TD-SCDMA R4与HSDPA的混合组网

为适应越来越高的数据业务需求，原有的TD-SCDMA的峰值速率已经无法满足需求，HSDPA技术的发展为更高的数据速率和更高容量提供了一条平稳演进的途径。在TD-SCDMA系统组网方案的基础上，如何引入HSDPA越来越受到人们的重视。随着移动通信和互联网的迅速发展，视频、流媒体等许多对流量和延迟性能要求较高的数据业务对移动通信系统提出了更高的要求。在这种情况下，第三代移动通信系统原来所提出的的2Mbit/s的峰值速率目标已经无法满足市场的需求，因此，3GPP在R5以后的版本中引入了新的分组接入增强技术HSDPA，将TD-SCDMA的峰值速率提高到2.8Mbit/s。考虑建设成本和经济效益的结合，HSDPA可以采用和R4版本系统的混合组网方式。本文在讨论TD-SCDMAHSDPA关键技术发展的基础上，对R4版本和HSDPA系统的混合组网方案进行了研究。

   一、 TD-SCDMA HSDPA结构特点和关键技术
 
    在R5版本中，TD-SCDMA系统引入HSDPA技术，增加了新的传输信道和物理信道，在NodeB中加入新的媒体接入控制子层（MAC-hs）。

    新增物理信道包括高速下行共享物理信道HS-PDSCH、共享控制信道HS-SCCH、共享指示信道HS-SICH。其中HS-PDSCH用于承载高速下行数据，HS-SCCH/HS-SICH支持相应的信令，由NodeB控制，用于传输传输信道的控制信息和终端的反馈信息。

    新增的传输信道包括高速下行共享信道HS-DSCH，用于承载高速下行数据并映射到高速下行共享物理信道HS-PDSCH，它采用1和16两种不同的扩频系数，使NodeB能更加灵活地应对不同的信道条件，进行合理的分组数据调度，以提高数据的传输速率。

    NodeB新增MAC-hs的主要功能是对发送数据进行调度以及对重传数据进行控制。重传由NodeB直接控制，避免了RNC到UE的时延，提高了重传的速率，减少了数据传输时的时延。同时，NodeB可以根据信道条件快速的调度发送数据的大小和发送对象，从而提高小区的吞吐率。

    由于共享信道具有采用系统自适应调节用户调制方式以及编码速率的特点，HSDPA可以较好地适应分组数据的特点，其主要技术特点包括以下方面。

    1．共享信道

    如前所述，HSDPA采用共享信道的方式为分组用户提供服务，用户通过时分或者码分的形式共享无线资源。

    2．自适应编码调制（AMC）

    AMC被称为自适应调制和编码技术，是一种能够通过自适应地调整传输数据的调制和编码方式，用来补偿由于信道变化对接收信号所造成的衰落影响，从而提高信号的信噪比性能的物理层链路自适应（LinkAdaptation）技术。

    AMC的实现方式为,系统根据自身物理层能力和信道变化情况，建立一个编码调制格式集合MCS，每个MCS中的传输格式包括传输数据编码速率(传输块长度)和调制方式(QPSK,16QAM)，当信道条件发生变化时，系统会选择与信道条件对应的不同传输格式来适应信道变化。

    3．混合反映重传（HARQ）

    HARQ是自动重传请求（ARQ）和前向纠错（FEC）技术相结合的一种纠错方法。终端在译码失败的情况下保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，终端将重传的数据和保存数据进行合并后，再送到译码器进行译码。

    HARQ有以下3种类型。TypeIHARQ较为简单，在接收端解码后用CRC对分组进行校验。如果发现分组有错误，接收端通知发送端重传，重传分组采用与前一次相同的编码，而错误的分组被丢弃。TypeII HARQ（增量冗余HARQ方案 ）：错误分组没有被丢弃，而是和发送端重发的增量冗余信息合并后进行译码，称为FULL IR HARQ。发送端重传的信息不是前一次数据的简单重复，而是不同的增量冗余信息，且多次重传的冗余信息都不一样，重传分组无法自解码，必须和第一次发送的的数据合并后再进行译码。Type III HARQ:接收错误的数据包不会被丢弃，接收机将其存储起来与后续的重传数据合并后进行解码。与第二类HARQ不同的是，每次重传都包含有完整的信息位，因此，重传分组具有自解码能力，比较适合第一次数据遭到严重损害的情况下。目前的HSDPA采用的是后两种类型。

    4．基站快速调度

    通过增加MAC-hs实体，HSDPA将数据的调度和重传移到NodeB实现，采用合适的调度算法以及减少时延，可以更加快速地适应信道变化，NodeB根据UE的反馈，依据一定的调度准则选择用户或调整编码方式来优化系统性能。

    二、多载波HSDPA技术发展

    HSDPA可以将理论峰值速率提高到2.8Mbit/s，考虑到TD-SCDMA单载波1.6MHz的带宽限制，TD系统的下行速率还是有限的。为了取得更高的峰值速率，人们提出了多载波HSDPA技术，即通过多载波的捆绑来提高用户的峰值速率。

    简单地说，TD-SCDMA多载波方案就是指一个UE可以同时接收多个载波的数据，和N频点特性相结合后，得到一种优化的方案，即在一个小区内提供多个连续的载波，主载波上提供BCH、UpPCH、DwPCH以及其它信道，用于系统信息广播和终端接入，而在辅载波上，只提供业务信道。UE在通过主载波接入之后，由系统的接纳控制功能根据各个载波资源的情况，统一配置资源。

    以3载波的系统为例，如图1所示，在Carrier0上发送导频及广播信息，而在辅载频上的TS0及导频信道时隙为空，根据资源配置情况将3个载频的上、下行时隙灵活地配置给接入的UE。

    多载波技术的引入使得TD-SCDMA系统中的HSDPA技术支持的理论峰值速率大大提高，理论上N个载频的多载波HSDPA方案可以获得N倍的2.8Mbit/s的峰值速率，如3载频的HSDPA方案理论的峰值速率可以达到8.4Mbit/s；同时，多载波HSDPA允许一个用户同时使用多个载频上的HSDPA资源，因此，对用户而言也大大提高了高速分组数据业务的支持能力，这样在理论上，一个用户的高速分组数据业务支持能力可达到2.8Mbit/s的N倍。因此在TD-SCDMA系统引入多载波HSDPA技术，可以提高一个小区的高速下行分组业务容量，同时也可以提高一个用户的高速下行分组业务传输能力。

   三、R4和HSDPA的混合组网

    HSDPA作为TD-SCDMA的增强型无线技术，为TD-SCDMA向更高数据传输速率和更高容量提供了一条平稳演进的途径。HSDPA的网络建设一般可以采取两种方案：HSDPA与TD-SCDMA共小区直接建网，即R4和HSDPA的混合组网；HSDPA与TD-SCDMA实用不同的小区分层建网，即HSDPA和R4分别单独组网。

    采用单独组网的方式有以下独特的优势：TD-SCDMA网络承载CS业务和低速R4数据业务，HSDPA集中提供高速数据业务，通过切换实现两个系统间业务承载能力的互补；HSDPA网络与TD-SCDMA网络互不影响，避免了复杂的码资源、功率资源规划，能实现无线资源的最佳使用。但是与此同时也带来了很多问题：HSDPA单独组网建设成本高；在建网初期用户数量有限的情况下，TD网络和HSDPA网络共享程度低，网络整体效能下降；为支持R4网络业务和HSDPA网络业务的切换，还需要支持多载频的终端以及多小区驻留，增加了UE复杂性。

    R4和HSDPA的混合组网方式是比较合理的组网方式，不仅可以减少建设成本，而且降低了管理维护和优化的复杂度。HSDPA和R4的混合组网可以分为异频和同频两种方式。

    在异频方式下，对于采用S3/3/3站型进行网络规划建设的地区，可以按照HSDPA和R4业务分载波进行配置，总体时隙配置均为3:3。在网络建设初期，话音业务需求相对较大，可以采用的分配方式为R4业务占用2个载波，HSDPA业务占用1个载波。随着网络建设的发展，用户的数据业务需求逐渐增大，可以采用的分配方式为R4业务占用1个载波，HSDPA业务占用2个载波，如图2所示。

    异频组网由于R4和HSDPA分别占用不同载波，避免了同载波上话音业务和数据业务的不同QoS问题，同一载波上话音业务和HS-DSCH承载的数据业务不同覆盖的问题，话音业务优先接入、资源预留和功率预留的问题，极大地简化了无线资源管理和移动性管理。但是终端需要在不同载频上同时工作，数据业务为主的HSDPA也需要配置和对称的上下行转换点，造成了上行资源的浪费。

    在同频方式下，R4和HSDPA占用同一载波，有两种时隙配置方式：时隙比例按照3:3进行配置，其中R4配置1对时隙，HSDPA配置2对时隙；时隙比例按照2:4进行配置，其中R4业务配置1对时隙，其余时隙配置为HSDPA业务，如图3所示。

    在同频组网的情况下，R4和HSDPA的业务需要进行合适的功率分配，无线资源管理和移动性管理策略变得较为复杂，但是我们可以简化终端设计，避免网络资源的浪费，提高网络利用率。

    在网络建设的初期，传统话音业务仍是主要业务，同时有一定的数据业务需求，数据业务市场处于培育阶段，HSDPA资源可根据数据业务量灵活分配。由于总的话务需求量并不是很高，可以采用异频组网方式，共配置3个载波，一个载波承载R4业务，另外两个载波承载HSDPA业务。

    HSDPA可在热点地区连续覆盖，以满足高速业务的需求。此时高速的PS域业务（如大于64kbit/s的业务）采用HSDPA承载，低于64kbit/s的业务采用R4系统承载方式传输。在非热点地区，通过R4承载PS业务，以满足低速业务的需求。

    随着网络建设的进行以及语音和数据业务需求量的不断增加，数据业务快速发展，网络初期的配置方式已经无法满足需求。此时可以采用同频组网等方式，同时调配HSDPA和语音业务资源，针对不同地区下行流量的不同需求，语音业务和HSDPA资源可在载频间及载频内灵活分配。

    四、结论

    HSDPA的峰值速率可以达到2.8Mbit/s，多载波捆绑的HSDPA技术更可以达到8.4Mbit/s的理论峰值，它的引进可以满足日益增长的PS业务要求。TD-SCDMAR4和HSDPA的混合组网可以使TD-SCDMA支持的CS和PS业务与HSDPA支持的高速数据业务共享网络资源，做到资源利用的最大化，节省网络投资。目前，不同的建设阶段采用不同的组网策略是我们需要进一步考虑的问题。