TD-SCDMA HSDPA四重空分复用技术应用

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1、一、3G时代，数据业务成为运营商竞争的焦点中国移动承建的GSM网络堪称精品，得到了社会的广泛认可，但2G网络主要承载的是普通的语 音业务，随着数据业务的迅猛发展以及运营商的重组，如何保持已有的用户资源，并持续提升用户的 忠诚度变得迫在眉睫。TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000作为在中国商用的三大3G标准，从目前来看各运 营商主要将3G定位为数据业务的承载。中国移动董事长兼首席执行官王建宙也多次表示，高数据业 务将成为未来通信发展的主导方向。从现有三大标准定义来看，频谱效率大同小异。为了在数据领域的激烈竞争中占得先机，持续以 最小代价提升数据用户的感受度，空口吞吐量的支持程度就成为重要

2、的衡量标准。这也迫切需要设备 厂家提出更多新技术、新方案来满足中国移动的竞争需要。据统计，70%的数据业务发生在室内，因此室内用户的感受度变得尤为重要。在3GPP R5定义的 HSDPA特性的基础上，如何更有效地使用频谱资源以持续提升空口吞吐量？这成为中国移动与设备供 应商的一个共同命题。二、多载波空分复用有效提升空口吞吐量1. 大唐移动率先提出空分复用技术大唐电信集团旗下核心企业大唐移动始终致力于新技术的研究和开发。为了在现有无线资源的基 础上提供更高的空口吞吐量，大唐移动首先提出了智能天线室内分布式系统以及空分复用的技术，并 提交了相关专利。从而使空口吞吐量翻倍甚至多倍成为可能，TD-SC

3、DMA的频谱效率也得到了有效提 升。空分复用技术适合于室内分布式系统采用BBU+RRU通道化覆盖小区，可以采用多个单通道RRU进 行覆盖，形成多通道室内分布式系统。空分复用技术应用在室内时，基站物理层测量模块需要获得每 个用户各个天线的接收电平，并进行门限判断，超过设定的门限则认为该用户归属于某一根或多根天 线。同时基站物理层会将各个用户的天线位置归属信息上报MAC-hs，基站调度时参考用户与天线位 置的信息进行配对：如果两个用户归属于同一根天线，则不能进行配对；归属于不同天线则可以支持 不同用户的空分复用。由于室内楼层之间存在较大隔离度，因此各个通道的覆盖区域可以认为相对独立，分布于不同楼

4、层的用户可以认为完全归属于不同的通道。因此不同用户可以使用本小区相同的频率/时隙/码道等物 理资源，从而极大提高了系统的吞吐量和频谱利用率。如下图所示，小区内的用户1和用户2共享了 相同的物理资源，则空口吞吐量提升了 1倍。DL |/p UL UL &L DL DL DLDwPTSUpPTS2. 大唐移动业内唯一支持多载波空分复用技术在目前已经建设的TD-SCDMA网络中，时隙比为2:4，小区容量为36载波，其中一个或多个载 波为HSDPA载波，每个HSDPA载波包含3个共享业务时隙，单HSDPA载波支持的理论速率为1.6Mbps。 考虑到现网中大部分室内分布系统通过最多4个单通道RRU来满足

5、覆盖要求即可，因此单HSDPA载波 4重空分应该是应用极限，此时单H载波可以提供的吞吐量为1.6*4=6.4Mbps。随着TD数据卡的普及以及网络覆盖的完善，每个小区配置更多HSDPA载波成为一种必然的趋势 和要求。多个HSDPA载波空分复用可以同时让每个HSDPA载波均呈一定倍数增长，整个小区的空口吞 吐量也将倍增，与此同时也对设备处理能力提出了倍增的需求，目前业内对于多载波HSDPA有两种实 现方案：(1) 降质空分复用方案：这种方案主要是设备处理能力受限导致。假定小区内配置有6个HSDPA 载波，支持4重空分复用后，小区内HSDPA载波的容量降质为3个。相比较没有打开空分复用时，小 区吞

6、吐量提升了 2倍，且支持的HSDPA用户数减少为原来的一半。即部分厂家采用空分复用技术后， 会存在两个影响：一是支持的HSDPA用户数减少，二是空口吞吐量提升有限，甚至没有提高。(2) 完全空分复用方案：这种方案中的设备处理能力是不受限的，因此每个载波能同时支持相 同倍数的空分复用。大唐移动可以支持小区内所有HSDPA载波均4重空分复用的能力，即容量不会降 质处理。同样假定小区内配置有6个HSDPA载波，每个载波均支持4重空分复用后，空口吞吐量提升 了 4倍，频谱效率提升了 4倍。同时，小区内支持的HSDPA用户数与原来一致，不会因此而减少。下面通过表格对如上多种方案进行比较：6个HSDPA载

7、波 /4重空分复用处理业务时隙 数(个)空口吞吐量(Mbps)支持HSDPA载波数(个)支持HSDPA用户数(个)下行数据业务频谱效率未开启空分复用18106961单载波空分复用27156961.5降质空分复用36203482完全空分复用72406964通过比较，大唐移动的多载波空分复用技术使频谱效率提升为原来的4倍，空口吞吐量也相应提升了4倍，因此在可以使用空分 复用技术的场景下，数据业务的每bit的投资成本减少为原来的1/4。即大唐移动通过软件升级就可支持的多载波空分复用可以使中国 移动的室内分布系统CAPAX大幅节省，从而使中国移动有了更多可能来推出有竞争力的资费标准和优惠套餐，以及在稳

8、步提升原有用 户忠诚度的同时，吸引更多的用户使用中国移动的G3业务。同时，在中国移动三期招标研究院实验室测试中，测试通过了 6个HSDPA载波同时支持4重空分复用的最大能力测试，共24个用 户，每个用户1.3Mbps，为唯一测试通过厂家，测试结果与理论分析保持一致。3.大唐移动特有的RRM优化算法保障空分复用效果另外，由于空分复用使用的前提是用户处于不同通道下，因此当用户接入时将同一载波上的用户分配到不同通道下尤为重要。假 定存在小区CELL1，共4个HSDPA载波，现在有16个用户依次接入，资源分配时可能会将相同频点的用户分配到了同一通道下，此时 多载波空分复用技术的作用将大打折扣，极端情况

9、下甚至毫无意义。如下图所示：大唐移动优化的RRM算法可以避免类似情况的发生，进而使空分复用带来的空口速率提升作用发挥到最大。采用该优化算法后， 同理在上述条件下，16个用户的分配情况将使空分复用效果最佳，真正使空口速率提升到400%。如下图所示。4.室外空分复用技术以上分析了空分复用技术应用在室内分布系统的情况，室外也可以根据用户的空间特性不同来实现相同时频物理资源的复用。现 阶段利用多天线的空分复用技术主要基于beamforming的SDMA技术。基于波束赋形的SDMA技术的主要思想是，通过形成不同的波束， 对准不同的用户，不同用户可以使用相同的频率、时隙和码道资源，仅仅存在空间上的隔离，因

10、而有效提升了系统容量。采用智能天 线技术能够形成对准期望用户的波束，同时在干扰用户方向形成一个零陷，从而最大程度上抑制采用SDMA技术的多个用户之间的干扰。 理论上，对准每个用户的波束越窄，则各个用户之间的干扰越小，系统容量提升越明显。根据仿真分析，采用双极化天线时，用户空 间差60度时系统性能平均可提升45%.三、解决方案-其他技术及与空分复用的比较1 .小区分裂提高小区吞吐量的解决方案除了空分复用外，采用其他方式也可以达到相同的效果，比如小区软分裂。BBU与RRU之间采用光纤数字信号传输，通过BBU设备中的交换单元能支持以1CA（载波天线通道）为颗粒度的交换能力，这样可以 将各个通道配置为

11、1个小区，也可以将各个通道分别配置为不同小区。iinKI,将二U4百it刷下IFP词道汁列尔小三小三谷吐量相荏量构值软分裂不需要更改室内覆盖系统，如RRU配置、室内布线和功放，只需要通过修改NodeB的配置就可以灵活地支持不同小区配置， 当用户容量增加的时候需要分裂成多个小区以提高系统吞吐量。例如，在室内覆盖中，如果用户容量和吞吐量需求是同步增加的，此时需要采用软分裂的方式，将原来多通道的1个小区分裂为 更少通道数目的2个小区。这样，多通道的室内覆盖系统，支持的HSDPA用户数目和R4信道数目增加1倍，HSDPA和R4的吞吐量也相 应的增加1倍。具体组网时，需要根据网络业务容量和流量需求认真规

12、划和评估，如果系统不仅表现为吞吐量受限，还表现为容量受 限，则需要采用软分裂的方式。2 .小区分裂与空分复用的比较在室内分布系统采用空分复用与小区分裂技术都可以提高系统的吞吐量，都可以满足中国移动对于空口流量提升的需求。但两种 技术不论在实现上还是应用场景都还存在一定的差异，具体分析见下面的表格：考虑因素小区分裂空分复用室内覆盖系统改动否否基带处理能力的要求需要增加所有信道，上行和下行的处理能力只是增加共享信道的处理能力吞吐量提升HSDPA和R4吞吐量都提升HSDPA下行吞吐量提升容量提升HSDPA和R4用户数目都得到提升单小区支持的用户数目不变小区数目增加小区数目不增加小区数目适用场景在空口

13、吞吐量以及用户数受限时都可以软分裂在空口吞吐量受限而用户数目不受限时使用网络规划需要重新规划不需要重新规划和优化设备要求由于小区数量增加，如果没有 保留足够的基带余量，需要通 过增加BBU来支持。设备设计需要保留足够的下行处理余量，例如6载波全是HSDPA，2:4配置下，每载波都同时处理4 重的空分复用。四、空分复用技术的工程要求空分复用技术要在现网中使用，除了要求系统设备具备一定的支持能力外，还要求空间隔离度达到一定要求，不同的隔离度会直 接影响空分复用的效果。如果隔离度过低，则采用空分复用后的性能甚至不如空分复用前；如果隔离度足够高，则采用空分复用后的 性能就可以接近或达到理论分析的结论。

14、下表是不同隔离度与空分复用效果的仿真结果：隔离度单用户隔离5dB隔离10dB隔离15dB隔离20dB吞吐量0.8Mbps0.136Mbps0.667Mbps1.09Mbps1.37Mbps根据仿真结果，如果隔离度达到20dB，则吞吐量的提升非常明显。普通室内分布中，不同楼层间的隔离度基本 都在20dB以上，因此如果将空分复用引入室内，提升效果非常明显。大唐移动前期在上海等现网城市也进行了 2 重及4重空分复用的测试，测试结果显示吞吐量基本上可以达到双倍的效果，也验证了这一结论。创新无止境一一中兴通讯HSPA MX倍速（空分复用）解决方案根据原信产部预测，未来三年国内移动通讯市场新增用户将达到3

15、亿，将继续保持高速增长的态势，同时，移动语音用户也将持 续向移动数据用户转型。随着越来越多的用户加入到以视频下载、移动播客为代表的业务应用时，系统的吞吐量有可能成为数据业务 深度发展的瓶颈。如何降低数据业务的每bit成本，如何提高网络吞吐量是运营商提供优质数据服务所面临的重要挑战。为解决上述问题，中兴通讯推出了独家专利技术一一HSPA MXtm倍速（空分复用）技术，让运营商在不增加任何硬件投资的条件下， 仅需要软件升级方式，即可成倍地提升小区吞吐量，从而为运营商提供优质数据业务提供了重要保证。一、HSPA MXtm倍速（空分复用）简介TD-SCDMA相对于WCDMA、CDMA2000，属于码道

16、受限系统，系统的吞吐量和频谱效率受限于码道，提高码道的利用效率是提升TD-SCDMA 频谱利用率的关键。随着数据用户的不断增加，TD HSPA的容量有可能成为制约数据业务深度开展的瓶颈。目前能够使用TD频点只有9个（15M带宽），一般分配室外6个频点，室内3个频点，而70%的业务发生所在地都是在室内，因此室内容量受限的矛盾将会更加 尖锐。为了解决这一问题，中兴通讯创独家推出了 HSPA MXtm倍速（空分复用）技术，在无需增加载波资源、无需修改用户终端、无需调整 网络规划、不改变TD-SCDMA空口技术的情况下，利用智能天线的空间隔离或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

17、TD-SCDMA频谱利用率和系统数据吞吐量的效果。可成倍提高TD HSPA系统的吞吐量，从而降低运营商每bit运营成本，有效解 决密集城区和一些热点区域出现的频率受限问题。中兴通讯HSPA MXtm倍速（空分复用）的技术特点如下： 吞吐量大幅提高HSPA MXtm可同时应用于室内室外环境。对于室内环境，吞吐量可提高到原来的2倍;对于室外环境，吞吐量可提高到原来的1.3-1.5 倍 HSPA MXtm自适应性系统可以根据具体应用环境的不同，自动判断具体应用环境是否适合采用HSPA MXtm技术。例如：当小区活动用户较多时，系统自 动采用HSPA MXtm功能，确保小区吞吐量；当小区活动用户较少时

18、，系统又可自动关闭HSPA MXtm功能。 软件升级支持系统设备仅需软件升级即可支持；终端和网络规划无需任何调整。二、HSPA MXtm倍速（空分复用）技术原理HSPA MXtm倍速（空分复用）技术可同时应用于室内室外环境，两种不同的应用场景其原理有所区别。对于室外场景：其原理室中兴HSPA MX算法、SDMA原理并结合TD智能天线技术，即在室外宏蜂窝覆盖情况下，利用智能天线的波 束赋形功能，在不同用户间形成的空间隔离基础上，使用中兴通讯HSPA MXtm倍速（空分复用）算法，实现了用户间无线资源的重用（即 实现不同用户在频点、时隙、码道的完全重复利用）。相比标准HSPA系统，用户吞吐量可以提

19、升1.3-1.5倍。DwPTSUpPTS图1室外HSPA MXtm技术原理图对于室内覆盖，其原理是中兴HSPA MXtm倍速（空分复用）算法、SDMA原理并结合TD多通道技术，即利用室内楼板、墙体构成用户 间天然的隔离，使用中兴通讯HSPA MXtm算法和多通道室内覆盖技术，实现了用户间的无线资源的重用。相比在室外HSPA MXtm技术，在 室内应用效果更好，用户吞吐量可以提升2倍左右，可以更好的满足企业和家庭移动数据用户对室内吞吐量的要求，如下图所示。吸顶天线DwPTSUpPTS图2室内HSPA MXtm技术原理图增加小区吞吐量可以有多种方式，包括增加设备、引入新技术，如采用更高的调制方式6

20、4QAM，采用MIMO技术等等。但不同方式 所带来的升级成本以及吞吐量的增益是不一样的，表1所展示的是HSPA MXtm倍速（空分复用）技术和其它方式在吞吐量增益和升级成本 方面的对比情况：表1扩容方式对比64QAMmimo设备扩容HSPA MX支持制式TD / WCDMA / CDMA2000TD小区吞吐量提升5 10%20 50%不定80-100%设备增加V终端影响VV更改网络规划V更改标准VV升级成本中高高低从表1我们可以看出，无论从升级成本和效果考虑，采用中兴通讯HSPA MXtm倍速（空分复用）技术，相比硬件投入和新技术引入， 都拥有较多的优势。三、HSPA MXtm倍速（空分复用）

21、技术应用目前HSPA MXtm倍速（空分复用）技术已经顺利通过了中移研究院的测试，并且在天津实验网得到了成功应用。下面以某大楼室内覆 盖引用了 HSPA MXtm倍速（空分复用）技术为例，该大楼楼高约60米，地下3层，地上16层；大楼采用混凝土结构，楼层隔离在20dB 左右；配置2个小区、小区分别配置3和4个R01实现整楼覆盖；采用01站型，配置1HSDPA时隙，如图3所示：图3某大楼室内覆盖图从测试结果来看，未引入HSPA MXtm倍速（空分复用）技术之前：话音容量和数据容量难以兼顾，在配置一个HS时隙情况下小区只 能提供560kbps系统吞吐量和12路语音用户；在引入HSPA MXtm倍速（空分复用）技术之后：话音容量保持不变，数据容量达到了 1008kbps， 话音容量和数据容量同时得到满足。在网络规划和终端不做任何修改的情况下，系统的吞吐量增长到原来的180%，测试效果良好。四、总结为了应对高速增长的3G数据业务，中兴通讯依托前瞻性的产品规划和强大的研发能力，提出了 HSPA MXtm倍速（空分复用）技术， 创造了震惊业界的革命性技术进步。该方案充分考虑了业务需求、频谱效率和可实施性，突破了可用带宽的限制，必将助力运营商打 造低成本、高效率的优质精品网络，共同为国家的信息化建设做出卓越贡献。