HSDPA仿真技術(shù)淺析
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仿真技術(shù)是移動(dòng)通信系統性能驗證和實(shí)現設計工具的重要手段，通過(guò)采用仿真技術(shù)模擬系統工作過(guò)程，能得到更加精確的系統容量覆蓋分析結果，輸出運營(yíng)商所關(guān)注的各項網(wǎng)絡(luò )性能指標。同樣，在HSDPA的網(wǎng)絡(luò )規劃中，仿真技術(shù)也對理論分析和工程實(shí)踐具有指導作用。針對HSDPA仿真，典型指標包括：小區吞吐率、邊緣速率、用戶(hù)速率以及覆蓋率等，通過(guò)對仿真結果進(jìn)行分析可以合理估計HSDPA網(wǎng)絡(luò )規模和投資規模，指導運營(yíng)商在容量、覆蓋、服務(wù)質(zhì)量三者間尋求最佳點(diǎn)。
中興通訊在3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )仿真中積累了豐富的經(jīng)驗，對于HSDPA網(wǎng)絡(luò )仿真也進(jìn)行了深入的研究，形成了一套行之有效的網(wǎng)絡(luò )仿真規范和方法。中興通訊本著(zhù)精益求精的態(tài)度，在實(shí)踐中不斷探索、總結、提高，真正具備了為優(yōu)質(zhì)HSDPA網(wǎng)絡(luò )規劃提供全面技術(shù)支持的能力。
本文以中興通訊在HSDPA網(wǎng)絡(luò )仿真實(shí)踐中積累的經(jīng)驗為基礎，以業(yè)界權威的網(wǎng)絡(luò )規劃軟件AircomEnterprise為例，介紹HSDPA仿真技術(shù)。本文側重于分析HSDPA仿真與R99仿真的不同點(diǎn)，如HSDPA的仿真參數設置及仿真結果分析等?？紤]到建網(wǎng)初期都是R99和HSDPA共載頻的，所 以本文HSDPA仿真介紹均以R99和HSDPA共載頻混合組網(wǎng)為例。
二、HSDPA仿真原理
針對HSDPA仿真，仿真平臺首先會(huì )考慮小區的下行總發(fā)射功率，然后再計算在每個(gè)格點(diǎn)上的HSDPA用戶(hù)能夠實(shí)際獲得的SNIR（信號對噪聲加干擾功率比）。當HSDPA用戶(hù)在某一格點(diǎn)上嘗試發(fā)起呼叫時(shí)，首先計算當前格點(diǎn)上能夠實(shí)際獲得的SNIR值，然后與所有承載的目標SNIR按照優(yōu)先級別逐個(gè)進(jìn)行比較，一旦實(shí)際SNIR超過(guò)業(yè)務(wù)所支持的某一個(gè)承載的SNIR目標值，即認為能夠被成功接入，從而HSDPA業(yè)務(wù)就建立在了這個(gè)承載上。
在R99系統中，采用Eb/No（每比特能量與噪聲功率密度之比）評估業(yè)務(wù)信道的接收能力，Eb/No是R99中非常關(guān)鍵的指標之一，在鏈路預算中直接決定了接收機的靈敏度。而在HSDPA系統中，采用的評價(jià)指標是Es/No（每符號能量與噪聲之比），也就是我們所說(shuō)的SNIR。 AIRCOMEnterprise軟件中承載都是以Eb/No作為接入指標的，所以當進(jìn)行HSDPA仿真時(shí)，就有必要將SNIR（Es/No）轉換為 Eb/No。
SNIR與Eb/No是成正比的，其換算關(guān)系如下：
其中M表示一個(gè)空中符號代表的比特數，當調制方式為QPSK時(shí)M＝2，為16QAM時(shí)M＝4；Ncodes則表示該承載使用的碼的個(gè)數。
三、HSDPA規劃
采用仿真平臺進(jìn)行仿真之前，要對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行預規劃。與R99一樣，HSDPA網(wǎng)絡(luò )預規劃包括建立業(yè)務(wù)、鏈路預算以及容量估算等。
1.業(yè)務(wù)模型
HSDPA業(yè)務(wù)模型的計算中，不再沿用R99中的erl概念，而是直接統計出HSDPA業(yè)務(wù)的下行總數據吞吐率，并由此決定HSDPA功率分配的額度。要注意的是，HSDPA的上行業(yè)務(wù)一般是通過(guò)PS64K實(shí)現的，所以在計算上行PS64K承載的總吞吐率時(shí)，應是R99數據業(yè)務(wù)和HSDPA業(yè)務(wù)的上行流量之和。R99部分則仍要把各種業(yè)務(wù)模型數據歸整成每種業(yè)務(wù)的上下行erl，以便用campbell方法進(jìn)行容量估算。
2.鏈路預算
HSDPA的鏈路預算主要考慮下行鏈路預算。
HSDPA引入了HS-PDSCH信道，即下行物理信道，它的引入是為了承載傳輸信道HS-DSCH，也就是承載實(shí)際的用戶(hù)數據，其擴頻碼為 SF16，UE可占用多個(gè)HS-PDSCH碼道，并可根據實(shí)際信道條件選擇不同的調制方式和編碼方式，可承載不同大小的傳輸塊。也正因如此，HSDPA沒(méi)有固定的下行服務(wù)速率，因而在仿真之前的鏈路預算中需要首先確定被規劃區域的小區邊緣的用戶(hù)服務(wù)速率需求，即小區邊緣速率，進(jìn)而確定HSDPA下行信噪比（Es/No）取值，隨后按照與R99類(lèi)似的鏈路預算過(guò)程獲得最后結果。如果已知需要達到的邊緣覆蓋距離，可以反推能夠達到的下行信噪比值，進(jìn)而可以獲得能夠達到的HSDPA邊緣速率。如圖1所示。
圖1 HSDPA下行鏈路預算流程圖
需要注意的是，HSDPA因為不支持軟切換和快速功控，故HSDPA鏈路預算中的軟切換增益和功控余量均為0。
3.容量估算
容量估算的關(guān)鍵點(diǎn)在于應該預留多少功率資源給HSDPA。在建網(wǎng)初期，中興通訊建議分配30%的功率給HSDPA。除去公共信道功率和HSDPA功率后，剩余功率用于R99下行容量的計算，便可得出滿(mǎn)足容量所需的基站數。結合鏈路預算和容量估算，可知實(shí)際所需的基站半徑和基站數，從而得到預規劃組網(wǎng)方案。
四、HSDPA仿真參數設置
組網(wǎng)方案確定后，便可將有關(guān)仿真參數輸入仿真平臺進(jìn)行仿真。在A(yíng)IRCOMEnterprise仿真平臺中，針對HSDPA有關(guān)特性需要進(jìn)行有關(guān)參數的設置。重要的有：
1.編碼率
在仿真中，HSDPA承載的確定，取決于所采用的調制方式、編碼率以及信道編碼的數目。調制方式（QPSK和16QAM）和信道編碼的最大數(15)在3GPP規范中有明確標準，但編碼率的使用并沒(méi)有嚴格限定，在A(yíng)IRCOMEnterprise工具中，編碼率被設置成一些默認值，但在實(shí)際應用中并不采用默認值，需要另行添加，中興通訊即有完整的編碼率表，囊括了HSDPA網(wǎng)絡(luò )仿真所需的所有編碼率。
2.HSDPA承載
承載設置中，Es/No的設置是關(guān)鍵。如前所述，Es/No與SNIR成正比關(guān)系，實(shí)際每個(gè)承載的Es/No值的選取可以與每種承載的CQI值相對應，這也就決定了此種承載所能達到的傳輸速率。
3.HSDPA業(yè)務(wù)
在仿真業(yè)務(wù)設置中，要為HSDPA業(yè)務(wù)單獨建立一種業(yè)務(wù)，并為其下行配上對應所需的若干承載，而上行則通常選擇PS64K。中興通訊為HSDPA業(yè)務(wù)的下行設置了一系列承載配制方案，可滿(mǎn)足各種仿真環(huán)境的需求。
4.碼道數
考慮到建網(wǎng)初期，HSPDA和R99是共載頻 的，為了避免對R99用戶(hù)產(chǎn)生較大的影響，HS-PDSCH信道的碼道資源不可過(guò)多，系統為每個(gè)扇區配置5個(gè)碼道給HSDPA業(yè)務(wù)使用?？紤]到HSDPA建網(wǎng)初期通常使用的終端類(lèi)型是6類(lèi)或者12類(lèi)終端，因此每扇區5碼道配置也是比較合理的。
需要注意的是，在A(yíng)IRCOMEnterprise仿真平臺中，NodeB要設置成支持HSDPA資源的類(lèi)型，且NodeB和UE所支持的編碼率要一致。此外HSDPA業(yè)務(wù)所占用的功率也要考慮，中興通訊建議在建網(wǎng)初期，在每扇區5碼道配置下，HSDPA一般分配30%的功率。
五、HSDPA仿真結果分析
在HSDPA仿真中，最終關(guān)注的還是仿真結果，通過(guò)對仿真結果的分析，可以有針對性地對規劃網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行調整，以獲得最佳網(wǎng)絡(luò )效果?，F通過(guò)實(shí)際案例，介紹中興通訊最為關(guān)注的幾個(gè)仿真輸出。
1.導頻覆蓋強度圖
圖2 導頻覆蓋強度圖
導頻覆蓋反映了各個(gè)地理位置處的UE接收到的平均導頻功率RSCP值，如圖2所示。由圖可知，該規劃區域的導頻強度都在-90dBm以上，網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量較高。根據HSDPA無(wú)線(xiàn)性能測試，導頻強度超過(guò)-90dBm時(shí)，系統可以達到較高的R99和HSDPA容量。
2.Ec/Io圖
導頻覆蓋效果的好壞一方面取決于導頻的信號強度，另一方面取決于導頻信號質(zhì)量即Ec/Io。前者僅僅考慮了信號的絕對強度，而后者考慮了全網(wǎng)的干擾水平。從圖3所示的導頻Ec/Io仿真結果分析中，可以看出規劃區域內的導頻Ec/Io多數高出-13dB，網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量較好。根據有關(guān)導頻Ec/Io、 MPO、HS-PDSCH的Es/No之間的內在關(guān)系，可快速準確地預估出HSDPA的用戶(hù)吞吐率。
圖3 導頻Ec/Io圖
3.HSDPA有效服務(wù)速率圖
HSDPA有效服務(wù)速率表示某一位置上的用戶(hù)可以得到的HSDPA下行速率，從圖4可以看到，多數HSDPA用戶(hù)速率都在600Kbps~1Mbps之間，完全滿(mǎn)足初期HSDPA網(wǎng)絡(luò )中用戶(hù)的需求。如果速率未達到預期效果，則需要對規劃重新進(jìn)行調整，并再次仿真加以驗證。
圖4 HSDPA有效服務(wù)速率
除此之外，我們還需要關(guān)注的是每個(gè)小區的吞吐率報表，它可以較為直接地體現出每小區HSDPA的性能。如表1所示，各小區均有著(zhù)較高的吞吐率。
表1 HSDPA小區吞吐率
通過(guò)以上仿真平臺對HSDPA網(wǎng)絡(luò )仿真后的輸出描述，我們可以了解被規劃區域的網(wǎng)絡(luò )情況，得到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )狀況的各項指標，從而指導實(shí)際的網(wǎng)絡(luò )工程建設。
六、總結
引入HSDPA之后，在仿真計算過(guò)程中需要引入更多的算法，例如功率分配、碼資源分配、分組調度等，因此HSDPA的仿真與系統算法更加緊密地聯(lián)系在一起，這是比以往R99仿真更加復雜之處，需要仿真人員在工程仿真之前對被規劃場(chǎng)景進(jìn)行技術(shù)分析，預估關(guān)鍵參數，為下一步的工程化仿真提供參考方案和參數建議，并對相關(guān)技術(shù)問(wèn)題提供解決方案，對最終方案的容量、覆蓋等技術(shù)指標進(jìn)行精確評估，使得HSDPA仿真結果在工程建設中發(fā)揮指導作用。
中興通訊現已參與了國內外多個(gè)HSDPA網(wǎng)絡(luò )規劃及仿真，已在世界各地承建了10多個(gè)支持HSDPA技術(shù)的3G網(wǎng)絡(luò )，得到了運營(yíng)商的一致認可。
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