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文档简介

1、HSDPA基本原理及关键技术课程目标:理解HSDPA基木原理理解HSDPA关键技术 了解HSDPA规划参考资料:谢显中.TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与实现目录第1章HSDPA原理及关键技术11.1基本原理11.2主要的关键技术介绍31.2.1HARQ31.2.2AMC61.2.3快速调度8第2章HSDPA网络规划12.1规划步骤12.2规划方法12.3覆盖规划22.3.1 HSDPA上行覆盖能力分析22.3.2 HSDPA下行覆盖能力分析22.3.3结论32.4容量规划3241 HSDPA理论容量与影响HSDPA容量的因素32.4.2不同环境下HSDPA吞吐量仿真32.4.3总结42

2、.5推荐的组网方式52.6配置方式5第1章HSDPA原理及关键技术由知识点基本原理HARQ、AMC、快速调度1.1基本原理3GPP R5版本中的HSDPA技术是为了满足高速下行数据业务而设计的,它在不 改变原有3GPP R4版本网络架构的情况下,通过引入自适应调制编码AMC.混 合自动重传HARQ,把下行数据业务速率提髙到10Mbps以上,HSDPA是 TD-SCDMA系统提髙下行容虽:和数据业务速率的一种重要技术。HSDPA技术的基本原理是,当UE接入到HSDPA无线网络,需要传输下行数拯 时,UE周期性地向Node B上报信道质童指示CQL Node B接收到UE上报的数 据后,根据所要传

3、输数据的QoS和UE上报的CQI,选择合适的调制方式,QPSK 或16QAM,并在HSDPA专用信道HS-PDSCH上传输用户的下行数据。UE接收 到NodeB的下行数据包后,通过HSDPA专用信道HS-SICH,向Node B发送确 认信息ACK/NACK,如下图所示。与R4架构相比,HSDPA引入了 AMC.HARQ.并将分组调度器从RNC移到Node B中,以便在Node B中实现MAC-hs协议控制的快速分组调度。通过UE上报的确认信息ACK/NACK, Node B可以了解什么时间、以什么方式 重发数据。通过小区内各UE上报的CQI,快速分组调度器就可优化用户间的数 据传输。下图显示

4、了基于用户信逍质量的调度。Channel quality feedback (CQ1. Ack/Nack9 TPC)lub (towards RNC)Node-B with Mac-hs. New functionalities: Packet scheduling-Link adaptationHARQChannel quality feedback (CQIt 4ck/Na 伙 TPC)Signaling and dataChannel quality: Scheduled user:and dataUE2Scheduling interval (TTI)图11HSDPA的基本原理以及相关

5、信道通过HSDPA技术.下行PS数据业务速率达到10.2Mbps:而且,HSDPA技术可 以和OFDM、MIM0等新技术结合,提供更髙的数据速率。R4和HSDPA的技术 比较如下表所示。表11R4/HSDPA的技术特点比较工程R4HSDPA下行理论峰值速率384kbps19.3Mbps (10M 帯宽.I: 5 时隙、1 X 2.8+5 X 3.3)码资源分配DPCH.尽址保持码表利用率高。HS-PDSCH:从右向左连续分配SF=16:HS-SCCH: MDPCH系统切换碇切换:软切换/见软切换: 系统间切换硕切换、接力切换功率控制开环功控.闭环功控:(慢速功控、快 速功控)HS-PDSCH不

6、使用功控调制方式QPSKQPSK/16QAM链路适应技术使用快速功控AMC、HARQMAC-hs2A用來进行快速调度HSDPA的髙速下行链路共享信道HS-DSCH可以承载流类(S类)、交互类(I类). 背景类(B类)等高速PS分组业务:专用信道(DCH)承载数据和实时话音业 务。其中,S类业务为IPTV、视频点播等流媒体业务;I类业务为网络教弃、手 机银行、在线游戏、位苣服务等用户请求一服务器响应模式业务;B类业务为数 据下载、E-mail. SMS等时延不敏感、差错敏感业务。各业务特性见下表。表12业务类型特性业务承载方式速率要求时延翌求数据差错要求对网络资源 要求流媒体HS-DSCH高:需

7、要保证比特速率较低时延较高较多互动类低低时延高较少背景类无要求很长时延很高有空闲资源即可实时话音DCH很低低时延低较多1.2主要的关键技术介绍1.2.1 HARQ1.2.1.1 HARQ 概述HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest)是一种前向纠错FEC和自动请求重传 ARQ相结合的技术。ARQ技术在R99中已有应用,在R99中是在RLC层实现 的,只能进行简单的重传,不能对重传数据进行合并,所以没有合并增益,并且 UTRAN侧RLC层是在RNC实现的,所以重传时延较长。而在HSDPA中HARQ 技术是在物理层引入的,所以可以对重传进行合并,而且由于物理层是在

8、Node B 实现的、并且HSDPA采用5ms,所以还可以使重传时延降低。HARQ发送功能如下图所示。图12HARQ发送功能模块HARQ发送功能模块主要完成速率匹配的功能,该模块包含两级速率匹配:第一 级速率匹配在编码后的数据与虚拟缓冲区(Nir代表虚拟缓冲区的大小)之间匹 配,如果编码后的比特小于等于虚拟缓冲区,则数拯第一级速率匹配透传:如果 编码后的比特大于虚拟缓冲区,则透传系统比特,打孔校验比特。第二次速率匹配在第一次速率匹配之后的数据与物理信道比特之间匹配,系统比 特和校验比特都会出现打孔或重复的操作。第二次速率匹配受冗余版本参数RV 控制,RV参数决泄了重传时使用CC、PIR或FIR

9、中的哪种合并方式。HARQ利用快速重传合并技术,使每次传输都得到充分利用,不仅得到了时间分 集增益,而且由于快速重传降低了对首传BLER的要求,也就降低首传功率的要 求,所以还会得到一部分功率增益,从而提高系统性能和功率利用效率。1.2.1.2HARQ的引入目的HARQ技术是HSPDA系统中关键的技术之一,它的引入主要目的有三个:一是通过使用速率匹配,使AMC机制的精度更高,更佳匹配信道条件: 二是为了补偿CQI测量误差和上报时延对AMC性能的影响:AMC技术尽管可以根据CQI调整调制和编码方式进行链路自适应,但缺点在于 其对CQI的测量误差和上报时延敏感,而在移动通信系统中,信道特性的动态变

10、 化常常使得准确地进行信道质量估计十分困难。而HARQ技术则具有对信道测量 误差和上报时延不敏感的特性,它可以对重传的数据进行软比特合并,从而在 AMC基础上对系统性能进一步改善。三是通过软合并,减少对第一次传输Es/NO的要求,从而获得一部分功率增益。1.2.1.3 HARQ的重传机制HARQ技术主要有两种重传机制:一种是在重传时,重传数据与初次传输时相同,这种方式称为Chase Combine(CC) 或软合并:另一种是重传时的数据与初次传输的有所不同,这种方式称为增量冗余(IR : Incremental Redundancy) IR又分为部分增量冗余(PIR: Partial Incr

11、emental Redundancy)和全增量冗余(FIR, Full Incremental Redundancy)o PIR指重传时校验比特与初次传输不RL系统比特 不变,重传的数据是可以自译码的。FIR则优先传输校验比特,系统比特不完整, 故不可以自译码。1.2.1.4 多进程并发HSDPA系统支持多个HARQ进程并行传输,以连续为某个用户发送数据。每个 HARQ进程只有收到其反馈信息(ACK/NACK)后,才可以重新传输数据。基站 使用一个HARQ进程发送数据后,大约在3个TTI后收到该HARQ进程的反馈 信息,再加上基站处理时间2个TTI,需要5个TTI时间才能重新调度该HARQ 进

12、程。所以为了连续的发送数据至少需要5个HARQ进程。1.2.21.2.2.1HS-SCCHHS-SICH 巫不药cai图13多HARQ进程处理示意图AMC内外环控制在NODE B侧,AMC的处理过程见下图所示.収ownHS-DSCHUE测量与反馈RTBS.RMFACK/NACK/DTX图14HSDPA内、外环速率控制系统结构上图为经典的HSDPA内、外环速率控制系统结构框图。内环控制算法实现的主 要功能是,从UE反馈的HS-SICH获得JtCQI (RTBS.RMF)信息。当NodB决 定调度该UE时,采用该信息为HS-DSCH选择合适传输格式。夕卜环控制算法的主要功能是统il UE上报ACK

13、/NACK信息,来计算BLER.并把 该BLER与BLER目标值相比较,从而成生CQI的调整量咖噺,用于内环 控制算法CQI的调整。1.2.2.2 AMC 过程UE在HS-SICH上所发送的CQI质量指示信息,实际上是TFRC组和。推荐的TFRC 是基于NodcB分配给当前UE使用的资源。由UE接收数据,然后根据接收信息 质量得到CQI,再在上行信道反馈处理,最后NodcB参考反馈信息,做出下行资 源分配,主要流程如下:UE监听HS-SCCH,根据HS-SCCH上的UE ID判断出发送消息给自己的 HS-SCCH,读取信息,得到HS-PDSCH发送数据所使用的资源信息。UE接收HS-PDSCH

14、信息,作出必要的质量测量,然后查表产生CQI推荐值,这 个推荐值应保证在当前信道条件且HS-PDSCH的BLER 规划方式从实际应用看,HSDPA不存在独立组网的情况。我们只考虑在R4网络规划的基础上,进行HSDPA的组网,如果R4和HSDPA 同时规划,那么,先进行R4网络规划,再在R4网络规划的基础上,进行HSDPA 的规划。 干扰在规划时,我们采用独立时隙、异频组网,其它方式不采用,就是说,HSDPA与 R4相互影响的组网方式,可以通过组网策略规避。 HSDPA容量估算方法影响HSDPA容量的因素较多,无法按照固左的公式进行计算。我们可以采用查 表的方法,确泄HSDPA的容量。通过仿真,

15、得到各种配置、各种路损情况下的吞吐量,在实际规划时,根拯规划 地的具体情况,査表确定HSDPA的容:i:。2.3覆盖规划2.3.1 HSDPA上行覆盖能力分析从下表可以看岀,HSDPA的HS-SICH和A-DPCH信道的最大允许路损都大于R4 的三种业务CS 12.2k. CS64k和PS64k的最大允许路损。所以,从上行链路预算看,上行HSDPA覆盖能力强于R4业务覆盖能力。表21密集城区HSDPA上行信道和R4业务最大允许路损业务类型CS 12.2kCS64kPS64kHS-SICHA-DPCH最大允许 路损(dB)144.99139.59143.19155.29146.992.3.2 H

16、SDPA下行覆盖能力分析从下表可以看出,HSDPA的HS-SCCH和A-DPCH信道的最大允许路损都大于 R4的业务信道和公共控制信道PCCPCH,所以,HSDPA这两个信道的覆盖能力 也好于这几种业务和PCCPCH信道。HSDPA的业务信逍HS-DSCH的最大允许路损小于R4各业务信道和PCCPCH的 最大允许路损,但是,HSDPA的HS-DSCH采用的是AMC,可以根据具体无线 环境,调整编码、调制方式,以保证覆盖,所以,HSDPA的业务信道HS-DSCH 的覆盖能力比R4下行业务和公共控制信道PCCPCH强。所以,从下行链路预算看,下行HSDPA覆盖能力强于R4业务覆盖能力。表22密集城

17、区HSDPA下行信道、R4业务和公共控制信道最大允许路损业务类型CS 12.2kCS64kPS64kPS 128kPS384kPCCPCHHS-SCCHA-DPCHHS-DSCH最大允许 路损(dB)145.69140.29143.891439142.49145.59154.19154.79135.592.3.3结论从上而分析可知,HSDPA覆盖能力好于R4业务和公共控制信道。在现在的R4和HSDPA混合组网的情形下,在对R4业务进行了覆希估算后,对 HSDPA无需再进行覆盖估算。只需着重考虑容量规划方而。2.4容规划2.4.1 HSDPA理论容与影响HSDPA容的因素 理论容量单个时隙,16

18、个SF16码道,理论容量约560Kbpso 影响容星的因素实际容量与环境、UE数量、同时调度的UE数量、调度算法、业务类型相关。1) 选择信道质虽:最好的用户涮度,将获得额外的增益(20% 40%):2) 同时调度的用户数过多,资源利用率下降;3) 不同的调度算法,英控制的目标不同,吞吐量也不同:4) 在计算HS-PDSCH传输效率时,应考虑HS-SCCH/HS-SICH/伴随DPCH所占 的资源开销。2.4.2不同环境下HSDPA吞吐量仿真主要仿真条件如下,19个基站组成1簇,共57个扇区; 天线数:8; HARQ 数:8; 最大重传次数:4; 每小区撒入用户数:8: 2:4时隙比: 室内用

19、户概率:40%; 单载波发射功率:34dBm: 每时隙同时调度用户数:2: 调度方式:比例公平:仿真结果如下图所示:不同环境下的HSDPA小区平均吞吐量对比图9008007006005004003002000P、巴:m:皿也、ra密集城区环境 仔一般城区抹境郊应环境农村环境-V-$- 、,:卞.:115120126130135140145150小区半径(dB)2.4.3总结HSDPA容量规划的方法不能按照R4业务容量规划的方法进行。由于影响容量规 划的因素太多,因此不能利用公式进行计算。通过仿貞,可以得到各种配置、各种路损情况下的吞吐量,在实际规划时,根据 规划地的具体情况,查表确定HSDPA

20、的容量。2.5推荐的组网方式现在推荐的组网方式为单独时隙,同频组网。采用单独时隙的组网方式,R4业务和HSDPA业务独占时隙、码道、功率资源, 互不干扰:采用同频组网方式,配置灵活,易于平滑升级,而且提髙了资源利用 率。2.6配置方式配巻图例如下,其他类似:表示公共控制信道表示TSO空闲不使用的码道表示如果接入纯HS业务可以分配的伴随DPCH (只传输信令,HS的控制信道HS-DSCH 信道下而给出三载波,时隙比分别为2:4和3:3的配宜方式。HS-SICH1npcHDPCHDPCHHS-SCCH1DPCHDPCHHS-SICH2npcHDPCHDPCHHS-SCCH2DPCHDPCHDPCH

21、DPCHHS-DSCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHjDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCH(DPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHjDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCH辅载波厶4配置,hsdpa时隙数:1上行TS1上行TS2 下行TS3下行TS4下行TS5下行TS6HS-SICH1DPCHDPCHHS-SCCH1DPCHHS-SICH2DPCHDPCHHS-SCCH2DPCHDPCHDPCHHS-DSCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHHS-DSCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCHDPCH辅载波2: 4配置,hsdpa时隙数:2PCCPCHHS-SICHIPRAC

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