打造高品质的HSPA网络

摘要

介绍了HSPA技术，分析了影响HSPA网络质量的主要因素，提出了提高HSPA吞吐速率的建议，包括组网策略，功率分配建议，码字分配建议，调度算法选择，TFRC选择等。

1  引言

中国的3G时代即将来临，相对于2G的语音业务，3G最大的特色就是高速数据业务。HSPA作为3G高速数据业务的承载，是运营商提升品牌形象、争取高端用户的关键。因此，如何打造高品质的HSPA网络成为运营商在建设3G网络中最关心的问题。

HSPA，特别是HSDPA，在技术特点上与传统的R99有着很大的不同，它摒弃了传统R99的可变长扩频因子和功率控制技术，而采取了Node B快速调度、快速自动混合重传请求（HARQ）、自适应编码调制（AMC）等技术。它利用R99的剩余功率，使用共享信道，通过调度算法，根据用户所处的环境和干扰情况，提供时刻变化的吞吐速率。可以说，HSPA是一个干扰敏感、尽力而为的系统。与传统R99网络建设时考虑保证业务覆盖不同，HSPA网络建设和优化考虑得更多的是如何提高整体的HSPA吞吐速率。

下文将从HSPA的技术特点入手，分析影响HSPA网络质量的主要因素，并对如何提高HSPA吞吐速率给出建议。

2  HSPA组网策略

HSPA的组网方式对HSPA的吞吐速率有着一定的影响。在建网初期，常用的HSPA组网方式主要有：

（1）R99/HSPA混合载波方式——即每个扇区使用1块载波，R99业务和HSPA业务共用载波，HSPA使用R99的剩余资源。

（2）HSPA独立载波方式——即每个扇区使用2块载波，R99业务和HSPA业务分别使用1块独立的载波。

使用混合载波方式，HSPA的吞吐速率取决于R99已经用掉的资源情况；使用独立载波方式可以在最大限度上保证HSPA的吞吐速率。根据仿真结果，在典型的市区宏站环境中，使用R99/HSPA混合载波方式，如果R99占用50%的小区资源，那么小区平均HSDPA吞吐速率为1.3Mbit/s左右，而使用HSPA独立载波方式，小区平均HSDPA吞吐速率可以达到2Mbit/s左右，是前者的1.5倍。

虽然HSPA独立载波方式可以提供更高的HSPA吞吐速率，但是它必须使用2块载波，而且R99和HSPA分开载波的方式也不利于载波利用效率的提高，所以在建网初期，更多的海外运营商选择使用R99/HSPA混合载波方式。

随着3G业务量的不断增加，在一些热点区域，可以引入第2块载波。可以根据R99业务和HSPA业务的发展情况，决定第2块载波是R99独立载波还是HSPA独立载波，或是R99/HSPA混合载波。

3  功率分配建议

在使用R99/HSPA混合载波的情况下，HSDPA的吞吐速率受到小区中分配给HSDPA的功率的影响，如在典型的市区环境中，当HSDPA占用小区80%的功率时，小区HSDPA的平均吞吐速率可以达到2Mbit/s；当HSDPA占用小区50%的功率时，小区HSDPA的平均吞吐速率为1.3Mbit/s；当HSDPA只能占用小区20%的功率时，小区HSDPA的平均吞吐速率将仅为500kbit/s左右。
可见，在R99/HSPA混合载波情况下，由于HSDPA占用R99剩余功率，所以HSDPA吞吐速率受到R99功率负荷影响。因此，在引入HSDPA时，应该评估R99及公共控制信道已经用掉的功率，如果已经超过50%，为了保证HSDPA的吞吐速率，应该为其配置新的载波。

4  码字分配建议

在使用R99/HSPA混合载波的情况下，HSDPA的吞吐速率受到可用码字数量的影响。建议使用动态码树管理功能——公共控制信道和R99信道自上而下占用码树资源；HSDPA自下而上占用剩余码树资源，码树中保证一定数量的空闲码字预留给R99新业务建立。

可以根据R99和HSDPA的负荷程度来调整动态码树管理参数：当HSDPA负荷较低时，建议使用2个HS-SCCH信道，设置较少的HSDPA保留码字，保证较多的SF16空闲码字给R99新业务建立；当HSDPA负荷较高但R99业务负荷不高时，建议使用3个HS-SCCH信道，设置较多的HSDPA保留码字，保证较少的SF16空闲码字给R99新业务建立；当HSDPA和R99负荷都较高时，建议使用2个HS-SCCH信道，设置较多的HSDPA保留码字，保证适中的SF16空闲码字给R99新业务建立。

5  调度算法选择

业界常见的调度算法有：轮询算法、最大C/I算法、比例公平算法等。这些调度算法在多UE HSDPA情况下，考虑UE所处的无线环境（根据上报的CQI），UE的用户优先级以及一些保证速率业务的速率达到情况来计算下一次调度哪一个UE。调度算法在很大程度上决定了HSDPA的多用户增益，进而影响着小区HSDPA吞吐速率。

调度算法的选择应该在兼顾公平性、合理性的情况下尽可能地提高小区总的吞吐速率。我们建议使用考虑保证速率业务的比例公平算法，根据仿真，它可以提供高达60%左右的HSDPA多用户增益。

6  TFRC选择

TFRC称为"传输格式资源组合"，是指HSDPA调度时传输块大小、码字数量以及调制方式的组合。3GPP25.321定义了254种TBS的大小，从137bit到27952bit（对应68.5kbit/s~13.976Mbit/s的吞吐速率）。这些TBS可以和不同的码字数量以及调制方式进行组合，组成1890种TFRC可能。但是3GPP25.214对于每种Category的UE，仅给出了30种CQI到TFRC的映射建议，很多TRFC并没有被用到。在码字受限或码字充裕的情况下，这些组合并非是最优的。

突破这30种TFRC组合限制，使用更灵活的TFRC组合策略，考虑UE所处的无线环境，充分利用当前可用的码字和功率资源——比如在码字受限的情况下使用16QAM调制方式用功率换速率，或者在码字充裕的情况下使用QPSK调制方式用码字换速率，可以在最大限度上提高UE的HSDPA吞吐速率。

根据仿真，灵活而合理的TFRC选择可以提高10%~30%的小区吞吐速率。

7  目标BLER设定

HSDPA传送时，系统利用类似于外环功控的方式，修正UE上报的CQI，选择传输块大小，以保证要求的目标BLER。目标BLER如果设置过低，Node B将会选用比较保守的TBS进行数据传送，导致HSDPA吞吐速率不高；如果目标BLER设置过高，Node B会使用比较激进的TBS，但是由于重传率很高，所以HSDPA吞吐速率也会受到影响。而且多次重传还会导致额外的时延，影响业务质量。可见，设置合理的目标BLER对于提高HSDPA吞吐速率非常重要。

一般情况下，业界建议将目标BLER设置在10%~20%左右。但是，研究表明，在不同的无线环境下，HSDPA的最佳目标BLER是不同的——在无线环境较差，CQI较低的情况下，30%左右的目标BLER可以得到最高的HSDPA吞吐速率；而在无线环境较好，CQI较高的情况下，10%左右的目标BLER可以得到最高的HSDPA吞吐速率。另外，HSDPA的最佳目标BLER还与UE移动速度有关。

总的来说，对于低速移动的UE，建议使用10%左右的目标BLER；对于高速移动的UE，根据其CQI的高、中、低分别建议使用10%，20%，30%的目标BLER。

8  选用合理的MAC-d PDU大小

使用HSDPA进行数据传送时，UE的RLC层最高吞吐速率受到RLC窗口大小的限制。3GPP定义的最大RLC窗口大小为2047个MAC-d PDU，如果系统已经传送，但未收到确认的MAC-d PDU数目达到设定的RLC窗口大小，系统就会停止发送新的MAC-d PDU。UE确认收到的RLC PDU两个Status消息之间的最小时间间隔prohibitedStatusTimer缺省值为70ms，再考虑60ms左右的回程时间，在使用336bit MAC-d PDU时，RLC层可以支持的最高吞吐速率将不超过5Mbit/s，见式（1）。

2047×320bit/（60ms+70ms）=5Mbit/s      （1）

可见，使用336bit的MAC-d PDU和较长的Status消息间隔时间将限制CAT8和CAT10终端的最高RLC层吞吐速率。

所以，使用更大的（656bit）MAC-d PDU和更短的Status消息间隔时间（30ms）可以提高系统支持的最高的HSDPA RLC层吞吐速率（更短的Status消息间隔时间将引起更多的上行Status开销），见式（2）。

2047×640bit/(60ms+30ms)=14.4Mbit/s     （2）

9  Iub接口配置

HSPA的引入将带来更多的数据业务流量，从而增加各个接口的容量需求。目前Iub接口配置的计算方法主要有两种：一种是将每用户平均的带宽需求进行加和，考虑峰均比，计算需要配置的Iub接口容量；另一种是根据运营商提出的需要保证的小区HSPA吞吐速率来配置Iub接口。不论使用何种配置方法，用户都必须在最高保证的HSPA吞吐速率和Iub接口利用率之间寻找平衡点。

在进行Iub接口容量设计的时候，一般会考虑30%左右的信令和头开销，所以对于一根2Mbit/s的E1，其可以承载的应用层流量一般在1.4Mbit/s左右。根据海外运营商的经验，大部分运营商采用了每Node B 2~4根E1的配置方法，提供2.8~5.6Mbit/s左右的极限容量；一些激进的运营商，在热点地区采用了每Node B 6根E1的配置，将Iub接口支持的极限容量提高到了8.4Mbit/s左右。

另外，利用Iub上的一些QoS区分机制可以在HSPA与R99共同占用Iub资源时，保证R99业务，特别是CS业务的优先级；R99 PS和HSPA的后压机制也起到了平滑流量、增加Iub接口利用效率的作用。这些都需要在Iub接口配置中考虑。

10  下行干扰抑制

HSPA是一个干扰敏感的系统，下行干扰对HSDPA吞吐速率的影响特别大。所以，物理射频参数的合理规划和细致优化，对于HSDPA来说，比对R99业务（特别是传统的语音类业务）更为重要。根据仿真，一个射频优化良好的网络，比一个没有经过射频优化的网络，小区的HSDPA吞吐速率可以提高30%~50%。由于WCDMA是一个同频组网的系统，小区间的干扰无法通过类似GSM频率规划的方式解决，所以在WCDMA系统中，物理射频参数的合理设置对于抑制小区间干扰显得尤为重要。

首先，在HSPA网络建设时，需要尽量保证站址的均匀性，以及天线高度、天线方向、天线倾角的一致性和合理性，杜绝高站。可以利用规划工具预测和仿真实施效果，调整站址和天线参数，减少越区覆盖和导频污染，保证合理的软切换区域比例，使得全网干扰降到最低。一般来说，在规划工具上调整射频参数是一件非常耗时、耗力而且对规划人员经验要求很高的一项工作。一些规划工具，如A9155等，提供了自动优化的功能，可以大大降低规划工作的强度。

其次，在HSPA网络运行时，通过网管和路测等网络优化手段对覆盖和干扰情况进行统计分析，通过射频参数的优化，控制小区交叠，降低网内干扰，从而提高HSDPA吞吐速率。

另外，由于WCDMA系统频率复用度为1，在这种情况下使用无线直放站，会将周围干扰信号一起放大。因此，虽然无线直放站可以补充覆盖盲点（如室内），但也会引入其他小区的干扰，所以建议严格限制无线直放站的使用，只有在源小区信号比较纯净的环境（例如山区等），才可以使用。

11  上行负荷检查

HSUPA的吞吐速率受到小区上行负荷的影响。上行负荷包括R99业务的负荷以及上行干扰。在典型的市区宏站中，当小区R99及上行干扰所产生的负荷较低时，小区HSUPA吞吐速率可以达到1Mbit/s左右，当小区上行负荷达到50%时，小区HSUPA吞吐速率仅为400kbit/s左右。

上行干扰对HSDPA的吞吐速率的影响也不可忽视——一方面，上行干扰将导致HS-DPCCH上传的CQI和ACK/NACK消息解调错误；另一方面，上行干扰可能影响用于传送TCP ACK消息的上行DCH或HSUPA信道，导致误块率上升或吞吐速率下降，从而最终影响到HSDPA的下行吞吐速率。

所以，在建设HSPA网络时，应该对小区的上行的RSSI进行评估，对于忙时上行负荷超过50%的小区需要检查是否由于射频参数、无线参数、邻区参数或是系统外干扰原因导致上行负荷较高。如果排除了上述非正常原因，确实是由于R99业务较多的原因导致上行负荷较高，则需要进行载波扩容。

12  其他因素

其他一些因素对HSDPA和HSUPA的吞吐速率也会有一定的影响。例如，邻区关系的优化就很重要，保证良好的邻区关系可以使得UE尽早地、平滑地切换到最强的小区，降低干扰，提高吞吐速率。

另外，上/下行链路的平衡也很重要。HSDPA是不支持宏分极的，也就是说在小区边界，虽然随路的DCH可以从宏分极中得到增益，但HSDPA的信道（如HS-DSCH，HS-SCCH和HS-DPCCH）却不能，对于HSDPA专用信道来说，来自于主服小区以外的信号都是干扰。当上/下行链路不平衡时，作为下行最佳小区的HSDPA主服小区并不是上行最佳小区，此时来自其他小区的干扰将非常严重，影响了HS-DPCCH的解调，从而最终影响到HSDPA的吞吐速率。上/下行链路的不平衡对HSUPA也有一定影响，但由于HSUPA支持宏分极，所以影响程度没有HSDPA高。

还有，对于室内话务，建设室内分布系统可以在很大程度上提升HSPA的吞吐速率。根据许多海外运营商的统计，在市区中超过70%的业务来自室内，数据业务中这个比例将更高。室外信号覆盖室内时，在低楼层通常表现为覆盖问题，在高楼层通常表现为干扰问题。通过建设室内分布系统可以提高室内信号的覆盖和质量，并且提高信号的正交性，从而在很大程度上提高HSPA吞吐速率。同时，室内站吸收了大量室内业务，可以减轻室外宏站负荷，从而提高室外宏站的吞吐速率。典型情况下，室内分布站HSPA的吞吐速率可以达到室外宏基站的2~3倍。

一些HSPA特殊功能的应用也有助于提高HSPA吞吐速率和用户感知。上海贝尔为HSPA提供了一系列增强型功能——更大比特数据包功能，将数据包从336bit提高到656bit，提高了HSDPA的最大吞吐速率；灵活调制功能提供了功率资源、码资源和调制方式的最佳组合，使得功率、码字全都得到最大化的利用，提高了HSDPA的吞吐速率；动态误块率目标功能针对不同的环境和移动速度给出不同的HSDPA误块率目标值，使得不同环境下的HSPA吞吐速率最大化；公平共享功能保证了HSPA和R99之间对资源的公平共享，避免了R99的背景或交互类业务挤占HSPA流媒体业务资源的现象；差异化服务功能区别对待不同等级的用户，避免了大部分资源被低优先级用户占用的情况；HSPA跨Iur切换功能避免了HSPA跨RNC切换时向DCH的回落，从而保证了在移动过程中HSPA吞吐速率的稳定等。

13  结束语

中国的3G时代即将来临。在这个充满激情和革新的时代中，谁抓住了高速数据业务，谁能提供最好的HSPA服务质量，谁就可以争取更多的高端用户，在竞争中取得主动。充分理解影响HSPA服务质量的因素，充分利用HSPA相关的功能，合理设置HSPA参数，才能从网络设计、网络规划、网络建设、网络优化多方面入手，打造一个高品质的HSPA网络。