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TD-SCDMARAN系统TD-SCDMAHSDPA学员手册TD-SCDMARAN系统网络优化HSDPA学员手册产品类别：TDR2000TDR3000 TDB03C TDB09A TDB144A OMC-R其他产品版本：资料版本：文档编号：大唐移动通信设备有限公司为客户提供全方位的技术支持，用户可与当地的大唐移动办事处联系，也可直接与公司总部客服中心联系。大唐移动通信设备有限公司地址：北京市海淀区学院路29号邮编：100083网址：客户服务电话：800-990-8800客户服务邮箱：前言内容介绍l HSDPA学员手册读者对象本书适合下列人员阅读：l 选修HSDPA基本理论的学员。本书约定通用格式约定格 式意 义宋体正文采用宋体表示。黑体除一级标题采用宋体加粗以外，其余各级标题均采用黑体。楷体警告、提示等内容一律用楷体，并且在内容前后增加线条与正文隔离。命令行格式约定格 式意 义粗体命令行关键字（命令中保持不变、必须照输的部分）采用加粗字体表示。斜体命令行参数（命令中必须由实际值进行替代的部分）采用斜体表示。 表示用“ ”括起来的部分在命令配置时是可选的。 x | y | . 表示从两个或多个选项中选取一个。 x | y | . 表示从两个或多个选项中选取一个或者不选。 x | y | . *表示从两个或多个选项中选取多个，最少选取一个，最多选取所有选项。 x | y | . *表示从两个或多个选项中选取多个或者不选。!由惊叹号“!”开始的行表示为注释行。图形界面格式约定格 式意 义带尖括号“”表示操作员从终端输入的信息。 带方括号“ ”表示人机界面、菜单名、数据表和字段名等。/多级菜单用“/”隔开。如文件/新建/文件夹多级菜单表示文件菜单下的新建子菜单下的文件夹菜单项。键盘操作约定格 式意 义加尖括号的宋体字符表示键名或按钮名。如、等分别表示回车、制表、退格、小写字母a。表示在键盘上同时按下几个键。如表示同时按下“Ctrl”、“Alt”、“A”这三个键。表示先按第一键，释放，再按第二键。如表示先按键，释放后，紧接着再按键。鼠标操作格 式意 义单击快速按下并释放鼠标的一个按钮。双击连续两次快速按下并释放鼠标的一个按钮。拖动按住鼠标的一个按钮不放，移动鼠标。各类标志本书还采用各种醒目标志来表示在操作过程中应该特别注意的地方，这些标志的意义如下，正文中的各类警告、提示、说明等的内容一律采用楷体，并在内容前后加横线与正文分开如下：& 说明：说明、提示、窍门、思考：对操作内容的描述进行必要的补充和说明。 注意：小心、注意、警告、危险：提醒操作中应注意的事项1 HSDPA原理与关键技术HSDPA是TD-SCDMA/WCDMA在3GPP Rel5中引入的增强型技术，通过采用AMC、HARQ和快速调度等技术，在基站侧增加了一个实体MAC-hs用于数据的快速调度，可获得较高的用户峰值速率和小区数据吞吐率。在单载波下，TD-HSDPA可获得最大2.8Mbps的理论吞吐量，多载波绑定时，可得nx2.8Mbps（n为绑定载波数）的理论吞吐率。1.1 HSDPA协议架构1.1.1 HSDPA协议栈结构如图1-1所示，引入HSDPA后，对UU口的影响主要是在MAC层增加了一个MAC-hs实体，位于MAC-d和Phy之间，用于对数据进行调度。MAC-hs实体的功能分别在UE和NodeB实现。对Iub的影响主要是增加了一个HS-DSCH数据帧和两个HS-DSCH控制帧，用于在NodeB和SRNC之间进行HS-DSCH数据的传输和流量控制。图1-1：HSDPA协议栈架构1.1.2 UTRAN侧MAC结构描述MAC-hs实体的结构及功能 UTRAN侧MAC总体结构如图1-1所示为引入HSDPA后UTRAN侧MAC总体结构。从结构上看，原有的MAC-d、MAC-c/sh没有变化，只是新增了一个MAC-hs实体。图 12: UTRAN 侧 MAC 结构在网络侧，MAC-c/sh 位于CRNC，MAC-d位于SRNC，而MAC-hs位于NodeB，如果配置了MAC-c/sh，则MAC-sh SDU的传送路径为MAC-dIur（或无须通过Iur）MAC-c/shIubMAC-sh；如果没有配置MAC-c/sh，则MAC-sh SDU的传送路径为MAC-dIub/IurMAC-sh； HARQ的具体配置信息由RRC通过MAC-Control SAP提供。为支持MAC-d和MAC-hs之间的数据传输，需要增加MAC-d与MAC-hs间的流量控制功能。 UTRAN侧MAC-hs实体图 13: UTRAN侧MAC-hs实体如图1-3所示，每个支持HS-DSCH的小区对应一个MAC-hs实体，MAC-hs负责处理HS-DSCH数据发送，同时还负责管理HSDPA的物理资源。在MAC_hs中对每个MAC-d PDU都进行优先级处理。MAC_hs包括以下四个功能模块：-Flow Control（流量控制）：l 完成MAC-hs与MAC-d或MAC-c/sh之间的流量控制，以减少层2的时延，减少由于HS-DSCH拥塞导致的数据丢失和重传。 - Scheduling/Priority Handling（调度/优先级处理）：该模块主要完成的功能包括l 对小区内所有用户进行调度。一个UE可以有一个或多个MAC-d数据流，每个MAC-d数据流包括的HS-DSCH MAC-d PDUs根据优先级分配至一个或多个优先级队列，一个优先级队列只对应一个MAC-d数据流。l 确定HARQ实体（一个HARQ实体处理一个用户），对于每个待发送的MAC-hs PDU，向HARQ实体指示QueueID（即优先级队列识别号）和TSN。l 根据上行链路的反馈的状态报告确定是发送新的数据还是重传数据。l 确定冗余版本；l 确定HCSN，向某用户发送HS-SCCH时，该用户的HCSN加一。-HARQ:l 完成HARQ功能。一个HARQ实体能支持多进程的SAW HARQ协议，每个HS-DSCH TTI只能运行一个HARQ进程。 l 根据scheduler功能模块的指示，设置MAC-hs PDU的QueueID，TSN。发送数据时，确定HARQ的进程，设置相应的HARQ process ID。l 负责将状态报告传送至Scheduling功能模块。-TFRC selection:l 为HS-DSCH选择适当的传输格式及传输资源。1.1.3 UE侧MAC结构 UE侧MAC总体结构如图1-4所示为引入HSDPA后UE侧MAC总体结构。从结构上看，原有的MAC-d、MAC-c/sh没有变化，只是新增了一个MAC-hs实体。图 14: UE 侧MAC 结构下行链路上，从HS-DSCH接收到的数据传送至MAC-hs处理，处理完的数据传送至MAC-d。MAC-hs 的配置由RRC通过MAC Control SAP 配置。相关的下行信令携带了支持HS-DSCH的信息，相关上行信令携带了反馈给网络侧的信息。 UE侧MAC-hs实体图 15：UE 侧MAC-hs 实体如图1-5所示为UE侧MAC-hs实体结构，UE侧MAC_hs处理HSDPA相关功能，主要包括HARQ、Re-ordering queue distribution、Reordering和Disassembly功能模块：- HARQ:HARQ实体主要完成和HARQ协议相关的MAC功能。处理HARQ所有任务，负责产生ACK/NACK。HARQ的具体配置信息由RRC通过MAC-Control SAP提供。UE的HARQ实体包括多个HARQ进程，不过每个HS-DSCH TTI只能有一个HARQ进程。HS-SCCH中携带HARQ进程识别，指示随后接收的HS-DSCH由哪个HARQ进程处理。- Reordering Queue distribution:根据Queue ID 将MAC-hs PDUs 分派到不同的reordering buffer。-Reordering:对应每个Queue有一个Reordering实体，Reordering实体根据接收到的TSN（传输序列号）对PDU进行排序，将TSN连续的PDU送至disassembly实体。- Disassembly：负责对MAC-hs PDUs进行拆分。去除MAC-hs头，抽取MAC-d PDU并递交到高层。1.2 关键技术HSDPA采用的关键技术包括AMC、HARQ和基站的快速调度。1.2.1 AMCAMC（Adaptive Modulation and Coding）能够通过自适应地调整传输数据的调制和编码方式，补偿由于信道和干扰变化对接收信号所造成的衰落影响。主要采用了以下技术：1、支持QPSK和16QAM两种调制方式；2、支持从R=1/5到R=1的可变编码率；3、终端快速反馈的CQI信息，作为调制和编码的依据。HSDPA中AMC技术主要应用于HS-DSCH信道，AMC与HARQ相结合，对处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率，提高了小区平均吞吐量，另外，通过自适应地改变编码调制方案来代替改变发射功率，充分的利用了基站的发射功率，这样做的结果是在信道条件好时充分利用系统资源提高传输速率，而在信道条件差时又不提高功率，因而不会增加对其它用户和小区的干扰。1.2.2 HARQHARQ（Hybrid Automatic Repeat request）即ARQ和FEC混合使用，目前HSDPA中FEC仍采用1/3的Turbo码。在HSDPA中，HARQ技术需要与AMC结合使用，其主要作用是补偿AMC选择的传输格式不恰当带来的误码。AMC的机制提供了大动态范围的粗略的、慢速的自适应控制，而HARQ的机制则提供了小动态范围的精确的、快速的自适应控制。 HARQ将ARQ和FEC混合使用的一种技术，在译码错误的情况下，保存接收到的数据，并通过反向链路反馈NACK要求重传数据，在收到重传数据后，和保存的数据进行合并，然后再译码。为了提高信道利用率，HSDPA的HARQ重传机制采用N通道停等HARQ（N-channel-SAW-HARQ，N-SAW ARQ）方式，即在一个传输物理信道上同时并列进行N个HARQ进程（N的个数最大为8），当下行链路一个HARQ进程发送完数据包等待反馈消息的时候，启动另外一个HARQ进程发送数据包。也就是说，当下行链路传送一个HARQ进程的数据包的时候，上行链路传输的是其他HARQ进程的反馈信息，这样，系统资源可以被充分利用。目前HSDPA中采用的HARQ方式包括两种：Type II HARQ和Type III HARQ，这两种HARQ的特征为：1、 Type II HARQ：第二类HARQ方案属于增量冗余（Incremental Redundancy）的HARQ方案，称为 Full IR HARQ (FIR)。在这种HARQ中，第一次传输的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。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，多次重传的冗余信息都不一样。对于FIR，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。由于增加了新的冗余位信息帮助译码，纠错能力增强，从而提高系统性能。2、Type III HARQ：第三类的HARQ方案也属于增量冗余(IR)方案，与第二类HARQ相似，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。和第二类HARQ不同的是，每次重传都包含有完整的系统比特，因此重传分组具有自解码能力。因此比较适合第一次数据遭到严重损害的情况下。根据重传的冗余版本不同，第三类HARQ又可分为两种合并方式：一种被称为Chase Combing 方式，其特点在于重传数据与前面发送的分组数据完全相同（包含系统比特和校验冗余比特），只有一种冗余版本，接收端将重传数据和存储数据进行软合并后进行译码；另一种是Partial IR HARQ (PIR)方式，其每次重传包含了相同的系统比特和不同的增量冗余校验位（可有多个冗余版本），接收端对重传的信息位进行软合并，并将新的校验位合并到码子后再进行译码。1.2.3 快速调度由于是多个用户共享相同的物理信道资源，必然需要合理的控制用户数据流的优先级。NodeB快速调度用来进行用户数据流的优先权控制，快速是针对RNC调度而言的，调度过程不需要UE和UTRAN之间的交互，而是通过预先约定的时间关系，NodeB先于3个时隙通过HS-SCCH信道通知被调度UE相关信息。调度需要的信息通常包括：MAC-hs中MAC-d数据缓存的长度和业务类型、优先级，UE反馈的链路质量。通常使用的快速调度算法包括：轮循调度算法（Round Robin）、最大载干比调度（Max C/I）、正比公平调度（Proportional Fair）。轮循调度算法主要关注公平性，不考虑UE的信道环境，每个UE具有相同的调度优先级，小区吞吐率最低；最大载干比调度算法只关注UE的信道质量，对C/I最大的用户进行调度，获得的小区吞吐率最高，但是信道质量不好的UE很难得到调度，因此该调度算法最不公平；正比公平调度算法兼顾公平性和小区吞吐率，可通过适当的参数配置在调度公平性和小区吞吐率之间获得较好的平衡，其调度性能介于RR和Max C/I之间。1.3 多载波HSDPA为了提高单小区用户峰值速率和小区数据吞吐率，TD-SCDMA在N频点和3GPP R5单载波HSDPA的基础引入多载波HSDPA方案，一个用户的数据可以同时在多个载波上传输，所使用的物理资源包括载波、时隙和码道，由MAC-hs统一调度和分配。当一个用户的数据在多个载波上同时传输时，由MAC-hs对数据进行分流，即将数据流分配到不同的载波，各载波独立进行编码映射、调制发送，每个载波上HS-DSCH的编码处理与3GPP R5完全相同，对于UE，则需要有同时接收多个载波数据的能力，各个载波独立进行译码处理后，由MAC-hs进行合并。对于UE来说，每个频点都有一组HS-SCCH/HS-SICH用于控制信息的交互。如图1-6所示为多载波HSDPA系统总体框架示意图： 图1-6 多载波HSDPA总体框架图多载波HSDPA主要技术特征包括：（1） 多载波HSDPA以N频点技术为基础并兼容N频点行标；多载波HSDPA技术中的多个载波是N频点小区中的多个载波；（2） 在多载波小区中的一个或者多个载波上配置高速下行物理共享信道HS-PDSCH资源和一对或者多对HS-SCCH和HS-SICH物理信道资源，多个载波上的HS-PDSCH物理信道为多个用户终端以时分或者码分的方式共享，一个用户终端可被同时分配一个或者多个载波上的HS-PDSCH物理信道资源；（3） 当一个用户的数据在多个载波上同时传输时，由MAC-hs对数据进行分流，即将数据流分配到不同的载波，各载波独立进行编码映射、调制发送，对于UE，则需要有同时接收多个载波数据的能力，各个载波独立进行译码处理后，由MAC-hs进行合并；（4） 在网络侧，每个用户建立一个HARQ实体。HARQ功能实体中，为每个载波建立单独的HARQ进程（18个），每个HARQ进程独立进行各自的处理过程，每个进程由载波标识和process Id一起标识；（5） 对多载波UE而言，每个载波各自具有一对HS-SCCH/HS-SICH，该对HS-SCCH/HS-SICH进行该载波HS-DSCH资源的独立控制和反馈。多载波HSDPA的业务信道HS-DSCH可根据系统的资源和干扰负载状况进行配置，既可以由单载波的码道资源组成，也可由多个载波的码道资源捆绑构成，载波数目可以不固定。多载波提供了更多的信道资源，显著提高了UE的峰值数据传输速率和小区吞吐率。1.4 TD-HSDPA与W-HSDPA的比较HSDPA是WCDMA和TD-SCDMA在3GPP R5引入的无线增强型技术，都采用了HARQ、AMC、高阶调制和快速调度等关键技术，协议栈结构相同，都在MAC层引入了MAC-hs实体，并都放在NodeB中实现。从物理层引入的信道来看，传输信道和物理信道均为HS-DSCH和HS-PDSCH，下行共享控制信道均为HS-SCCH，不同点为上行控制信道，在TD-SCDMA中HSDPA上行共享控制信道为HS-SICH，而WCDMA中上行控制信道为HS-DPCCH，是一个专用控制信道。从技术体制上看，WCDMA采用码分方式，TD-SCDMA采用时分+码分的方式，这就导致两种技术在进行组网时，在功率配置、码字管理和网络规划等方面差别较大。WCDMA是一种自干扰系统，小区内下行HSDPA码字、公共信道码字和DPCH码字采用码分共享码字资源，在进行组网时重点关注小区内功率和码字分配策略、干扰提升、HSDPA与R99相互之间的影响和覆盖变化等因素，而TD-SCDMA中HSDPA码字可以独立时隙配置，因此重点关注载波、时隙等资源的配置策略。如表1-1所示为TD-HSDPA和W-HSDPA的异同点比较：表1-1：TD-HSDPA与W-HSDPA对比特性 技术TD-HSDPAW-HSDPA协议架构MAC层引入MAC-hs，由基站实现MAC层引入MAC-hs，由基站实现关键技术AMC、HARQ、快速调度、16QAMAMC、HARQ、快速调度、16QAM引入信道HS-DSCH、HS-PDSCH、HS-SCCH、HS-SICHHS-DSCH、HS-PDSCH、HS-SCCH、HS-DPCCHHS-DSCH TTI5ms2ms理论峰值速率16.8Mbps/10MHz BW14.4Mbps/10MHz BW子帧内资源共享方式时分；码分；时分+码分码分调度颗粒度时分：704个符号/5ms；码分：44个符号/5ms；时分+码分：44xN个符号/5ms（N为时隙数）480个符号/2ms波束赋形支持不支持联合检测支持不支持频谱效率1.68bit/Hz/s1.44bit/Hz/s切换方式硬切换硬切换功率配置独占时隙功率，配置简单与公共信道/专用信道共享功率，配置复杂与R4的相互影响小大2 影响HSDPA速率的因素2.1 资源配置HSDPA系统资源配置包括HS-DSCH的下行时隙个数、上行伴随DPCH信道，上行反馈信道HS-SICH个数，下行伴随DPCH信道，下行公共控制信道HS-SCCH个数。随着系统分配的下行HS-DSCH时隙个数增多，系统的吞吐速率就会增加并且符合成倍的增长关系。下表给出了单载波情况下典型时隙比例和峰值吞吐率。表2-1时隙比例和最大吞吐率时隙比例3：32：41：5HS-DSCH时隙数目=2=3=4峰值速率=1.12Mbps=1.68Mbps=2.24Mbps系统资源配置取决于组网的方式，需要考虑R4业务的容量以及R4业务的比例。HS-SCCH和HS-SICH的信道个数也会对多用户小区吞吐量有一定的影响。即如果配置HS-SCCH/HS-SICH信道个数增多，小区的吞吐量也会有所增加。由于TD-SCDMA系统的HSDPA在每个TTI（5ms）调度一次，所以当配置一对HS-SCCH/HS-SICH时，每秒钟最多调度200次，而当配置多对HS-SCCH/HS-SICH时，在HS-DSCH资源有剩余的情况下就可以在同一TTI调度多个用户，从而提高资源利用率，使系统吞吐量得到提高。然而配置多对HS-SCCH/HS-SICH信道需要占用更多的码道资源，因此必须考虑小区吞吐率及共享控制信道资源占用率之间的平衡，一般情况下，当配置的HS-PDSCH时隙数少于3个时，建议只配置一对HS-SCCH/HS-SICH共享控制信道。2.2 信道环境信道环境对HSDPA用户的峰值影响很大，由于受干扰、衰落、多径、多普勒频移等影响，不同信道环境下UE所能获得的速率差别很大。在实际组网时，即使对UE进行连续调度，在信噪比很好的条件下也很难达到理论的吞吐率。图2-1所示为UE能力等级2.8Mbps时，不同的信道下所能获得的峰值吞吐率。图2-1：单用户吞吐量链路仿真结果（2.8Mbps）从图中可以看出，在Ior/Ioc为30dB时，IDA3信道下的速率为2.54Mbps，PA3信道下的速率为2.42Mbps，PB3信道下的速率为2.04Mbps，VA30信道下的峰值速率为1.38Mbps。在性能最好的IDA3信道下，实际吞吐率为理论吞吐率的91%左右，在性能最差的VA30信道下，实际吞吐率只有理论吞吐率的50%左右。2.3 UE能力等级终端最大速率由终端传输能力等级决定，LCR TDD终端能力等级分为15类，如表2-2所示：表2-2 1.28 Mcps TDD HS-DSCH 物理层能力等级HS-DSCH 等级每时隙最大HS-DSCH码道数每TTI最多支持的HS-DSCH时隙数每TTI最多能接收的传输比特数总软信道比特数Category 1162278811264Category 2162278822528Category 3162278833792Category 4162560022528Category 5162560045056Category 6162560067584Category 7163841633792Category 8163841667584Category 91638416101376Category 101641122645056Category 111641122690112Category 1216411226135168Category 131651404356320Category 1416514043112640Category 1516514043168960表2-3： UE能力等级定义参考组合0.5Mbps 等级1.1Mbps等级1.6 Mbps等级2.2 Mbps等级2.8 Mbps等级1.28 Mcps TDD HS-DSCH CategoryCategory 1Category4Category7Category 10Category 13调制方式QPSKQPSK/16QAMQPSK/16QAMQPSK/16QAMQPSK/16QAM最大支持时隙个数22345每时隙最大支持码道个数1616161616每TTI支持最大传输块大小2788560084161122614043支持最大编码率11111如表2-3所示，1-3类终端每个HS-DSCH TTI支持的最大传输块为2788 bits，只支持QPSK调制，峰值速率0.5Mbps；4-6类终端每个HS-DSCH TTI支持的最大传输块为5600 bits，峰值速率为1.1Mbps；7-9类终端每个HS-DSCH TTI支持的最大传输块为8416 bits，峰值速率1.6Mbps；10-12类终端每个HS-DSCH TTI支持的最大传输块为11226 bits，峰值速率为2.2Mbps；13-15类终端每个HS-DSCH TTI支持的最大传输块为14043，峰值速率2.8Mbps。终端能力级越高，传输块根据公式就越大，能够达到的速率就越高。系统中终端的能力等级如果都够和系统配置的资源数目匹配，则能够使系统达到最佳的吞吐量。另外，多载波HSDPA系统中，终端的能力还包括是否支持多载波接收，如果能够支持，则能够在调度时发挥多载波分集的作用，让用户尽量选择信道质量最好的载波进行数据传输，进一步提高系统吞吐量。2.4 CQI反馈时延HS-SICH反馈的CQI值是HS-DSCH信道进行AMC的主要依据。如果反馈的信道条件比实际好，则选择的传输块就会偏大，容易造成多次重传现象。反之，如果反馈的信道条件比实际差，传输块的选择偏小，造成资源浪费。因此，CQI反馈的及时性会影响到其准确性，从而影响吞吐量的高低。CQI时延越小，反馈信息越及时和准确，吞吐量就越大。在终端3公里低速移动时，快衰落周期在200ms左右，几个子帧内信道相关性逐渐降低，所以容量会逐渐降低，但并不会有非常明显的下降。在30公里移动速度下，快衰落周期为20ms左右，2个子帧（10ms）时延信道已经不具有相关性了，所以时延2到8子帧，吞吐量并不会有多大变化如图2-1、2-2所示为PA3，VA30信道环境下，2Mbps速率终端在CQI反馈时延28子帧环境下的链路性能曲线。根据分析可以得到如下结论：1) CQI时延越小，反馈的实效性越高，吞吐量就越大；2) 在中高速情况下，HSDPA吞吐率性能恶化，由于信道相关性很弱，不同的CQI反馈时延间的吞吐量差别不大；3) 由于HSDPA通常应用为低速移动环境，所以尽量降低CQI反馈时延，保证其反馈的时效性是非常必要的。图2-1：PA3信道图2-2：VA30信道2.5 CQI正确性CQI的准确性会影响到吞吐量的大小。错误概率越小，选择的传输块大小越合适，吞吐量就越高。反之，吞吐量越低。如图2-3，图2-4为PA3和VA30信道下CQI错误概率对系统性能影响的仿真曲线，根据仿真和理论分析可以得到如下结论：1) CQI错误概率越小，吞吐量越大；2) 错误概率0.1%和0.01%吞吐量相差不大，而1%则能使吞吐量略有降低，3种信道损失都在5以内；3) 为了保证链路吞吐量，CQI的错误概率要求低于10-2量级就可以了。图2-3：PA3信道下CQI错误对吞吐量的影响图2-4：VA30信道下CQI错误对吞吐量的影响2.6 调度算法HSDPA系统中，多个接入用户是通过调度算法协调共享信道资源的。HSDPA常用的三种调度算法：MAX C/I算法、RR算法、PF算法。MAX C/I算法总是选择信道条件最好的用户占用共享信道。该算法下，系统吞吐量最大，但在系统负荷比较高时，处于小区边缘用户，由于信道条件一直较差，有可能长期得不到调度，因此公平性差。RR算法是所有用户轮流占用共享信道，机会均等，公平性最好，但吞吐量最低。该调度算法目标是保障用户间的公平性，即保障每个用户都能得到一定的服务时间。RR算法以循环分配资源的方式保障用户间的公平性，但没有考虑无线信道的时变特点，也没有利用无线信道所提供的信息(如载干比值等)，因此它难以充分利用系统资源以达到较高的系统容量。PF算法算法是MAX C/I和RR算法的折衷。通过当前速率和平均速率的比值来决定是否占用共享信道。信道条件好的用户，具有更高的优先级，同时，长时间没有调度的用户，也会逐渐提高优先级。相对于RR算法，PF调度算法也会带来一定的调度增益。图2-5所示为单载波3时隙配置，典型的WWW业务模型，不同用户数目下， MAX C/I、PF、RR调度算法的性能差异比较：图2-5：不同调度算法仿真结果从仿真可以看到：1） 用户数目较少时，由于用户速率和没有达到极限速率，用户基本按照按需分配，各调度方法的优势得不到体现，OTA值相差不大。在负荷增加后，各算法的系统吞吐量差异开始变得明显；2） 在小区21用户的情况下，MAXC/I、PF和RR调度算法平均吞吐量分别为0.85M、0.75M和0.67M。可以看到MAX要比PF高0.1M,比RR高0.18M；3） 通常情况下，建议采用正比公平调度算法。2.7 ACK/NACK接收错误率如果将ACK错传为NACK，则虽然接收端正确接收但仍会重传，造成资源浪费。如果将NACK错传为ACK，虽然没有正确接收，而且这些数据也不包括在吞吐量范围内，但发端会继续发送新的数据，采用HARQ的Type2或Type3时，会降低吞吐量。这样，不管NACK错成ACK还是ACK错成NACK，都会减少吞吐量，吞吐量的减少量基本和错误概率成正比。如图2-6、图2-7为PA3和VA30信道条件下ACK/NACK错误率对系统吞吐量的影响曲线，根据仿真分析，建议ACK/NACK的错误概率保持在0.1%左右。图2-6：PA3信道ACK/NACK错误率对吞吐量的影响图2-7： ACK/NACK错误概率对吞吐量的影响2.8 上行信道分配的影响对于基于TCP/IP等面向链接的业务，如FTP业务，在采用TCP控制协议时，下行在进行数据下载时，上行方向需要反馈一些TCP ACK信息，需要占用一定的上行带宽，典型情况下，一个IP包为1.5kbypes，一个TCP ACK包括40bytes，若按每发送两个IP包接收方反馈一个TCP ACK计算，上行带宽需求约为下行速率的40/（2x1500）=1.33%，实际上由于上行方向UE还需要向RNC反馈一些层2（RLC）的状态报告，加上空口信道环境的变化导致部分消息的丢失和重传，实测的上行带宽需求约为下行速率的2%-5%左右。对于其他采用UDP协议传输的业务，对上行速率的要求较低。因此通常情况下，在只考虑上行反馈开销时，要求上行速率为下行速率的5%左右。2.9 智能天线智能天线通过波束赋形，能够减少用户间干扰，从而提高系统的吞吐量。天线数目越多，赋行增益越大，其对干扰消除的作用越明显，因此吞吐量提高就越多。HSDPA中，由于调度的用户随机分布，智能天线的使用，必然会造成各个时刻由于调度的用户不同而邻区干扰变化比较剧烈的现象，这样CQI的反馈即使时延为1子帧，也是不准确的。为了保证传输的质量，终端根据测量的信噪比映射传输块大小时，应该保留一定的余量，从而，智能天线带来的干扰抑制的好处在HSDPA中不如在R4专用信道中明显。如图2-8所示，在市区环境下，单载波3时隙配置下，加载不同的用户数目，8天线赋形、6天线赋形、2天线分集接收和单天线接收时系统的小区吞吐量性能：图2-8不同天线数目仿真结果从仿真曲线可以看到：1） 是否采用智能天线以及天线的数目对吞吐量影响很大，特别是系统负荷低时；2） 在单天线的情况下，最大吞吐量只能达到0.5M，只有峰值速率的25%；3） 8天线和6天线赋形是系统吞吐量区别不大。在典型16用户时，6天线吞吐量是单天线的1.6倍。3 HSDPA关键配置分析3.1 HSDPA/R4混合时隙配置分析在TD-HSDPA系统中，R4和HSDPA可以采用混合时隙配置，即同一个时隙的码道、功率资源可以分别分配给DPCH和HS-PDSCH。在R4与HSDPA共时隙的情况下，功控策略一般是首先对DPCH进行功控，在保证HSDPA最小发送功率的条件下，优先给DPCH分配功率，而HSDPA使用时隙剩余功率。在R4 DPCH链路建立时，RNC会给每个DPCH码道配置一个最大发送功率、最小发送功率和初始发送功率，其中最大发送功率和最小发送功率限制了码道的发送功率范围，而初始发送功率用于初始发送和开环功率控制。对于HSDPA，在分配HSDPA码道资源时，会配置一个HSDPA码道最大发送功率和HSDPA码道最小发送功率，这两个功率保证了HSDPA码道的可用功率资源。在基站进行实时的功率控制时，DPCH的功率按功控进行正常的调整，最大不超过其最大发送功率，在时隙中所有DPCH码道的功控结束后，我们会将DPCH的功率进行累加，如果其总功率与时隙最大发送功率之差小于HSDPA的最小发送功率，则会对DPCH功率进行调整，使时隙剩余功率满足HSDPA最小发送功率要求，否则，时隙的剩余功率就供HSDPA码道使用，如图3-1所示。图3-1: HSDPA与R4功率动态配置然而，由于HS-PDSCH和DPCH共时隙，从上面的分析可以看出，这种情况下功率的配置方案非常复杂，而且很难使DPCH和HSDPA的性能都得到保证，特别是当一个HSDPA用户的码道在不同时隙时，很难保证该用户的所有HS-PDSCH码道的功率相同，导致各时隙接收性能变化较大，而且影响CQI测量的准确性。如图3-2所示为R4与HSDPA独立时隙时的功率配置，从图中可以看到，R4和HSDPA分别独占时隙的功率，功率配置简单，R4和HSDPA各自的性能都能得到保证。图3-2：R4与HSDPA独立时隙配置HSDPA和R4业务可以配置在不同时隙正是TDD的优势，但实际组网时不建议HSDPA和R4共时隙，因为这样会带来功率、码字等管理的复杂性，很难保证HSDPA的链路性能。3.2 资源调度及分配策略分析根据TD-HSDPA的技术特点，在进行快速调度时，资源的分配可支持码分、码分+时分和时分的调度方式。码分的调度方式主要指将一个时隙中的多个码道分配给不同的用户，而码分+时分的调度方式是为一个用户分配多个时隙，每个时隙分配一部分码道资源，各个时隙的码道资源必须完全相同，时分的调度方式指每次调度将一个或多个时隙的所有码道都分配给一个用户。码分、码分+时分和时分的调度方式主要差异在于调度颗粒度和调度灵活性不同。3.2.1 调度颗粒度分析支持时分还是时分加码分主要是一个最小调度颗粒度的问题。在TD-HSDPA中，当采用16QAM调制方式时，一个SF16码道最大承载数据能力时35.2kbps，一个时隙的最大承载能力563.2kbps，由于真实信道环境的影响，每时隙实际上能承载的比特率一般低于理论值，如表3-1所示为仿真结果，在PA3信道下，单载波四时隙配置时每个时隙的平均吞吐量为331.3kbps，其他信道环境更低。另外，HSDPA主要承载的I/B类业务，一般具有突发和数据量大的特性，从调度算法上考虑，由于是多个UE共享系统的物理信道资源，因此UE在获得一次调度调度机会时，一般会尽可能分配较多的物理资源，使UE发送更多的数据。因此从资源分配的颗粒度上讲，采用以时隙为单位的颗粒度是比较合适的。表3-1：平均每时隙吞吐量场景主要参数 市区（PA3）密集市区(PB3)郊区（VA30）每时隙平均吞吐率（Kbps）331.3268.7 调度灵活性及码道利用率分析采用码分调度方式灵活性高，可以提高HS-PDSCH码资源利用率，特别是对小数据量业务如VOIP业务，但由于调度的颗粒度变小了，为了保证码道资源的利用率和调度的灵活性，必然要求网络配置更多的共享控制信道资源（HS-SCCH/HS-SICH），例如当采用时分调度时，典型情况一把配置1对HS-SCCH/HS-SICH就足够了，当采用码分调度时，一般需要配置3对以上的HS-SCCH/HS-SICH。一个下行控制信道HS-SCCH占用2个SF=16的码道，一个上行控制信道HS-SICH占用1个SF=16的码道，仅从物理资源的角度考虑，对于一个时隙，信令和数据物理资源的比例大于3/16=18.75%，TD-SCDMA是一个码道资源受限的系统，不可能为HS-SCCH/HS-SICH分配太多的码道资源，因为更多的共享控制信道会占用更多的码道资源，导致可用的HSDPA码道资源的减少或DPCH码道资源的减少，最终导致可支持的同时在线的用户数减少，小区吞吐率降低。3.2.3 干扰分析采用码分调度时，由于一个时隙内的码字分配给了多个用户，会存在码间干扰。码分+时分的调度方式有时间分集增益，但与码分调度方式类似，调度时的码字分配算法复杂，由于同一个时隙的码字分配给了不同的用户，用户间存在码间干扰。时分的调度方式比较简单，有时间分集增益，不存在码间干扰。3.2.4 总结根据上面的分析，给出三种资源分配方式优缺点对比如表3-2所示：表3-2：优缺点比较调度灵活性需要的共享信道资源时隙内码间干扰码分高多较大码分+时分较高较多较大时分一般少无综合前面的分析，建议采用时分的资源分配方式。3.3 HSDPA /R4码道共享策略在TD-HSDPA系统中，HSDPA的码道配置方式一般包括两种方式：1）、静态的码字配置2）、完全动态的码字配置静态的码字配置指所有的码字资源由RNC统一管理，RNC在共享信道建立时，静态分配HSDPA和R4的时隙和码道资源，当小区内HSDPA码字资源配置完成后，如果需要调整HSDPA和R4占用的码字比例，需要通过物理共享信道重配置过程，为HSDPA重新分配码字资源。NodeB实时调度时，HSDPA不能占用R4的码道资源，这种码资源分配方式简单，但是当预分配给R4的码道没有使用时，造成了码资源的浪费。完全动态的码字配置指RNC在配置HSDPA和R4的码字资源时，保留部分码字用作HSDPA和R4共享，当NodeB在进行HSDPA快速调度时，如果发现R4和HSDPA共享的码字没有被R4占用，则使用这些码字进行HS-DSCH数据的传输，当某次调度时，发现RNC已经通过信令配置要使用共享的码字建立R4业务时，则调度时不再使用即将被占用的码字资源。完全动态的码字配置可以提供码资源利用率，但是增加了系统码字管理的复杂度。在TD-HSDPA中，完全动态的码字配置实现了R4和HSDPA对码字的动态共享，这种共享可以基于时隙，也可以基于SF=16的码字。当采用基于SF=16的码字共享时，会出现R4与HSDPA共时隙的情况，参考3.2节的详细分析，混合时隙增加了系统在功率配置、码字管理的复杂度，因此在采用完全动态的码字配置方案时，建议R4/HSDPA采用基于时隙的共享方案。4 附录：4.1 HSDPA产业化进展4.1.1 HSDPA产品路标 大唐移动大唐移动是业界第一家提供TD-HSDPA商用产品的厂商，在2005年10月 ，大唐移动首先进行了TD-HSDPA的Demo演示，单载波速率达到了2.8Mbps。在2006年Q4，大唐移动正式发布第一个了TD-HSDPA商用版本，基于3GPP R5和TD-SCDMA 多载波HSDPA行标报批稿，支持单载波和多载波HSDPA，单载波支持速率最大2.8Mbps。大唐移动网络侧HSDPA涉及到的主要产品包括TDR2000 RNC、TDB09A射频拉远型宏基站、TDB03C微基站、TDB144A基带拉远型宏基站和TDB18A紧凑型基站，各款产品均只需升级软件即可支持HSDPA，无需更新硬件。各产品规格如表4-1所示：表4-1：大唐移动商用HSDPA产品特性产品型号产品功能描述RNC：TDR