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1、2023/2/6,1,TD-SCDMA网络规划优化技术培 训 HSDPA 技术,2023/2/6,2,TD-SCDMA HSDPA技术介绍 HSDAP 技术特点 HSDPA 关键技术 HSDPA 带来的影响 HSDPA 相关技术应用,2023/2/6,3,什么是HSDPA？高速下行分组接入High Speed Downlink Packet Access HSDPA是在3GPP R5 中引入的一种新技术 HSDPA是为UMTS提供一种高性价比、高峰值速率、低延迟的面向分组的无线宽带业务。HSDPA 对R99 结构作了较小的修改 HSDPA坚持平滑演进的理念，HSDPA是R99结构的增强，新增M
2、AC-hs实 体实现快速自动重传、调度以及自适应调制和编码，并在物理层新增3个专用信道（HSPDSCH、HS-SCCH和HS-SICH）HSDPA 应用了一系列新技术 AMC,Adaptive Modulation and Coding，自适应调制和编码 HARQ,Hybrid Automatic Repeat Request，混合自动重传请求 Fast Scheduling，快速调度,2023/2/6,4,HSDPA 技术特点在物理层采用自适应调制编码技术和HARQ 引入16QAM高阶调制以提高频谱利用率 采用5ms的短帧（TTI）以实现快速调度 通过码分和时分实现各个UE之间的共享信道调度
3、 HSDPA 传输信道可以承载背景业务，流业务，交互式业务等 HSDPA 资源为所有用户共享，可以根据用户需要及当前信道 条件动态调度，资源利用率更高,2023/2/6,5,HSDPA 结构上的变化 NodeB侧新增三个物理信道HSPDSCH：下行物理共享信道，用于数据传送HSSCCH：下行共享控制信道，用于下行控制信息传输HSSICH：上行专用物理控制信道，用于状态反馈和控制信息的传输 NodeB 侧新增一个传输信道HSDSCH:下行共享传输信道，用于数据传输,2023/2/6,6,HSDPA 终端对应的物理信道,Associated DPCH,Associated DPCH,HS-PDSC
4、H,HS-SCCH,HS-SICH,新增的信道 传输信道HS-DSCH多个UE通过时分复用和码分复用共享该信道采用链路自适应技术总是伴随有一个DPCH和一个或者多个HS-SCCH 物理信道 High Speed Physical Downlink Shared Channel(HS-PDSCH)Shared Control Channel for HS-DSCH(HS-SCCH)Shared Information Channel(HS-SICH),2023/2/6,7,HS-PDSCH 高速物理下行共享信道调制方式:：QPSK 或者16QAM扩频因子：固定SF16，或者SF1时隙格式：无TF
5、CI,TPC,SS不支持动态功率控制编码：1/3 Turbo编码,2023/2/6,8,HS-SCCH 高速共享控制信道 HS-SCCH承载着所有 HSDPA相关物理层的配置信息和控制信息，配置 在任何一个下行时隙 调制方式：QPSK扩频因子：SF16时隙格式：无TFCI，分为HS-SCCH1和HS-SCCH2两个物理信道HS-SCCH1有TPC和SSHS-SCCH2无TPC和SS支持动态功率控制编码：1/3卷积编码,2023/2/6,9,HS-SICH HS-DSCH共享信息信道 HS-SICH信道用于反馈相关上行信息，主要包括CQI(信道质量指示)和 ACK/NACK，配置在任何一个上行时
6、隙 调制方式：QPSK扩频因子：SF16时隙格式：无TFCI，有TPC和SS支持动态功率控制编码：1/3卷积编码,2023/2/6,10,HSDPA 关键技术概述自适应编码调制（AMC），采用固定扩频因子物理层快速重传HARQ和Chase combining 在Node B中增加MAC-hs，更接近空中接口，提高响应速度快速调度算法快速小区选择,2023/2/6,11,链路自适应方式主要采用两种方式，方式一：功率自适应方式，发送端改变发送数据的传输功率来适应信道条件的变化；方式二：AMC方式，发送端通过改变数据的传输码率，进而适应信道变化。AMC的原理就是在系统限制范围内，根据由大尺度衰落引起
7、的瞬时无线链路信道质量的变化，灵活地调整发送给每个用户的数据的MCS（调制编码方式）,HSDPA采用AMC作为基本的链路自适应技术对调制编码速率进行粗略的选择。,靠近基站的用户接收信号功率强，采用高阶调制方式(如16QAM)和高速率信道编码(3/4编码速率)，使用户获得尽量高的数据吞吐率；当信号较差时，则选取低阶调制方式(如QPSK)和低速率信道编码(1/4编码速率)来保证通信质量。,AMC 原理,2023/2/6,12,自适应调制与编码提供适应无线条件的链路适配，每次调制及编码的选择均基于UE上报的CQI（Channel Quality Indicator 即无线信道质量）和UE类别（即UE
8、能力）做出判断。在UE可以支持的范围内，无线环境好，便使用抗信道衰落能力较差的高速率调制编码，提高峰值速率；反之则需要较多的编码比特和低阶调制用于对抗信道衰落。每一5ms无线子帧中，HSDPA业务信道上的码字的数量、编码速率和调制方式（QPSK or 16QAM）都可以重新选择。从而提高下行链路的吞吐量。,AMC 特征,2023/2/6,13,QPSK 与 16QAM,2023/2/6,14,HARQ 原理,重传请求可以发生在每个传输块或每个HS-DSCH的TTI，或二者结合，但单独在传输块上实行重传好处有限。大多数情况下，每个TTI大多数传输块大部分都是正确的或大多数错误的，采用每个TTI的
9、重传请求简化了上行信令。,一个TTI内的数据没有正确解码，重传就会在一些TTI中发出。一旦重传发生，UE在解码前蒋以前传输的数据和重传的数据合并，因而大大提高了解码的成功率,2023/2/6,15,HARQ 分类,H-ARQ主要分为三类：1）RLC ARQ 模式就属于HARQ type I。是在基本的HARQ Type I 中加有CRC，采用FEC编码。在接收端对FEC解码，并对进行CRC 校验。如果发现有错误则要求包重传，并将错误的包丢弃。重传采用与第一次传输相同的编码。接收不进行合并2）H-ARQ Type II也被称作增量冗余方案，重传的数据块不能丢弃不用，为了纠错，重传携带了附加的冗余
10、信息。附加的冗余与先前接收到的包合并在一起，得到的码字具有更高的编码增益。每一次重传的冗余量是不同的，而且重传通常只能在与先前传的数据合并后才能被解码。3）HARQ Type III 也属于一种增量冗余编码方案。与type-不同的是，type-每次的重发信息具有自解码能力（self decodable）。Type-还分为单一冗余方案和多冗余方案。其中单一冗余方案由于Dr.Chase最早论述了ARQ技术，也称作Chase combining,HARQ Type II&III原理示意图,HSDPA使用Type II和Type III方式,2023/2/6,16,FPS 快速调度算法,快速调度算法是
11、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(W)/5ms(TD)无线子帧都可以重新调度，反应速度大大提高。需要考虑两个重要因素：吞吐量和公平性,调度基本原则：在短期内以信道条件为主，而在长期内应兼顾到对所有用户的吞吐量和公平性,2023/2/6,17,快速调度,2023/2/6,18,最大载干比算法（Max C/I）,Max C/I基本思想是对所有待服务移动台依据其接收信号C/I预测值进行排序，并按照从大到小的顺序进行发送。在这种方式下，距离基站近的移动台由于其信道条件好会一
12、直接收服务，而处于小区边缘的用户的由于C/I较低，这些用户将得不到服务机会，甚至出现所谓“饿死现象”，从占有系统资源的角度来看，这种调度算法是最不公平的。,该算法所得到的系统容量可以作为其它调度算法的上界。另外该算法的实现也是最简单的。,采用最大载干比算法的系统，其服务用户集中在距离NodeB非常近的区域，对用户的覆盖范围小，这在大多数场景中是不可用的。,2023/2/6,19,轮循算法(Round Robin）,RR算法的基本思想是保证小区内的用户按照某种确定的顺序循环占用等 时间的无线资源来进行通信。每个用户对应一个队列以存放待传数据，在调度时非空的队列以轮循的方式接受服务以传送数据。轮循
13、算法不仅可以保证用户间的长期公平性，还可以保证用户的短期公 平性；另外算法实现简单。缺点：该算法由于没有考虑到不同用户无线信道的具体情况，因此系统 吞吐量是很低的。通常，人们认为RR算法是最公平的，因为它保证所有用户占用 等量的时间进行通信；同时人们认为该算法是性能最低的(它的系统吞吐量在实际系统中是最低的)。,RR算法是公平性的上界和算法性能的下界。,UE1,UE2,2023/2/6,20,正比公平算法(Proportional Fair),PF算法给小区内每个用户分配一个相应的优先级，小区中优先级最大的用户接受服务。该算法的优先级定义如下：这里(C/I)(t)指第i个用户在t时刻的载干比，
14、而(t)指该用户在以t为结尾的时间 窗内的吞吐量。显然，在覆盖多个用户的小区中，当用户连续通信时，(t)渐变大，从而使该用户的优先级变小，无法再获得服务。该算法对时间窗的长度通常有严格的要求，一般要足以覆盖快衰落的变化，并且 满足用户的时延要求。由于不同用户的(C/I)(t)是独立同分布的，因此在任意时刻同一小区内的不同用 户获取服务的概率是相等的。当用户获取服务时，它的快衰落状况必然是最好 的。这样从长时间来看，小区内的用户占用相同的时长进行通信，是一种公平调 度算法；同时由于服务时机选择，用户只有在快衰落状况比较好的时候才获得服 务，所以系统吞吐量得以提高。,该算法是在维持用户长期传输数据
15、吞吐量大致公平的基础上，同时考虑利用短期信道变化情况增大传输效率。它是系统获取最大吞吐率和公平性的一种折衷。,2023/2/6,21,常见三种经典无线分组调度算法比较,2023/2/6,22,FCS 快速小区选择,在HSDPA中，下行链路业务占主导地位，整个系统容量受下行链路容量制约，为了更有效地利用基站的发射功率、减小下行链路干扰以及提高整个系统的吞吐量，需要对通信小区进行快速小区选择（FCS）。在FCS过程中，公共导频信道（PICH）的信号强度是小区选择的基础，UE每隔TTI的时间就根据不同小区的下行链路公共导频信道（PICH）信号强度选择能提供最好服务质量的小区。HSDPA进行如此频繁的
16、小区选择，其目的在于实时保证处在小区边缘的UE具有较好的通信质量。,在进行FCS的期间，UE纯粹以激活集(active set)中各小区发送的公共导频信号强度为根据进行小区选择，这就很有可能造成一个负载非常重的小区。因此，在进行FCS时，UE选择最好的Node B，不仅考虑下行链路的电波传播特性，而且还要考虑激活集中各小区资源的因素，如业务量大小、信道占用情况和可用功率等。,2023/2/6,23,HSDPA带来的影响NodeB,RNC,RLC,MAC,RRM,Transport,Transport,Node-B,Layer 1,UE,UE,UE,R5,MAC-hs,Transport,需要支
17、持Iub接口数据的流量控制。,引入MAC-hs实体，实现HARQ和快速调度。,引入16QAM调制方式，对射频功放提出更高要求。,新增HS-PDSCH、HS-SCCH和HS-DPCCH信道。,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。,2023/2/6,24,HSDPA带来的影响RNC RRM算法需要增强准入控制拥塞控制负载控制 增加传输接口信令在Iub/Iur上新增数据和控制帧NBAP信令(Iub)RNSAP信令(Iur)RRC信令(Uu)需要更大
18、的传输带宽高带宽(Iub,Iur,Iu),2023/2/6,25,HSDPA带来的影响终端,新增MAC-hs层 基带处理增强，可处理多码 新增16QAM解调更大的内存更先进的接收机和接收算法12类HSDPA终端,2023/2/6,26,HSDPA带来的影响功率,下行功率分配方面的影响 HSDPA和R99混合载频下要考虑对HSDPA的功率分配。按3GPP的规定，一个载扇内所有剩余的功率都可以分配给HSDPA的信道使用。HSDPA通过静态或者动态功率分配来分享NODEB的发射功率 考虑运用大功放来解决功率不足的问题，但是大功放的引入，也带来一定的问题，如导频污染等，导致整个小区吞吐量下降 网络规划
19、初期，为了减少对原有R99/R4业务的影响，一般考虑对HSDPA的信道所分配的功率不高于载扇内总发射功率的一定比例。在密集城区需要预留一定的下行功率余量，以保证HSDPA的正常部署。,2023/2/6,27,HSDPA带来的影响码资源,作为传输信道HS-DSCH，根据3GPP的规范，每载扇只能有一个。在一个载扇区内，最多可分配16个码用于HSDPA（SF=16）；如果HSDPA和R99混合载频，HSDPA与WCDMA R4共用码资源，要考虑在一个小区内的码资源分配情况。如果HSDPA分配码资源过多，势必会减少支持的话音用户数量，需要合理分配。根据话务统计数据调整码资源的分配方式可以采用静态码资
20、源分配方式，也可以采用动态码资源分配方式。,2023/2/6,28,HSDPA带来的影响码资源,一般认为，初期每载扇配置8-16个信道码用于HSDPA是比较合理的。具体的配置数目取决于小区的业务流量。,共享码资源的分配示意图,2023/2/6,29,扇区吞吐量、用户吞吐量和HSDPA用户数量之间的关系,HSDPA的性能可以从几个方面来衡量：单用户峰值数据速率，多用户时平均每用户吞吐量，多用户时扇区平均吞吐量等。,HSDPA 性能吞吐量,2023/2/6,30,通过对HSDPA测试，HSDPA性能具有下列特点：HSDPA在低速业务时（例如250300kbps），基本可以达到与12.2k语音业务的
21、同等覆盖。当HSDPA UE处于基站近点的时候，小区的HSDPA流量明显上升，而当HSDPA UE处于小区边缘时，外来干扰变大，由于HSDPA没有软切换增益，其系统性能随着Ior/Ioc（本小区与邻小区干扰比）降低而下降很快。在基站近点，HSDPA的流量远远优于R99。随着HSDPA UE远离基站，HSDPA性能下降到与R99相仿的水平，而当HSDPA UE进入R99的切换区，由于R99获得切换增益，可以实现比较稳定的数据流量。而此时HSDPA由于没有切换增益其流量急剧下降，流量优势并不明显甚至低于R99。,HSDPA性能,2023/2/6,31,由以上分析可以看出，与R99的DCH PS相比
22、，HSDPA的技术特点是在近点可以提供极大的系统流量，但是为了达到远点的覆盖，HSDPA在远点数据业务支持能力上不足。因此在做HSDPA无线网络规划的时候，应该详尽分析业务需求，对HSDPA基站进行合理布局，合理规划HSDPA与R99的DCH PS业务的覆盖范围，优势互补，以形成良好的HSDPA和R99间互操作。,HSDPA下FTP吞吐量和离基站距离关系的测试结果,HSDPA性能,2023/2/6,32,HSDPA 状态迁移,在DCH和HS-DSCH间的切换从HS-DSCH到FACH或PCH间的切换从FACH到HS-DSCH间的切换从PCH到HS-DSCH间的切换,状态迁移的目的是为了更好的利用网络资源，根据下行业务量的大小，实现HS和DCH，FACH，PCH之间的状态迁移。状态迁移一般只发生在本小区中。,2023/2/6,33,HSDPA 小区改变,HS-DSCH到HS-DSCH间小区切换从HS-DSCH到DCH间的切换从DCH到HS-DSCH间的切换,HSDPA的切换属于小区改变的切换，根据目标小区是否支持HS功能的不同，可以实现HS到HS,DCH间的切换。,2023/2/6,34,Thanks,
