
传输方面，引入hsdpa后，每小区的数据吞吐量会增加，从而增加了对iub、iur、iu接口的带宽需求。
3.2对终端的要求
要支持hsdpa业务，对ue的主要要求是：
（1）新增mac-hs层
（2）基带处理增强，可处理多码
（3）新增16qam解调
（4）需要更大的缓存
3gpp协议规定了12种类型的终端，各类终端所能支持的最大速率如表1所示：
表1 各类终端所能支持的最大速率
目前只有类别12的终端已可商用，使用该类终端可获得的最大峰值速率为1.8mb/s。部分厂商计划在2006年上半年推出支持16qam的终端，可支持的最高速率为3.6mb/s。
4、hsdpa组网方案
进行hsdpa组网时，可以采用的方案有两种：
（1）混合组网
（2）独立组网
下面对两种组网方案的优缺点进行分析比较，并对某城市密集市区的3g试验局站点进行了两种组网方案比较的仿真。
4.1混合组网
在混合组网方式中，hsdpa和r99/r4业务共用相同的载波。
（1）优劣势分析
混合组网方案的优点是：
◆只需一个载波即可同时承载r99/r4和hsdpa业务。
◆对于多载波的情况，易于实现网络的载波间负载均衡。
◆采用混合组网方式，在r5小区和r99／r4小区交界区的hsdpa业务切换成功率比较高。
情形（一）：网络初期，负荷较轻，通常只需要1个载波，如图2所示。hsdpa业务从r5小区到r99/r4小区的切换方式：先进行信道切换（hs-dsch→dch），然后再软切换到目标小区。这种切换方式属于同频切换，成功率比较高。
图2 混合组网交界区切换情形（一）
情形（二）：当网络发展到需要多个载波时，hsdpa业务从r5小区到r99/r4小区的切换将存在同频切换和异频切换的情况，如图3所示。同频切换的切换方式和成功率与情形（一）相同。异频切换的切换方式为：先盲切换到服务小区公共载频的dch，然后再软切换到目标小区。异载频的切换成功率比同频切换低。
图3 混合组网交界区切换情形（二）
◆在网络负载较轻的情况下，混合组网可以获得更高的频谱利用率。根据后面的仿真结果（如图4和图5所示），如果小区的r99/r4下行负载不超过50%，只需使用一个载频，对于类别12和6终端可以获得的小区平均hsdpa数据吞吐量达到1.4～1.8mb/s，对于类别7终端达到3～4.5mb/s。
图4 终端类别12的仿真结果
图5 终端类别6的仿真结果1
注1：终端类别5的能力与类别6一样，可以得出同样的结果。
◆在目前的商用终端条件下，混合组网可以获得较高的谱效率。根据后面的仿真结果，对于类别12的终端，混合组网可获得的最大小区平均总吞吐量（语音业务考虑在内）为1.8mb/s/载频，而独立组网可获得的最大小区平均总吞吐量只有1.3mb/s/载频。
混合组网方案的缺点是：
◆在r99/r4负载较重（大于50%）的情况下，hsdpa业务的用户体验比较差，可获得的数据速率比较低。
◆由于信道码资源的限制，当支持更大码字数的终端（支持10、15个码字的终端）面世后，使用混合组网方式不能充分发挥这些终端的能力。
（2）仿真结果
仿真条件：密集市区环境，某3g试验局连续覆盖站点，用户均匀分布，小区的最大下行功率限制为90%，每小区配置一个hs-scch信道，hsdpa业务功率采用动态分配方式，采用pf的mac-hs调度方式。
在不同的r99负荷下，单个小区所能容纳的语音用户数和hsdpa业务平均吞吐量如下：
当r99下行负载限制为75%时，可以同时服务的语音用户数为50多个，小区的平均hsdpa吞吐量为400多kb/s，随着r99下行负载的减少，小区的平均hsdpa吞吐量不断增加，小区平均hsdpa吞吐量最大值接近1.8mb/s。
对比图4和图5可看出，虽然终端类别6支持16qam的调制方式，但由于必需在信道环境比较好（cqi＞15）的情况才会启用16qam调制，在密集市区环境，信道条件通常比较差，采用终端类别6后小区的平均hsdpa吞吐量提升并不明显。
对类别7的终端（支持16-qam、支持最大码字个数为10）进行了仿真，结果如图6所示。当r99下行负载比较重时（接近75%），由于信道码资源的限制，终端不能充分发挥其多码字的作用，小区的平均hsdpa吞吐量接近使用终端类别6时的吞吐量。当r99下行负载比较轻（≤50%）时，可使用的码字资源和下行功率增加，使用类别7终端所能获得的小区平均hsdpa吞吐量明显提升，达到3～4.5mb/s。
图6 终端类别7的仿真结果2
注2：终端类别8的能力与类别7一样，可以得出同样的结果。
图4、图5和图6均为单载频小区混合组网的结果，对于多载频小区混合组网的情况，小区所能容纳的语音用户数和hsdpa平均吞吐量等于单载频小区的结果乘以载频数。
4.2独立组网
在独立组网的方式，hsdpa需要使用专用的载波，r99/r4业务和hsdpa业务分别承载在不同的载波上。
（1）优劣势分析
独立组网方案的优点是：
◆hsdpa业务和r99业务分别承载在不同的载波上，互不影响，各自能达到自身的最大容量。
◆当支持更大码字数的终端（类型7、8、10的终端）可以商用后，使用独立组网可以支持更高的数据吞吐量。根据后面的仿真结果（如图8所示），采用类别7和类别12终端，小区可支持的hsdpa平均吞吐量分别为5mb/s和10mb/s，谱效率（语音业务考虑在内）达到3～5.7mb/s/载频。
独立组网方案的缺点是：
◆至少需要两个载波才能实现对r99/r4业务和hsdpa业务的支持。在网络发展初期，负荷一般比较低，这样的情况下增加hsdpa专用载波会使得系统的频谱利用率下降。
◆较难实现载波间的负载均衡。
◆采用独立组网方式，在r5小区和r99/r4小区交界区的hsdpa业务切换成功率比混合组网低。
如图7所示，hsdpa业务从r5小区到r99/r4小区的切换属于异频切换情况，切换成功率比混合组网方式的同频切换成功率低。
图7 独立组网交界区切换情形
（2）仿真结果
仿真条件：r99语音业务使用载波1，hsdpa业务使用载波2，其他条件与混合组网的相同。
在载波1上，当下行负载限制为90%时小区能够支持的最大语音用户数为65个左右。
载波2上的小区平均hsdpa吞吐量如图8所示：
图8 独立组网的仿真结果
由图可见，随着终端的能力提升（支持16qam、支持更多的码字），小区可支持的hsdpa平均吞吐量不端增加，如果使用终端类别10，可以达到10mb/s左右。
5、结束语
根据前面的分析和仿真结果可知，在不同的网络负荷、终端和数据业务需求情况下，两种方案各具优势。在r99/r4负载比较轻的情况下（≤50%），采用混合组网方案是一种较佳的选择，hsdpa业务可以与r99/r4业务充分地共享资源，获得更高的网络效率；在r99/r4负载比较重的情况下，如果数据业务需求量不是很高，仍可选用混合组网，能够获得较高的频谱利用率。在hsdpa商用终端可以支持更多的码字数（10、15）后，如果数据业务需求量非常大，采用独立组网是较佳的选择，hsdpa业务与r99业务互不影响，网络可支持更高的数据吞吐量，用户可以获得更佳的业务体验。
总之，在进行具体的组网方案选择时需要综合考虑：市场因素：r99/r4业务渗透率、hsdpa业务渗透率、数据业务速率要求；技术因素：hsdpa终端能力、系统设备能力。只有全面地考虑了这些因素，才能作出恰当的选择，获得更好的网络效率。
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2、hsdpa的主要特点
由于已有不少的文章对hsdpa的特点和关键技术进行描述，本部分仅作概要的叙述，以作为后面相关分析的铺垫。hsdpa的主要技术特点包括如下几个方面：
2.1高速共享信道
新增了3个物理信道，其中hs-pdsch信道是下行共享信道，sf=16，hsdpa最多可以使用的码字为15个。
2.2自适应调制编码（amc）
根据信道质量的好坏进行编码和调制方式的调整，使得数据传输速率最大化。
2.3高阶调制
支持16qam和qpsk调制方式，16qam可达到比qpsk高一倍的峰值速率，但相对抗干扰性小。
2.4快速链路适配
每2ms根据无线环境做适配，进行快速用户调度，充分利用小区的功率和频谱资源。
2.5h-arq
综合了前向纠错码（fec）和重传（arq）两种方式的特点，重传功能移至nodeb，一方面减小数据传输的时延，另一方面，它充分利用了已传送的信息，获得时间分集的增益。
3、hsdpa的引入要求
hsdpa的引入和应用对系统以及终端提出了特定的要求。
3.1对系统的要求
在系统方面，引入hsdpa技术对nodeb、rnc和传输提出了新的要求。
（1）nodeb
nodeb需作的改动如图1中的红色部分所示，增加mac-hs负责hsdpa用户调度和h-arq；增加hs-dsch传输信道；增加3个新的物理信道（hs-pdsch、hs-scch、hs-dpcch）和相应的l1处理。
图1 引入hsdpa对nodeob的影响
（2）rnc
rnc的主要要求是：rrm算法的增强、iub/iur上新增数据和控制帧、更高的数据处理能力。
（3）传输
传输方面，引入hsdpa后，每小区的数据吞吐量会增加，从而增加了对iub、iur、iu接口的带宽需求。
3.2对终端的要求
要支持hsdpa业务，对ue的主要要求是：
（1）新增mac-hs层
（2）基带处理增强，可处理多码
（3）新增16qam解调
（4）需要更大的缓存
3gpp协议规定了12种类型的终端，各类终端所能支持的最大速率如表1所示：
表1 各类终端所能支持的最大速率
目前只有类别12的终端已可商用，使用该类终端可获得的最大峰值速率为1.8mb/s。部分厂商计划在2006年上半年推出支持16qam的终端，可支持的最高速率为3.6mb/s。
4、hsdpa组网方案
进行hsdpa组网时，可以采用的方案有两种：
（1）混合组网
（2）独立组网
下面对两种组网方案的优缺点进行分析比较，并对某城市密集市区的3g试验局站点进行了两种组网方案比较的仿真。
4.1混合组网
在混合组网方式中，hsdpa和r99/r4业务共用相同的载波。
（1）优劣势分析
混合组网方案的优点是：
◆只需一个载波即可同时承载r99/r4和hsdpa业务。
◆对于多载波的情况，易于实现网络的载波间负载均衡。
◆采用混合组网方式，在r5小区和r99／r4小区交界区的hsdpa业务切换成功率比较高。
情形（一）：网络初期，负荷较轻，通常只需要1个载波，如图2所示。hsdpa业务从r5小区到r99/r4小区的切换方式：先进行信道切换（hs-dsch→dch），然后再软切换到目标小区。这种切换方式属于同频切换，成功率比较高。
图2 混合组网交界区切换情形（一）
情形（二）：当网络发展到需要多个载波时，hsdpa业务从r5小区到r99/r4小区的切换将存在同频切换和异频切换的情况，如图3所示。同频切换的切换方式和成功率与情形（一）相同。异频切换的切换方式为：先盲切换到服务小区公共载频的dch，然后再软切换到目标小区。异载频的切换成功率比同频切换低。
图3 混合组网交界区切换情形（二）
◆在网络负载较轻的情况下，混合组网可以获得更高的频谱利用率。根据后面的仿真结果（如图4和图5所示），如果小区的r99/r4下行负载不超过50%，只需使用一个载频，对于类别12和6终端可以获得的小区平均hsdpa数据吞吐量达到1.4～1.8mb/s，对于类别7终端达到3～4.5mb/s。
图4 终端类别12的仿真结果
图5 终端类别6的仿真结果1
注1：终端类别5的能力与类别6一样，可以得出同样的结果。
◆在目前的商用终端条件下，混合组网可以获得较高的谱效率。根据后面的仿真结果，对于类别12的终端，混合组网可获得的最大小区平均总吞吐量（语音业务考虑在内）为1.8mb/s/载频，而独立组网可获得的最大小区平均总吞吐量只有1.3mb/s/载频。
混合组网方案的缺点是：
◆在r99/r4负载较重（大于50%）的情况下，hsdpa业务的用户体验比较差，可获得的数据速率比较低。
◆由于信道码资源的限制，当支持更大码字数的终端（支持10、15个码字的终端）面世后，使用混合组网方式不能充分发挥这些终端的能力。
（2）仿真结果
仿真条件：密集市区环境，某3g试验局连续覆盖站点，用户均匀分布，小区的最大下行功率限制为90%，每小区配置一个hs-scch信道，hsdpa业务功率采用动态分配方式，采用pf的mac-hs调度方式。
在不同的r99负荷下，单个小区所能容纳的语音用户数和hsdpa业务平均吞吐量如下：
当r99下行负载限制为75%时，可以同时服务的语音用户数为50多个，小区的平均hsdpa吞吐量为400多kb/s，随着r99下行负载的减少，小区的平均hsdpa吞吐量不断增加，小区平均hsdpa吞吐量最大值接近1.8mb/s。
对比图4和图5可看出，虽然终端类别6支持16qam的调制方式，但由于必需在信道环境比较好（cqi＞15）的情况才会启用16qam调制，在密集市区环境，信道条件通常比较差，采用终端类别6后小区的平均hsdpa吞吐量提升并不明显。
对类别7的终端（支持16-qam、支持最大码字个数为10）进行了仿真，结果如图6所示。当r99下行负载比较重时（接近75%），由于信道码资源的限制，终端不能充分发挥其多码字的作用，小区的平均hsdpa吞吐量接近使用终端类别6时的吞吐量。当r99下行负载比较轻（≤50%）时，可使用的码字资源和下行功率增加，使用类别7终端所能获得的小区平均hsdpa吞吐量明显提升，达到3～4.5mb/s。
图6 终端类别7的仿真结果2
注2：终端类别8的能力与类别7一样，可以得出同样的结果。
图4、图5和图6均为单载频小区混合组网的结果，对于多载频小区混合组网的情况，小区所能容纳的语音用户数和hsdpa平均吞吐量等于单载频小区的结果乘以载频数。
4.2独立组网
在独立组网的方式，hsdpa需要使用专用的载波，r99/r4业务和hsdpa业务分别承载在不同的载波上。
（1）优劣势分析
独立组网方案的优点是：
◆hsdpa业务和r99业务分别承载在不同的载波上，互不影响，各自能达到自身的最大容量。
◆当支持更大码字数的终端（类型7、8、10的终端）可以商用后，使用独立组网可以支持更高的数据吞吐量。根据后面的仿真结果（如图8所示），采用类别7和类别12终端，小区可支持的hsdpa平均吞吐量分别为5mb/s和10mb/s，谱效率（语音业务考虑在内）达到3～5.7mb/s/载频。
独立组网方案的缺点是：
◆至少需要两个载波才能实现对r99/r4业务和hsdpa业务的支持。在网络发展初期，负荷一般比较低，这样的情况下增加hsdpa专用载波会使得系统的频谱利用率下降。
◆较难实现载波间的负载均衡。
◆采用独立组网方式，在r5小区和r99/r4小区交界区的hsdpa业务切换成功率比混合组网低。
如图7所示，hsdpa业务从r5小区到r99/r4小区的切换属于异频切换情况，切换成功率比混合组网方式的同频切换成功率低。
图7 独立组网交界区切换情形
（2）仿真结果
仿真条件：r99语音业务使用载波1，hsdpa业务使用载波2，其他条件与混合组网的相同。
在载波1上，当下行负载限制为90%时小区能够支持的最大语音用户数为65个左右。
载波2上的小区平均hsdpa吞吐量如图8所示：
图8 独立组网的仿真结果
由图可见，随着终端的能力提升（支持16qam、支持更多的码字），小区可支持的hsdpa平均吞吐量不端增加，如果使用终端类别10，可以达到10mb/s左右。
5、结束语
根据前面的分析和仿真结果可知，在不同的网络负荷、终端和数据业务需求情况下，两种方案各具优势。在r99/r4负载比较轻的情况下（≤50%），采用混合组网方案是一种较佳的选择，hsdpa业务可以与r99/r4业务充分地共享资源，获得更高的网络效率；在r99/r4负载比较重的情况下，如果数据业务需求量不是很高，仍可选用混合组网，能够获得较高的频谱利用率。在hsdpa商用终端可以支持更多的码字数（10、15）后，如果数据业务需求量非常大，采用独立组网是较佳的选择，hsdpa业务与r99业务互不影响，网络可支持更高的数据吞吐量，用户可以获得更佳的业务体验。
总之，在进行具体的组网方案选择时需要综合考虑：市场因素：r99/r4业务渗透率、hsdpa业务渗透率、数据业务速率要求；技术因素：hsdpa终端能力、系统设备能力。只有全面地考虑了这些因素，才能作出恰当的选择，获得更好的网络效率。
WLAN与3G融合之道
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电位器和特殊敏感电阻介绍
解析HSDPA组网方案
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圆光栅角度编码器计数长度测量/位置测量数据采集模块
英国官员：希望吸引中国汽车制造商投资设厂
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产品获“鸡肋”称号，董明珠直播黑脸离场，杀菌领域未来走向？
SKI动力电池业务分拆有利还是有弊？
什么是非接触式液位传感器？是什么原理可以隔容器感应液位？
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