HSDPA关键参数及优化方法浅析

黄翠琳

（中国移动通信集团广东有限公司 广州 510100）

1 引言

目前，中国移动已在全国范围开展TD-SCDMA网络的建设，但由于TD-SCDMA产业不成熟，终端种类少，质量不稳定等问题相当常见，为了结合TDSCDMA发展实际情况，建设一张优质实用的TDSCDMA网络，中国移动提出了“数据热点地区的覆盖要达到2G热点地区的100%覆盖水平”的建网策略，把市场目标明确地定位在数据业务上。随着市场策略的及时调整，目前数据卡业务已占TD-SCDMA业务的35%，在部分话务热点区域，HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入）数据业务流量可以占到总业务量的68%，占分组域流量70%以上。

可见，HSDPA数据业务已经成为TD-SCDMA网络发展的重点，HSDPA数据业务优化，是中国移动TD-SCDMA网络质量提升的一项重要内容。

2 HSDPA关键技术

基于用户对高速分组数据业务的需求，3GPP在R5引入了HSDPA（FDD、TDD）技术。多数数据业务的上、下行链路具有非对称性，下行链路的业务量大于上行链路的业务量，而TD-SCDMA的HSDPA技术具有高速下行接入能力，非常适合非对称性数据业务。

HSDPA对于下行数据速率的大幅提高主要得益于引入了几种关键技术，如物理层的自适应编码和调制（AMC）、快速混合自动重传（HARQ）和共享信道技术、快速小区选择（FCS）调度技术。

AMC根据无线信道的变化选择合适的调制和编码方式，当用户处于有利的通信地点时（如靠近Node B），用户数据发送可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式（例如16QAM和3/4编码速率），从而得到高的峰值速率；而当用户处于不利的通信地点时（如小区边缘或信道深衰落），则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案（例如QPSK和1/4编码速率）来保证通信质量。

HARQ技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效编码速率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。HSDPA将AMC和HARQ技术结合起来可以达到更好的链路自适应效果。HSDPA先通过AMC提供粗略的数据速率选择方案，然后使用HARQ技术提供精确的速率调解，从而提高自适应调精度和资源利用率。HARQ机制本身的定义是将FEC和ARQ结合起来的一种差错控制方案，HARQ机制的形式很多，而HSDPA技术中主要是采用3种递增冗余的HARQ机制。

调度算法控制着共享资源的分配，在很大程度上决定了整个系统的行为。调度时应主要基于信道条件，同时考虑业务的优先等级等情况，并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据，这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量，但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。

HSDPA对原有的TD-SCDMA系统架构也做了一些改进，在Node B侧加入了MAC-HS子层，负责AMC、HARQ等功能，将原本在RNC侧完成的调度与重传搬到了Node B侧，同时也将传输时间间隔TTI缩短到5 ms。实现了物理层的快速调度重传，大大缩短了时延，提高了传输效率。并在物理层引入了以下3种新的传输信道：

（1）HS-DSCH信道，用于承载数据业务；

（2）下行DSCH信道的共享控制信道HS-SCCH，用于承载发送数据的相关参数；

（3）上行共享信息指示信道HS-SICH，用于承载DSCH的信道质量指示信息，由用户终端（UE）发送到Node B报告信道质量。

3 HSDPA关键参数的设置原则

3.1 HSDPA调度算法

从HSDPA关键技术可以看到，调度算法控制着共享资源的分配，是影响HSDPA用户的下载速率的关键因素。

HSDPA的常见调度算法有如下几种。

3.1.1 RR（Round Robin）算法

又称轮询算法，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待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）。

3.1.2 MaxC/I算法

该算法的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直接收服务，而处于小区边缘的用户的由于C/I较低，分配到较少的无线资源，甚至将得不到服务机会。

从占有系统资源的角度来看，这种调度算法是最不公平的，该调度算法以牺牲用户之间的公平性为代价获得最大的小区吞吐量。

3.1.3 正比公平（Proportional Fair）算法

在调度决策中，如果每个用户获得调度的机会是公平的，这种调度算法称为公平机会调度算法。典型的公平机会调度算法是由Qualcomm公司提出的正比公平（PF, Proportional Fair）调度算法，它在系统吞吐量和用户公平性间进行了折衷。

在PF算法中，每个用户被分配一个相应的优先级，任意时刻小区中优先级最大的用户接受服务。该优先级计算公式如下：

其中(C/I)k(t)指第k个用户在t时刻的载干比，反映用户当前时刻所处的信道条件。指该用户在以t为结尾的时间窗口中的平均吞吐量，简单地说，用户信道条件越好，优先级越高，用户在一段时间内已经传输的数据量越少，优先级越高，因此，正比公平算法可以兼顾用户分布和每个用户的数据流量需求。

3.1.4 基于3种调度算法下的现场测试验证

为了验证3种调度算法对用户的影响，我们用两台UE分别在相同位置和不同位置进行了HSDPA业务的测试。测试情况见表1。

表1 3种调度算法下的现场测试值

其中近点为-70dBm<接收功率<-60dBm；远点为-90dBm<接收功率<-80dBm。

从以上测试结果，可以看出：

在一样的无线环境条件里（两UE同位置点），3种调度算法下两个UE终端的平均下载速率相差极小，并且能平均地占用资源；

而在不同的无线环境下（两个UE分别在不同位置点-UE1近点-UE2远点），3种调度算法下两个UE终端的平均下载速率是有所差别的：

* 基于PF算法下，由于近点位置的无线环境比远点位置的无线环境好，故在远点位置的UE2下载速率（369.8 kbit/s）比近点位置的UE1（387.0kbit/s）稍低，但该算法考虑到公平性，故远点位置的UE2的下载速率仍保持在一个较好的速率水平。其测试结果基本符合该算法的基本理论。

* 基于RR算法下，两个终端在不同位置的下载速率相差极小，并且能平均地占用资源，其测试结果基本符合该算法的基本思想理论。

* 基于MaxC/I， 近点位置的终端UE1的下载达到383.7kbit/s，而远点位置的终端UE2下载速率只有319.5kbit/s，UE1比UE2的下载速率高出60kbit/s以上，其测试结果基本符合该算法的基本思想理论。

3.1.5 基于HSDPA 128kbit/s保障速率的单个定点测试结果

在本项测试中，我们在同一位置用6台终端同时进行HSDPA业务测试，验证在不同算法下的用户下载速率。

经测试，RR算法下，6部终端的平均下载速率均可以保持在128kbit/s左右，而且下载速率平稳。其他两种算法的效果不及RR算法。

3.1.6 调度参数优化建议

综合上述测试结果，就目前现网状态下，在HSDPA用户不拥挤的区域建议用正比公平（PF，Proportional Fair）算法；而在HSDPA用户量较多的区域建议启用（RR，Round Robin）算法，并设置保障速率配置。

3.2 HS-PDSCH最大发射功率

HS-PDSCH信道用于承载HSDPA下行数据业务的发送。相对于其他信道，该信道的显著特点是采用AMC和HARQ来取代传统的快速功率控制，以适应信道的快速变化。因此该信道只需要采用固定功率发送，即采用系统配置的HS-PDSCH最大发送功率。

HS-PDSCH最大发送功率的选择，需要考虑两方面因素：小区的边缘吞吐量和小区间的互干扰。

为改善小区边缘吞吐量而增大HSDPA的功率，同时也增加了对邻小区的干扰，由于HSDPA通常一个时隙只调度一个用户，因此会导致局部地区干扰过大，或对同频邻小区非HS时隙用户造成干扰；当发送功率增大到一定程度，还会引起小区间干扰受限，导致功率的增加并不能等价获得吞吐量增加。

从系统仿真的结果看，增大HS-PDSCH发送功率，对小区中心的用户吞吐量的改善非常有限，对于小区边缘的用户，吞吐量有5%～15%的提升。所以在优化的过程中要综合考虑小区中心和小区边缘用户的业务使用感受。通过全网仿真和测试，推荐合适的HS-PDSCH功率值为27dBm。

3.3 HS-SCCH最大发射功率

HS-SCCH是HSDPA系统中的下行控制信道，承载的是HS-PDSCH的解析格式信息。一旦HS-SCCH传输失败，将直接导致UE丢失HS-PDSCH信息，因此其重要性不言而喻。

HS-SCCH信道另外一个特点是该信道是一个共享信道，如图1所示。

HS-SCCH中承载了UE-ID信息，UE只有正确接收，才能获知是否是发送给自己的数据。如果UE接收失败，将会认为当前传输的是其他用户数据。

HS-SCCH最大发送功率的选择需要考虑以下几个因素：

（1）HS-SCCH覆盖的链路预算；

（2）共享信道在移动状态下性能损失。

对于（1），HS-SCCH与HS-PDSCH相比，既没有AMC/HARQ等先进技术，也没有采用先进的编码技术，因此覆盖要小得多，因而需要更大的功率，来克服信道变化。

对于（2），HS-SCCH共享信道，当系统中用户数较多时，每个UE获得调度机会减少，功控的周期被拉长，因此在高速移动状态下，需要更大的功率。

3.4 HS-SICH期望接收功率和目标SIR_Target

HS-SICH是HSDPA上行反馈信道，承载了下行接收ACK信息以及下行测量信息CQI（RTBS/RMF ）,这两类信息非常重要，因此系统在设计时给与了强保护。

其中ACK信息采用（36，1）重复编码，其编码增益高达15.5dB，CQI采用了RM（32，6）的编码，其编码增益达到7.3dB。因而在链路预算中高于其他上行信道。

HS-SICH的期望接收功率是对HS-SICH开环发送功率进行控制的，标准的开环公式为：

其中L（PCCPCH）为UE测量的PCCPCH的路损，PRX是系统通过高层信令配置给UE的。由于HSSICH是共享信道，对一个UE而言并不总是连续发送，因此协议又定义了一个参数GAP，用来控制HS-SICH开环功率发送时机：如果当前发送HS-SICH的时刻距离最近一次发送HS-SICH的时间间隔超过GAP，则UE采用开环发送。

当一个小区等待调度的用户越多，则调度过程中UE采用开环功率发送的可能性能越大，因而选择一个合适PRX非常重要。通常PRX选择是一个平衡问题：PRX越大，则Node B接收HS-SICH可靠性越高，但同时带来了小区内同时隙的干扰以及小区间的干扰。因此具体的优化方法可以是：

（1）在空载情况下关掉闭环功控使UE始终选择开环发送，在保证ACK/CQI目标质量的条件下，选择最低的PRX_init;

（2）预留快衰余量以及75%负载情况引入的干扰余量，即PRX＝PRX_init＋a1＋a2，通常a1/a2总共预留5dB～10dB。

HS-SICH目标BLER Target是用于UE的内环功率控制，由于在标准设计中HS-SICH没有CRC校验，因此无法采用传统的外环功率控制来动态调整目标BLER Target以适应信道环境的变化。因此对HSSICH目标BLER Target初始配置就至关重要了。

通常的优化方法是：

图1 HS-SCCH及HS-SCIH码结构

（1）在空载条件下始终打开闭环功率控制，选择一个最低的门限，使得HS-SICH的ACK/CQI接收质量达到要求；

（2）预留快衰余量以及干扰余量，即SIR_Target＝SIR_init＋a1＋a2，通常a1/a2总共预留2～4dB。

4 HSDPA优化方法

目前TD-SCDMA网络中采用2∶4（上行∶下行）时隙配置，以便充分发挥TD网络在非对称时隙配置情况下增强下行承载业务能力的优势。在网络建设初期3载频配置小区一般开启2个载频的HSDPA功能、6载频配置小区开启4个载频的HSDPA功能；后期根据HSDPA实际业务使用情况进行优化、调整、扩容。

HSDPA网络的优化，主要根据定点测试数据和话务统计指标发现的问题展开优化工作。

4.1 HSDPA定点测试

TD-SCDMA无线网络集成阶段HSDPA业务的测试以定点测试为主，重点关注单点速率。测试方法如下：选取PCCPCH RSCP大于-75dBm的点进行测试，测试UE发起HSDPA业务（下行1Mbit/s，不做上传），预期测试UE的HSDPA FTP应用层下载速率应不小于896kbit/s，记录测试期间的信令和下载平均速率及掉线率等指标，最后根据测试结果进行网络质量的分析和优化。

导致HSDPA下载速率低的问题大致可以包括：无线环境问题、干扰问题、参数配置问题、带宽设置问题、终端问题、下载服务器问题、下载软件问题等。

具体优化步骤包括：

（1）检查无线环境；

（2）检查是否是建立了非HSDPA业务（如PS）导致下载速率低；

（3）检查是否因为上行码道受限导致下载速率降速；

（4）查看上下行签约速率，检查USIM登记速率是否受限；

（5）检查下载服务器类型及下载工具影响下载速率；

（6）检查HSDPA的控制信道是否受上下行转换点的影响；

（7）检查关键参数设置；

（8）检查Iub传输配置。

4.2 HSDPA的统计分析

HSDPA网络性能指标统计和分析是HSDPA网络优化工作的另一个重要组成部分。通过对KPI指标监控统计分析结果，及时进行必要预警，并指导现场进行有针对性优化，实现KPI指标快速提升。

4.2.1 HSDPA建立特性类

HSDPA建立成功率是反映TD-SCDMA HSDPA系统性能最重要的指标，也是我们十分关注的指标。UE从接收到CN发来的寻呼消息，到RAB指配完成，完成一个完整呼叫流程，信令流程如图2所示（参见3GPP ts 25.331、3GPP ts 25.413）。

图2 呼叫流程

RAB指配成功后，UE即可以开始业务功能了。

4.2.2 RAB建立成功率

RAB建立成功指成功为用户分配了用户平面的连接，是建立业务连接的最后一个步骤。RAB呼叫流程见图3。

RAB建立是由CN发起，UTRAN执行的功能。RAB是指用户平面的承载，用于UE和CN之间传送话音、数据及多媒体业务。UE首先要完成RRC连接建立然后才能建立RAB，当RAB建立成功以后，一个基本的呼叫即建立，UE进入通话过程。

RAB建立成功率用RAB指配建立成功RAB数目和RAB指配请求建立的RAB数目的比表示，对应的信令分别为：RAB ASSIGNMENT RESPONSE（RAB建立成功）和RAB ASSIGNMENT REQUEST（RAB建立请求）。

图3 RAB呼叫流程

KPI计算公式：HSDPA的RAB建立成功率＝HSDPA的RAB指配建立成功RAB数目/HSDPA的RAB指配请求建立的RAB 数目×100%。

4.2.3 HSDPA掉线率

HSDPA掉线率反映了系统HSDPA业务的通信保持能力，是用户直接感受的重要性能指标之一。

RNC通过向CN发起HSDPA的RAB释放请求，请求释放一个或多个无线接入承载（RAB）。KPI计算公式：HSDPA掉线率= RNC请求释放HSDPA的RAB数目/HSDPA的RAB指配建立成功的RAB数目×100%。

4.2.4 优化方法分析

TD-HSPDA业务质量的优化主要依赖于覆盖和容量的优化，一方面，覆盖优化可以提升用户载干比，从而带来接通率的提升和掉线率的降低；另一方面，并发用户数的优化对于改善接通率有较大帮助。

除以上因素外，由于HSDPA小区间切换是硬切换，切换过程中需要占用UpPTS信道，UpPTS干扰可能成为影响HSDPA业务切换成功率和掉线率的重要因素，需要在优化过程中重点关注。

5 总结

随着TD-SCDMA 3期工程的全面开展，TDSCDMA的网络覆盖率与用户数量将快速增加，HSDPA业务的普及率也将越来越高。因此，要打造出一个优质的TD-SCDMA网络就必须要坚持努力，不断研究和挖掘行之有效的优化方法。要以质量为核心，保证良好的客户感知，配合上网本和数据卡的市场推广，进一步做好HSDPA业务的优化工作。

[1] 李世鹤．TD-SCDMA第三代移动通信系统标准（第二版）．北京：人民邮电出版社，2003

[2] 3GPP协议