TD-SCDMA HSDPA組網(wǎng)分析

1、引言

　　HSDPA是TD-SCDMA系統(tǒng)提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的一種重要技術(shù)。與R4架構(gòu)相比，HSDPA在不改變?cè)邪姹?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1722/" target="_blank">網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的情況下引入了自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC、混合自動(dòng)重傳HARQ等關(guān)鍵技術(shù)，并將分組調(diào)度器從RNC移到Node B中，以便在Node B中實(shí)現(xiàn)MAC-hs協(xié)議控制的快速分組調(diào)度。通過HSDPA技術(shù)，下行PS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率可以提高到10Mbit/s以上，而且，HSDPA技術(shù)還可以和OFDM、MIMO等新技術(shù)結(jié)合，提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

2、HSDPA關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1　自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC

　　AMC是HSDPA中采用的典型的鏈路自適應(yīng)技術(shù)，其核心思想就是網(wǎng)絡(luò)側(cè)Node B根據(jù)當(dāng)前UE上報(bào)的無線信道質(zhì)量狀況（CQI）和網(wǎng)絡(luò)資源的使用情況，選擇最佳的下行鏈路調(diào)制和編碼方式，以確定發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，從而盡可能地增大終端用戶的數(shù)據(jù)吞吐量，降低傳輸遲延。

　　當(dāng)用戶處于有利的通信點(diǎn)，如靠近Node B時(shí)，則選擇高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式，如16QAM、3/4編碼速率來傳送用戶數(shù)據(jù)，從而得到較高的傳輸速率；而當(dāng)用戶處于不利的通信點(diǎn)，如遠(yuǎn)離Node B時(shí)，則選取低階調(diào)制方式和低速率的編碼方式，如QPSK調(diào)制、1/4編碼速率來傳送用戶數(shù)據(jù)，從而保證通信質(zhì)量。

　　2.2　混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求HARQ

　　HARQ是自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）和前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)相結(jié)合的一種糾錯(cuò)方法。當(dāng)接收方在解碼失敗的情況下，保存接收到的數(shù)據(jù)，并要求發(fā)送方重傳數(shù)據(jù)，接收方將重傳的數(shù)據(jù)和先前接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，這樣可以提高系統(tǒng)性能。

　　HARQ有兩種重傳方式，一種是在重傳時(shí)，重傳數(shù)據(jù)與初次發(fā)送時(shí)相同，這種方式被稱為Chase Combine（CC）或Soft Combining；另一種是被重傳的數(shù)據(jù)與前次發(fā)送數(shù)據(jù)有所不同，這種方式被稱為增量冗余Incremental Redundancy（IR）。后一種方式的性能要優(yōu)于第一種，但在接收端需要更大的內(nèi)存。

　　2.3　快速分組調(diào)度

　　HSDPA技術(shù)為了能更好地適應(yīng)無線信道的快速變化，將調(diào)度功能單元放在Node B新增的MAC-hs功能實(shí)體中而不是RNC中。根據(jù)無線信道的質(zhì)量狀況、等待發(fā)送的數(shù)據(jù)量、業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)、UE的能力級(jí)以及可分配的資源等因素，分組調(diào)度算法可快速地實(shí)現(xiàn)共享資源的最優(yōu)分配。調(diào)度算法一般有輪循（Round Robin）調(diào)度算法、比例公平（Proportional Fair）調(diào)度算法和Max C/I調(diào)度算法。其中，比例公平調(diào)度算法解決了小區(qū)吞吐量和服務(wù)公平性之間矛盾，并且該算法還有實(shí)現(xiàn)容易、反映速度快等的優(yōu)點(diǎn)，是所有分組調(diào)度算法中相對(duì)較好的。

　　2.4　多載波HSDPA

　　TD-SCDMA單小區(qū)多載波是指在一個(gè)小區(qū)內(nèi)同時(shí)支持多個(gè)載波，其中定義一個(gè)主載波，其它載波為輔載波。只有主載波TS0時(shí)隙上有公共控制信道，而專用信道可配置在主載波和輔載波上。這樣，在不增加小區(qū)數(shù)量，不影響鄰區(qū)關(guān)系和TS0公共物理信道覆蓋的前提下，通過增加載波擴(kuò)大了小區(qū)的容量。

　　多載波HSDPA是指一個(gè)UE可以同時(shí)使用多個(gè)載頻的HSDPA資源，這樣使得UE的理論峰值速率大大提高，理論上單載波HSDPA理論峰值速率為2.8Mbit/s，當(dāng)采用N載波時(shí)，理論上可以獲得N倍的2.8Mbit/s的峰值速率。

3、TD-HSDPA組網(wǎng)形式

　　目前從實(shí)際情況來看，TD-HSDPA單獨(dú)組網(wǎng)還不能承載CS域業(yè)務(wù)，所以這種組網(wǎng)方式一般不存在，我們只考慮在R4網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行HSDPA的組網(wǎng)。這種R4與HSDPA混合組網(wǎng)的載波配置方案有獨(dú)立載波、混合載波混合時(shí)隙和混合載波獨(dú)立時(shí)隙三種方式。

　　3.1　HSDPA獨(dú)立載波組網(wǎng)

　　獨(dú)立載波組網(wǎng)是指在同一個(gè)扇區(qū)內(nèi)，HSDPA和R4網(wǎng)絡(luò)分配不同的載波資源。HSDPA獨(dú)享一個(gè)或多個(gè)載波，并且只提供HSDPA服務(wù)，而R4載波內(nèi)只能提供R4服務(wù)。如圖1所示。

圖1　HSDPA和R4業(yè)務(wù)分載波配置

　　根據(jù)用戶業(yè)務(wù)模型，可以考慮HSDPA和R4業(yè)務(wù)兩種不同的載波分配比例，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，話音業(yè)務(wù)需求相對(duì)較大，可以采用R4業(yè)務(wù)占2個(gè)載波，HSDPA業(yè)務(wù)占1個(gè)載波，隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶逐漸增多，可以采用R4業(yè)務(wù)占1個(gè)載波，HSDPA業(yè)務(wù)占2個(gè)載波。

　　獨(dú)立載波組網(wǎng)時(shí)，建議不同載波的時(shí)隙切換點(diǎn)要相同。當(dāng)上下行時(shí)隙比3:3組網(wǎng)時(shí)一般會(huì)出現(xiàn)HSDPA上行資源利用不足，時(shí)隙比2:4組網(wǎng)時(shí)則R4下行資源利用不足。

　　3.2　HSDPA與R4混合載波組網(wǎng)

　　3.2.1　HSDPA與R4混合時(shí)隙

　　混合時(shí)隙是指在同一載波上HSDPA與R4話音共同占用同一時(shí)隙的碼道，如圖2所示。在這種情況下HSDPA和R4話音可以共享碼資源與功率資源，提高了資源利用率，但同時(shí)由于HSDPA業(yè)務(wù)信道高速下行共享物理信道（HS-PDSCH）沒有快速功控，給同時(shí)隙的R4業(yè)務(wù)帶來一定干擾，會(huì)導(dǎo)致R4容量與覆蓋有一定程度的損失。我們按時(shí)隙碼道分配方式為2上4下，HSDPA與R4平分3個(gè)下行時(shí)隙的碼道的情況下進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。從仿真情況看，由于HSDPA對(duì)話音有較大的干擾，按照2%中斷率標(biāo)準(zhǔn)，單時(shí)隙只有一個(gè)話音用戶可用。因此，混合時(shí)隙配置方式可用，但不推薦采用。

圖2　HSDPA與R4業(yè)務(wù)混合時(shí)隙配置

　　3.2.2　HSDPA和R4獨(dú)立時(shí)隙

　　獨(dú)立時(shí)隙是指在同一載波上單獨(dú)給HSDPA和R4分配不同的時(shí)隙，單個(gè)載波既能提供HSDPA服務(wù)又可以提供R4服務(wù)。這種組網(wǎng)形式的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)不同的上下行業(yè)務(wù)需求，分別為HSDPA和R4分配時(shí)隙個(gè)數(shù)，易于支持HSDPA和R4業(yè)務(wù)的并發(fā)。如果R4資源不夠，可以占用HSDPA的時(shí)隙，反過來如果HSDPA的資源不夠，也可以用占R4的時(shí)隙。相比混合時(shí)隙方式，這種組網(wǎng)方式下的本小區(qū)干擾要小，對(duì)R4的業(yè)務(wù)影響也比較小，但HSDPA業(yè)務(wù)信道對(duì)R4業(yè)務(wù)仍然存在鄰小區(qū)干擾。經(jīng)過仿真可以看出，當(dāng)單時(shí)隙話音用戶數(shù)達(dá)到8個(gè)時(shí)，話音中斷率小于2%，即單時(shí)隙基本可以滿足8個(gè)用戶。

圖3　HSDPA與R4業(yè)務(wù)混合時(shí)隙配置情況下的仿真結(jié)果

　　這種方式下一般有兩種時(shí)隙配置：時(shí)隙比例按照3:3進(jìn)行配置，其中R4配置1對(duì)時(shí)隙，HSDPA配置2對(duì)時(shí)隙；若時(shí)隙比例按照2:4進(jìn)行配置，其中R4業(yè)務(wù)配置1對(duì)時(shí)隙，其余時(shí)隙配置為HSDPA業(yè)務(wù)，如圖4所示。

圖4　HSDPA與R4業(yè)務(wù)獨(dú)立時(shí)隙配置

　　3.3　TD-HSDPA組網(wǎng)形式總結(jié)

　　對(duì)于HSDPA/R4獨(dú)立載波組網(wǎng)方式，在使用相同的時(shí)隙切換點(diǎn)下，HSDPA和R4業(yè)務(wù)互不影響。但由于要單獨(dú)給HSDPA業(yè)務(wù)分配載波，在現(xiàn)階段R4業(yè)務(wù)量占據(jù)優(yōu)勢的情況下，這種分配方式是不合理的，所以不推薦HSDPA/R4獨(dú)立載頻組網(wǎng)。

　　HSDPA/R4混合載波混合時(shí)隙組網(wǎng)方式下，時(shí)隙、碼道資源分配靈活，載波間負(fù)載均衡，并且支持R4與HSDPA業(yè)務(wù)并發(fā)。但HSDPA和R4業(yè)務(wù)間不但存在時(shí)隙間干擾，還存在碼道間干擾，從而造成干擾較大（從仿真結(jié)果可看出），因此也不推薦HSDPA/R4混合載波混合時(shí)隙組網(wǎng)。

　　HSDPA/R4混合載波獨(dú)立時(shí)隙組網(wǎng)，不但具有時(shí)隙、碼道資源分配靈活，載波間負(fù)載均衡，支持R4與HSDPA業(yè)務(wù)并發(fā)的優(yōu)點(diǎn)外，更為重要的是R4和HSDPA業(yè)務(wù)不存在碼道間干擾，相比混合時(shí)隙組網(wǎng)干擾要小。因此推薦HSDPA/R4混合載波獨(dú)立時(shí)隙組網(wǎng)。

4、結(jié)束語

　　HSDPA是TD-SCDMA增強(qiáng)技術(shù)和長期演進(jìn)的技術(shù)路線。HSDPA技術(shù)將是下一階段TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)熱點(diǎn)。本文介紹了HSDPA的關(guān)鍵技術(shù)后，分別就3種組網(wǎng)方式進(jìn)行了分析，說明了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最后推薦HSDPA/R4混合載波獨(dú)立時(shí)隙組網(wǎng)方式。