TD-SCDMA HSDP A/R4混合組網(wǎng)研究

一、引言

基于用戶對下行高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，3GPP在Rel5中引入了HSDPA技術(shù)�；�于自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC），混合自動(dòng)重傳請求（HARQ）等關(guān)鍵技術(shù)，HSDPA技術(shù)有效地提高了小區(qū)流量和峰值速率。TD-SCDMA系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)分雙工系統(tǒng)（圖1），其上下行的時(shí)隙數(shù)目可以靈活配置，以支持上下行不對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在實(shí)際下行鏈路業(yè)務(wù)量將普遍大于上行鏈路業(yè)務(wù)量的情況下，在TD-SCDMA系統(tǒng)中引入HSDPA技術(shù)是非常合適的，可以充分提高頻譜效率，從而提高小區(qū)吞吐量。基于TD-SCDMA的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有R4網(wǎng)絡(luò)中引入HSDPA后可能的組網(wǎng)方式有：

●HSDPA與R4獨(dú)立載波組網(wǎng)；

●HSDPA與R4混合載波混合時(shí)隙組網(wǎng)；

●HSDPA與R4混合載波獨(dú)立時(shí)隙組網(wǎng)。

圖1　TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)

R4語音組網(wǎng)介紹

根據(jù)3GPP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，上行12.2kbit/s語音業(yè)務(wù)需要占用1條SF=1的碼道，下行則需要占用2個(gè)SF=16的碼道，那么理論上TD-SCDMA系統(tǒng)單時(shí)隙最多可容納16/2=8個(gè)語音用戶。CDMA系統(tǒng)本身是一個(gè)自干擾的系統(tǒng)，系統(tǒng)容量一般表現(xiàn)為干擾受限，而采用先進(jìn)的智能天線技術(shù)以及聯(lián)合檢測技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)，由于很好地消除了用戶間的多址干擾，系統(tǒng)容量不再受限于干擾，在一定的覆蓋范圍下，系統(tǒng)容量可以達(dá)到8用戶的理論上限（受限于碼道資源）。通過系統(tǒng)仿真結(jié)果可以看到，在密集城區(qū)環(huán)境中，滿足2%中斷率的QoS要求下，系統(tǒng)上下行均可容納8個(gè)語音用戶。圖2為下行的覆蓋容量圖，可以看出，8用戶帶來的小區(qū)收縮是很有限的。

圖2　密集城區(qū)R4語音下行覆蓋容量曲線（2%中斷率）

HSDPA獨(dú)立載波組網(wǎng)

1.孤島單用戶性能

根據(jù)協(xié)議，1個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)塊大小是704chips，由此計(jì)算得到單時(shí)隙理論最高速率為563.2kbit/s，在1:5的上下行時(shí)隙比配置下，單載波HSDPA理論速率可達(dá)2.8Mbit/s。仿真中采用2:4時(shí)隙比，HSDPA業(yè)務(wù)信道占用3個(gè)下行時(shí)隙，此時(shí)最高速率為1.6Mbit/s，系統(tǒng)仿真結(jié)果證明在用戶所處無線環(huán)境較好的時(shí)候，速率接近理論上限（圖3）。

圖3　單用戶吞吐量性能（3個(gè)下行時(shí)隙）

2.宏小區(qū)連續(xù)覆蓋性能

HSDPA小區(qū)吞吐量的大小是系統(tǒng)內(nèi)多種因素共同作用的結(jié)果，比如，調(diào)度算法、在線用戶數(shù)、業(yè)務(wù)類型、QoS參數(shù)等。仿真給出在密集城區(qū)環(huán)境下采用對流量折中的比例公平調(diào)度算法時(shí)FTP業(yè)務(wù)的小區(qū)平均吞吐量，此時(shí)的結(jié)果可以反映HSDPA連續(xù)覆蓋時(shí)的基本性能。系統(tǒng)仿真結(jié)果顯示，此時(shí)的小區(qū)吞吐量大概在600kbit/s～850kbit/s，隨覆蓋半徑增大而減�。▓D4）。

圖4　密集城區(qū)HSDPA小區(qū)平均吞吐量（比例公平調(diào)度算法，3個(gè)下行時(shí)隙）

HSDPA與R4混合載波組網(wǎng)

1.HSDPA與R4混合時(shí)隙

在HSDPA與R4混合時(shí)隙組網(wǎng)方式下，兩者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HS-PDSCH沒有快速功控，會(huì)給同時(shí)隙的R4業(yè)務(wù)帶來一定干擾，會(huì)導(dǎo)致R4容量或者覆蓋有一定程度的損失。同時(shí)，對MAC-HS層碼資源調(diào)度算法、Node B功率控制、RNC側(cè)RRM算法會(huì)帶來較大的復(fù)雜性。

仿真中單時(shí)隙單載波總發(fā)射功率為34dBm，HSDPA與R4平分碼資源，可以看出當(dāng)HSDPA功率為31dBm時(shí)，語音的下行中斷率偏高，超過了2%，說明HSDPA對同時(shí)隙的語音業(yè)務(wù)產(chǎn)生了干擾，使得語音業(yè)務(wù)的QoS得不到保證。降低HSDPA功率至28dBm時(shí)，語音下行中斷率便可維持在2%以內(nèi)，同時(shí)HSDPA的流量也沒有發(fā)生明顯下降。從表1的仿真結(jié)果看，在混合時(shí)隙組網(wǎng)方式下，通過適當(dāng)降低HSDPA發(fā)射功率來規(guī)避其對R4的干擾是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的一個(gè)重要方法。

表1　混合時(shí)隙下R4語音與HSDPA性能

2.HSDPA與R4獨(dú)立時(shí)隙

獨(dú)立時(shí)隙的意思是在同一載波上HSDPA和R4分別占用不同的時(shí)隙。由于小區(qū)間HSDPA時(shí)隙與R4時(shí)隙的不統(tǒng)一性，小區(qū)間就可能存在HSDPA業(yè)務(wù)信道對R4的干擾，這種干擾為鄰小區(qū)干擾，在商用網(wǎng)絡(luò)中也是最有可能大量出現(xiàn)的，相比混合時(shí)隙方式下的本小區(qū)干擾要小，對R4業(yè)務(wù)帶來影響也比較小。

仿真中HSDPA時(shí)隙與R4語音時(shí)隙在小區(qū)間以50%概率隨機(jī)分布，可以看到此時(shí)HSDPA時(shí)隙也會(huì)對R4語音時(shí)隙造成干擾，使得R4時(shí)隙的中斷率出現(xiàn)一定程度的抬升，不過可以適當(dāng)降低HSDPA時(shí)隙的功率來保證R4時(shí)隙的中斷率QoS。從表2的仿真結(jié)果可以看出，適當(dāng)調(diào)整HSDPA時(shí)隙的發(fā)射功率也是該場景下網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重要手段，同時(shí)也可以運(yùn)用適當(dāng)?shù)腞RM策略調(diào)整HSDPA與R4業(yè)務(wù)的時(shí)隙位置，規(guī)避干擾。

表2　獨(dú)立時(shí)隙下R4語音下行中斷率

HSDPA與R4混合組網(wǎng)策略總結(jié)

從實(shí)際應(yīng)用看，會(huì)在R4網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上引入HSDPA業(yè)務(wù)。HSDPA業(yè)務(wù)有可能占用單獨(dú)的載波，也有可能與R4業(yè)務(wù)混合組網(wǎng)。對于HSDPA業(yè)務(wù)占用單獨(dú)載波而言，HSDPA載波將與R4載波使用相同的時(shí)隙切換點(diǎn)，時(shí)隙比3:3組網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)HSDPA上行利用不足，時(shí)隙比2:4組網(wǎng)則R4下行利用不足。如果HSDPA與R4混合組網(wǎng)的話，就要充分考慮到HSDPA對R4帶來的干擾。

從仿真結(jié)果來看，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整HSDPA的發(fā)射功率可以有效的保證R4業(yè)務(wù)的中斷率。在HSDPA/R4混合載波組網(wǎng)方式下，時(shí)隙碼道資源配置靈活，有利于平滑升級，從系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜性以及干擾的角度考慮，我們更加推薦HSDPA/R4混合載波獨(dú)立時(shí)隙組網(wǎng)，實(shí)際組網(wǎng)中在此基礎(chǔ)上還可以對HSDPA進(jìn)行多載波捆綁配置，提高吞吐量。