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提升TD-HSUPA速率与吞吐量的策略

2012-07-01许时彰

电信工程技术与标准化 2012年11期
关键词:时隙吞吐量载波

许时彰

(中国移动通信集团广东有限公司佛山分公司,佛山 528000)

提升TD-HSUPA速率与吞吐量的策略

许时彰

(中国移动通信集团广东有限公司佛山分公司,佛山 528000)

本文为解决TD-SCDMA上行速率不足的先天缺陷、规避全网统一的上下行时隙比例配置的弊病、提升HSUPA上行速率与吞吐量,本文针对以下内容开展深入研究与实践:F频段与A频段、2:4与3:3上下行时隙配比下的上行速率研究,实现了单用户HSUPA上传速率提升120%;实现了异时隙组网方案,并实践印证了其可行性;多用户下的HSPA时隙码道配置策略研究;HSUPA空分技术的研究与应用。

HSUPA;异时隙;空分复用

1 TD-SCDMA上行速率技术背景

1.1 TD上行速率不足的先天缺陷

TD-SCDMA采取的是TDD的双工模式,上下行都在同一载波上传送,而FDD技术则是上下行分开不同载波。这使得TDD技术下的单载波速率跟FDD技术下的单载波速率相比,处于劣势。更何况,TDSCDMA现网采用的是2:4的上下行时隙比例配制,单载波单用户的下行速率能够达到1.68Mbit/s,但是承载在R4信道的上行业务的速率只有128kbit/s。在引入了HSUPA后,上行速率能够增强到500kbit/s左右,对于单用户的上行速率大有改善,但用户一增多了后,仍然“捉襟见肘”。

1.2 上行速率受限带来的问题

一些需要高上行传送速率的业务无法得到很好的应用,如物联网业务、视频流媒体监控等新业务。而且上行速率的受限也会直接影响到下行速率。

1.3 全网统一的上下行时隙比例配置的弊病

目前,全网采取的是统一2:4的上下行比例配置,这不但不能发挥出TDD动态信道分配技术优势,而且还限制了一些个性化需求。而异时隙组网模式能够极大地发挥TDD技术优势,迅速提升单载波的HSUPA速率。

1.4 如何实现多用户下HSUPA吞吐量最优化

由于TD-SCDMA终端不支持多载波技术,HSUPA与HSDPA均承载在同一载波上。于是,我们需要找出最合适的HSPA载波上下行信道的配置策略,使得HSPA的接入用户数目与吞吐量最优化。据悉,现网并未有类似的研究,仅有的研究要么只针对HSDPA多用户,要么只针对HSUPA单用户,但没有HSPDA和HSUPA同时存在的多用户策略研究。

1.5 空分技术尚未在HSUPA得到应用

通过实验,我们知道,TD-SCDMA的空分技术通过空间的隔离,能够有效地提升HSDPA的小区总吞吐量。但是空分技术尚未在HSUPA中得到应用。如果我们能够将空分技术应用至HSUPA中,将会大大提升小区的上行速率总吞吐量。

2 提升TD-HSUPA速率的创新策略

2.1 研究总体思路

为解决上文所提及的“TD-SCDMA上行速率受限”的问题,我们可以通过图1所示的3个方面入手,全面提升TD-SCDMA的HSUPA单用户速率与小区总吞吐量。

图1 总体研究思路

2.2 HSUPA单载波速率提升创新策略

我们将A频段(2010~2025MHz)配置2:4上下行时隙比例配置。测试终端使用大唐8142进行测试。在顺德大良顺德供水总公司TM进行HSUPA测试,保持1.5min,测试平均速率为364.5kbit/s。接着我们将A频段(2010~2025MHz)配置3:3的上下行时隙比例。平均速率约为790kbit/s。

我们接着将F频段(1880~1920MHz)配置2:4上下行时隙比例配置。使用大唐8142在顺德大良顺德供水总公司TM进行HSUPA测试,平均速率为359kbit/s,峰值为418kbit/s。最后,将F频段(1880~1920MHz)配置3:3上下行时隙比例配置。使用大唐8142在顺德大良顺德供水总公司TM进行HSUPA测试,平均速率为804.4kbit/s。

通过以上测试可知,我们可以得出以下4个重要结论:

* 在时隙配比2:4情况下,无论A频段或F频段开启HSUPA,用户平均速率均在360kbit/s左右;

* 在时隙配比2:4情况下,无论A频段或F频段开启HSUPA,用户平均速率均在800kbit/s左右;

* 3:3上下行时隙配置下单用户HSUPA速率,是2:4上下行时隙配置下的2.2倍;

* 多用户下总吞吐量接近单用户的吞吐量。

汇总3种测试条件下HSUPA上传速率测试数据如表1所示。

表1 HSUPA不同条件下速率对比

2.3 异时隙组网方案策略研究

从以上的测试可以看出,将上下行时隙比例从2:4改成3:3,能够极大地提升单用户HSUPA上行速率,甚至比理论的2倍速率更多(2.2倍)。我们接下来对异时隙组网方案策略进行深入研究。

异时隙组网指的是,对于一个小区的不同频点实施不同的上下行时隙比例配制方式。

异时隙组网的优势:上下行时隙比例调整方式更加灵活、上行与下行的吞吐量比例会更加合理。

异时隙组网的劣势:交叉时隙干扰。当相邻两个小区同一频点的上下行时隙比例配置不一致的时候,将会相互产生较大干扰。为了解决该问题,在本项目中,我们创新地将不同的时隙配置比例放在不同的频段——3:3放的上下行时隙配置放在1880~1900MHz的F频段,2:4的放在2010~2025MHz的A频段。

为了验证这个实施效果,我们选取一室分站点进行异时隙配置。选取的室分小区具备的条件如下:

小区配置了两个RRU以上(包含支持F和A频段的RRU);

周边无F频段的小区共同覆盖;

小区属于闲小区(防止对现有用户造成不便,同时便于测试速率);

小区至少配置了一条H载波。

为了更好的应用各种业务,我们对修改了时隙配置后的小区进行了接入问题的测试研究,结合现网中兴设备,测试后得出了以下结论:

单HSUPA配置:申请HSUPA业务,不管频段、时隙配比如何,都优先接入开通HSUPA业务的频点;

双HSUPA配置,同时隙配置,F频段和A频段各配置一个HSUPA:第一个用户优先接入配置F频段开通了HSUPA的载波;第二个用户接入配置了A频段开通HSUPA的载波;第三个用户接入F频段;第四个用户接入A频段,依次类推。

双HSUPA配置,异时隙配置,F频段3:3,A频段2:4,各配置一个HSUPA:第一个用户优先接入配置A频段的HSUPA载波,第二个用户优先接入配置A频段的HSUPA载波;第三个同上;第四个同上;第五个接入A频段的其他载波(H载波或R4载波)。

双HSUPA配置,异时隙配置,F频段2:4,A频段3:3,各配置一个HSUPA:第一个用户优先接入配置F频段的HSUPA载波,第二个用户优先接入配置F频段的HSUPA载波;第三个同上;第四个同上;第五个接入F频段的其他载波(H载波或R4载波)。

通过以上试验,我们发现异时隙组网方案是完全可行的,我们可以根据业务需求,将全网的F频段全部、或者部分频点设为3:3的上下行时隙比例配置,其它频段与频点可沿用现网的2:4配置。既可以达到极大提升上行速率的目的,又可以规避交叉时隙带来的干扰问题。

2.4 多用户下的HSPA时隙码道配置策略

我们都知道,由于TD-SCDMA的终端不支持多载波技术,因此HSUPA和HSDPA都配置在同一载波上。我们将对多用户条件下的单载波总吞吐量与接入用户数进行研究,找出最合适的上下行信道配置策略,使得HSPA的接入用户数目与吞吐量最优化。

TD-SCDMA是一个码道受限的系统,接入的最大用户数主要是受限于码道资源。HSDPA主要由HSDSCH、HS-SCCH、HS-SICH信道组成,HSUPA主要由E-RUCCH、E-PUCH、E-HICH、E-AGCH信道组成。而系统侧为每个HSDPA用户配置伴随DPCH以传输高层信令,H载频的最大接入用户数主要受限于上下行DPCH信道的数量,一个DPCH伴随信道由两个SF=16的码道组成。

在现网上下行时隙2:4的配比条件下,单载波HSUPA与HSDPA共存的条件下,上行配置一条E-PUCH信道,下行配置了三个HS-DSCH信道,如图2所示。

2:4时隙配比下辅频点HSUPA/HSDPA码道占用如下所示:

* 在不考虑帧分复用的情况下,接入用户数主要受限于下行DPCH伴随信道的数量,最大接入用户数为4个,每用户上行平均速率约为90kbit/s,下行平均速率约为350kbit/s。如果将上下行时隙比例配置设为3:3的话,最大接入用户数依然是4个,每用户上行平均速率约为kbit/s,下行平均速率约为220kbit/s。

* 在考虑下行伴随信道的2倍帧分复用情况下(不考虑上行伴随信道帧分复用),接入用户数受限于上行伴随信道数量,最大为5个。

图2 HSPA载波码道配置图

* 在上下行伴随信道同时开启2倍帧分复用情况下,接入用户受限于下行伴随信道数量,最大为8个。

根据现网用户的使用情况,目前支持HSUPA的终端较少,使用HSUPA的用户数更少,目前基本上站型最低配置是333配置,至少配置了2个H载波。因此考虑到用户感知及现网的实际情况,不建议开启上下行伴随信道的帧分复用开关。

2.5 HSUPA的小区吞吐量提升创新策略

HSUPA的小区吞吐量提升创新策略——我们将空分技术应用到HSUPA技术中。我们选取隔离度良好的楼层,利用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-SCDMA频谱利用率和系统数据吞吐量的效果。在开启2倍速MX的情况下,小区总的HSUPA吞吐量能够实现80%~100%的增长。无须增加任何硬件投资、无须小区分裂、无须增加载波即可实现了小区上行总吞吐量的成倍提升。

3 创新策略研究总结

佛山移动在全省范围内,率先打破现网2:4上下行时隙统一配置的束缚,通过将F和A频段分别配置3:3和2:4的上下行时隙比例,使得3:3下的HSUPA单用户速率比起2:4下,有了1.2倍的提升,满足了数据业务的个性化需求。我们率先成功试验出3:3上下行时隙比例下,HSUPA单用户上行平均速率可以达到800kbit/s,是EDGE速率的8倍,是现网时隙配比下HSUPA速率的2.2倍。

同时,我们通过实践,印证了多频段的异时隙组网方案是完全可行的,异时隙组网中的交叉时隙干扰问题完全可以避免。这为今后的视频上传、物联网等增值业务提供了更快的上行速率支持。

我们将多用户条件下的“HSPA载波的上下信道配置策略”研究成果全面运用在现网的配置中,使得HSPA的接入用户数目与吞吐量最优化。

最后,我们将空分技术用于HSUPA,利用室内小区多通道间的楼层隔离来实现码道复用。在开启2倍速MX的情况下,小区总的HSUPA吞吐量能够实现80%~100%的增长。无需引入任何软硬件,只需要在后台进行相应的参数(时隙、码道)配置和根据小区的覆盖特点开启空分开关即可。

通过“提升TD-SCDMA网络HSUPA速率与吞吐量”创新策略的研究与实施,我们成功将TDSCDMA的上行速率与吞吐量大大提升了一个台阶,为我国自主知识产权3G技术应用走向成熟奠定了良好的基础。

Strategies to improve data rates and throughputs of TD-HSUPA

XU Shi-zhang
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd. Foshan Branch, Foshan 528000, China)

This thesis is aimed to improve data rates and throughputs of TD-HSUPA, avoid the shortages of the same configuration of uplink to downlink time slots ratio. This thesis researches on the following aspects: First, the uplink data rates under F band and A band, 2:4 and 3:3 uplink to downlink time slots ratio, raise the HSUPA data rates by 120%; Second, realize the scheme of different up-down time slots ratio under the same network; Third, the optimized conf i guration of time slots and channel code under multi-users circumstances; Forth, the research and application of space division multiplexing for TD-HSUPA.

HSUPA; different time slots conf i guration; space division multiplexing

TN929.5

A

1008-5599(2012)11-0013-04

2012-09-10

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