TD-SCDMA HSDPA空分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用研究

中國移動通信集團設(shè)計院有限公司 劉群 趙旭凇

隨著數(shù)據(jù)用戶的不斷增加及對于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益強烈，TD-SCDMA系統(tǒng)的吞吐量和頻譜效率有可能成為制約數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)深度開展的瓶頸。HSDPA空分復(fù)用正是為了解決這個問題，在基本不改變網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的情況下，通過軟件升級實現(xiàn)碼道復(fù)用，達到大幅度提高TD-SCDMA系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量和頻譜效率的效果。本文簡要論述了空分復(fù)用原理，分析了HSDPA空分復(fù)用應(yīng)用對設(shè)備配置的影響，提出空分復(fù)用的使用場景及建議。

TD-SCDMA（時分同步碼分多址，以下簡稱TD）屬于碼道受限系統(tǒng)，系統(tǒng)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(tǒng)的吞吐量和頻譜利用率的關(guān)鍵。隨著數(shù)據(jù)用戶的不斷增加以及對于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益強烈，HSDPA的容量有可能成為制約數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)深度開展的瓶頸。目前TD系統(tǒng)大規(guī)模使用的B頻段頻點有9個(15M帶寬)，一般室外6個頻點，室內(nèi)3個頻點，由于載頻數(shù)量少而導(dǎo)致的容量受限矛盾將會比較突出。

HSDPA空分復(fù)用正是為了解決這個問題，在無需增加載頻資源、無需修改用戶終端、無需調(diào)整網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、無需改變TD空口技術(shù)的情況下，利用智能天線的空間隔離或室內(nèi)小區(qū)多通道間的樓層隔離來實現(xiàn)碼道復(fù)用，達到大幅度提高TD頻譜利用率和系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量的效果。

HSDPA空分復(fù)用原理

空分復(fù)用技術(shù)是利用不同用戶空間分割構(gòu)成不同的通道，空間隔離的用戶使用相同的物理資源，實現(xiàn)物理資源的復(fù)用�？辗謴�(fù)用技術(shù)在TD應(yīng)用，可以復(fù)用頻率、時隙和碼道資源，提高系統(tǒng)容量。

HSDPA空分復(fù)用技術(shù)原理上可同時應(yīng)用于室內(nèi)室外環(huán)境，兩種不同的應(yīng)用場景其原理有所區(qū)別。

室外場景

在室外宏蜂窩覆蓋情況下，利用智能天線的波束賦形功能，在不同用戶間形成的空間隔離基礎(chǔ)上，使用HSDPA空分復(fù)用算法，實現(xiàn)了用戶間無線資源的重用，進而提升用戶吞吐量（如圖1所示）。用戶的隔離度主要是通過DOA的測量或上行EBB權(quán)值相關(guān)性來進行空分判斷。

圖1　室外HSDPA空分復(fù)用技術(shù)原理圖

理論上當兩個用戶的DOA的來波方向偏離大于隔離度或EBB的相關(guān)性小于隔離度時，可以對這兩個用戶進行空分。但實際上由于室外實際環(huán)境的復(fù)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(dǎo)致錯誤的觸發(fā)空分，所以一般來說室外使用空分復(fù)用的效果不是十分理想。

室內(nèi)覆蓋

在室內(nèi)覆蓋情況下，利用室內(nèi)樓板、墻體構(gòu)成用戶間天然的隔離，使用HSDPA空分復(fù)用算法和多通道室內(nèi)覆蓋技術(shù)，根據(jù)用戶在不同通道上的功率電平值，計算用戶間的隔離度，選擇隔離度足夠大的用戶進行無線時隙、碼道的資源復(fù)用，從而提高HSDPA小區(qū)總吞吐量，如圖2所示。

圖2　室內(nèi)HSDPA空分復(fù)用技術(shù)原理圖

HSDPA空分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用條件是同小區(qū)多通道，即進行空分復(fù)用的用戶必須處于同一小區(qū)的不同通道覆蓋下，而且用戶間有較好的隔離度。

在實際室內(nèi)覆蓋的規(guī)劃過程中，應(yīng)根據(jù)室內(nèi)空分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用條件和業(yè)務(wù)量分布，在必要的情況下，調(diào)整小區(qū)和通道的分布。在空間上相互隔離的區(qū)域，在保障業(yè)務(wù)量的情況下，應(yīng)盡量配置在一個小區(qū)，并由多個通道進行覆蓋。

相比在室外HSDPA空分復(fù)用技術(shù)，在室內(nèi)應(yīng)用效果更好，可以更好地滿足企業(yè)和家庭移動數(shù)據(jù)用戶對室內(nèi)吞吐量的要求。

HSDPA空分復(fù)用技術(shù)對設(shè)備配置的影響

對基站硬件的影響

目前各個系統(tǒng)廠商的設(shè)備均可以通過軟件升級支持空分復(fù)用，在2倍速空分復(fù)用的情況下基帶處理板的載頻處理能力不受影響。

根據(jù)理論推算和實際測試，在基站滿負荷工作時，不開啟TDHSDPA空分復(fù)用技術(shù)時BBU處理器的峰值負荷約50%～60％左右。開啟TDHSDPA空分復(fù)用技術(shù)后，BBU處理器的峰值負荷將達到70%。根據(jù)系統(tǒng)廠商提供性能指標和實際測試，加載TDHSDPA空分復(fù)用功能不會對原有系統(tǒng)性能產(chǎn)生直接影響�；�站設(shè)備的處理能力能夠滿足TD HSDPA空分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用要求，不需要對基站進行基帶處理板擴容。

對傳輸?shù)挠绊?/p>

HSDPA空分復(fù)用技術(shù)提高了HSDPA小區(qū)吞吐量，在開啟2倍速空分復(fù)用的情況下，單小區(qū)HSDPA理論峰值速率會增加一倍，這會導(dǎo)致NodeB至RNC間的Iub接口帶寬增加，而Iub帶寬增加就會導(dǎo)致需要的E1數(shù)目增加，因此在開啟空分復(fù)用后，要根據(jù)實際需求核算NodeB設(shè)備是否增加傳輸接口板卡，同樣RNC側(cè)由于空分復(fù)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(nèi)覆蓋站型O3為例，如時隙配比2:4，配置兩個HSDPA載波，每HSDPA載波配置3個HSDPA業(yè)務(wù)時隙,基站負荷按照70%考慮，則不開啟空分復(fù)用需要3個E1，開啟2倍速空分復(fù)用功能后需要5個E1，增加2個E1。

HSDPA空分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用建議

總體來說，HSDPA空分復(fù)用主要應(yīng)用在室內(nèi)環(huán)境中，要求室內(nèi)分布系統(tǒng)單個小區(qū)有一個多通道RRU或2個以上單通道RRU，且多個通道之間的隔離度至少應(yīng)達到12dB～15dB，各具體應(yīng)用場景建議如下。

室外場景

對于室外情況，在采用智能天線的情況下，理論分析認為通過空分復(fù)用可以獲得一定的增益。但由于站點周圍的環(huán)境復(fù)雜，用戶的位置分布隨機性強且用戶的移動性大，隔離度不好保證，同時空間處理及干擾抑制的算法復(fù)雜度很高，目前還處于研究階段。所以現(xiàn)階段密集市區(qū)和一般市區(qū)的室外基站都不建議使用空分復(fù)用。

商務(wù)寫字樓

該類建筑多為全鋼或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外加玻璃幕墻，樓層內(nèi)的墻壁多采用復(fù)合吸音材料，穿透損耗較小，樓層間隔離度高。該環(huán)境下高端用戶比重較大，用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有較大需求，用戶一般均勻分布在不同樓層。

在商務(wù)寫字樓應(yīng)用場景，室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)通常是基于多通道RRU或者多個單通道RRU覆蓋，每個通道覆蓋若干樓層，每個通道間的覆蓋區(qū)的隔離度較好，因此應(yīng)用HSDPA空分復(fù)用技術(shù)效果好，建議使用。

賓館酒店

該場景建筑物結(jié)構(gòu)多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樓層內(nèi)布局結(jié)構(gòu)復(fù)雜，走廊狹長，隔墻厚且多，穿透損耗比較大，樓層間隔離度較高。該環(huán)境下高端用戶比重較大，語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量相對較大，用戶一般均勻分布在不同樓層上，但高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求較商務(wù)寫字樓低。

在賓館酒店應(yīng)用場景，應(yīng)用HSDPA空分復(fù)用技術(shù)效果較好，但是否開空分復(fù)用功能還需根據(jù)實際的業(yè)務(wù)需求決定。在應(yīng)用時，室內(nèi)分布系統(tǒng)必須采用多通道覆蓋，每個通道覆蓋若干樓層。

普通建筑物

對于普通建筑物室內(nèi)覆蓋場景，應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)帶寬需求、小區(qū)配置的RRU數(shù)量、通道間的隔離度情況，綜合考慮是否使用空分復(fù)用技術(shù)。

特殊室內(nèi)場景

對于大型體育場館、會展中心/會議中心應(yīng)用環(huán)境、民航機場/火車站/大型汽車站等應(yīng)用場景，該場景無線覆蓋環(huán)境復(fù)雜，隔離度較差，容易產(chǎn)生干擾。對于這些復(fù)雜環(huán)境，不建議采用空分復(fù)用。