TD-SCDMA HSDPA组网分析
1、引言
hsdpa是td-scdma系统提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。与r4架构相比，hsdpa在不改变原有版本网络架构的情况下引入了自适应调制编码amc、混合自动重传harq等关键技术，并将分组调度器从rnc移到node b中，以便在node b中实现mac-hs协议控制的快速分组调度。通过hsdpa技术，下行ps数据业务速率可以提高到10mbit/s以上，而且，hsdpa技术还可以和ofdm、mimo等新技术结合，提供更高的数据传输速率。
2、hsdpa关键技术
2.1 自适应调制编码amc
amc是hsdpa中采用的典型的链路自适应技术，其核心思想就是网络侧node b根据当前ue上报的无线信道质量状况（cqi）和网络资源的使用情况，选择最佳的下行链路调制和编码方式，以确定发送数据的速率，从而尽可能地增大终端用户的数据吞吐量，降低传输迟延。
当用户处于有利的通信点，如靠近node b时，则选择高阶调制和高速率的信道编码方式，如16qam、3/4编码速率来传送用户数据，从而得到较高的传输速率；而当用户处于不利的通信点，如远离node b时，则选取低阶调制方式和低速率的编码方式，如qpsk调制、1/4编码速率来传送用户数据，从而保证通信质量。
2.2 混合自动重传请求harq
harq是自动重传请求（arq）和前向纠错（fec）技术相结合的一种纠错方法。当接收方在解码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数据和先前接收到的数据进行组合，这样可以提高系统性能。
harq有两种重传方式，一种是在重传时，重传数据与初次发送时相同，这种方式被称为chase combine（cc）或soft combining；另一种是被重传的数据与前次发送数据有所不同，这种方式被称为增量冗余incremental redundancy（ir）。后一种方式的性能要优于第一种，但在接收端需要更大的内存。
2.3 快速分组调度
hsdpa技术为了能更好地适应无线信道的快速变化，将调度功能单元放在node b新增的mac-hs功能实体中而不是rnc中。根据无线信道的质量状况、等待发送的数据量、业务的优先级、ue的能力级以及可分配的资源等因素，分组调度算法可快速地实现共享资源的最优分配。调度算法一般有轮循（round robin）调度算法、比例公平（proportional fair）调度算法和max c/i调度算法。其中，比例公平调度算法解决了小区吞吐量和服务公平性之间矛盾，并且该算法还有实现容易、反映速度快等的优点，是所有分组调度算法中相对较好的。
2.4 多载波hsdpa
td-scdma单小区多载波是指在一个小区内同时支持多个载波，其中定义一个主载波，其它载波为辅载波。只有主载波ts0时隙上有公共控制信道，而专用信道可配置在主载波和辅载波上。这样，在不增加小区数量，不影响邻区关系和ts0公共物理信道覆盖的前提下，通过增加载波扩大了小区的容量。
多载波hsdpa是指一个ue可以同时使用多个载频的hsdpa资源，这样使得ue的理论峰值速率大大提高，理论上单载波hsdpa理论峰值速率为2.8mbit/s，当采用n载波时，理论上可以获得n倍的2.8mbit/s的峰值速率。
3、td-hsdpa组网形式
目前从实际情况来看，td-hsdpa单独组网还不能承载cs域业务，所以这种组网方式一般不存在，我们只考虑在r4网络规划的基础上进行hsdpa的组网。这种r4与hsdpa混合组网的载波配置方案有独立载波、混合载波混合时隙和混合载波独立时隙三种方式。
3.1 hsdpa独立载波组网
独立载波组网是指在同一个扇区内，hsdpa和r4网络分配不同的载波资源。hsdpa独享一个或多个载波，并且只提供hsdpa服务，而r4载波内只能提供r4服务。如图1所示。
图1 hsdpa和r4业务分载波配置
根据用户业务模型，可以考虑hsdpa和r4业务两种不同的载波分配比例，在网络建设初期，话音业务需求相对较大，可以采用r4业务占2个载波，hsdpa业务占1个载波，随着网络建设的发展，数据业务的用户逐渐增多，可以采用r4业务占1个载波，hsdpa业务占2个载波。
独立载波组网时，建议不同载波的时隙切换点要相同。当上下行时隙比3:3组网时一般会出现hsdpa上行资源利用不足，时隙比2:4组网时则r4下行资源利用不足。
3.2 hsdpa与r4混合载波组网
3.2.1 hsdpa与r4混合时隙
混合时隙是指在同一载波上hsdpa与r4话音共同占用同一时隙的码道，如图2所示。在这种情况下hsdpa和r4话音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业务信道高速下行共享物理信道（hs-pdsch）没有快速功控，给同时隙的r4业务带来一定干扰，会导致r4容量与覆盖有一定程度的损失。我们按时隙码道分配方式为2上4下，hsdpa与r4平分3个下行时隙的码道的情况下进行仿真，仿真结果如图3所示。从仿真情况看，由于hsdpa对话音有较大的干扰，按照2%中断率标准，单时隙只有一个话音用户可用。因此，混合时隙配置方式可用，但不推荐采用。
图2 hsdpa与r4业务混合时隙配置
3.2.2 hsdpa和r4独立时隙
独立时隙是指在同一载波上单独给hsdpa和r4分配不同的时隙，单个载波既能提供hsdpa服务又可以提供r4服务。这种组网形式的优点是可以根据不同的上下行业务需求，分别为hsdpa和r4分配时隙个数，易于支持hsdpa和r4业务的并发。如果r4资源不够，可以占用hsdpa的时隙，反过来如果hsdpa的资源不够，也可以用占r4的时隙。相比混合时隙方式，这种组网方式下的本小区干扰要小，对r4的业务影响也比较小，但hsdpa业务信道对r4业务仍然存在邻小区干扰。经过仿真可以看出，当单时隙话音用户数达到8个时，话音中断率小于2%，即单时隙基本可以满足8个用户。
图3 hsdpa与r4业务混合时隙配置情况下的仿真结果
这种方式下一般有两种时隙配置：时隙比例按照3:3进行配置，其中r4配置1对时隙，hsdpa配置2对时隙；若时隙比例按照2:4进行配置，其中r4业务配置1对时隙，其余时隙配置为hsdpa业务，如图4所示。
图4 hsdpa与r4业务独立时隙配置
3.3 td-hsdpa组网形式总结
对于hsdpa/r4独立载波组网方式，在使用相同的时隙切换点下，hsdpa和r4业务互不影响。但由于要单独给hsdpa业务分配载波，在现阶段r4业务量占据优势的情况下，这种分配方式是不合理的，所以不推荐hsdpa/r4独立载频组网。
hsdpa/r4混合载波混合时隙组网方式下，时隙、码道资源分配灵活，载波间负载均衡，并且支持r4与hsdpa业务并发。但hsdpa和r4业务间不但存在时隙间干扰，还存在码道间干扰，从而造成干扰较大（从仿真结果可看出），因此也不推荐hsdpa/r4混合载波混合时隙组网。
hsdpa/r4混合载波独立时隙组网，不但具有时隙、码道资源分配灵活，载波间负载均衡，支持r4与hsdpa业务并发的优点外，更为重要的是r4和hsdpa业务不存在码道间干扰，相比混合时隙组网干扰要小。因此推荐hsdpa/r4混合载波独立时隙组网。
4、结束语
hsdpa是td-scdma增强技术和长期演进的技术路线。hsdpa技术将是下一阶段td-scdma网络的建设热点。本文介绍了hsdpa的关键技术后，分别就3种组网方式进行了分析，说明了各自的优缺点，最后推荐hsdpa/r4混合载波独立时隙组网方式。
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2、hsdpa关键技术
2.1 自适应调制编码amc
amc是hsdpa中采用的典型的链路自适应技术，其核心思想就是网络侧node b根据当前ue上报的无线信道质量状况（cqi）和网络资源的使用情况，选择最佳的下行链路调制和编码方式，以确定发送数据的速率，从而尽可能地增大终端用户的数据吞吐量，降低传输迟延。
当用户处于有利的通信点，如靠近node b时，则选择高阶调制和高速率的信道编码方式，如16qam、3/4编码速率来传送用户数据，从而得到较高的传输速率；而当用户处于不利的通信点，如远离node b时，则选取低阶调制方式和低速率的编码方式，如qpsk调制、1/4编码速率来传送用户数据，从而保证通信质量。
2.2 混合自动重传请求harq
harq是自动重传请求（arq）和前向纠错（fec）技术相结合的一种纠错方法。当接收方在解码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数据和先前接收到的数据进行组合，这样可以提高系统性能。
harq有两种重传方式，一种是在重传时，重传数据与初次发送时相同，这种方式被称为chase combine（cc）或soft combining；另一种是被重传的数据与前次发送数据有所不同，这种方式被称为增量冗余incremental redundancy（ir）。后一种方式的性能要优于第一种，但在接收端需要更大的内存。
2.3 快速分组调度
hsdpa技术为了能更好地适应无线信道的快速变化，将调度功能单元放在node b新增的mac-hs功能实体中而不是rnc中。根据无线信道的质量状况、等待发送的数据量、业务的优先级、ue的能力级以及可分配的资源等因素，分组调度算法可快速地实现共享资源的最优分配。调度算法一般有轮循（round robin）调度算法、比例公平（proportional fair）调度算法和max c/i调度算法。其中，比例公平调度算法解决了小区吞吐量和服务公平性之间矛盾，并且该算法还有实现容易、反映速度快等的优点，是所有分组调度算法中相对较好的。
2.4 多载波hsdpa
td-scdma单小区多载波是指在一个小区内同时支持多个载波，其中定义一个主载波，其它载波为辅载波。只有主载波ts0时隙上有公共控制信道，而专用信道可配置在主载波和辅载波上。这样，在不增加小区数量，不影响邻区关系和ts0公共物理信道覆盖的前提下，通过增加载波扩大了小区的容量。
多载波hsdpa是指一个ue可以同时使用多个载频的hsdpa资源，这样使得ue的理论峰值速率大大提高，理论上单载波hsdpa理论峰值速率为2.8mbit/s，当采用n载波时，理论上可以获得n倍的2.8mbit/s的峰值速率。
3、td-hsdpa组网形式
目前从实际情况来看，td-hsdpa单独组网还不能承载cs域业务，所以这种组网方式一般不存在，我们只考虑在r4网络规划的基础上进行hsdpa的组网。这种r4与hsdpa混合组网的载波配置方案有独立载波、混合载波混合时隙和混合载波独立时隙三种方式。
3.1 hsdpa独立载波组网
独立载波组网是指在同一个扇区内，hsdpa和r4网络分配不同的载波资源。hsdpa独享一个或多个载波，并且只提供hsdpa服务，而r4载波内只能提供r4服务。如图1所示。
图1 hsdpa和r4业务分载波配置
根据用户业务模型，可以考虑hsdpa和r4业务两种不同的载波分配比例，在网络建设初期，话音业务需求相对较大，可以采用r4业务占2个载波，hsdpa业务占1个载波，随着网络建设的发展，数据业务的用户逐渐增多，可以采用r4业务占1个载波，hsdpa业务占2个载波。
独立载波组网时，建议不同载波的时隙切换点要相同。当上下行时隙比3:3组网时一般会出现hsdpa上行资源利用不足，时隙比2:4组网时则r4下行资源利用不足。
3.2 hsdpa与r4混合载波组网
3.2.1 hsdpa与r4混合时隙
混合时隙是指在同一载波上hsdpa与r4话音共同占用同一时隙的码道，如图2所示。在这种情况下hsdpa和r4话音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业务信道高速下行共享物理信道（hs-pdsch）没有快速功控，给同时隙的r4业务带来一定干扰，会导致r4容量与覆盖有一定程度的损失。我们按时隙码道分配方式为2上4下，hsdpa与r4平分3个下行时隙的码道的情况下进行仿真，仿真结果如图3所示。从仿真情况看，由于hsdpa对话音有较大的干扰，按照2%中断率标准，单时隙只有一个话音用户可用。因此，混合时隙配置方式可用，但不推荐采用。
图2 hsdpa与r4业务混合时隙配置
3.2.2 hsdpa和r4独立时隙
独立时隙是指在同一载波上单独给hsdpa和r4分配不同的时隙，单个载波既能提供hsdpa服务又可以提供r4服务。这种组网形式的优点是可以根据不同的上下行业务需求，分别为hsdpa和r4分配时隙个数，易于支持hsdpa和r4业务的并发。如果r4资源不够，可以占用hsdpa的时隙，反过来如果hsdpa的资源不够，也可以用占r4的时隙。相比混合时隙方式，这种组网方式下的本小区干扰要小，对r4的业务影响也比较小，但hsdpa业务信道对r4业务仍然存在邻小区干扰。经过仿真可以看出，当单时隙话音用户数达到8个时，话音中断率小于2%，即单时隙基本可以满足8个用户。
图3 hsdpa与r4业务混合时隙配置情况下的仿真结果
这种方式下一般有两种时隙配置：时隙比例按照3:3进行配置，其中r4配置1对时隙，hsdpa配置2对时隙；若时隙比例按照2:4进行配置，其中r4业务配置1对时隙，其余时隙配置为hsdpa业务，如图4所示。
图4 hsdpa与r4业务独立时隙配置
3.3 td-hsdpa组网形式总结
对于hsdpa/r4独立载波组网方式，在使用相同的时隙切换点下，hsdpa和r4业务互不影响。但由于要单独给hsdpa业务分配载波，在现阶段r4业务量占据优势的情况下，这种分配方式是不合理的，所以不推荐hsdpa/r4独立载频组网。
hsdpa/r4混合载波混合时隙组网方式下，时隙、码道资源分配灵活，载波间负载均衡，并且支持r4与hsdpa业务并发。但hsdpa和r4业务间不但存在时隙间干扰，还存在码道间干扰，从而造成干扰较大（从仿真结果可看出），因此也不推荐hsdpa/r4混合载波混合时隙组网。
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4、结束语
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