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| 17 April, 2012 | 一般 | (31 Reads)
WCDMA是領先全球的3G標準之一,在5 MHz頻寬上支持特徵各異的、廣泛的業務種類。 目前3GPP組織發佈的R4/R99標準定義的WCDMA系統,在理想情況下支持最高可達2 Mbit/s的用戶數據速率。然而,對於諸如視頻、流媒體和下載等對流量與延時要求較高的數據業務,還需要系統提供更高的傳輸速率和更短的處理時延。   為更好地發展數據業務及與cdma 1x EV-DO、Wi-Fi、WiMAX等寬帶無線接入技術相競爭,3GPP對空中接口作了改進,並在R5版本中適時地引入了高速下行分組接入(HSDPA)解決方案,以支持高達14.4 Mbit/s的下行峰值速率〔1〕。   HSDPA技術是WCDMA在無線部分的增強與演進,理論上有約5倍於R99網絡的數據吞吐量和約3倍於R99系統的小區容量〔2〕,被視為超3G的3.5G技術。它不但支持高速率不對稱數據服務,而且在增大網絡容量的同時還能使運營商成本最小。   引入HSDPA後的WCDMA網絡的基本結構仍與R99保持一致,且支持其終端與R99終端在同一載波上共存,僅在無線接口部分作了微小的變動,因此可為WCDMA更高數據傳輸速率和更高容量提供一條平穩的演進途徑。   然而,也正是由於HSDPA可以與原R99設備在同一載頻共存,且共享系統的功率資源和信道碼資源,而其資源分配則是依據用戶需求實時動態調整的,因此給HSDPA無線網的規劃設計帶來了難度,即如何在合理分配系統資源、使得網絡性能最佳的同時又能提供一個簡便有效的方法去規劃該無線網絡。 1 HSDPA技術特點簡述   在R99版本的空中接口中,採用了擴頻因子可變的方式來適應多業務數據速率的需求,同時採取功率控制技術以克服WCDMA的遠近效應。而R5版本中定義的HSDPA系統,通過在新增的高速下行共享信道(HS-DSCH)上採取固定擴頻因子為16、支持最多15個碼並行的多碼傳輸方式來提供不同等級的數據速率,用戶之間以碼分和時分的方式加以區分。   為對無線鏈路做到快速響應,以盡可能地提高下行分組數據速率,HSDPA採用了自適應調節速度更快的自適應編碼調製技術(AMC)、混合自動重傳(HARQ)和快速資源調度算法來替代R99中的功控技術。   a) AMC是依據信道情況的瞬時變化,進行調製方式(16QAM或QPSK)和編碼格式(3/4或1/2速率的Turbo編碼)的調整,使用戶達到盡可能高的數據吞吐率。   b) HARQ機制本身的定義是將FEC和ARQ技術相結合的一種差錯控制方案,是指接收方在解碼失敗的情況下,保存接收到的數據,並要求發送方重傳數據,接收方將重傳的數據和先前接收到的數據在解碼之前進行組合。   HARQ技術不僅可以提高系統性能,靈活調整有效碼元速率,還可以補償由於採用鏈路適配所帶來的誤碼。它有兩種運行方式:軟合併和增量冗余(IR),後者的性能要優於前者,但要求接收端有更大的內存。   c) 快速資源調度算法則是基於信道條件,並兼顧公平性的原則來對系統資源進行調配,以獲得小區範圍內最大的數據吞吐量。   同時,HSDPA將重傳與資源調度功能從RNC移植入Node B中新增的MAC-hs功能實體上〔4〕,並將一個最小傳輸時間間隔(TTI)縮短到2 ms(3個時隙),從而有效地降低了終端和Node B之間的處理時延,提升了用戶對信道變化的快速響應能力。 2 HSDPA系統載頻功率設置   不同於CDMA2000的增強版1x EV-DO技術,HSDPA可同時支持與原WCDMA R99設備在同一載頻或不同載頻上工作。   a) 在HSDPA建設初期,考慮到數據業務開展程度並未十分充分,因此從有效利用現有的頻率及硬件資源,並為網絡向HSDPA技術演進提供一個相對經濟及平滑的方案的角度考慮,運營商必會選擇與原R99設備合載頻的方式來承載HSDPA,由此涉及到如何在同一載頻上有效地分配功率及碼字資源,以使小區吞吐量達到最優的問題。   參考文獻3給出了一個特定情況下的系統仿真結果,其中同一載頻上話音與分組業務同時由R99的專用信道(DCH)和R5 HSDPA的HS-DSCH承載,並假設配有1個高速下行共享控制信道(HS-SCCH)的HSDPA用戶最多可以分配5個HS-DSCH並行碼道,即單用戶最高數據速率可達3.6 Mbit/s,而R99信道則可以使用剩餘的碼資源進行服務。由此可得到R99 DCH和R5 HS-DSCH信道共同作用下的總小區平均吞吐量以及各自業務信道所承載的數據吞吐量。   可以看到,隨著分配給HSDPA功率的增加,HS-DSCH所承載的吞吐量呈上升狀態;而DCH上的吞吐量則由於其所分配到的功率不斷減少而下降;同時,總小區平均吞吐量在分配給HSDPA的功率值為7 W以後達到飽和,約為1.3 Mbit/s。由此,可得到一個R99與HSDPA同載頻工作時的功率分配的系統仿真經驗值,即設基站總發射功率為20 W,當為HSDPA業務承載分配7 W功率時,小區吞吐量性能可達最優。   將該功率配置應用於下行鏈路預算中核算下行功率負載因子,進而得到在當前的用戶及業務分佈模型下的合載頻方案的可行性。   參考文獻3還仿真出在小區內僅存在R99終端時的總小區平均吞吐量約為780 kbit/s。相比引入HSDPA技術後的1.3 Mbit/s的吞吐量來說,合載頻方式下HSDPA系統有將近70%的小區容量增益。該增益主要是由快速資源調度算法所得的多用戶分集增益以及AMC/HARQ技術所帶來的高頻譜利用率而得到的。由此可看到引入HSDPA系統後的性能相對於原R99網絡有了很大程度的提高。   b) 當網絡數據業務激增,導致系統負荷超過原有載頻的承載能力時,系統會啟用第二載頻。此時,該第二載頻是採取獨立承載HSDPA數據業務,還是混合承載R99與HSDPA 業務則依然取決於當時的業務及用戶特性。   若採取R99與HSDPA分載頻獨立設置方案,則考慮到HSDPA系統在HS-DSCH上是以速率控制替代了R99的功率控制,因此在每個TTI內是以滿功率發射的。在除去部分信令開銷後,餘下功率資源均可應用於HSDPA業務承載。 3 HSDPA合/分載頻規劃方案分析   作為WCDMA系統的數據增強技術,HSDPA無線網絡規劃的目的就是要根據其技術特點,在基於混合多業務模型下,綜合考慮容量、覆蓋及質量平衡等問題,以一定的區域可靠度為覆蓋目標,確定一個處於最佳均衡點的網絡結構。   其中,由上下行業務分佈預測所進行的上下行負載因子核算是實現HSDPA無線覆蓋與容量最佳平衡的關鍵步驟。 3.1 業務模型定義   業務模型是用來反應各個業務環境下用戶在進行混合業務時,各等級無線承載業務(RAB)的使用比例,並用於估算每用戶平均業務愛爾蘭或數據吞吐量值。在R99與HSDPA用戶共同存在的環境下,需分別定義R99及HSDPA用戶業務模型,以符合各自的業務特徵。   3GPP定義R99的5種基本承載為AMR12.2k、CS64k、PS64k、PS128k及PS384k。考慮到引入HSDPA後下行業務速率等級的提升,並參考3GPP規範所定義的HSDPA終端12種典型業務承載速率〔6〕,在HSDPA業務模型中的下行分組域新增3種基本承載:PS534k、PS800k及PS1600k,分別對應規範中的H-SET1、H-SET5及H-SET3模式中QPSK調製、5個並行碼道傳輸方式的信息速率〔1〕。 3.2 上行鏈路預算及負載因子核算   WCDMA系統表現為覆蓋上行受限,因此上行鏈路預算的目的在於確定一系列規劃目標與參數後,得出各種無線環境下的小區平衡覆蓋半徑。   考慮HSDPA在上行新增了物理層的HS-DPCCH,用於傳送下行無線信道質量CQI及HARQ過程的反饋信息(ACK/NACK),這將導致上行鏈路一定的附加誤碼率及增加終端傳輸的峰均比(PAR),因此HSDPA上行業務信道比R99版本要求有較高的接收Eb/N0,以及終端需預留部分功率儲備來支持傳輸的譜效率,從而影響其上行覆蓋。   參考文獻6指出,在預規劃上行鏈路、保證PS64k數據速率覆蓋能力時,該影響可以忽略。而通常在做密集市區WCDMA R99無線網規時,均以CS64k為上行連續覆蓋目標,其要求略高於PS64k,因此本文中HSDPA上行規劃Eb/N0目標值及系統參數的確定可參考R99網絡的參數。   HSDPA/R99混合小區上行負載因子驗證值41.5%為迭代後的平衡值,小區覆蓋半徑基本受限於CS64k的可視電話業務,其最大允許路徑損耗為124 dB,而0.43 km的小區平衡覆蓋半徑則根據平衡負載因子迭代計算所得。            可見,原基於預規劃上行負載50%的R99無線網小區覆蓋規劃基本適用於本文業務模型下的HSDPA/R99混合無線網,由此,基站的覆蓋範圍初步框定。鑒於引入HSDPA後用戶下行業務激增,需通過下行鏈路預算來核算其下行容量是否受限。 3.3 下行鏈路預算及負載因子核算   在WCDMA系統中,由於下行所有用戶共享基站恆定的發射功率,因此,隨著網絡容量的上升,負載增大,各用戶分配到的功率不斷下降,導致下行鏈路所允許的最大路徑損耗無法與上行達到平衡,從而影響到基站的覆蓋能力。因此,下行鏈路的預算及其負載因子的核算就顯得尤為重要。   針對HSDPA系統來說,需根據不同建設階段的用戶業務特性來採取HSDPA合載頻或獨立載頻的承載方式,而基於HSDPA下行鏈路預算所得的系統下行負載因子則是決定合/分載頻方案的關鍵指標。由此結合上行預算所得的覆蓋範圍,才能得到一個覆蓋及容量結構平衡的無線網絡。 3.3.1 下行部分公共信道功率核算   在WCDMA系統中,下行鏈路功率的一部分必須分配給與業務無關的、連續發射的公共信道,包括公共導頻信道(CPICH)、同步信道(SCH)及公共控制物理信道(CCPCH)等,從而佔用可能分配給業務信道的小區容量,同時,其功率總量將影響同步時間、信道估計精確度和廣播信道的接收質量等關鍵指標,因此公共信道的功率需基於無線網結構進行合理、優化配置。   基於參考文獻6中建議的典型WCDMA下行鏈路公共信道的功率配置比,並參考Ericsson公司的建議,將引入HSDPA後,新增的HS-SCCH相比CPICH的功率差值設為-1 dB,由此可得到基於上行預算確定的網絡平衡結構較為合理的HSDPA下行公共信道配置。其中總公共信道功率為3.92 W。

| 16 April, 2012 | 一般 | (2 Reads)
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