TD-SCDMA HSDPA空分復用技術(shù)應用研究

隨著(zhù)數據用戶(hù)的不斷增加及對于高速數據業(yè)務(wù)的需求日益強烈，TD-SCDMA系統的吞吐量和頻譜效率有可能成為制約數據業(yè)務(wù)深度開(kāi)展的瓶頸。HSDPA空分復用正是為了解決這個(gè)問(wèn)題，在基本不改變網(wǎng)絡(luò )設置的情況下，通過(guò)軟件升級實(shí)現碼道復用，達到大幅度提高TD-SCDMA系統數據吞吐量和頻譜效率的效果。本文簡(jiǎn)要論述了空分復用原理，分析了HSDPA空分復用應用對設備配置的影響，提出空分復用的使用場(chǎng)景及建議。

TD-SCDMA（時(shí)分同步碼分多址，以下簡(jiǎn)稱(chēng)TD）屬于碼道受限系統，系統的吞吐量和頻譜效率受限于碼道，提高碼道的利用效率是提升TD系統的吞吐量和頻譜利用率的關(guān)鍵。隨著(zhù)數據用戶(hù)的不斷增加以及對于高速數據業(yè)務(wù)的需求日益強烈，HSDPA的容量有可能成為制約數據業(yè)務(wù)深度開(kāi)展的瓶頸。目前TD系統大規模使用的B頻段頻點(diǎn)有9個(gè)(15M帶寬)，一般室外6個(gè)頻點(diǎn)，室內3個(gè)頻點(diǎn)，由于載頻數量少而導致的容量受限矛盾將會(huì )比較突出。

HSDPA空分復用正是為了解決這個(gè)問(wèn)題，在無(wú)需增加載頻資源、無(wú)需修改用戶(hù)終端、無(wú)需調整網(wǎng)絡(luò )規劃、無(wú)需改變TD空口技術(shù)的情況下，利用智能天線(xiàn)的空間隔離或室內小區多通道間的樓層隔離來(lái)實(shí)現碼道復用，達到大幅度提高TD頻譜利用率和系統數據吞吐量的效果。

HSDPA空分復用原理

空分復用技術(shù)是利用不同用戶(hù)空間分割構成不同的通道，空間隔離的用戶(hù)使用相同的物理資源，實(shí)現物理資源的復用?？辗謴陀眉夹g(shù)在TD應用，可以復用頻率、時(shí)隙和碼道資源，提高系統容量。

HSDPA空分復用技術(shù)原理上可同時(shí)應用于室內室外環(huán)境，兩種不同的應用場(chǎng)景其原理有所區別。

室外場(chǎng)景

在室外宏蜂窩覆蓋情況下，利用智能天線(xiàn)的波束賦形功能，在不同用戶(hù)間形成的空間隔離基礎上，使用HSDPA空分復用算法，實(shí)現了用戶(hù)間無(wú)線(xiàn)資源的重用，進(jìn)而提升用戶(hù)吞吐量（如圖1所示）。用戶(hù)的隔離度主要是通過(guò)DOA的測量或上行EBB權值相關(guān)性來(lái)進(jìn)行空分判斷。

圖1　室外HSDPA空分復用技術(shù)原理圖

理論上當兩個(gè)用戶(hù)的DOA的來(lái)波方向偏離大于隔離度或EBB的相關(guān)性小于隔離度時(shí)，可以對這兩個(gè)用戶(hù)進(jìn)行空分。但實(shí)際上由于室外實(shí)際環(huán)境的復雜性、波瓣旁瓣干擾，DOA/EBB估計精度以及信道快速變化等原因，很容易導致錯誤的觸發(fā)空分，所以一般來(lái)說(shuō)室外使用空分復用的效果不是十分理想。

室內覆蓋

在室內覆蓋情況下，利用室內樓板、墻體構成用戶(hù)間天然的隔離，使用HSDPA空分復用算法和多通道室內覆蓋技術(shù)，根據用戶(hù)在不同通道上的功率電平值，計算用戶(hù)間的隔離度，選擇隔離度足夠大的用戶(hù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)時(shí)隙、碼道的資源復用，從而提高HSDPA小區總吞吐量，如圖2所示。

圖2　室內HSDPA空分復用技術(shù)原理圖

HSDPA空分復用技術(shù)應用條件是同小區多通道，即進(jìn)行空分復用的用戶(hù)必須處于同一小區的不同通道覆蓋下，而且用戶(hù)間有較好的隔離度。

在實(shí)際室內覆蓋的規劃過(guò)程中，應根據室內空分復用技術(shù)的應用條件和業(yè)務(wù)量分布，在必要的情況下，調整小區和通道的分布。在空間上相互隔離的區域，在保障業(yè)務(wù)量的情況下，應盡量配置在一個(gè)小區，并由多個(gè)通道進(jìn)行覆蓋。

相比在室外HSDPA空分復用技術(shù)，在室內應用效果更好，可以更好地滿(mǎn)足企業(yè)和家庭移動(dòng)數據用戶(hù)對室內吞吐量的要求。

HSDPA空分復用技術(shù)對設備配置的影響

對基站硬件的影響

目前各個(gè)系統廠(chǎng)商的設備均可以通過(guò)軟件升級支持空分復用，在2倍速空分復用的情況下基帶處理板的載頻處理能力不受影響。

根據理論推算和實(shí)際測試，在基站滿(mǎn)負荷工作時(shí)，不開(kāi)啟TDHSDPA空分復用技術(shù)時(shí)BBU處理器的峰值負荷約50%～60％左右。開(kāi)啟TDHSDPA空分復用技術(shù)后，BBU處理器的峰值負荷將達到70%。根據系統廠(chǎng)商提供性能指標和實(shí)際測試，加載TDHSDPA空分復用功能不會(huì )對原有系統性能產(chǎn)生直接影響?；驹O備的處理能力能夠滿(mǎn)足TD HSDPA空分復用技術(shù)的應用要求，不需要對基站進(jìn)行基帶處理板擴容。

對傳輸的影響

HSDPA空分復用技術(shù)提高了HSDPA小區吞吐量，在開(kāi)啟2倍速空分復用的情況下，單小區HSDPA理論峰值速率會(huì )增加一倍，這會(huì )導致NodeB至RNC間的Iub接口帶寬增加，而Iub帶寬增加就會(huì )導致需要的E1數目增加，因此在開(kāi)啟空分復用后，要根據實(shí)際需求核算NodeB設備是否增加傳輸接口板卡，同樣RNC側由于空分復用增加了Iub口的傳輸帶寬需求，因此也需要考慮是否需要增加Iub傳輸接口板卡。

以典型室內覆蓋站型O3為例，如時(shí)隙配比2:4，配置兩個(gè)HSDPA載波，每HSDPA載波配置3個(gè)HSDPA業(yè)務(wù)時(shí)隙,基站負荷按照70%考慮，則不開(kāi)啟空分復用需要3個(gè)E1，開(kāi)啟2倍速空分復用功能后需要5個(gè)E1，增加2個(gè)E1。

HSDPA空分復用技術(shù)應用建議

總體來(lái)說(shuō)，HSDPA空分復用主要應用在室內環(huán)境中，要求室內分布系統單個(gè)小區有一個(gè)多通道RRU或2個(gè)以上單通道RRU，且多個(gè)通道之間的隔離度至少應達到12dB～15dB，各具體應用場(chǎng)景建議如下。

室外場(chǎng)景

對于室外情況，在采用智能天線(xiàn)的情況下，理論分析認為通過(guò)空分復用可以獲得一定的增益。但由于站點(diǎn)周?chē)沫h(huán)境復雜，用戶(hù)的位置分布隨機性強且用戶(hù)的移動(dòng)性大，隔離度不好保證，同時(shí)空間處理及干擾抑制的算法復雜度很高，目前還處于研究階段。所以現階段密集市區和一般市區的室外基站都不建議使用空分復用。

商務(wù)寫(xiě)字樓

該類(lèi)建筑多為全鋼或鋼筋混凝土結構外加玻璃幕墻，樓層內的墻壁多采用復合吸音材料，穿透損耗較小，樓層間隔離度高。該環(huán)境下高端用戶(hù)比重較大，用戶(hù)對數據業(yè)務(wù)有較大需求，用戶(hù)一般均勻分布在不同樓層。

在商務(wù)寫(xiě)字樓應用場(chǎng)景，室內覆蓋系統通常是基于多通道RRU或者多個(gè)單通道RRU覆蓋，每個(gè)通道覆蓋若干樓層，每個(gè)通道間的覆蓋區的隔離度較好，因此應用HSDPA空分復用技術(shù)效果好，建議使用。

賓館酒店

該場(chǎng)景建筑物結構多為鋼筋混凝土結構，樓層內布局結構復雜，走廊狹長(cháng)，隔墻厚且多，穿透損耗比較大，樓層間隔離度較高。該環(huán)境下高端用戶(hù)比重較大，語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數據業(yè)務(wù)量相對較大，用戶(hù)一般均勻分布在不同樓層上，但高速數據業(yè)務(wù)需求較商務(wù)寫(xiě)字樓低。

在賓館酒店應用場(chǎng)景，應用HSDPA空分復用技術(shù)效果較好，但是否開(kāi)空分復用功能還需根據實(shí)際的業(yè)務(wù)需求決定。在應用時(shí)，室內分布系統必須采用多通道覆蓋，每個(gè)通道覆蓋若干樓層。

普通建筑物

對于普通建筑物室內覆蓋場(chǎng)景，應結合數據帶寬需求、小區配置的RRU數量、通道間的隔離度情況，綜合考慮是否使用空分復用技術(shù)。

特殊室內場(chǎng)景

對于大型體育場(chǎng)館、會(huì )展中心/會(huì )議中心應用環(huán)境、民航機場(chǎng)/火車(chē)站/大型汽車(chē)站等應用場(chǎng)景，該場(chǎng)景無(wú)線(xiàn)覆蓋環(huán)境復雜，隔離度較差，容易產(chǎn)生干擾。對于這些復雜環(huán)境，不建議采用空分復用。