TD-HSPA的若干問題及引入策略

林文周

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)福建有限公司 福州 350001）

1 背景

TD-HSDPA在現(xiàn)網(wǎng)引入已經(jīng)快兩年了，取得了較為成功的商用，但也暴露了一些使用和運(yùn)營(yíng)中的問題。一方面是由于HSDPA本身的上行承載能力有限，致使用戶在有上行速率需求時(shí)感知較差，另外在HSDPA的規(guī)劃，特別是容量配置方面仍然缺乏經(jīng)驗(yàn)。

為了增強(qiáng)上行數(shù)據(jù)承載能力， 3GPP在R7版本中引入HSUPA，徹底解決了第三代移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)傳輸問題。經(jīng)過各方的努力，HSUPA芯片及相關(guān)產(chǎn)品自去年下半年以來(lái)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，從測(cè)試情況來(lái)看，HSUPA比R4的上行承載速率有明顯增強(qiáng)。根據(jù)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)首先支持HSDPA和HSUPA，然后再過渡到TD-LTE是比較現(xiàn)實(shí)的方案，因此在網(wǎng)絡(luò)全面支持HSPA前對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置、容量、用戶感知、無(wú)線資源管理策略等問題進(jìn)行分析是有益的。

2 HSPA的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

2.1 HSDPA網(wǎng)絡(luò)配置

現(xiàn)網(wǎng)HSDPA普遍采用獨(dú)立載波方式，即HSDPA與R4不采用共載波共時(shí)隙配置，配置如下：

（1）上、下行時(shí)隙配比為2∶4，其中HS-PDSCH時(shí)隙配置3個(gè)；

（2）HSDPA載波數(shù)量為：對(duì)于少量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域的3載頻小區(qū)開啟2個(gè)載頻的HSDPA功能，配置6個(gè)HS-PDSCH時(shí)隙，最大可支持3.2Mbit/s小區(qū)吞吐率，每個(gè)客戶最高下載速率可達(dá)到1.68Mbit/s；其他區(qū)域每個(gè)小區(qū)開啟1個(gè)載頻的HSDPA功能，配置3個(gè)HSPDSCH時(shí)隙。

2.2 HSDPA信道及功率配置

如圖1所示，HSDPA控制信道HS-SICH/HSSCCH一般配置 2對(duì)，配置2對(duì)控制信道的好處是Node B在同一子幀最多可以同時(shí)2個(gè)HSDPA用戶，配置1對(duì)控制信道只能同時(shí)調(diào)度1個(gè)HSDPA用戶，2對(duì)控制信道配置可以縮短多UE時(shí)的調(diào)度時(shí)延，對(duì)UE的縮短控制信道的同步和功控周期。配置兩對(duì)控制信道的缺點(diǎn)是上下行伴隨時(shí)隙都多占了2個(gè)碼道，能夠分配給伴隨信道的數(shù)目各減少1個(gè)，影響了載波最大在線用戶數(shù)。在不打開伴隨信道復(fù)用功能的情況下，默認(rèn)配置的單載波最大HSPA用戶數(shù)為4個(gè)（下行只剩余4個(gè)伴隨信道）。

1條HS-DSCH信道，單碼道最大發(fā)射功率-15dB（指同一時(shí)隙內(nèi)所有HS-DSCH碼道的發(fā)射功率總和的最大值。如PCCPCH功率配置為33dBm，HS-DSCH單碼道最大發(fā)射功率配置為-15dB，時(shí)隙全部碼道分配給HS-DSCH，則HS-DSCH實(shí)際最大發(fā)射功率為：33-10×lg2-15+10×lg16＝ 27dBm）；2條 HS-SCCH信道，最大發(fā)射功率-6dB；2條HS-SICH信道。

結(jié)合用戶終端等級(jí)的情況以及實(shí)際調(diào)度中的控制信道的開銷等因素，較為合理的配置如圖1所示。

2.3 HSPA網(wǎng)絡(luò)配置

TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)很好地支持了HSDPA，在HSUPA引入后，考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，一般在現(xiàn)有HSDPA載波的上配置HSUPA，保持網(wǎng)絡(luò)上下行時(shí)隙配比不變。在2∶4的時(shí)隙配比下，上行增加E-PUCH時(shí)隙。

2.4 HSPA信道及功率配置

如圖2所示，HSPA采用獨(dú)立載波配置，通常配置為：1條E-RUCCH上行控制信道，期望發(fā)射功率：-100.5dBm；1條E-AGCH信道，最大發(fā)射功率-6dB（E-AGCH最大發(fā)射功率指E-AGCH占用的2個(gè)碼道的發(fā)射功率和的最大值。下行信道的發(fā)射功率一般用單個(gè)RU與PCCPCH信道的相對(duì)功率值表示。如PCCPCH功率配置為33dBm，E-AGCH最大發(fā)射功率配置為-6dB，E-AGCH占用2個(gè)碼道，則實(shí)際最大發(fā)射功率為：33-6＝27dBm）；1條E-PUCH信道。

（1）如圖2所示，2∶4時(shí)隙配比下，只配置了1條SF=1的E-PUCH，因此同一子幀只能分配給1個(gè)HSUPA用戶，這樣配置1條E-AGCH就夠了。

（2）如圖3所示，2∶4時(shí)隙配比下，控制信道HSSICH、HS-SCCH的數(shù)量也可以進(jìn)一步減少，此時(shí)接入用戶數(shù)將有所增加。

3 HSPA的容量和用戶感知

3.1 HSPA容量限制

在原有R5 HSDPA載頻上引入HSUPA，上行TS1分配給E-PUCH作為HSUPA業(yè)務(wù)信道，上行增加E-RUCCH作為上行控制信道，下行增加E-AGCH和E-HICH作為下行控制信道（如圖 2所示， HSUPA碼道配置）。上下行控制信道和業(yè)務(wù)信道多用戶共享，則剩余的專用信道決定了HSDPA和HSUPA的載波最大用戶數(shù)（如圖2所示，上行剩余5對(duì)DPCH信道，下行剩余4對(duì)DPCH信道）。

圖1 HSDPA碼道配置

圖2 HSPA碼道配置一

圖3 HSPA碼道配置二

此時(shí)的最大用戶數(shù)如表1所示。

HSDPA最大用戶數(shù)是指上行承載在A-DPCH 32kbit/s（占用4個(gè)RU）情況下的R5用戶數(shù)，HSPA最大用戶數(shù)是指承載在上行E-DCH和下行HS-DSCH上的R7用戶數(shù)（即上行使用HSUPA，下行使用HSDPA），表中R4、R5和R7的最大用戶數(shù)互斥。

可見HSUPA引入后，上行增加了一條E-PUCH共享信道，上下行都各增加了2條控制信道，此時(shí)HSPA頻點(diǎn)能夠承載的CS12.2k業(yè)務(wù)數(shù)和R5版本的HSDPA業(yè)務(wù)數(shù)都比R5載波有所減少，這一點(diǎn)主要影響R4/R5/R7業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)的用戶數(shù)，網(wǎng)絡(luò)在無(wú)線資源管理算法中必須考慮相應(yīng)的狀態(tài)遷移策略。

對(duì)于HSUPA引入后對(duì)現(xiàn)商用HSDPA最大用戶數(shù)的影響的解決方法，有兩種策略:一是擴(kuò)容，增加單獨(dú)的HSPA載波，好處是不影響原有用戶，且HSDPA和HSPA最大用戶數(shù)增加，壞處是增加網(wǎng)絡(luò)成本，增加頻點(diǎn)使用；二是采用快速共享功能，在載頻資源有限的情況下，打開DPCH對(duì)上行共享信道E-PUCH的搶占。打開搶占功能后對(duì)現(xiàn)有HSDPA和R4最大用戶數(shù)影響較小，但會(huì)影響HSUPA上傳輸速率而且增加網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的復(fù)雜性。

我們注意到在圖2中，HS-SCCH和HS-SICH配置為兩條，這是延用了目前純HSDPA的主流配置方式。從功能上來(lái)說(shuō)，只配置一條并不影響調(diào)度功能，但當(dāng)有多個(gè)用戶同時(shí)在線時(shí)，會(huì)影響調(diào)度效率（每個(gè)子幀，HS-SCCH只能調(diào)度一個(gè)用戶）。當(dāng)只配置一對(duì)控制信道（見圖3），HSUPA引入前后的HSPA載波最大用戶數(shù)如表2所示。表1和表2中HSDPA業(yè)務(wù)上行的R4最小速率以32kbit/s計(jì)算，如果上行以16kbit/s計(jì)算則HSDPA最大用戶數(shù)會(huì)有相應(yīng)變化。

3.2 HSPA的用戶感知

3.2.1 HSPA用戶感知

影響用戶感知的主要因素包括傳輸時(shí)延、誤塊率和速率。其中傳輸時(shí)延、誤塊率由系統(tǒng)QoS策略來(lái)保障，在運(yùn)營(yíng)過程中主要關(guān)注的是空口傳輸速率，主要與網(wǎng)絡(luò)配置的載波數(shù)及每載波允許的HSPA用戶數(shù)有關(guān)。

HSPA支持的用戶數(shù)受多項(xiàng)條件的制約；而從用戶的角度來(lái)講，要達(dá)到良好的感知，則需要網(wǎng)絡(luò)提供的速率能夠盡可能匹配用戶的業(yè)務(wù)。

表1 配置兩對(duì)控制信道時(shí)，HSUPA引入前后載波最大用戶數(shù)對(duì)比

而由于高層應(yīng)用的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)通常只能根據(jù)用戶申請(qǐng)的基本業(yè)務(wù)類型（比如流類、交互類、背景類）進(jìn)行資源分配，進(jìn)入業(yè)務(wù)狀態(tài)后再同時(shí)考慮用戶的實(shí)際需求（主要是緩存中數(shù)據(jù)量和信道條件）以及網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線資源情況來(lái)進(jìn)行資源調(diào)整。

表2 配置一對(duì)控制信道時(shí)，HSUPA引入前后載波最大用戶數(shù)對(duì)比

當(dāng)前還缺乏采集用戶業(yè)務(wù)實(shí)際速率需求與網(wǎng)絡(luò)分配速率的方法和工具。通常通過制定允許的載波用戶數(shù)來(lái)保證用戶感知，一般不考慮伴隨信道4倍幀分復(fù)用。

3.2.2 HSPAP并發(fā)業(yè)務(wù)的影響

當(dāng)UE同時(shí)承載兩個(gè)或兩個(gè)以上業(yè)務(wù)時(shí)，將進(jìn)入業(yè)務(wù)并發(fā)狀態(tài)，比如HSPA+AMR、HSPA+VP等。在業(yè)務(wù)并發(fā)狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)將給不同的業(yè)務(wù)分配相應(yīng)的無(wú)線資源。比較常見的一種情況是UE首先承載HSPA業(yè)務(wù)，然后又發(fā)起了R4業(yè)務(wù)（比如AMR主、被叫）。通常網(wǎng)絡(luò)會(huì)將后發(fā)起的業(yè)務(wù)承載在與HSPA相同的載波上，但是當(dāng)HSPA載波上接入用戶數(shù)較多時(shí)（R4碼道數(shù)基本被占用），將觸發(fā)無(wú)線資源調(diào)整將UE從HSPA載波向R4載波的牽移。

隨著R5或R7終端的不斷成熟，可以想象將來(lái)的并發(fā)業(yè)務(wù)將是網(wǎng)內(nèi)的普遍現(xiàn)象。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)布署、用戶感知體系建設(shè)時(shí)，并發(fā)業(yè)務(wù)的影響都需要考慮。

4 HSPA引入對(duì)頻率規(guī)劃的影響

4.1 HSPA同頻組網(wǎng)配置在輔載波

HSPA同頻組網(wǎng)且只配置在輔載波的情況下，此時(shí)HSPA載波的TS0時(shí)隙不存在R4輔載波所面臨的周圍鄰區(qū)廣播信道的干擾，因此可以考慮在HSPA載波TS0時(shí)隙承載業(yè)務(wù)，此時(shí)在2：4時(shí)隙配置下，將有4條HSDSCH信道，下行吞吐率將增加到2.2Mbit/s，比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)提升33%。

4.2 HSPA同頻組網(wǎng)允許配置在主載波

HSPA同頻組網(wǎng)且可配置在主載波的情況下，將顯著增大廣播信道的頻點(diǎn)隔離度，與現(xiàn)網(wǎng)室外6個(gè)頻點(diǎn)組網(wǎng)且一個(gè)頻點(diǎn)固定用于輔載波HSDPA的頻率使用方案相比，廣播信道的覆蓋將明顯提升，見表3所示。

表3 HSPA引入后的頻率規(guī)劃

引入方式一中，考慮到同頻輔載波組網(wǎng)時(shí)TS0時(shí)隙事實(shí)上所受干擾很小，建議TS0時(shí)隙承載業(yè)務(wù)以提高下行速率。

引入方式二中，建議允許HSPA載波配置在主載波，以提高廣播信道隔離度，降低干擾。

5 小結(jié)

TD-HSPA做為TD-SCDMA向TD-LTE演進(jìn)過程中的一個(gè)重要階段，對(duì)其性能和網(wǎng)絡(luò)布署研究有重要意義。本文重點(diǎn)討論了TD-HSPA引入后的網(wǎng)絡(luò)配置，用戶容量和感知以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃的影響。

通過討論可知，在HSUPA引入的初始階段，網(wǎng)絡(luò)配置為支持TD-HSPA，而網(wǎng)用戶大多為HSDPA用戶的情況下，每載波的實(shí)際可承載的HSPA用戶數(shù)將有所減少，此時(shí)可以通過打開DPCH對(duì)EPUCH信道的搶占功能和伴隨信道復(fù)用功能來(lái)保證用戶的接入數(shù)，容量上并沒有明顯損失。

考慮到終端能力的迅速進(jìn)步，今的終端大多同時(shí)支持R4/R5/R7，并發(fā)業(yè)務(wù)普遍存在。因此對(duì)并發(fā)業(yè)務(wù)的研究是很重要的一個(gè)方面。本文提出系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)當(dāng)提供完善的并發(fā)業(yè)務(wù)發(fā)生時(shí)的資源調(diào)整和牽移方案，比如由HSPA向R4載波牽移以更好的支持用戶語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

HSPA引入后的另一個(gè)問題是對(duì)頻率規(guī)劃的影響，從以上討論來(lái)看，允許HSPA載波配置在主載波將有利于覆蓋率的提升，降低廣播信道干擾；而如果HSPA同頻組網(wǎng)且都配置在輔載波，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)考慮在TS0時(shí)隙承載業(yè)務(wù)的可能性，以提高下行速率。

[1]段紅光，羅一靜等. TD-HSPA技術(shù)揭秘. 北京：人民郵電出版社,2009

[2]常永宇等. TD-HSPA移動(dòng)通信技術(shù). 北京：人民郵電出版社,2008