TD-HSDPA网络规划及组网策略

北京邮电大学信息与通信工程学院 傅瑜

　　TD-HSDPA由于采用了高阶调制16QAM、HARQ和快速调度等算法，在实测中表现出较高的频率利用率和码字利用率，并且在很多方面拥有优良的性能。但是，TD-HSDPA仍然存在一些问题，需要我们进一步深化对其性能以及规划优化方面的研究。

　　HSDPA是TD-SCDMA、WCDMA在3GPPR5中引进的增强型技术。随着TD-SCDMA技术的成熟,向HSDPA、HSUPA演进成为TD-SCDMA的发展方向。特别是在网络建设初期，TD-HSDPA技术还不成熟的时候，中国移动就提出了高标准、高起点建设TD-SCDMA试验网络的策略，并对设备及终端厂家制定了详细的技术规范。在业界的共同努力下，今年10个TD-SCDMA城市已经完成HSDPA升级。

　　引入HSDPA的效果

　　首先，引入HSDPA可以明显地提高峰值传输速率，1.6Mbit/s的带宽上支持的下行峰值速率可以达到2.8Mbit/s，如果结合多载波和N频点技术，理论上多载波下行峰值速率可以达到n×2.8Mbit/s,它主要采用了以下关键技术来实现承载更高的数据传输速率。

　　1.AMC(自适应调制编码)

　　AMC技术的基本原理是根据信道的情况来确定合适的调制编码方式，以最大限度地发送数据信息，实现最高的传输速率。同时，根据用户信道质量的反馈，动态地调整调制编码方案，从而获得较高的传输速率和频谱利用率。基于AMC技术，当用户处于有利的通信环境时，可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式，从而得到较高的数据速率;当用户处于不利的信道环境时，可以选择低阶调制方式和低速率的信道编码方案，以保证通信质量。AMC意味着“更多选择、更高效率”。

　　2.HARQ(混合自动重传请求)

　　HARQ自动根据瞬时信道条件，灵活调整有效编码速率，还可以补偿因采用链路适配所带来的误码。HARQ技术把前馈纠错(FEC)和ARQ方法结合在一起，保存以前尝试失败中的信息用于未来解码中。它是一种暗示链路适配技术。AMC采用明示的C/I或类似措施，设置调制和编码格式，而HARQ则采用链路层确认制定重传决策。从另一个角度讲，AMC提供了粗数据速率选择，而HARQ则根据信道条件提供数据速率微调功能。HARQ意味着“纠错能力更强，效率更高”(如图1所示)。

图1 HARQ的特点

　　3.快速调度

　　快速调度控制着共享资源的分配，对于每一个发送时隙，它决定了被服务的用户。因此，它在很大程度上决定了系统的性能。调度主要是基于信道条件进行的，同时还要考虑等待发送的数据量以及业务的优先等级等情况，充分发挥了AMC和HARQ的能力。快速调度意味着“平衡网络效率与公平”。

　　TD-HSDPA在NodeB中采用了一个新的媒体接入控制子层(MAC-hs)来控制高速数据传输，同时还定义了几种新的传输信道和物理信道(如图2所示)，包括下行HS-PDSCH、下行HS-SCCH和上行HS-SICH等。HS-SCCH用于下行控制信息的传输，主要是对终端分配资源的指示。NodeB可能传送多个HS-SCCH信道的信息给不同组的终端，如果HS-SCCH没有被确定，终端要监听最多4个HS-SCCH信道的信息。如果HS-SCCH被确定，终端只监听一个HS-SCCH信道的信息。HS-DPCCH主要用于上行控制信息的传输，主要承载H-ARQ的ACK/NACK信息、信道质量信息等。

图 2 HSDPA新增的物理信道

　　HSDPA的高系统容量和吞吐率的提高，主要在于以下2个方面。

　　(1)衰落信道快速调度增益、AMC增益、HARQ合并增益。

　　(2)多用户充分共享资源可以提高资源使用率。

　　经过系统仿真表明：在宏小区环境可提高70%系统吞吐率；微小区提高200%，并且减少传输时延，提高传输效率。在R4中由RNC控制完成RLC数据重传，涉及RLC信令和Iub传输，时延大。而在HSDPA中NodeB通过快速调度减小处理时延，并且HARQ可以有效地减少重传次数。

HSDPA对网络规划的影响

　　采用HSDPA和R4混合载频组网时需要在无线网络规划中充分考虑HSDPA的引入对原有R4网络的影响。无线网络规划涵盖了覆盖规划、容量规划、无线资源规划等多个方面的内容，覆盖规划和容量规划是其核心内容，以下将主要分析HSDPA引入对R4无线网络的覆盖及容量两方面的影响。

　　1.对覆盖的影响

　　(1)公共信道对覆盖规划的影响

　　HSDPA引入后在原有R4系统上新增了5个物理信道，HS-SCCH、HS-SICH、伴随DPCH信道的解调门限均低于CS64kbit/s。因此，HSDPA引入后，为了更有效地利用系统资源，一般将公共信道与R4共时隙设置，将HS-PDSCH信道和R4分设在不同的时隙上。

　　R4系统的规划是以解调门限要求最高的CS64kbit/s业务为参考的，HS-SCCH、HS-SICH、上行伴随DPCH信道的解调门限均低于CS64kbit/s，所以在保证CS64kbit/s业务覆盖的情况下，HS-SCCH、HS-SICH、上下行伴随DPCH信道均能够达到良好的覆盖，新增公共信道对原有覆盖规划没有影响。

　　(2)业务信道对覆盖规划影响

　　在保证CS64kbit/s连续覆盖条件下，普通市区三时隙HSDPA边缘覆盖速率达到256kbit/s，可以有3种信道配置方式。

　　第一，HSDPA和R4同频同时隙。在这种配置方式中不采用同一小区同频同时隙的方法，在R4中同频同时隙邻区的R4业务，覆盖半径有10%概率会缩小30～40%。

　　我们可以采取如下策略。

　　首先，降低HSDPA载波的发送功率至少6dB，对应的HSDPA小区吞吐率和边缘覆盖速率降低20～30%。

　　其次，利用RRM算法，降低周围R4小区中与HSDPA同频的载波中对应时隙的接入优先级。

　　第三，HSDPA和R4不共时隙。

　　采用这种策略时，二者在不同的时隙上，不存在相互干扰，不会对容量和覆盖造成任何影响。

　　第四，HSDPA和R4异频共时隙。

　　采用该策略时载波间隔离度ACIR为32.6dB，HSDPA对R4的覆盖基本不造成影响。

　　对于R4网络，不同场景下连续覆盖业务要求不同，业务信道覆盖一般要求在小区边缘处满足不低于某一指定速率承载业务的覆盖要求。对于HSDPA，由于采用了AMC技术，可实现HSDPA的无缝覆盖，不同覆盖电平和邻区干扰的位置会有不同的覆盖速率，所以HSDPA更多关注小区边缘处的连续覆盖数据速率。室外环境3:3时隙配置下，采用1.4Mbit/s终端等级，普通市区HSDPA256kbit/s边缘速率的覆盖半径和R4CS64kbit/s业务覆盖半径基本相当，该速率基本可满足一般室外宏蜂窝场景网络需求。

　　2.对容量的影响

　　采用混合组网方式，HSDPA和R4分配在不同的时隙或者载波上，HSDPA对原系统容量的影响主要体现在码道数目变化上，对规划的影响较低。在进行无线网络规划时，首先需要确定HSDPA网络和R4网络的业务部署策略，制定网络发展目标。鉴于HSDPA承载的频谱效率较高，HSDPA引入后可以将大部分PS数据业务迁移到HSDPA上承载，从而提升系统容量。新的业务承载确定后，再基于新的业务模型以及话务模型，确定网络无线资源配置。

　　TD-HSDPA的组网策略建议

　　一般会有两种组网方式，一种是HSDPA单独组网，另一种是与R4混合组网。对于前一种而言,其好处是HSDPA和R4独立规划，不需要考虑其对R4容量的影响，网络规划简单；其缺点是HSDPA和R4需要不同的频点，对频率资源要求较高。终端很难同时支持并发的传统业务和HSDPA业务，如果有需要，终端要支持在两个频段上进行收发。这样对设备和终端要求高，要求独立频段，成本高。因此在本次网络建设过程中没采取这种方式。

　　另外一种是与R4的混合组网，HSDPA和R4共享频段，R4和HSDPA业务可以分配在同一频段的不同频点上，也可以在某一频点上，同时支持HSDPA业务和R4业务。如果HSDPA与R4共载频的话，就要充分考虑到HSDPA对R4带来的干扰。TD-SCDMA是TDD系统，上下行时隙又可以灵活调整，交叉时隙干扰是影响其服务质量与资源利用率的重要因素。因此相同时隙比例设置的小区要尽量成片，交界线要避免穿过业务密集区域，与街道交叉的角度尽可能大一些。对上下行时隙比例配置不一致的边缘小区需要采用消除交叉时隙干扰的措施，如闭锁时隙、DCA调整或其他优化算法。有效规避交叉时隙干扰有利于保证良好的服务质量，提升运营商的品牌形象。笔者建议混合载波组网采用独立时隙配置，为了避免下行对上行的交叉时隙干扰，在同一地区，要求所有的小区具有相同的时隙配置，方便支持HSDPA和R4的并发组合业务。现有R4网络软件升级，成本低，是目前主要实现的方案。

　　此外，根据由于业务需求的差异，在不同的网络建设阶段、不同场景、不同特征区域TD-HSDPA应该采用差异化的部署策略。

　　1.TD-HSDPA室内覆盖方案

　　室内覆盖是TD-HSDPA需要重点解决的问题，毕竟大部分的高速数据业务是在室内环境中发生的，TD-SCDMA具有丰富的频率资源，为降低干扰，HSDPA的室内分布要尽可能采用与室外宏蜂窝不同的频点。时隙转折点最好也和室外保持一致，降低交叉覆盖区域的掉话率。

　　(1)室内单小区场景

　　在数据业务需求量不大的小型办公楼，为了保证室内良好覆盖，可以部署1个基站，通过室内分布式天线覆盖各个楼层。

　　在建网初期，TD-SCDMA具有如下特点：投资大，但系统容量比较小，以话音业务需求为主。因此，考虑到终端能力的限制，笔者建议为HSDPA配置单独载波，3:3时隙配置。在网络发展阶段，话音用户和数据用户数增大，可以采取HSDPA与R4共载波配置，时隙比例调整为2:4，增加更多载波来满足容量增长需求。

　　(2)室内多小区

　　对于大型体育场馆、机场、车站等大型开阔室内场景，由于用户数目密集，用户话务量高，单小区很难完全吸收所有的话务量，需要多个小区覆盖。室内多小区场景下，为了降低小区间干扰，可以采用多天线通道技术。采用相同频率资源的多个天线覆盖一个小区。为了保证HSDPA的速率，最好采用频率复用系数为2+的多通道方案。

　　2.TD-HSDPA室外覆盖方案

　　国内在通常情况下把密集市区与一般市区都划为业务密集区，这是各运营商的必争之地，因此，这一区域需要提供连续的HSDPA覆盖。网络发展初期，室外热点覆盖主要针对商业密集区、文化广场等室外热点区域，通常通过1个或者几个多载波宏基站小区来覆盖。

　　建网初期，网络部署还是要以保证R4业务为主。受终端能力的限制，HSDPA业务可能仍以数据卡方式为主，对并发业务需求低，市区环境下高速数据业务需求比较旺盛，因此运营商可以采用独立载波方式部署HSDPA以保证较高的系统效率与资源利用率。为保证R4业务需求，通常建议上下行时隙比例配制为3：3，根据语音与数据容量预测分别确定R4与HSDPA载波数量。如果上下行业务比例出现明显不平衡的现象，可以通过调整上下行时隙比例来满足不对称业务需求。在后续建设中运营商可根据业务增长情况采用增加载波的方式来进行扩容。

　　网络发展中后期，数据业务需求量增大时，用户会有R4和HSDPA并发业务的需求，这时可通过增加载频数量来进行扩容。同时，运营商可以考虑提供HSDPA与R4的共用载波以支持并发业务，语音业务和HSDPA资源可在载频间以及载频内灵活分配。保留独立的HSDPA载波来提供优质的数据服务也是一种很好的选择。

　　通过以上分析可以发现，HSDPA在诸多方面的优势，已经成为未来TD-HSDPA网络建设过程中的重要组成部分。通过今年在上海、厦门、深圳等地进行TD-HSDPA外场测试的结果可以发现，TD-HSDPA由于采用了高阶调制16QAM、HARQ和快速调度等算法，在实测中表现出较高的频率利用率和码字利用率，并且在很多方面拥有优良的性能。但是，TD-HSDPA仍然存在一些问题，比如HSDPA基站覆盖、HSDPA业务的QoS保障功能等方面。这些仍然需要我们进一步深化对HSDPA的性能以及规划优化方面的研究。