TD-SCDMA系统具有无线频谱利用率高、上下行非对称业务承载能力强等优点,在现有的几个3G系统中,其优势是比较突出的。而HSDPA的引入将进一步增强TD-SCDMA系统的无线数据吞吐能力,从而全面满足未来3G业务的运营需求,可以极大地提升终端用户满意度,并增加客户ARPU值。
1、HSDPA的关键技术
(1)自适应调制编码
自适应调制编码(AMC)通过改变调制方式和信道编码率来调整传输速率,HSDPA调制分为QPSK和16QAM两种。处于有利位置(比如离基站较近)的用户会被分配到较高的调制等级和较高的编码速率(例如16QAM和R=3/4的码率);而处于不利位置(比如接近小区边缘)的用户会被分配到较低的调制等级和编码速率(例如QPSK和R=1/2的码率)。系统仿真表明,和采用单一QPSK调制的系统相比,采用16QAM和QPSK组合调制的系统可提高大约20%的平均吞吐率。
(2)混合自动重传请求
混合自动重传请求(HARQ)采用HARQ技术,接收方在译码失败的情况下,会保存接收数据,并要求发送方重传数据,然后接收方会将重传数据和前面的数据进行合并,再送到译码器进行译码。因为数据在译码器译码前进行了合并,因而译码数据具有更多的信息量,从而可以提高译码的成功率,降低错误率。HARQ技术可以提高系统性能,并可灵活地调整有效码元速率,补偿由于采用链路适配(主要指AMC选择的传输格式)不合适所带来的误码。
(3)快速调度
快速调度控制着共享资源的分配,每一个发送时隙决定了被服务的用户,也在很大程度上决定了系统的性能。调度主要基于信道条件,同时还应考虑等待发送的数据量以及业务的优先等级等情况,并充分发挥AMC和HARQ的能力。
TD-SCDMA标准针对HSDPA的改动并不大,主要是在Node B加入了一个新的媒体接入控制子层(MAC-hs)用于控制高速数据传输。同时,为了做到前向兼容,TD-SCDMA增加定义了几种新的传输信道和物理信道。对TD-SCDMA系统设备而言,通过升级换代使设备具有HSDPA功能十分容易做到,这是因为TD-SCDMA标准的很多物理层技术都是通过软件无线电来实现的,而通过软件升级实现HSDPA物理层技术正是该系统设备的优势所在,因此,不需要更改硬件设备就可以实现升级。
2、TD-SCDMA+HSDPA无线组网方案
目前,由于尚无较大规模的TD-SCDMA网络,因此,网络建设方案尚未经过实践的验证。针对TD-SCDMA的特点,网络建设初期可能有两种方案,它们分别是:HSDPA与TD-SCDMA共小区直接建网、HSDPA与TD-SCDMA使用不同的小区分层建网。另外,下文还重点研究了HSDPA室内组网的特点。
2.1 HSDPA与TD-SCDMA共小区
HSDPA与TD-SCDMA共小区包括异载频和共载频等形式。HSDPA与TD-SCDMA共同使用基站功率、载频、时隙和信道化码等资源,并在系统的统一调度下发挥各自的优势。这种方案的具体特点如下:
◆TD-SCDMA支持的CS、PS业务与HSDPA支持的高速数据业务共享频率及功率,可做到资源利用的最大化;
◆业务选择灵活,可以避免因为小区不同带来的UE小区选择、驻留等问题;
◆支持CS/PS并发业务;
◆可以保证与TD-SCDMA的低速数据业务基本同覆盖。链路预算结果表明,在等效发射功率约为50dBm时,HSDPA数据业务与TD-SCDMA的CS64k可视电话业务的最大路损基本一致。也就是说,在基站发射功率留有余量的情况下,HSDPA业务的覆盖范围与TD-SCDMA的传统业务覆盖范围是一致的;
◆升级快速方便,节省投资;
◆HSDPA与TD-SCDMA共小区方案引入的复杂性;
◆对TD-SCDMA与HSDPA各自的业务进行合适的功率分配;
◆码资源分配及调度策略。
采用同频组网方案,需要平衡TD-SCDMA传统承载业务(主要指CS业务)和HSDPA高速数据业务对无线资源的使用。在建网初期,预测CS业务和HSDPA的业务量分别约为70%和30%,则在无线资源的分配上也大致按此比例。根据网络发展阶段容量的预测,TD-SCDMA小区采用3载波可以满足城区的容量需求(CS话音+PS数据业务),那么根据上述无线资源的分配比例,并结合TD-SCDMA载波特点,可以有如下几种无线资源的分配方案。
(1)上下行对称的承载方式
上下行对称的承载方式(如图1所示),即在每个载波上采用3:3上下行业务时隙对称分配。载波1和2承载CS业务,载波3单独承载HSDPA业务。这样做的好处是可以保证有足够的CS业务承载能力,同时又能达到一定的HSDPA数据吞吐量,比较符合业务量的比例关系。缺点则是载波3的上行资源有所浪费,且不支持CS业务和HSDPA业务的并发(终端不支持多载波)。
(2)上下行非对称的承载方式
上下行非对称的承载方式(如图2所示),即在每个载波上采用1:5或2:4的上下行业务时隙分配。如果采用1:5的时隙分配比例,则CS业务承载能力明显不足,不符合业务量的需求。如果采用2:4的时隙分配比例,载波1和载波2承载CS业务(两对上下行时隙,其中少量上行资源分配给PS上行使用)和低速的R4 PS业务或HSDPA业务,载波3承载CS业务(一对上下行时隙)和HSDPA业务,在CS业务承载能力上,这种方式比采用3:3比例的方式下降了25%,但在数据业务承载能力上则增加60%以上。根据图1和图2分析对比可知,在满足业务量需求方面,上下行非对称的承载方式对CS业务承载能力稍有不足,而数据业务承载能力却明显增强;在无线资源利用方面,上下行非对称的承载方式可充分利用无线资源,可以支持CS和HSDPA业务的并发。
2.2 HSDPA与TD-SCDMA异小区组网
这种方案(如图3所示)是HSDPA采用与TD-SCDMA不同的小区进行组网,组成另外一层网络。TD-SCDMA网络承载CS业务和低速R4数据业务,HSDPA网集中提供高速数据业务,然后通过切换实现两个系统之间业务承载能力的互补。
HSDPA与TD-SCDMA异小区组网的优势在于:
◆独立组网,与TD-SCDMA网络互不影响,避免了复杂的码资源、功率资源规划;
◆充分发挥各自的长处,实现无线资源的最佳使用。
但是,这种组网方式也带来了如下问题:
◆HSDPA需要单独组网,网络建设成本高;
◆初期的用户数量有限,TD-SCDMA与HSDPA各自占用一个小区,共享程度低,网络整体效能下降;
◆为了支持CS和HSDPA并发业务,需要多载频的终端,并且要支持多小区驻留,设备复杂性增加。
2.3 TD-SCDMA和HSDPA室内组网
与室外环境相比,室内环境具有如下适宜采用HSDPA的显著特点:
◆覆盖区域有限;
◆传播环境较好;
◆邻区干扰少;
◆用户数有限;
◆对无线数据业务的需求较大。
而HSDPA在室内应用的优势则有如下几点:
◆由于信道条件要比室外环境好得多,HSDPA数据吞吐量可以接近峰值;
◆由于用户数量较少,采用HSDPA和TD-SCDMA共小区的方案可以将更多的无线资源分配给HSDPA;
◆可以采用较简单的天线结构,HSDPA和TD-SCDMA异小区组网在成本上比较节省。
因此,HSDPA和TD-SCDMA在室内环境的组网具有很大的灵活性。
3、TD-SCDMA+HSDPA地面网络传输资源的组织
在无线侧引入HSDPA,会使空中接口的数据流量加大,同时,地面传输网络也要作相应的调整,以适应这种变化。Node B到RNC的Iub接口传输资源和RNC到CN的传输资源需要增加,具体增加的幅度根据无线组网方案进行计算。
目前,地面传输的手段主要是ATM Over E1同轴电缆或ATM Over SDH光纤,对于承载CS,它们的业务效率很高,但对于承载以IP包为主的数据业务,则不如以太网。面对HSDPA带来的数据流量大幅增长的情况,采用FE和GE单独承载数据业务的地面传输方式成为一种趋势,这可以提高效率,降低成本。但同时,在TD-SCDMA网络设备和地面传输复用设备上也应做好相应的准备。
TD-SCDMA+HSDPA,如虎添翼。在实际的组网中,应紧密配合运营商的业务开展需求,仔细做好规划,以求做到最佳组合,充分发挥TD-SCDMA的全部优势,使移动新生活进入千家万户。