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。