TD-SCDMA HSDP A/R4混合组网研究

 一、引言

    基于用户对下行高速分组数据业务的需求，3GPP在Rel5中引入了HSDPA技术。基于自适应调制编码（AMC），混合自动重传请求（HARQ）等关键技术，HSDPA技术有效地提高了小区流量和峰值速率。TD-SCDMA系统是一个时分双工系统（图1），其上下行的时隙数目可以灵活配置，以支持上下行不对称数据业务。在实际下行链路业务量将普遍大于上行链路业务量的情况下，在TD-SCDMA系统中引入HSDPA技术是非常合适的，可以充分提高频谱效率，从而提高小区吞吐量。基于TD-SCDMA的时隙结构，在现有R4网络中引入HSDPA后可能的组网方式有：

    ●HSDPA与R4独立载波组网；

    ●HSDPA与R4混合载波混合时隙组网；

    ●HSDPA与R4混合载波独立时隙组网。

图1　TD-SCDMA帧结构

    R4语音组网介绍

    根据3GPP协议标准，上行12.2kbit/s语音业务需要占用1条SF=1的码道，下行则需要占用2个SF=16的码道，那么理论上TD-SCDMA系统单时隙最多可容纳16/2=8个语音用户。CDMA系统本身是一个自干扰的系统，系统容量一般表现为干扰受限，而采用先进的智能天线技术以及联合检测技术的TD-SCDMA系统，由于很好地消除了用户间的多址干扰，系统容量不再受限于干扰，在一定的覆盖范围下，系统容量可以达到8用户的理论上限（受限于码道资源）。通过系统仿真结果可以看到，在密集城区环境中，满足2%中断率的QoS要求下，系统上下行均可容纳8个语音用户。图2为下行的覆盖容量图，可以看出，8用户带来的小区收缩是很有限的。

图2　密集城区R4语音下行覆盖容量曲线（2%中断率）

    HSDPA独立载波组网

    1.孤岛单用户性能

    根据协议，1个时隙的数据块大小是704chips，由此计算得到单时隙理论最高速率为563.2kbit/s，在1:5的上下行时隙比配置下，单载波HSDPA理论速率可达2.8Mbit/s。仿真中采用2:4时隙比，HSDPA业务信道占用3个下行时隙，此时最高速率为1.6Mbit/s，系统仿真结果证明在用户所处无线环境较好的时候，速率接近理论上限（图3）。

图3　单用户吞吐量性能（3个下行时隙）

    2.宏小区连续覆盖性能

    HSDPA小区吞吐量的大小是系统内多种因素共同作用的结果，比如，调度算法、在线用户数、业务类型、QoS参数等。仿真给出在密集城区环境下采用对流量折中的比例公平调度算法时FTP业务的小区平均吞吐量，此时的结果可以反映HSDPA连续覆盖时的基本性能。系统仿真结果显示，此时的小区吞吐量大概在600kbit/s～850kbit/s，随覆盖半径增大而减小（图4）。

图4　密集城区HSDPA小区平均吞吐量（比例公平调度算法，3个下行时隙）

    HSDPA与R4混合载波组网

    1.HSDPA与R4混合时隙

    在HSDPA与R4混合时隙组网方式下，两者可以共享码资源与功率资源，提高了资源利用率，但同时由于HSDPA业务信道HS-PDSCH没有快速功控，会给同时隙的R4业务带来一定干扰，会导致R4容量或者覆盖有一定程度的损失。同时，对MAC-HS层码资源调度算法、Node B功率控制、RNC侧RRM算法会带来较大的复杂性。

    仿真中单时隙单载波总发射功率为34dBm，HSDPA与R4平分码资源，可以看出当HSDPA功率为31dBm时，语音的下行中断率偏高，超过了2%，说明HSDPA对同时隙的语音业务产生了干扰，使得语音业务的QoS得不到保证。降低HSDPA功率至28dBm时，语音下行中断率便可维持在2%以内，同时HSDPA的流量也没有发生明显下降。从表1的仿真结果看，在混合时隙组网方式下，通过适当降低HSDPA发射功率来规避其对R4的干扰是网络优化中的一个重要方法。

表1　混合时隙下R4语音与HSDPA性能

    2.HSDPA与R4独立时隙

    独立时隙的意思是在同一载波上HSDPA和R4分别占用不同的时隙。由于小区间HSDPA时隙与R4时隙的不统一性，小区间就可能存在HSDPA业务信道对R4的干扰，这种干扰为邻小区干扰，在商用网络中也是最有可能大量出现的，相比混合时隙方式下的本小区干扰要小，对R4业务带来影响也比较小。

    仿真中HSDPA时隙与R4语音时隙在小区间以50%概率随机分布，可以看到此时HSDPA时隙也会对R4语音时隙造成干扰，使得R4时隙的中断率出现一定程度的抬升，不过可以适当降低HSDPA时隙的功率来保证R4时隙的中断率QoS。从表2的仿真结果可以看出，适当调整HSDPA时隙的发射功率也是该场景下网络优化的重要手段，同时也可以运用适当的RRM策略调整HSDPA与R4业务的时隙位置，规避干扰。

表2　独立时隙下R4语音下行中断率

    HSDPA与R4混合组网策略总结

    从实际应用看，会在R4网络基础之上引入HSDPA业务。HSDPA业务有可能占用单独的载波，也有可能与R4业务混合组网。对于HSDPA业务占用单独载波而言，HSDPA载波将与R4载波使用相同的时隙切换点，时隙比3:3组网会出现HSDPA上行利用不足，时隙比2:4组网则R4下行利用不足。如果HSDPA与R4混合组网的话，就要充分考虑到HSDPA对R4带来的干扰。

    从仿真结果来看，适当的调整HSDPA的发射功率可以有效的保证R4业务的中断率。在HSDPA/R4混合载波组网方式下，时隙码道资源配置灵活，有利于平滑升级，从系统设备复杂性以及干扰的角度考虑，我们更加推荐HSDPA/R4混合载波独立时隙组网，实际组网中在此基础上还可以对HSDPA进行多载波捆绑配置，提高吞吐量。