ＨＳＤＰＡ技术特性研究及其对ＷＣＤＭＡ网络的影响分析 梁 雪 （武汉工程大学邮电与信息工程学院 湖北 武汉摘４３００７４） 要：ＨＳＤＰＡ是一些无线增强技术的集合．利用ＨＳＤＰＡ技术可以在现有的技术的基础上使下行数 据峰值速率有很大的提高。ＨＳＤＰＡ通过自适应调制编码、多码传输、快速和有效的重传机制替代Ｒ９９版本 中物理信道使用的变ＳＦ和快速功率控制技术。运营商在ＷＣＤＭＡ网络中增加ＨＳＤＰＡ可以增加扇区的吞 吐量并降低用户的延时，这些改善有助于运营商拓展新的应用业务。首先阐述了ＨＳＤＰＡ的概念．然后研 究了ＨＳＤＰＡ包含的各项关键技术．最后详细分析了ＨＳＤＰＡ的引入对ＷＣＤＭＡ网络结构和网络性能的影 响．验证了ＨＳＤＰＡ技术的优势和重要性 关键词：ＨＳＤＰＡ；ＷＣＤＭＡ；调制；网络影响 中图分类号：ＴＮ９２ 文献标识码：Ａ １ ＨＳＤＰＡ的概念 高速下行链路分组接入（ＨＳＤＰＡ． Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）是 如果连续２个Ａｃｋ帧未能被发端 用的ＰＨＹ模式转换方法不同对系统性 能的影响也不同 ＨＡＲＱ系统就是在ＡＲＱ系统中引 入了前向纠错码ＦＥＣ、该ＦＥＣ可以用来 成功接受．则当前数据包的第２次重传 层传输模式进行．并同时启动一个计时 器 当计时器超期或成功接收到的Ａｃｋ 以及随后的数据传输用低一级的物理 ２．２混合自动重传请求（ＨＡＲＱ） Ｒ５规范中包括的关键性特性．３ＧＰＰ组 织制定Ｒ４规范时．对ＨＳＤＰＡ的功能进 帧累计达到１０个．数据传输模式升一 纠正传输过程中的数据差错．即如果错 误在ＦＥＣ的纠错范围内．那么ＦＥＣ便 进行纠错．如果超出了其纠错范围．那 行了广泛的可行性研究．比较了各种方 级并取消计时器：但当启动计时器后紧 接着的１个帧又失败．则传输模式再降 一法得到的增益和实现代价 ＨＳＤＰＡ是一些无线增强技术的集 合．利用ＨＳＤＰＡ技术可以在现有的技 级并重启计时器 这种算法的优点是 由于不需要进行信道估计实现比较简 么就要请求重传 因此该方案既增加了 系统的可靠性又提高了系统的传输效 术的基础上使下行数据峰值速率有很 大的提高 ＨＳＤＰＡ技术同时适用于 ＷＣＤＭＡ ＦＤＤ、ＵＴＲＡ ＴＤＤ和ＴＤ—ＳＣＤ— 单。也不存在由于信道估计误差带来的 性能损失 但是由于它是属于纯探索类 的ＡＭＣ技术．它不能够对信道的时变 性作出快速的反应．转换调制编码方式 率。ＨＡＲＱ可以分为第一类ＨＡＲＱ、第 二类ＨＡＲＱ和第三类ＨＡＲＱ 第一类ＨＡＲＱ又称为传统的 ＨＡＲＱ．其工作原理如下．首先接收端对 ＭＡ三种不同模式 ２ ＨＳＤＰＡ的关键技术 ２．１ 自适应编码调制（ＡＭＣ） 往往滞后于信道的变化．因此采用ＡＲＦ 数据分组进行纠错．如果有错误且无法 很难使系统吞吐量有较大的提高 另外 在实现的过程中也存在如何决定计时 器的时限问题 纠正，就发送请求信息来请求重传。同 时丢弃错误的数据分组 重传时使用相 同的ＦＥＣ．也就是说．冗余信息是一样 的 第一类ＨＡＲＱ实际上适一种自适应 编码速率的方法 如果一个数据分组在 自适应调制编码技术的基本原理 是当信道状态发生变化时．发射端保持 发射功率不变．而随信道状态自适应的 道状态下获得最大的吞吐量。自适应调 （２）基于信道估计的自适应算法。探 索类的ＡＭＣ算法虽然实现起来较为简 改变调制和编码方式．从而在不同的信 单．但并不能完全适应信道的变化．因 为它没有进行信道估计．就不能充分利 接收时不能正确的译码．那么就要将其 丢弃．并在上行信道中返回一个数据分 制编码算法可分为探索类和基于信道 估计的自适应算法。 （１）探索类自适应算法。比较成熟 用信道的信息 基于信道估计的ＡＭＣ 组重传请求 发送端收到重传请求后， 算法的基本原理是：接收端在接收数据 会再次发送原来的数据分组 此时接收 的同时．根据所接收数据信号的幅值变 化以及错误率等因素来估计和预测下 一端不进行任何合并。 并已经应用到商业产品中的探索类自 适应调制编码技术是自动传输率后退 协议（ＡＲＦ．ＡｕｔｏＲａｔｅＦａｌｌｂａｃｋ）。该算法 根据其对时间函数以及失败的Ａｃｋ帧 的跟踪结果来变换其数据传输率。 收稿日期：２０１０—０３—１８ 第二类ＨＡＲＱ属于增量冗余的 ＡＲＱ机制 在ＩＲ的ＡＲＱ中．接收错误 的数据分组不会丢弃．而是与重传的冗 常与第一次传输不一样．它携带了新的 数据帧传输时的信道状况并将其反 馈回发射端．发射端再根据反馈值决定 而更好地适应信道的变化 发射端所采 下一帧所应该采用的调制编码方式．从 余信息合并之后进行解码 重传数据通 １５６ 科技创业月刊２０１０年第５期 ＨＳＤＰＡ技术特性研究及其对ＷＣＤＭＡ网络的影响分析 冗余信息来协助解码。新的冗余信息与 ３ 引入ＨＳＤＰＡ对ＷＣＤＭＡ 流量和用户数目的关键因素是功率分 配比例 在图１和图２给出了从功率的角 度说明ＨＳＤＰＡ对Ｒ９９／Ｒ４的影响。深色 先前收到的初次传输信息一起，形成了 纠错能力更强的前向纠错码，使差错率 进一步降低。 第三类ＨＡＲＱ又称为部分冗余 ＨＡＲＱ．也属于增量冗余ＡＲＱ机制。它 与第二类ＨＡＲ９很相似．接收错误的数 据分组也不丢弃．接收端将其存储起来 与后续的重传数据合并后进行解码。 ２．３快速分组调度算法与快速链路调 网络的影响 ３．１ ＨＳＤＰＡ的引入对网络结构的影响 由于ＨＳＤＰＡ引入了新的算法和业 务信道．因此对原有的Ｒ９９／Ｒ４带来了 ～曲线表示了预留给ＨＳＤＰＡ的一定功率 资源．但是系统没有承载ＨＳＤＰＡ业务。 浅色曲线表示网络承载了ＨＳＤＰＡ业 定变化，主要体现在ＲＡＮ和ＵＥ上。 对于ＡＲＱ功能．ＷＣＤＭＡ Ｒ９９采 务．并且将所分配到得功率资源完全使 用 假设Ｒ９９网络容量使用ＣＳＩ２．２ｋｂ／ｓ 的语音用户数目来衡量．在ＨＳＤＰＡ功 用基于ＲＮＣ的ＡＲＱ．而ＨＳＤＰＡ采用物 理层快速ＨＡＲＱ 所有ＷＣＤＭＡ Ｒ９９传 整技术 （１）快速分组调度算法。对于ＨＳ． ＤＰＡ系统．分组调度器由ＷＣＤＭＡ的 ＲＮＣ侧移到了ＮｏｄｅＢ侧．这样调度器能 容易地接人到空中接口的测量参数，更 大可能匹配不同无线信道下的数据速 率．满足不同种类高速分组数据业务的 ＱｏＳ要求．其中尤为关键的是通过调度 算法来提高平均业务速率和系统的整 体稳定性。为最大化吞吐量，调度器必 须选择最大载干比的用户传输数据 但 这种机制可能会使距离ＮｏｄｅＢ最近的 ＵＥ产生信道资源垄断 因此ＨＳＤＰＡ的 调度算法将起到非常重要的作用。这需 要充分考虑到各用户分组排队等候的 情况、信道条件及其变化状况等。 （２）快速链路调整技术。如前所述， 数据业务与语音业务具有不同的业务 特性 语音通信系统通常采用功率控制 技术以抵消信道衰落对于系统的影响． 以获得相对稳定的速率．而数据业务相 对可以容忍延时．可以容忍速率的短时 变化 因此ＨＳＤＰＡ不是试图去对信道 状况进行改善．而是根据信道情况采用 相应的速率 由于ＨＳ—ＤＳＣＨ每隔２ｍｓ 就更新一次信道状况信息．因此．链路 层调整单元可以快速跟踪信道变化情 况．并通过采用不同的编码调制方案来 实现速率的调整 当信道条件较好时．ＨＳ—ＤＳＣＨ采 用更高效的调制方法１６ＱＡＭ．以获得更 高的频带利用率 ｘＱＡＭ调制方法虽然 能提高信道利用率．但由于调制信号间 的差异性变小．因此需要更高的码片功 率．以提高解调能力。因此．ｘＱＡＭ调制 方法通常用于带宽受限的场合．而非 功率受限的场合。在ＨＳＤＰＡ中．通常 靠近基站的用户接收信号功能相对较 强．可以得到ｘＱＡＭ调制方法带来的 好处 输信道终止于ＲＮＣ．因此分组数据的重 率分配为０时达到Ｒ９９的最大容量 传过程在服务ＲＮＣ中进行．同样该服 １００％。随着分配给ＨＳＤＰＡ的功率加大， 务ＲＮＣ也处理特定用户到核心网的连 Ｒ９９网络容量会逐步下降 两条曲线之 接 随着ＨＳ—ＤＳＣＨ的引入．基站也要支 间是引入了ＨＳＤＰＡ功率分配后．Ｒ９９ 持ＨＳＤＰＡ功能的ＭＡＣ层 这样基站直 网络可能保持的容量大小。在业务发展 接控制重传．提高了重传速率．减少了 初期．由于Ｒ９９网络会有比较多的功率 所需的分组数据延迟 如果网络没有执 冗余．因此可以预留较多的功率资源给 行重定位过程．实际的终结点可为网络 ＨＳＤＰＡ而不会引起Ｒ９９的容量陡降： 内的多个ＲＮＣ 当这些预留功率用于ＨＳＤＰＡ业务发送 ＨＳＤＰＡ功能主要是对Ｎｏｄｅ Ｂ修 时．会对Ｒ９９用户产生一定的同频干 改比较大．如果在原有设备中考虑了 扰．最恶劣的情况下如图中浅色线所 ＨＳＤＰＡ功能升级要求．一般来讲实现 示．会造成Ｒ９９容量损失；夹在两条曲 ＨＳＤＰＡ功能不需要硬件升级．只需要软 线的中间部分．是ＨＳＤＰＡ可能带来的 件升级即可．所以现在很多厂商都宣称 Ｒ９９容量损失．这与实际使用于ＨＳＤＰＡ 可通过软件升级支持ＨＳＤＰＡ功能 实 业务的功率有关 现这个功能难度不是太大．关键是实现 ３．２Ｉ２ ＨＳＤＰＡ对覆盖的影响 的性能．所以ＨＳＤＰＡ技术实现后的真 （１）引入ＨＳＤＰＡ对上行覆盖的影 正性能需要验证 响 网络引入ＨＳＤＰＡ以后．在上行物理 ３．２ ＨＳＤＰＡ的引入对网络性能的影响 层将发生以下两个变化 ３．２．１ ＨＳＤＰＡ对ＷＣＤＭＡ容量的影响 变化一：由于下行高速数据的应 对ＣＤＭＡ系统容量的影响主要是 用．会导致上行ＲＲＣ信令、ＲＬＣ确认消 码资源和功率资源 息、核心网的非接入层消息的增加，从 （１）码资源。由于ＨＳＤＰＡ是ＷＣＤ— 而使得上行ＤＰＤＣＨ数据量增加．对应 ＭＡ肿的一种高速共享的下行技术．其 上行需要专门的ＤＰＤＣＨ来承载．且对 技术特点之一就是码资源方面的高速 上行的速率提出一定的要求．并会产生 扩频码和多码传输技术．因此它对码资 上行负荷的增加 源的需求是非常大的 一般在ＷＣＤＭＡ建网初期． 无论是Ｒ９９的语音业务还是 ＨＳＤＰＡ的数据业务．需求都是 不非常强烈．可以采用静态配置 １３ １０ ７ ５ ４ ３ ２ 方案进行码资源分配．或者依据 总ＨＳＩ）ＰＡ助率偏髓ｌｌｌｂ） 小区数据吞吐量的变化和用户 图ｌ 功率资源分配对网络容量的影响 数的变化等因素进行动态特征 （２）功率资源。引入ＨＳＤＰＡ 功能后。对于功率控制则增加了 ＨＳＤＰＡ总功率资源的分配和 ＨＳＤＰＡ相关物理信道的功率控 制方法。在ＨＳＤＰＡ和 的分配业务功率．最终影Ｒ，９９之间 响网络 ＰＩｏＮＥＥＲｌＮＧ ＷＩＴＨ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ ＭＯＮＴＨＬＹⅣ０．５ ２０１ ０ １５７ 接触网故障测距误差分析及对策 黄 琳 （南宁铁路局柳州供电段摘广西 柳州 ５４５００７） 要：电气化铁路接触网发生短路故障时，故障点精确测距是缩短故障抢修时间，保证安全供电的 重要技术手段。结合黔桂线电气化工程现场的应用实例，阐述了故障测距产生误差的现状，从理论计算和 二次接线的构成等方面进行了详细分析，提出了行之有效的应对措施，有助于提高现场运营抢修水平。 关键词：阻抗保护；故障测距；短路试验 中图分类号：Ｕ２２５．１ 黔桂线电气化铁路自２００９年１月 文献标识码：Ａ 电全线采用带回流线的直接供电方式， 障点电抗，Ｕ表示母线电压；Ｉ表示线路 开通至今．共发生接触网故障１３件（见 牵引变电所综合 表１）．通过统计分析故障点测距情况． 自动化系统采用 表１接触网故障时故障测距统计表 发现故障测距装置存在测距不准问题 ＡＲＡＳ ２０００Ｄ型， 序号故障供电臂故测阻抗故测阻抗角故测距离（ｋｍ）实际距离（ｋｍ） 和缺陷．故障测距与实际差别大于２０％ 馈线保护装置采 的有８件．其中装置给出的故障数据为 零的４件 因为故障测距不准确．造成 故障地点的误判断．抢修人员出动方向 不对．甚至延误抢修时间．影响行车。因 此．分析其误差原因并采取对应措施尤 为必要 用ＷＫＨ一１７Ｄ型。 １．２故障测距原 理 本线段设置 的故障测距采用 线性电抗原理 （见图１）。 １故障测距原理 １．１黔桂线供电方式及保护配置情况 利用ｚ：旦计 之 黔桂线线路等级为Ｉ级．正线近期 单线预留复线．采用电力牵引 牵引供 算阻抗ｆＺ表示故 变化二：ＨＳＤＰＡ在上行链路上增加 了ＨＳ—ＤＰＣＣＨ．用来传送ＡＣＫ／ＮＡＣＫ 升会导致网络下行导频Ｅｃ／Ｉｏ、其他公 共信道及专用信道覆盖的恶化．造成原 来规划拓扑结构下的Ｒ９９／Ｒ４网络切换 的引入对ＷＣＤＭＡ网络结构和网络性 能的影响．验证了ＨＳＤＰＡ是ＷＣＤＭＡ 以及ＣＱＩ信息．导致额外上行功率的消 耗．并可能引起ＵＥ最大发射功率的回 退。 增强型无线技术 ＨＳＤＰＡ对运营商和移 动客户的意义是更高的速率、更大的系 统容量、更低的延迟．能全面提升业务 能力．无论是在大众应用还是在企业应 用上都将开辟出新的天地。 参考文献 区位置改变、公共信道和各个专用信道 边缘覆盖变差．影响用户的感受。为消 除这种问题带来的影响．保证原有网络 （２）引入ＨＳＤＰＡ对Ｒ９９下行覆盖 的影响 当ＨＳＤＰＡ与Ｒ９９／Ｒ４同载频设 的覆盖．需要同比增加导频信道、公共 信道及各专用信道的功率配置。通过上 面的实测报告结果可以看出：室外连续 覆盖场景下．小区引入ＨＳＤＰＡ导致下 置时．由于ＨＳＤＰＡ将利用剩余的可用 功率．使基站近似满功率发射，会带来 下行干扰的增加。如果原有网络的下行 ｌＯ０％ｎ￣．会带来大约０．８一ｌｄＢ的下行干 扰抬升 如果原有网络的下行设计负载 为５０％．当负荷增加到９０％一１００％时， 会带来大约２．５５—３ｄＢ的下行干扰抬升。 ｌ张传福，卢辉斌．彭灿，等．第三代移动通 信［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００９ ２董江波．吴兴耀．高鹏．ＨＳＤＰＡ一从原理到 实践［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００７ ３ 黄韬．高速分组接入技术：ＨＳＤＰＡ／ＨＳＵ． ＰＡ『Ｍ］．北京：机械工业出版社，２ｏｏ７ 设计负载为７５％．当负荷增加到９０％一 行负载提升后．通过同比调整公用信道 配比．可保证网络覆盖指标不受影响。 ４结语 本文对ＨＳＤＰＡ的各项关键技术进 （责任编辑梁工） 这种负荷增加引起的下行干扰抬 收稿日期：２０１０—０４—２６ 行了系统的研究．并详细分析了ＨＳＤＰＡ １５８ 科技创业月刊２０１０年第５期