浅析HSDPA二重空分复用解决方案.docx
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浅析HSDPA二重空分复用解决方案
浅析HSDPA二重空分复用解决方案
摘要:
本文对丽水TD-SCDMA三期网络工程中的HSDPA二重空分复用技术进行阐述,与小区分裂技术相比,空分复用技术在不改变系统标准、不改变网络结构、不改变数据卡(或终端)的情况下,仅通过对基站进行软件升级,就能够实现室内HSDPA小区数据业务流量总吞吐能力有效提高。
通过验证HSDPA二重空分站点的场景,最终结果达到了空分复用效果。
关键词:
HSDPA;二重空分复用技术;小区分裂
1引言
随着数据用户的不断增加及对高速数据业务需求的日益强烈,TD-SCDMA系统的吞吐量和频谱效率有可能成为制约数据业务深度开展的瓶颈。
HSDPA空分复用是在基本不改变网络设置的情况下,即无需增加载频资源、无需修改用户终端、无需调整网络规划、无需改变TD空口技术的情况,利用智能天线的空间隔离或室内小区多通道间的楼层隔离来实现码道复用,达到大幅度提高TD频谱利用率和系统数据吞吐量的效果。
本文对小区分裂技术和空分复用技术进行对比,最后通过搭建HSDPA二重空分站点的场景,考察采用TDHSDPA空分复用技术之后在实际网络中所能获得的容量提升效果。
2HSDPA空分复用技术
HSDPA空分复用技术是利用空间隔离将用户分割构成不同的通道,根据用户在不同通道上的功率电平值,计算用户间的隔离度,选择隔离度足够大的用户进行无线时隙、码道的资源重用,从而提高系统总吞吐能力。
从技术原理上来看,HSDPA空分复用技术可同时应用于室内、室外两种环境。
然而相比在室外HSDPA空分复用技术,在室内应用效果更好,可以更好地满足企业和家庭移动数据用户对室内吞吐量的要求。
在室内覆盖的情况下,对于不同的楼层使用不同的通道进行覆盖,利用室内楼板构成用户间天然的隔离,利用HSDPA空分复用算法,实现用户间频率、时隙和码道等无线资源的重用,提高系统吞吐能力。
目前空分复用技术主要适合于室内分布式系统采用BBU+RRU通道化覆盖小区,可以采用多个单通道RRU进行覆盖,形成多通道室内分布式系统。
空分复用技术应用在室内时,基站物理层测量模块需要获得每个用户各个天线的接收电平,并进行门限判断,超过设定的门限则认为该用户归属于某一根或多根天线。
同时基站物理层会将各个用户的天线位置归属信息上报MAC-hs,基站调度时参考用户与天线位置的信息进行配对:
如果两个用户归属于同一根天线,则不能进行配对;归属于不同天线则可以支持不同用户的空分复用。
由于室内楼层之间存在较大隔离度,因此各个通道的覆盖区域可以认为相对独立,分布于不同楼层的用户可以认为完全归属于不同的通道。
因此不同用户可以使用本小区相同的频率/时隙/码道等物理资源,从而极大提高了系统的吞吐量和频谱利用率。
如下图所示,小区内的用户1和用户2共享了相同的物理资源,则空口吞吐量提升了1倍。
室内HSDPA空分复用技术原理如图1所示:
图1室内HSDPA空分复用技术原理图
3其他技术与空分复用的比较
3.1小区分裂
提高小区吞吐量的解决方案除了空分复用外,采用其他方式也可以达到相同的效果,比如小区软分裂。
BBU与RRU之间采用光纤数字信号传输,通过BBU设备中的交换单元能支持以1CA(载波天线通道)为颗粒度的交换能力,这样可以将各个通道配置为1个小区,也可以将各个通道分别配置为不同小区。
室内小区软分裂原理如图2所示:
图2室内小区软分裂原理图
从图2中可以看到,软分裂不需要更改室内覆盖系统,如RRU配置,室内布线和功放,只需要通过修改NODEB的配置就可以灵活地支持不同小区配置,当用户容量增加的时候需要分裂成多个小区以提高系统吞吐量。
例如,在室内覆盖中,如果用户容量和吞吐量需求是同步增加的,此时需要采用软分裂的方式,将原来多通道的1个小区分裂为更少通道数目的2个小区。
这样,多通道的室内覆盖系统,支持的HSDPA用户数目和R4信道数目增加1倍,HSDPA和R4的吞吐量也相应的增加1倍。
具体组网时,需要根据网络业务容量和流量需求认真规划和评估,如果系统不仅表现为吞吐量受限,还表现为容量受限,则需要采用软分裂的方式。
3.2小区分裂与空分复用的比较
在室内分布系统采用空分复用与小区分裂技术都可以提高系统的吞吐量,都可以满足中国移动对于空口流量提升的需求。
但两种技术不论在实现上还是应用场景都还存在一定的差异,具体分析见表1所示:
表1小区分裂与空分复用技术比较
考虑因素
小区分裂
空分复用
室内覆盖系统改动
否
否
基带处理能力的要求
需要增加所有信道,上行和下行的处理能力
只是增加共享信道的处理能力
吞吐量提升
HSDPA和R4吞吐量都提升
HSDPA下行吞吐量提升
容量提升
HSDPA和R4用户数目都得到提升。
单小区支持的用户数目不变
小区数目
增加小区数目
不增加小区数目
适用场景
在空口吞吐量以及用户数受限时都可以软分裂
在空口吞吐量受限而用户数目不受限时使用
网络规划
需要重新规划
不需要重新规划和优化
设备要求
由于小区数量增加,如果没有保留足够的基带余量,需要通过增加BBU来支持。
设备设计需要保留足够的下行处理余量,例如6载波全是HSDPA,2:
4配置下,每载波都同时处理4重的空分复用。
从表中可以得知,小区分裂和空分复用在不改动室内覆盖系统的前提下,空分复用技术基本不改变网络设置,同时无需增加载频资源和网络规划调整,只要求室内小区多通道间的楼层隔离来实现码道复用,即可提高大幅度提高系统数据吞吐量的效果。
而小区分裂需要重新规划网络,并且为了保证有足够的基带余量为更多的用户提供资源,还需要另外通过增加BBU来支持。
为了验证空分复用所带来的容量和速率提升效果,本文通过搭建HSDPA二重空分站点的场景,考察采用TDHSDPA空分复用技术之后在实际网络中所能获得的容量提升效果,以及该技术的适用场景和对现网性能的影响。
4HSDPA空分复用场景测试验证
4.1测试环境描述
本文测试场景选择了丽水新世界大酒店室内多个单通道RRU的覆盖场景。
新世界大酒店是丽水市一家三星级酒店,位于寿尔福路和丽青路交叉口,地处市中心地段。
其经纬度为:
E:
119.929000,N:
28.454625。
该酒店分为1#,2#,3#楼。
三楼分立,无相互连通的车库和通道。
其中1#楼为主楼,楼高B1-10F;2#-3#为副楼,均为客房,分别高7层和4层。
总建筑面积约为10000平方米,如图3所示:
图3新世界大酒店外观图
新世界大酒店-1室内分布系统共计3个RRU,每个RRU都是单通道,并分别覆盖3幢楼即RRU1覆盖1#楼,RRU2覆盖2#楼,RRU3覆盖3#楼,选RRU1,RRU2,RRU3各1个单通道组成3个通道作为本次测试区域,其中RRU1使用1个单通道,覆盖1#楼;RRU2使用1个单通道,覆盖2#楼;RRU3使用1个单通道,覆盖3#楼。
具体室内分布如图4所示:
图4新世界大酒店室内系统分布示意图
4.2测试地点选择
新世界大酒店有3幢楼,分别由3个单通道的RRU覆盖。
RRU1单通道覆盖的1#楼层区域为1-9层,RRU2单通道覆盖的2#楼层区域为1-7层,RRU3单通道覆盖的3#楼层区域为1-4层。
因此在测试时需要首先确定具体位置,一般放置RRU楼层位置的信号较好,为了充分验证空分复用的效果,测试位置选在每栋楼的RRU放置楼层处,具体选择点如表2所示:
表2测试位置点
地点编号
测试地点
A区
1#楼9F(RRU1覆盖1-9F及电梯)
B区
2#楼7F(RRU2覆盖1-7F及电梯)
C区
3#楼3F(RRU3覆盖1-4F)
4.3主要参数配置
4.3.1规划参数配置
新世界大酒店站型为O4,分1个小区,Iub口带宽为4E1,配置2个H载波,规划参数表如表3所示:
表3新世界大酒店基站基本信息表
小区名称
主频
扰码
HSDPA载频
时隙配置
HS-PDSCH时隙
控制信道个数
小区标识
新世界大酒店-1
10063
84
10071和10080
2:
4
TS3、TS4、TS5
2
106103393
4.3.2协议参数配置建议
Ø网元布配:
天线模式必须配置为“分布式单天线”,单天线数需要大于1,根据测试需
求配置RRU和天线。
连接射频线时,需要从RRU直接引出射频线。
ØMAC层设置:
在LMT-B的“协议软件—MAC层—调度算法—设置时分加码分算法信息”,将小区资源分配模式设置为“空分算法”,资源分配最小颗粒度设为4。
Ø物理层配置:
在LMT-B的“协议软件—物理层—FC—设置FC信息”,必须保证波束赋形控制开关是打开状态。
在LMT-B的“协议软件—MAC层—信道质量控制—设置CQI修正信息”为1,3,-8。
在LMT-B的“协议软件—物理层—SJ—设置处理码道及波束赋型门限信息”,将波束赋型门限设置为32767,联合检测支持处理码道总数为24码道。
4.3.3基站侧参数配置建议
Ø设置时分加码分算法信息设置为“空分算法”
Ø下行波束赋型控制开关设置“打开”
Ø 设置波束赋型门限设置为“32767”
Ø CQI算法开关设置为“关闭”
Ø CQI修正算法开关设置为“打开”,修正步长设为“1”,且最大增量和最小增量分别为“3”、“-3”。
4.3.4RNC侧参数配置建议
Ø小区要配置为“混合HSDPA小区”,时隙配置为2上4下,PDSCH占用3、4、5时隙,需要配置2对HS-SCCH/HS-SICH,HS-SCCH配置在TS6,占用信道化码15、16/17、18,HS-SICH配置在TS1,占用信道化码25/27。
Ø伴随DPCH设为连续分配,关闭流控开关。
4.4隔离度计算
隔离度的计算方法主要有以下3点:
1、被测试小区为多个单通道的小区,选择2个通道A和B作为测试通道,小区工作正常;
2、在A通道覆盖区域选择一定点,关闭B通道,测试Pccpch的场强P1,然后打开B通道,关闭A通道测到场强P2,在B通道覆盖区域选择一定点,关闭A通道,测试Pccpch的场强P3,然后打开A通道,关闭B通道测到场强P4,该两点实际隔离度定为|P1-P2+P3-P4|/2;
3、选择合适的隔离度参数X,X>实际的隔离度+20,设置生效后。
将两个终端1和2放置在通道进行业务测试,记录此时该小区的系统吞吐量X1。
在对新世界大酒店进行隔离度测试之前,需要手机锁定小区主频点,每次只打开一个通道,关闭其它两个通道,分别测试三个通道下P-CCPCH-RSCP,测试结果见表4所示:
表4测试点隔离度
测试站址
测试点1#楼各通道P-CCPCHRSCP(dBm)
新世界大酒店
RRU1开
RRU2关
RRU3关
-37
-116
-116
测试点2#楼各通道P-CCPCHRSCP(dBm)
RRU1关
RRU2开
RRU3关
-116
-67
-116
测试点3#楼各通道P-CCPCHRSCP(dBm)
RRU1关
RRU2关
RRU3开
-116
-90
-40
4.5空分复用测试验证
4.5.1空分关闭室内单通道不同RRU场景两用户HSDPA吞吐量
在未开空分复用的情况下,选择新世界大酒店的两个点A区和B区进行H速率的测试,其中两个辅载波配置为HSDPA,分别为10071和10080,其余载波配置为R4,测试时需将10080的H业务用户使用数0,目的是让H业务占用到10071载频上来验证单载波测试效果。
测试结果如图5所示:
图5空分关闭时A区和B区RRU下单用户吞吐量
测试结果:
2个用户分别在A区和B区发起UL64kbps/DL2048kbps的交互类业务,激活成功后进行H业务下载,保持下载三分钟后,从UE侧统计小区业务吞吐量。
测试点A区下用户平均速率为923.7kbps,测试点B区下用户平均速率为704.2kbps,同一小区下两用户合计为1.63Mbps。
4.5.2空分打开室内单通道相同RRU场景两用户HSDPA吞吐量
在打开空分复用的情况下,仍然选择新世界大酒店的1个点B区进行H速率的测试。
测试结果如图6所示:
图6空分打开时B区RRU下两用户吞吐量
测试结果:
2个用户同在B区发起UL64kbps/DL2048kbps的交互类业务,激活成功后进行H业务下载,保持下载三分钟后,从UE侧统计小区业务吞吐量。
测试点B区下用户1平均速率为576.5kbps,用户2平均速率为607.3kbps,同一小区下两用户合计为1.18Mbps。
由于通道间无隔离,不能实现空分,与未开空分时结果相近。
4.5.3空分打开室内单通道不同RRU场景两用户HSDPA吞吐量
在打开空分复用的情况下,仍然选择新世界大酒店的两个点A区和B区进行H速率的测试。
测试结果如图7所示:
图7空分打开时A区和B区RRU下单用户吞吐量
测试结果:
2个用户分别在A区和B区发起UL64kbps/DL2048kbps的交互类业务,激活成功后进行H业务下载,保持下载三分钟后,从UE侧统计小区业务吞吐量。
测试点A区下用户平均速率为1.27Mbps,测试点B区下用户平均速率为1.18Mbps,同一小区下两用户合计为2.45Mbps,比空分关闭时的平均速率提升了将近2倍,达到了空分复用效果。
两个RRU通道相邻楼之间隔离度通过实测,根据隔离度的计算|P1-P2+P3-P4|/2结果为64dB,达到非常好的空分复用效果,说明不同RRU覆盖的两个相邻的楼层,通过普通楼层之间的隔离,就可以实现较好的空分效果。
4.5.4空分打开室内单通道不同RRU场景四用户HSDPA吞吐量
在打开空分复用的情况下,选择新世界大酒店的两个点A区和B区进行H速率的测试,其中两用户在A区RRU下测试,另外两用户在B区RRU下测试,结果如图8和图9所示:
图8空分打开时A区RRU下两用户吞吐量
图9空分打开时B区RRU下两用户吞吐量
测试结果:
4个用户分别在A区和B区发起UL64kbps/DL2048kbps的交互类业务,激活成功后进行H业务下载,保持下载三分钟后,从UE侧统计小区业务吞吐量。
测试点A区下两用户平均速率分别为517.7kbps和540.8kbps。
测试点B区下两用户平均速率分别为520.1kbps和557.7kbps,同一小区下四用户合计为2.136Mbps,基本达到了空分复用效果。
5总结
本文验证了HSDPA二重空分复用技术可以在不改变系统标准、不改变网络结构、不改变数据卡(或终端)的情况下,仅通过对基站进行软件升级,就能够实现室内HSDPA小区数据业务流量总吞吐能力有效提高。
空分复用技术要在现网中使用,除了要求系统设备具备一定的支持能力外,还要求空间隔离度达到一定要求,不同的隔离度会直接影响空分复用的效果。
如果隔离度过低,则采用空分复用后的性能甚至不如空分复用前;如果隔离度足够高,则采用空分复用后的性能就可以接近或达到理论分析的结论。
下表是不同隔离度与空分复用效果的仿真结果:
隔离度
单用户
隔离5dB
隔离10dB
隔离15dB
隔离20dB
吞吐量
0.8Mbps
0.136Mbps
0.667Mbps
1.09Mbps
1.37Mbps
根据仿真结果,如果隔离度达到20dB,则吞吐量的提升非常明显。
普通室内分布中,不同楼层间的隔离度基本都在20dB以上,因此如果将空分复用引入室内,提升效果非常明显。
前期在上海、广州等地现网也进行了2重空分复用的测试,测试结果显示吞吐量基本上可以达到双倍的效果,也验证了这一结论。
本文在新世界大酒店测试的隔离度为64dB,完全达到了隔离度要求,因此空分复用效果十分明显。
目前大多数室内分布的楼层均可以满足此隔离度,均较容易实现空分。
而位于同一通道的用户的吞吐量不会因为小区实现了HSDPA空分,H速率就有所下降,而是由于通道间无隔离,不能实现空分,与未开空分时结果相近。
下一步将对4重空分复用的能力进行验证,小区内配置有6个HSDPA载波,每个载波均支持4重空分复用后,空口吞吐量提升了4倍,频谱效率提升了4倍。
同时,小区内支持的HSDPA用户数与原来一致,不会因此而减少。
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