TD-SCDMA R4與HSDPA的混合組網(wǎng)

為適應(yīng)越來越高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，原有的TD-SCDMA的峰值速率已經(jīng)無法滿足需求，HSDPA技術(shù)的發(fā)展為更高的數(shù)據(jù)速率和更高容量提供了一條平穩(wěn)演進(jìn)的途徑。在TD-SCDMA系統(tǒng)組網(wǎng)方案的基礎(chǔ)上，如何引入HSDPA越來越受到人們的重視。隨著移動通信和互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，視頻、流媒體等許多對流量和延遲性能要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對移動通信系統(tǒng)提出了更高的要求。在這種情況下，第三代移動通信系統(tǒng)原來所提出的的2Mbit/s的峰值速率目標(biāo)已經(jīng)無法滿足市場的需求，因此，3GPP在R5以后的版本中引入了新的分組接入增強技術(shù)HSDPA，將TD-SCDMA的峰值速率提高到2.8Mbit/s�？紤]建設(shè)成本和經(jīng)濟效益的結(jié)合，HSDPA可以采用和R4版本系統(tǒng)的混合組網(wǎng)方式。本文在討論TD-SCDMAHSDPA關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，對R4版本和HSDPA系統(tǒng)的混合組網(wǎng)方案進(jìn)行了研究。

一、 TD-SCDMA HSDPA結(jié)構(gòu)特點和關(guān)鍵技術(shù)
在R5版本中，TD-SCDMA系統(tǒng)引入HSDPA技術(shù)，增加了新的傳輸信道和物理信道，在NodeB中加入新的媒體接入控制子層(MAC-hs)。
新增物理信道包括高速下行共享物理信道HS-PDSCH、共享控制信道HS-SCCH、共享指示信道HS-SICH。其中HS-PDSCH用于承載高速下行數(shù)據(jù)，HS-SCCH/HS-SICH支持相應(yīng)的信令，由NodeB控制，用于傳輸傳輸信道的控制信息和終端的反饋信息。
新增的傳輸信道包括高速下行共享信道HS-DSCH，用于承載高速下行數(shù)據(jù)并映射到高速下行共享物理信道HS-PDSCH，它采用1和16兩種不同的擴頻系數(shù)，使NodeB能更加靈活地應(yīng)對不同的信道條件，進(jìn)行合理的分組數(shù)據(jù)調(diào)度，以提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。
NodeB新增MAC-hs的主要功能是對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度以及對重傳數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。重傳由NodeB直接控制，避免了RNC到UE的時延，提高了重傳的速率，減少了數(shù)據(jù)傳輸時的時延。同時，NodeB可以根據(jù)信道條件快速的調(diào)度發(fā)送數(shù)據(jù)的大小和發(fā)送對象，從而提高小區(qū)的吞吐率。
由于共享信道具有采用系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)用戶調(diào)制方式以及編碼速率的特點，HSDPA可以較好地適應(yīng)分組數(shù)據(jù)的特點，其主要技術(shù)特點包括以下方面。
1.共享信道
如前所述，HSDPA采用共享信道的方式為分組用戶提供服務(wù)，用戶通過時分或者碼分的形式共享無線資源。
2.自適應(yīng)編碼調(diào)制(AMC)
AMC被稱為自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)，是一種能夠通過自適應(yīng)地調(diào)整傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼方式，用來補償由于信道變化對接收信號所造成的衰落影響，從而提高信號的信噪比性能的物理層鏈路自適應(yīng)(LinkAdaptation)技術(shù)。
AMC的實現(xiàn)方式為,系統(tǒng)根據(jù)自身物理層能力和信道變化情況，建立一個編碼調(diào)制格式集合MCS，每個MCS中的傳輸格式包括傳輸數(shù)據(jù)編碼速率(傳輸塊長度)和調(diào)制方式(QPSK,16QAM)，當(dāng)信道條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)會選擇與信道條件對應(yīng)的不同傳輸格式來適應(yīng)信道變化。
3.混合反映重傳(HARQ)
HARQ是自動重傳請求(ARQ)和前向糾錯(FEC)技術(shù)相結(jié)合的一種糾錯方法。終端在譯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)，終端將重傳的數(shù)據(jù)和保存數(shù)據(jù)進(jìn)行合并后，再送到譯碼器進(jìn)行譯碼。
HARQ有以下3種類型。TypeIHARQ較為簡單，在接收端解碼后用CRC對分組進(jìn)行校驗。如果發(fā)現(xiàn)分組有錯誤，接收端通知發(fā)送端重傳，重傳分組采用與前一次相同的編碼，而錯誤的分組被丟棄。TypeII HARQ(增量冗余HARQ方案 )：錯誤分組沒有被丟棄，而是和發(fā)送端重發(fā)的增量冗余信息合并后進(jìn)行譯碼，稱為FULL IR HARQ。發(fā)送端重傳的信息不是前一次數(shù)據(jù)的簡單重復(fù)，而是不同的增量冗余信息，且多次重傳的冗余信息都不一樣，重傳分組無法自解碼，必須和第一次發(fā)送的的數(shù)據(jù)合并后再進(jìn)行譯碼。Type III HARQ:接收錯誤的數(shù)據(jù)包不會被丟棄，接收機將其存儲起來與后續(xù)的重傳數(shù)據(jù)合并后進(jìn)行解碼。與第二類HARQ不同的是，每次重傳都包含有完整的信息位，因此，重傳分組具有自解碼能力，比較適合第一次數(shù)據(jù)遭到嚴(yán)重?fù)p害的情況下。目前的HSDPA采用的是后兩種類型。
4.基站快速調(diào)度
通過增加MAC-hs實體，HSDPA將數(shù)據(jù)的調(diào)度和重傳移到NodeB實現(xiàn)，采用合適的調(diào)度算法以及減少時延，可以更加快速地適應(yīng)信道變化，NodeB根據(jù)UE的反饋，依據(jù)一定的調(diào)度準(zhǔn)則選擇用戶或調(diào)整編碼方式來優(yōu)化系統(tǒng)性能。

二、多載波HSDPA技術(shù)發(fā)展
HSDPA可以將理論峰值速率提高到2.8Mbit/s，考慮到TD-SCDMA單載波1.6MHz的帶寬限制，TD系統(tǒng)的下行速率還是有限的。為了取得更高的峰值速率，人們提出了多載波HSDPA技術(shù)，即通過多載波的捆綁來提高用戶的峰值速率。
簡單地說，TD-SCDMA多載波方案就是指一個UE可以同時接收多個載波的數(shù)據(jù)，和N頻點特性相結(jié)合后，得到一種優(yōu)化的方案，即在一個小區(qū)內(nèi)提供多個連續(xù)的載波，主載波上提供BCH、UpPCH、DwPCH以及其它信道，用于系統(tǒng)信息廣播和終端接入，而在輔載波上，只提供業(yè)務(wù)信道。UE在通過主載波接入之后，由系統(tǒng)的接納控制功能根據(jù)各個載波資源的情況，統(tǒng)一配置資源。
以3載波的系統(tǒng)為例，如圖1所示，在Carrier0上發(fā)送導(dǎo)頻及廣播信息，而在輔載頻上的TS0及導(dǎo)頻信道時隙為空，根據(jù)資源配置情況將3個載頻的上、下行時隙靈活地配置給接入的UE。

多載波技術(shù)的引入使得TD-SCDMA系統(tǒng)中的HSDPA技術(shù)支持的理論峰值速率大大提高，理論上N個載頻的多載波HSDPA方案可以獲得N倍的2.8Mbit/s的峰值速率，如3載頻的HSDPA方案理論的峰值速率可以達(dá)到8.4Mbit/s;同時，多載波HSDPA允許一個用戶同時使用多個載頻上的HSDPA資源，因此，對用戶而言也大大提高了高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力，這樣在理論上，一個用戶的高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持能力可達(dá)到2.8Mbit/s的N倍。因此在TD-SCDMA系統(tǒng)引入多載波HSDPA技術(shù)，可以提高一個小區(qū)的高速下行分組業(yè)務(wù)容量，同時也可以提高一個用戶的高速下行分組業(yè)務(wù)傳輸能力。

三、R4和HSDPA的混合組網(wǎng)
HSDPA作為TD-SCDMA的增強型無線技術(shù)，為TD-SCDMA向更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更高容量提供了一條平穩(wěn)演進(jìn)的途徑。HSDPA的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一般可以采取兩種方案：HSDPA與TD-SCDMA共小區(qū)直接建網(wǎng)，即R4和HSDPA的混合組網(wǎng);HSDPA與TD-SCDMA實用不同的小區(qū)分層建網(wǎng)，即HSDPA和R4分別單獨組網(wǎng)。
采用單獨組網(wǎng)的方式有以下獨特的優(yōu)勢：TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)承載CS業(yè)務(wù)和低速R4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，HSDPA集中提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過切換實現(xiàn)兩個系統(tǒng)間業(yè)務(wù)承載能力的互補;HSDPA網(wǎng)絡(luò)與TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)互不影響，避免了復(fù)雜的碼資源、功率資源規(guī)劃，能實現(xiàn)無線資源的最佳使用。但是與此同時也帶來了很多問題：HSDPA單獨組網(wǎng)建設(shè)成本高;在建網(wǎng)初期用戶數(shù)量有限的情況下，TD網(wǎng)絡(luò)和HSDPA網(wǎng)絡(luò)共享程度低，網(wǎng)絡(luò)整體效能下降;為支持R4網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和HSDPA網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的切換，還需要支持多載頻的終端以及多小區(qū)駐留，增加了UE復(fù)雜性。
R4和HSDPA的混合組網(wǎng)方式是比較合理的組網(wǎng)方式，不僅可以減少建設(shè)成本，而且降低了管理維護(hù)和優(yōu)化的復(fù)雜度。HSDPA和R4的混合組網(wǎng)可以分為異頻和同頻兩種方式。
在異頻方式下，對于采用S3/3/3站型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)的地區(qū)，可以按照HSDPA和R4業(yè)務(wù)分載波進(jìn)行配置，總體時隙配置均為3:3。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，話音業(yè)務(wù)需求相對較大，可以采用的分配方式為R4業(yè)務(wù)占用2個載波，HSDPA業(yè)務(wù)占用1個載波。隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展，用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求逐漸增大，可以采用的分配方式為R4業(yè)務(wù)占用1個載波，HSDPA業(yè)務(wù)占用2個載波，如圖2所示。

異頻組網(wǎng)由于R4和HSDPA分別占用不同載波，避免了同載波上話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不同QoS問題，同一載波上話音業(yè)務(wù)和HS-DSCH承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不同覆蓋的問題，話音業(yè)務(wù)優(yōu)先接入、資源預(yù)留和功率預(yù)留的問題，極大地簡化了無線資源管理和移動性管理。但是終端需要在不同載頻上同時工作，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的HSDPA也需要配置和對稱的上下行轉(zhuǎn)換點，造成了上行資源的浪費。
在同頻方式下，R4和HSDPA占用同一載波，有兩種時隙配置方式：時隙比例按照3:3進(jìn)行配置，其中R4配置1對時隙，HSDPA配置2對時隙;時隙比例按照2:4進(jìn)行配置，其中R4業(yè)務(wù)配置1對時隙，其余時隙配置為HSDPA業(yè)務(wù)，如圖3所示。

在同頻組網(wǎng)的情況下，R4和HSDPA的業(yè)務(wù)需要進(jìn)行合適的功率分配，無線資源管理和移動性管理策略變得較為復(fù)雜，但是我們可以簡化終端設(shè)計，避免網(wǎng)絡(luò)資源的浪費，提高網(wǎng)絡(luò)利用率。
在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期，傳統(tǒng)話音業(yè)務(wù)仍是主要業(yè)務(wù)，同時有一定的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場處于培育階段，HSDPA資源可根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量靈活分配。由于總的話務(wù)需求量并不是很高，可以采用異頻組網(wǎng)方式，共配置3個載波，一個載波承載R4業(yè)務(wù)，另外兩個載波承載HSDPA業(yè)務(wù)。
HSDPA可在熱點地區(qū)連續(xù)覆蓋，以滿足高速業(yè)務(wù)的需求。此時高速的PS域業(yè)務(wù)(如大于64kbit/s的業(yè)務(wù))采用HSDPA承載，低于64kbit/s的業(yè)務(wù)采用R4系統(tǒng)承載方式傳輸。在非熱點地區(qū)，通過R4承載PS業(yè)務(wù)，以滿足低速業(yè)務(wù)的需求。
隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的進(jìn)行以及語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求量的不斷增加，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)初期的配置方式已經(jīng)無法滿足需求。此時可以采用同頻組網(wǎng)等方式，同時調(diào)配HSDPA和語音業(yè)務(wù)資源，針對不同地區(qū)下行流量的不同需求，語音業(yè)務(wù)和HSDPA資源可在載頻間及載頻內(nèi)靈活分配。

四、結(jié)論
HSDPA的峰值速率可以達(dá)到2.8Mbit/s，多載波捆綁的HSDPA技術(shù)更可以達(dá)到8.4Mbit/s的理論峰值，它的引進(jìn)可以滿足日益增長的PS業(yè)務(wù)要求。TD-SCDMAR4和HSDPA的混合組網(wǎng)可以使TD-SCDMA支持的CS和PS業(yè)務(wù)與HSDPA支持的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共享網(wǎng)絡(luò)資源，做到資源利用的最大化，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資。目前，不同的建設(shè)階段采用不同的組網(wǎng)策略是我們需要進(jìn)一步考慮的問題。

作者：楊燕玲   來源：通信世界