基于TD-SCDMA的R4與HSDPA混合組網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)性能研究[圖]

高速下行數(shù)據(jù)接入(HSDPA) 是的無線增強(qiáng)型技術(shù)，簡(jiǎn)稱TD-HSDPA。隨著時(shí)分同步碼分多址(TD-SCDMA) 通信系統(tǒng)建網(wǎng)過程中HSDPA 的引入，網(wǎng)絡(luò)中高速不對(duì)稱數(shù)據(jù)服務(wù)可以被支持，這樣以來網(wǎng)絡(luò)容量大幅度增加，運(yùn)營商投入成本也不斷降低，最終為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)的演進(jìn)途徑。目前R4 和的混合組網(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。

為了提升HSDPA 業(yè)務(wù)速率，系統(tǒng)對(duì)HSDPA 業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)信道- 高速物理下行鏈路共享信道(HS-PDSCH) 通常會(huì)配置比較高的固定發(fā)射功率，而業(yè)務(wù)信道缺乏快速功率控制的處理機(jī)制，同時(shí)小區(qū)內(nèi)用戶動(dòng)態(tài)調(diào)度又會(huì)帶來干擾環(huán)境波動(dòng)性，因此承載業(yè)務(wù)的這些用戶可能會(huì)對(duì)周邊承載語音業(yè)務(wù)(R4 業(yè)務(wù)) 的用戶存在較大的干擾，引發(fā)語音用戶小區(qū)發(fā)射功率迅速攀升，從而直接導(dǎo)致高速下行數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)聯(lián)合組網(wǎng)整體性能的急劇惡化。文章通過優(yōu)化HSDPA 單載波發(fā)射功率進(jìn)行細(xì)致的系統(tǒng)級(jí)仿真研究，并提出相應(yīng)的R4 與HSDPA 業(yè)務(wù)混合組網(wǎng)的解決方案[1-2]。

1 TD-SCDMA 系統(tǒng)單時(shí)隙速率的理論計(jì)算

要計(jì)算TD-SCDMA 系統(tǒng)單時(shí)隙速率，首先需要計(jì)算TD-SCDMA 的個(gè)下行時(shí)隙所能承載的理論最高數(shù)據(jù)速率。根據(jù)第三代合作伙伴計(jì)劃協(xié)議TS25.224，1 個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)塊大小是704 個(gè)碼片(chips)，承載數(shù)據(jù)的高速物理下行共享信道擴(kuò)頻因子(SF)=1 或16，文章按SF=1 計(jì)算（SF=16 結(jié)果一樣），則有：

由式(1) 得到單個(gè)時(shí)隙的理論最高速率為563.2 kbit/s。如果最多用個(gè)下行時(shí)隙（除廣播信道TS0 外，還必須留有1 個(gè)下行時(shí)隙承載下行信令和控制信息，如HS-SCCH）來承載，那么單載波的理論速率將達(dá)到563.2 kbit/s×5=2.8 Mbit/s。如果在引入N 頻點(diǎn)組網(wǎng)技術(shù)后，還可以實(shí)現(xiàn)多載波捆綁HSDPA，用戶終端(UE) 可以同時(shí)接收多個(gè)載波的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)速率將得到成倍提高（N×2.8 Mbit/s）。

和HSDPA 混合組網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)仿真研究及外場(chǎng)實(shí)際測(cè)試中空口承載能力（即小區(qū)平均吞吐量）和UE 所處位置的無線環(huán)境、單一小區(qū)同時(shí)在線個(gè)數(shù)、小區(qū)覆蓋半徑等有較大關(guān)系，即按上下行時(shí)隙配置比1:5 計(jì)算出的單載波理論速率2.8 Mbit/s，是系統(tǒng)級(jí)仿真性能研究和外場(chǎng)實(shí)際性能測(cè)試的理論值上限。對(duì)于實(shí)際建網(wǎng)系統(tǒng)而言，當(dāng)通過預(yù)留配置1 個(gè)下行時(shí)隙去承載下行控制信道以及下行伴隨信道(ADPCH)規(guī)避對(duì)小區(qū)(CS)業(yè)務(wù)的干擾及交叉時(shí)隙的干擾時(shí)，R4 和HSDPA 混合組網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)仿真研究和實(shí)際建網(wǎng)的上下行時(shí)隙配置比則為2:4[3]。

2 TD-SCDMA 系統(tǒng)級(jí)仿真原理

實(shí)際的HSDPA 系統(tǒng)通過自適應(yīng)調(diào)制和編碼調(diào)整數(shù)據(jù)速率以滿足信道質(zhì)量，而信道質(zhì)量反應(yīng)在UE 接收載干比(C/I)上，C/I 的計(jì)算公式為：

為用戶單碼道的接收功率；α 為本小區(qū)干擾抑制因子，α聯(lián)合檢測(cè)因子× 非正交因子；I own 為本小區(qū)干擾功率；I other 為來自其他小區(qū)的干擾功率；為下行熱噪聲功率。

文章中R4 和HSDPA 混合組網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)仿真研究中需要分析本小區(qū)目標(biāo)用戶受到本小區(qū)其他用戶及相鄰其他小區(qū)用戶承載不同業(yè)務(wù)帶來的干擾情況。

通過測(cè)量當(dāng)前接收的C/I 來判斷信道質(zhì)量的好壞，根據(jù)當(dāng)前的信道質(zhì)量在協(xié)議規(guī)定的傳輸格式及資源組合(TFRC)表中選擇合適的數(shù)據(jù)塊大小(TBS) 以及調(diào)制編碼方式，同時(shí)UE 還將對(duì)當(dāng)前傳輸時(shí)間間隔(TTI)接收到的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行解碼，最后將確認(rèn)的響應(yīng)/否認(rèn)應(yīng)答信息以及TFRC 信息一起作為信道質(zhì)量指示(CQI)，通過上行專用物理信道(HS-SICH)信道上報(bào)給節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)B 根據(jù)收到的CQI 信息在下一個(gè)內(nèi)發(fā)送合適的數(shù)據(jù)塊。當(dāng)多在線時(shí)，還要考慮到使用的調(diào)度算法，使用最多的是以下3 種基本調(diào)度算法：

基于最大載干比的調(diào)度算法對(duì)用戶輪詢調(diào)度的算法兼顧時(shí)間與資源的比例公平調(diào)度PF 算法文章中R4 和HSDPA 混合組網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)仿真研究中需要兼顧無線信道質(zhì)量和用戶調(diào)度的公平性，因此選取比例公平調(diào)度算法作為基本調(diào)度算法。因此采用選取部分公平調(diào)度算法作為基本調(diào)度算法，分析不同發(fā)射功率下引入HSDPA 業(yè)務(wù)前后R4 業(yè)務(wù)所有小區(qū)下行平均發(fā)射功率變化及引入R4 業(yè)務(wù)前后全網(wǎng)小區(qū)平均吞吐量變化[4]。

3 TD-SCDMA 系統(tǒng)級(jí)仿真場(chǎng)景設(shè)置

根據(jù)表1 和表2 的仿真條件，一方面可以對(duì)比出不同發(fā)射功率下引入HSDPA 業(yè)務(wù)前后R4 業(yè)務(wù)所有小區(qū)下行平均發(fā)射功率變化；另一方面可以對(duì)比引入R4 業(yè)務(wù)前后全網(wǎng)小區(qū)平均吞吐量變化。

圖1(a) 為TD-HSDPA 獨(dú)立載波組網(wǎng)，即同一扇區(qū)內(nèi)、在該網(wǎng)內(nèi)獨(dú)享一個(gè)載波，只提供HSDPA 業(yè)務(wù)�；�礎(chǔ)性能仿真數(shù)據(jù)見表3 中的引入R4 業(yè)務(wù)前TD-HSDPA 小區(qū)平均吞吐量(三時(shí)隙)。

4 TD-SCDMA 系統(tǒng)級(jí)仿真結(jié)果

4.1 引入R4 業(yè)務(wù)后HSDPA 基礎(chǔ)性能

引入R4 業(yè)務(wù)后HSDPA 系統(tǒng)級(jí)仿真結(jié)果分析如下：

(1)引入R4 業(yè)務(wù)( 加入快衰落后且當(dāng)HSDPA 業(yè)務(wù)單載波為時(shí)，CASE 3( 圖1(c)) 下的HSDPA 小區(qū)平均吞吐量比在CASE 1( 圖1(a)) 下的小區(qū)平均吞吐量低7.1%。

(2)引入R4 業(yè)務(wù)( 加入快衰落) 后且當(dāng)HSDPA 業(yè)務(wù)單載波為時(shí)，CASE 3( 圖1(c)) 下的HSDPA 小區(qū)平均吞吐量比CASE 1( 圖1(a)) 下的小區(qū)平均吞吐量升高了。

(3)從圖2 中可以看出在R4 和混合組網(wǎng)這種配置下，引入業(yè)務(wù)( 加入快衰落) 后且HSDPA 業(yè)務(wù)單載波為27 dBm 時(shí)，CASE 3( 圖下高速下行數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)(HS 業(yè)務(wù))受到鄰小區(qū)的干擾比CASE 1(圖下HS 業(yè)務(wù)受到鄰小區(qū)的干擾大。

(4) 實(shí)際組網(wǎng)配置中建議使用優(yōu)化HSDPA 業(yè)務(wù)時(shí)隙的發(fā)射功率的技術(shù)手段。通過采用靈活的HSDPA 的功率配置方案，并且經(jīng)過系統(tǒng)仿真和外場(chǎng)測(cè)試的，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)HSDPA 業(yè)務(wù)時(shí)隙功率配置為較低值27 dBm 時(shí)，小區(qū)平均吞吐量只降低7% 左右，而對(duì)相鄰小區(qū)的R4 用戶干擾仍然處于可控范圍。

(5)實(shí)際組網(wǎng)配置中建議引入多載波、多波束的調(diào)度算法來規(guī)避用戶對(duì)R4 用戶的干擾。

4.2 引入HSDPA 業(yè)務(wù)后R4 基礎(chǔ)性能

純R4 業(yè)務(wù)( 加入快衰落) 下扇區(qū)發(fā)射功率平均值為31.845 dBm；引入業(yè)務(wù)且單載波為27 dBm 時(shí)，業(yè)務(wù)( 加入快衰落) 扇區(qū)發(fā)射功率平均值為30.693 dBm；引入HSDPA 業(yè)務(wù)且單載波為34 dBm 時(shí)，R4 業(yè)務(wù)(加入快衰落) 扇區(qū)發(fā)射功率平均值為。

引入HSDPA 業(yè)務(wù)后R4 系統(tǒng)級(jí)仿真結(jié)果分析如下：

(1)引入HSDPA 業(yè)務(wù)且單載波為時(shí)，圖3 中黑色曲線仿真數(shù)據(jù)和紅色曲線仿真數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)累積分布函數(shù)數(shù)據(jù)的對(duì)比情況如同（圖1(c)）和CASE 2（圖1(b)）的對(duì)比，前者的平均值大約降低了1.2 dB，即業(yè)務(wù)扇區(qū)發(fā)射功率平均值大約降低了1.2 dB。從仿真曲線對(duì)比數(shù)據(jù)中可以看出這種配置情況下，（圖1(c)）下R4 受到的干擾比（圖1(b)）下R4 受到的干擾小。

(2)引入HSDPA 業(yè)務(wù)且單載波為時(shí)，圖3 中藍(lán)色曲線仿真數(shù)據(jù)和紅色曲線仿真數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)累積分布函數(shù)平均值數(shù)據(jù)的對(duì)比情況同如（圖1(c)） 和CASE 2（圖1(b)）的對(duì)比，前者大約升高了0.5 dB，即業(yè)務(wù)扇區(qū)發(fā)射功率平均值大約升高了0.5 dB。從仿真曲線對(duì)比數(shù)據(jù)中可以看出這種配置情況下，（圖1(c)）下R4 受到的干擾比（圖1(b)）下R4 受到的干擾大。

(3)實(shí)際組網(wǎng)配置中建議使用優(yōu)化基于資源、載荷、干擾平衡的系統(tǒng)無線資源管理(RRM) 算法技術(shù)手段，并使用采用全新的動(dòng)態(tài)信道分配算法(DCA)。對(duì)此，存在兩種處理辦法：通過智能天線和RRM 算法，控制相鄰小區(qū)R4 和HSDPA 時(shí)隙間干擾；用戶到了小區(qū)邊緣由信道切換到R4 信道，只在小區(qū)近端提供HSDPA 業(yè)務(wù)[5]。

(4)對(duì)于中國的主流運(yùn)營商來說，采用R4 與HSDPA 混合組網(wǎng)，需要充分考慮到HSDPA 對(duì)R4 帶來的干擾。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的中后期，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求量增大時(shí)，用戶會(huì)有R4 和HSDPA 并發(fā)業(yè)務(wù)的需求，運(yùn)營商可以考慮與R4 的公用載波以支持并發(fā)業(yè)務(wù)，語音業(yè)務(wù)和HSDPA 資源可在載頻間以及載頻內(nèi)靈活分配。

5 基于TD-SCDMA 的R4與HSDPA 混合組網(wǎng)建議

目前TD-HSDPA 單獨(dú)組網(wǎng)暫時(shí)不考慮承載CS 域業(yè)務(wù)，與HSDPA 混合組網(wǎng)的載波配置方案有獨(dú)立載波、獨(dú)立時(shí)隙和混合時(shí)隙種方式，中國主流運(yùn)營商傾向于混合組網(wǎng)方式�；�于TD-SCDMA 的R4 與混合組網(wǎng)方式具體建議如下：

(1)在HSDPA 建網(wǎng)初期，能夠支持HSDPA 的終端比較少，可以通過R4 和HSDPA 分載波的方式，在保證R4 業(yè)務(wù)的同時(shí)，滿足數(shù)據(jù)卡用戶的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。獨(dú)立載波雖然避免了R4 和HSDPA 之間的干擾，但是一個(gè)小區(qū)內(nèi)的時(shí)隙切換點(diǎn)必須相同，在上下行時(shí)隙配置下，單獨(dú)配置業(yè)務(wù)會(huì)浪費(fèi)上行容量資源，該方式目前組網(wǎng)配置支持但不推薦。

(2)混合時(shí)隙指在一個(gè)載波的同一時(shí)隙內(nèi)，按碼道劃分HSDPA 與資源�；旌蠒r(shí)隙既能提供HSDPA 服務(wù)又可提供R4 服務(wù)，且兩者皆處于同一時(shí)隙，可根據(jù)數(shù)據(jù)與話音業(yè)務(wù)的需要，把資源配置比例精確粒度到碼道級(jí)。當(dāng)R4 和HSDPA 處在同一個(gè)時(shí)隙，除了時(shí)隙間干擾之外，還存在本小區(qū)時(shí)隙內(nèi)不同碼道之間的干擾，由于時(shí)隙內(nèi)功率分配和碼資源規(guī)劃復(fù)雜，小區(qū)內(nèi)R4 和HSDPA 間目前沒有有效的干擾消除方法。考慮到單時(shí)隙業(yè)務(wù)量有限，因此建議HSDPA 與R4 業(yè)務(wù)按不同時(shí)隙配置，在一個(gè)時(shí)隙之內(nèi)不再細(xì)分與R4 信道。該方式目前組網(wǎng)配置支持但不推薦。

(3)獨(dú)立時(shí)隙指在同一個(gè)載波內(nèi)，按時(shí)隙劃分HSDPA 與R4 資源。單個(gè)載波既能提供HSDPA 服務(wù)又可以提供R4 服務(wù)。一方面，獨(dú)立時(shí)隙方案可以根據(jù)不同的上下行業(yè)務(wù)需求，分別為R4 和HSDPA 分配時(shí)隙個(gè)數(shù)；另一方面，易于支持R4 和HSDPA 的并發(fā)業(yè)務(wù)。R4 和HSDPA 處于同一載波，可根據(jù)數(shù)據(jù)與話音業(yè)務(wù)的需要，設(shè)置R4 和HSDPA 的時(shí)隙比例。需要注意的是當(dāng)激活HSDPA 用戶處在小區(qū)邊緣時(shí)，會(huì)對(duì)鄰區(qū)的R4 時(shí)隙帶來一定干擾。推薦該方式來組網(wǎng)配置。

另外采用異頻組網(wǎng)方式時(shí)，對(duì)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，總體上下行時(shí)隙配置均為3:3。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(gè)載波，HSDPA 業(yè)務(wù)占用2 個(gè)載波。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)的不同服務(wù)質(zhì)量(QoS)問題、同一載波上話音業(yè)務(wù)和高速下行鏈路共享信道(HS-DSCH)承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不同覆蓋的問題以及話音業(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(jiǎn)化了無線資源管理和移動(dòng)性管理。但是終端需要在不同載頻上同時(shí)工作，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的也需要配置和對(duì)稱的上下行轉(zhuǎn)換點(diǎn)，造成了上行資源的浪費(fèi)。

6 參考文獻(xiàn)

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[3] 3GPP TS 25.102 V7.12.0. 3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Networks,，User Equipment (UE) Radio Transmission and Reception TDD) (Release 7) [S].2012.

[4] 3GPP TS 25.105 V6.17.0. 3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Networks, Base Station (BS) Radio Transmission and Reception (TDD) (Release 6) [S].2008.

[5] YD/T5182—2009.第三代移動(dòng)通信基站設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].2009.

作者：王建 來源：《中興通訊技術(shù)》