HSDPA仿真技术浅析

一、概述

    仿真技术是移动通信系统性能验证和实现设计工具的重要手段，通过采用仿真技术模拟系统工作过程，能得到更加精确的系统容量覆盖分析结果，输出运营商所关注的各项网络性能指标。同样，在HSDPA的网络规划中，仿真技术也对理论分析和工程实践具有指导作用。针对HSDPA仿真，典型指标包括：小区吞吐率、边缘速率、用户速率以及覆盖率等，通过对仿真结果进行分析可以合理估计HSDPA网络规模和投资规模，指导运营商在容量、覆盖、服务质量三者间寻求最佳点。

    中兴通讯在3G无线网络仿真中积累了丰富的经验，对于HSDPA网络仿真也进行了深入的研究，形成了一套行之有效的网络仿真规范和方法。中兴通讯本着精益求精的态度，在实践中不断探索、总结、提高，真正具备了为优质HSDPA网络规划提供全面技术支持的能力。

    本文以中兴通讯在HSDPA网络仿真实践中积累的经验为基础，以业界权威的网络规划软件AircomEnterprise为例，介绍HSDPA仿真技术。本文侧重于分析HSDPA仿真与R99仿真的不同点，如HSDPA的仿真参数设置及仿真结果分析等。考虑到建网初期都是R99和HSDPA共载频的，所以本文HSDPA仿真介绍均以R99和HSDPA共载频混合组网为例。

    二、HSDPA仿真原理

    针对HSDPA仿真，仿真平台首先会考虑小区的下行总发射功率，然后再计算在每个格点上的HSDPA用户能够实际获得的SNIR（信号对噪声加干扰功率比）。当HSDPA用户在某一格点上尝试发起呼叫时，首先计算当前格点上能够实际获得的SNIR值，然后与所有承载的目标SNIR按照优先级别逐个进行比较，一旦实际SNIR超过业务所支持的某一个承载的SNIR目标值，即认为能够被成功接入，从而HSDPA业务就建立在了这个承载上。

    在R99系统中，采用Eb/No（每比特能量与噪声功率密度之比）评估业务信道的接收能力，Eb/No是R99中非常关键的指标之一，在链路预算中直接决定了接收机的灵敏度。而在HSDPA系统中，采用的评价指标是Es/No（每符号能量与噪声之比），也就是我们所说的SNIR。AIRCOMEnterprise软件中承载都是以Eb/No作为接入指标的，所以当进行HSDPA仿真时，就有必要将SNIR（Es/No）转换为Eb/No。

    SNIR与Eb/No是成正比的，其换算关系如下：

    其中M表示一个空中符号代表的比特数，当调制方式为QPSK时M＝2，为16QAM时M＝4；Ncodes则表示该承载使用的码的个数。

    三、HSDPA规划

    采用仿真平台进行仿真之前，要对网络进行预规划。与R99一样，HSDPA网络预规划包括建立业务、链路预算以及容量估算等。

    1.业务模型

    HSDPA业务模型的计算中，不再沿用R99中的erl概念，而是直接统计出HSDPA业务的下行总数据吞吐率，并由此决定HSDPA功率分配的额度。要注意的是，HSDPA的上行业务一般是通过PS64K实现的，所以在计算上行PS64K承载的总吞吐率时，应是R99数据业务和HSDPA业务的上行流量之和。R99部分则仍要把各种业务模型数据归整成每种业务的上下行erl，以便用campbell方法进行容量估算。

    2.链路预算

    HSDPA的链路预算主要考虑下行链路预算。

    HSDPA引入了HS-PDSCH信道，即下行物理信道，它的引入是为了承载传输信道HS-DSCH，也就是承载实际的用户数据，其扩频码为SF16，UE可占用多个HS-PDSCH码道，并可根据实际信道条件选择不同的调制方式和编码方式，可承载不同大小的传输块。也正因如此，HSDPA没有固定的下行服务速率，因而在仿真之前的链路预算中需要首先确定被规划区域的小区边缘的用户服务速率需求，即小区边缘速率，进而确定HSDPA下行信噪比（Es/No）取值，随后按照与R99类似的链路预算过程获得最后结果。如果已知需要达到的边缘覆盖距离，可以反推能够达到的下行信噪比值，进而可以获得能够达到的HSDPA边缘速率。如图1所示。

    图1 HSDPA下行链路预算流程图

    需要注意的是，HSDPA因为不支持软切换和快速功控，故HSDPA链路预算中的软切换增益和功控余量均为0。

    3.容量估算

    容量估算的关键点在于应该预留多少功率资源给HSDPA。在建网初期，中兴通讯建议分配30%的功率给HSDPA。除去公共信道功率和HSDPA功率后，剩余功率用于R99下行容量的计算，便可得出满足容量所需的基站数。结合链路预算和容量估算，可知实际所需的基站半径和基站数，从而得到预规划组网方案。

    四、HSDPA仿真参数设置

    组网方案确定后，便可将有关仿真参数输入仿真平台进行仿真。在AIRCOMEnterprise仿真平台中，针对HSDPA有关特性需要进行有关参数的设置。重要的有：

    1.编码率

    在仿真中，HSDPA承载的确定，取决于所采用的调制方式、编码率以及信道编码的数目。调制方式（QPSK和16QAM）和信道编码的最大数(15)在3GPP规范中有明确标准，但编码率的使用并没有严格限定，在AIRCOMEnterprise工具中，编码率被设置成一些默认值，但在实际应用中并不采用默认值，需要另行添加，中兴通讯即有完整的编码率表，囊括了HSDPA网络仿真所需的所有编码率。

    2.HSDPA承载

    承载设置中，Es/No的设置是关键。如前所述，Es/No与SNIR成正比关系，实际每个承载的Es/No值的选取可以与每种承载的CQI值相对应，这也就决定了此种承载所能达到的传输速率。

    3.HSDPA业务

    在仿真业务设置中，要为HSDPA业务单独建立一种业务，并为其下行配上对应所需的若干承载，而上行则通常选择PS64K。中兴通讯为HSDPA业务的下行设置了一系列承载配制方案，可满足各种仿真环境的需求。

    4.码道数

    考虑到建网初期，HSPDA和R99是共载频的，为了避免对R99用户产生较大的影响，HS-PDSCH信道的码道资源不可过多，系统为每个扇区配置5个码道给HSDPA业务使用。考虑到HSDPA建网初期通常使用的终端类型是6类或者12类终端，因此每扇区5码道配置也是比较合理的。

    需要注意的是，在AIRCOMEnterprise仿真平台中，NodeB要设置成支持HSDPA资源的类型，且NodeB和UE所支持的编码率要一致。此外HSDPA业务所占用的功率也要考虑，中兴通讯建议在建网初期，在每扇区5码道配置下，HSDPA一般分配30%的功率。

    五、HSDPA仿真结果分析

    在HSDPA仿真中，最终关注的还是仿真结果，通过对仿真结果的分析，可以有针对性地对规划网络进行调整，以获得最佳网络效果。现通过实际案例，介绍中兴通讯最为关注的几个仿真输出。

    1.导频覆盖强度图

    图2 导频覆盖强度图

    导频覆盖反映了各个地理位置处的UE接收到的平均导频功率RSCP值，如图2所示。由图可知，该规划区域的导频强度都在-90dBm以上，网络质量较高。根据HSDPA无线性能测试，导频强度超过-90dBm时，系统可以达到较高的R99和HSDPA容量。

    2.Ec/Io图

    导频覆盖效果的好坏一方面取决于导频的信号强度，另一方面取决于导频信号质量即Ec/Io。前者仅仅考虑了信号的绝对强度，而后者考虑了全网的干扰水平。从图3所示的导频Ec/Io仿真结果分析中，可以看出规划区域内的导频Ec/Io多数高出-13dB，网络质量较好。根据有关导频Ec/Io、MPO、HS-PDSCH的Es/No之间的内在关系，可快速准确地预估出HSDPA的用户吞吐率。

    图3 导频Ec/Io图

    3.HSDPA有效服务速率图

    HSDPA有效服务速率表示某一位置上的用户可以得到的HSDPA下行速率，从图4可以看到，多数HSDPA用户速率都在600Kbps~1Mbps之间，完全满足初期HSDPA网络中用户的需求。如果速率未达到预期效果，则需要对规划重新进行调整，并再次仿真加以验证。

    图4 HSDPA有效服务速率

    除此之外，我们还需要关注的是每个小区的吞吐率报表，它可以较为直接地体现出每小区HSDPA的性能。如表1所示，各小区均有着较高的吞吐率。

表1 HSDPA小区吞吐率

    通过以上仿真平台对HSDPA网络仿真后的输出描述，我们可以了解被规划区域的网络情况，得到无线网络状况的各项指标，从而指导实际的网络工程建设。

    六、总结

    引入HSDPA之后，在仿真计算过程中需要引入更多的算法，例如功率分配、码资源分配、分组调度等，因此HSDPA的仿真与系统算法更加紧密地联系在一起，这是比以往R99仿真更加复杂之处，需要仿真人员在工程仿真之前对被规划场景进行技术分析，预估关键参数，为下一步的工程化仿真提供参考方案和参数建议，并对相关技术问题提供解决方案，对最终方案的容量、覆盖等技术指标进行精确评估，使得HSDPA仿真结果在工程建设中发挥指导作用。

    中兴通讯现已参与了国内外多个HSDPA网络规划及仿真，已在世界各地承建了10多个支持HSDPA技术的3G网络，得到了运营商的一致认可。