提升TD-HSUPA速率與吞吐量的策略

許時彰

（中國移動通信集團廣東有限公司佛山分公司，佛山 528000）

提升TD-HSUPA速率與吞吐量的策略

許時彰

（中國移動通信集團廣東有限公司佛山分公司，佛山 528000）

本文為解決TD-SCDMA上行速率不足的先天缺陷、規(guī)避全網(wǎng)統(tǒng)一的上下行時隙比例配置的弊病、提升HSUPA上行速率與吞吐量，本文針對以下內(nèi)容開展深入研究與實踐：F頻段與A頻段、2：4與3：3上下行時隙配比下的上行速率研究，實現(xiàn)了單用戶HSUPA上傳速率提升120%；實現(xiàn)了異時隙組網(wǎng)方案，并實踐印證了其可行性；多用戶下的HSPA時隙碼道配置策略研究；HSUPA空分技術(shù)的研究與應(yīng)用。

HSUPA；異時隙；空分復(fù)用

1 TD-SCDMA上行速率技術(shù)背景

1.1 TD上行速率不足的先天缺陷

TD-SCDMA采取的是TDD的雙工模式，上下行都在同一載波上傳送，而FDD技術(shù)則是上下行分開不同載波。這使得TDD技術(shù)下的單載波速率跟FDD技術(shù)下的單載波速率相比，處于劣勢。更何況，TDSCDMA現(xiàn)網(wǎng)采用的是2：4的上下行時隙比例配制，單載波單用戶的下行速率能夠達(dá)到1.68Mbit/s，但是承載在R4信道的上行業(yè)務(wù)的速率只有128kbit/s。在引入了HSUPA后，上行速率能夠增強到500kbit/s左右，對于單用戶的上行速率大有改善，但用戶一增多了后，仍然“捉襟見肘”。

1.2 上行速率受限帶來的問題

一些需要高上行傳送速率的業(yè)務(wù)無法得到很好的應(yīng)用，如物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、視頻流媒體監(jiān)控等新業(yè)務(wù)。而且上行速率的受限也會直接影響到下行速率。

1.3 全網(wǎng)統(tǒng)一的上下行時隙比例配置的弊病

目前，全網(wǎng)采取的是統(tǒng)一2：4的上下行比例配置，這不但不能發(fā)揮出TDD動態(tài)信道分配技術(shù)優(yōu)勢，而且還限制了一些個性化需求。而異時隙組網(wǎng)模式能夠極大地發(fā)揮TDD技術(shù)優(yōu)勢，迅速提升單載波的HSUPA速率。

1.4 如何實現(xiàn)多用戶下HSUPA吞吐量最優(yōu)化

由于TD-SCDMA終端不支持多載波技術(shù)，HSUPA與HSDPA均承載在同一載波上。于是，我們需要找出最合適的HSPA載波上下行信道的配置策略，使得HSPA的接入用戶數(shù)目與吞吐量最優(yōu)化。據(jù)悉，現(xiàn)網(wǎng)并未有類似的研究，僅有的研究要么只針對HSDPA多用戶，要么只針對HSUPA單用戶，但沒有HSPDA和HSUPA同時存在的多用戶策略研究。

1.5 空分技術(shù)尚未在HSUPA得到應(yīng)用

通過實驗，我們知道，TD-SCDMA的空分技術(shù)通過空間的隔離，能夠有效地提升HSDPA的小區(qū)總吞吐量。但是空分技術(shù)尚未在HSUPA中得到應(yīng)用。如果我們能夠?qū)⒖辗旨夹g(shù)應(yīng)用至HSUPA中，將會大大提升小區(qū)的上行速率總吞吐量。

2 提升TD-HSUPA速率的創(chuàng)新策略

2.1 研究總體思路

為解決上文所提及的“TD-SCDMA上行速率受限”的問題，我們可以通過圖1所示的3個方面入手，全面提升TD-SCDMA的HSUPA單用戶速率與小區(qū)總吞吐量。

圖1 總體研究思路

2.2 HSUPA單載波速率提升創(chuàng)新策略

我們將A頻段（2010～2025MHz）配置2：4上下行時隙比例配置。測試終端使用大唐8142進(jìn)行測試。在順德大良順德供水總公司TM進(jìn)行HSUPA測試，保持1.5min，測試平均速率為364.5kbit/s。接著我們將A頻段（2010～2025MHz）配置3：3的上下行時隙比例。平均速率約為790kbit/s。

我們接著將F頻段（1880～1920MHz）配置2：4上下行時隙比例配置。使用大唐8142在順德大良順德供水總公司TM進(jìn)行HSUPA測試，平均速率為359kbit/s，峰值為418kbit/s。最后，將F頻段（1880～1920MHz）配置3：3上下行時隙比例配置。使用大唐8142在順德大良順德供水總公司TM進(jìn)行HSUPA測試，平均速率為804.4kbit/s。

通過以上測試可知，我們可以得出以下4個重要結(jié)論：

* 在時隙配比2：4情況下，無論A頻段或F頻段開啟HSUPA，用戶平均速率均在360kbit/s左右；

* 在時隙配比2：4情況下，無論A頻段或F頻段開啟HSUPA，用戶平均速率均在800kbit/s左右；

* 3：3上下行時隙配置下單用戶HSUPA速率，是2：4上下行時隙配置下的2.2倍；

* 多用戶下總吞吐量接近單用戶的吞吐量。

匯總3種測試條件下HSUPA上傳速率測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 HSUPA不同條件下速率對比

2.3 異時隙組網(wǎng)方案策略研究

從以上的測試可以看出，將上下行時隙比例從2：4改成3：3，能夠極大地提升單用戶HSUPA上行速率，甚至比理論的2倍速率更多（2.2倍）。我們接下來對異時隙組網(wǎng)方案策略進(jìn)行深入研究。

異時隙組網(wǎng)指的是，對于一個小區(qū)的不同頻點實施不同的上下行時隙比例配制方式。

異時隙組網(wǎng)的優(yōu)勢：上下行時隙比例調(diào)整方式更加靈活、上行與下行的吞吐量比例會更加合理。

異時隙組網(wǎng)的劣勢：交叉時隙干擾。當(dāng)相鄰兩個小區(qū)同一頻點的上下行時隙比例配置不一致的時候，將會相互產(chǎn)生較大干擾。為了解決該問題，在本項目中，我們創(chuàng)新地將不同的時隙配置比例放在不同的頻段——3：3放的上下行時隙配置放在1880～1900MHz的F頻段，2：4的放在2010～2025MHz的A頻段。

為了驗證這個實施效果，我們選取一室分站點進(jìn)行異時隙配置。選取的室分小區(qū)具備的條件如下：

小區(qū)配置了兩個RRU以上（包含支持F和A頻段的RRU）；

周邊無F頻段的小區(qū)共同覆蓋；

小區(qū)屬于閑小區(qū)（防止對現(xiàn)有用戶造成不便，同時便于測試速率）；

小區(qū)至少配置了一條H載波。

為了更好的應(yīng)用各種業(yè)務(wù)，我們對修改了時隙配置后的小區(qū)進(jìn)行了接入問題的測試研究，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)中興設(shè)備，測試后得出了以下結(jié)論：

單HSUPA配置：申請HSUPA業(yè)務(wù)，不管頻段、時隙配比如何，都優(yōu)先接入開通HSUPA業(yè)務(wù)的頻點；

雙HSUPA配置，同時隙配置，F(xiàn)頻段和A頻段各配置一個HSUPA：第一個用戶優(yōu)先接入配置F頻段開通了HSUPA的載波；第二個用戶接入配置了A頻段開通HSUPA的載波；第三個用戶接入F頻段；第四個用戶接入A頻段，依次類推。

雙HSUPA配置，異時隙配置，F(xiàn)頻段3：3，A頻段2：4，各配置一個HSUPA：第一個用戶優(yōu)先接入配置A頻段的HSUPA載波，第二個用戶優(yōu)先接入配置A頻段的HSUPA載波；第三個同上；第四個同上；第五個接入A頻段的其他載波(H載波或R4載波)。

雙HSUPA配置，異時隙配置，F(xiàn)頻段2：4，A頻段3：3，各配置一個HSUPA：第一個用戶優(yōu)先接入配置F頻段的HSUPA載波，第二個用戶優(yōu)先接入配置F頻段的HSUPA載波；第三個同上；第四個同上；第五個接入F頻段的其他載波(H載波或R4載波)。

通過以上試驗，我們發(fā)現(xiàn)異時隙組網(wǎng)方案是完全可行的，我們可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，將全網(wǎng)的F頻段全部、或者部分頻點設(shè)為3：3的上下行時隙比例配置，其它頻段與頻點可沿用現(xiàn)網(wǎng)的2：4配置。既可以達(dá)到極大提升上行速率的目的，又可以規(guī)避交叉時隙帶來的干擾問題。

2.4 多用戶下的HSPA時隙碼道配置策略

我們都知道，由于TD-SCDMA的終端不支持多載波技術(shù)，因此HSUPA和HSDPA都配置在同一載波上。我們將對多用戶條件下的單載波總吞吐量與接入用戶數(shù)進(jìn)行研究，找出最合適的上下行信道配置策略，使得HSPA的接入用戶數(shù)目與吞吐量最優(yōu)化。

TD-SCDMA是一個碼道受限的系統(tǒng)，接入的最大用戶數(shù)主要是受限于碼道資源。HSDPA主要由HSDSCH、HS-SCCH、HS-SICH信道組成，HSUPA主要由E-RUCCH、E-PUCH、E-HICH、E-AGCH信道組成。而系統(tǒng)側(cè)為每個HSDPA用戶配置伴隨DPCH以傳輸高層信令，H載頻的最大接入用戶數(shù)主要受限于上下行DPCH信道的數(shù)量，一個DPCH伴隨信道由兩個SF=16的碼道組成。

在現(xiàn)網(wǎng)上下行時隙2：4的配比條件下，單載波HSUPA與HSDPA共存的條件下，上行配置一條E-PUCH信道，下行配置了三個HS-DSCH信道，如圖2所示。

2：4時隙配比下輔頻點HSUPA/HSDPA碼道占用如下所示：

* 在不考慮幀分復(fù)用的情況下，接入用戶數(shù)主要受限于下行DPCH伴隨信道的數(shù)量，最大接入用戶數(shù)為4個，每用戶上行平均速率約為90kbit/s，下行平均速率約為350kbit/s。如果將上下行時隙比例配置設(shè)為3：3的話，最大接入用戶數(shù)依然是4個，每用戶上行平均速率約為kbit/s，下行平均速率約為220kbit/s。

* 在考慮下行伴隨信道的2倍幀分復(fù)用情況下（不考慮上行伴隨信道幀分復(fù)用），接入用戶數(shù)受限于上行伴隨信道數(shù)量，最大為5個。

圖2 HSPA載波碼道配置圖

* 在上下行伴隨信道同時開啟2倍幀分復(fù)用情況下，接入用戶受限于下行伴隨信道數(shù)量，最大為8個。

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)用戶的使用情況，目前支持HSUPA的終端較少，使用HSUPA的用戶數(shù)更少，目前基本上站型最低配置是333配置，至少配置了2個H載波。因此考慮到用戶感知及現(xiàn)網(wǎng)的實際情況，不建議開啟上下行伴隨信道的幀分復(fù)用開關(guān)。

2.5 HSUPA的小區(qū)吞吐量提升創(chuàng)新策略

HSUPA的小區(qū)吞吐量提升創(chuàng)新策略——我們將空分技術(shù)應(yīng)用到HSUPA技術(shù)中。我們選取隔離度良好的樓層，利用室內(nèi)小區(qū)多通道間的樓層隔離來實現(xiàn)碼道復(fù)用，達(dá)到大幅度提高TD-SCDMA頻譜利用率和系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量的效果。在開啟2倍速MX的情況下，小區(qū)總的HSUPA吞吐量能夠?qū)崿F(xiàn)80%～100%的增長。無須增加任何硬件投資、無須小區(qū)分裂、無須增加載波即可實現(xiàn)了小區(qū)上行總吞吐量的成倍提升。

3 創(chuàng)新策略研究總結(jié)

佛山移動在全省范圍內(nèi)，率先打破現(xiàn)網(wǎng)2：4上下行時隙統(tǒng)一配置的束縛，通過將F和A頻段分別配置3：3和2：4的上下行時隙比例，使得3：3下的HSUPA單用戶速率比起2：4下，有了1.2倍的提升，滿足了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的個性化需求。我們率先成功試驗出3：3上下行時隙比例下，HSUPA單用戶上行平均速率可以達(dá)到800kbit/s，是EDGE速率的8倍，是現(xiàn)網(wǎng)時隙配比下HSUPA速率的2.2倍。

同時，我們通過實踐，印證了多頻段的異時隙組網(wǎng)方案是完全可行的，異時隙組網(wǎng)中的交叉時隙干擾問題完全可以避免。這為今后的視頻上傳、物聯(lián)網(wǎng)等增值業(yè)務(wù)提供了更快的上行速率支持。

我們將多用戶條件下的“HSPA載波的上下信道配置策略”研究成果全面運用在現(xiàn)網(wǎng)的配置中，使得HSPA的接入用戶數(shù)目與吞吐量最優(yōu)化。

最后，我們將空分技術(shù)用于HSUPA，利用室內(nèi)小區(qū)多通道間的樓層隔離來實現(xiàn)碼道復(fù)用。在開啟2倍速MX的情況下，小區(qū)總的HSUPA吞吐量能夠?qū)崿F(xiàn)80%～100%的增長。無需引入任何軟硬件，只需要在后臺進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)（時隙、碼道）配置和根據(jù)小區(qū)的覆蓋特點開啟空分開關(guān)即可。

通過“提升TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)HSUPA速率與吞吐量”創(chuàng)新策略的研究與實施，我們成功將TDSCDMA的上行速率與吞吐量大大提升了一個臺階，為我國自主知識產(chǎn)權(quán)3G技術(shù)應(yīng)用走向成熟奠定了良好的基礎(chǔ)。

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