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1、WCDMA 小区引入HSU PA 后小区容量影响余燃 ,杜安 , 朱竹君(南京邮电大学 通信与信息工程学院 , 南京 210003)摘 要 : 简单介绍 WCDMA 上行增强技术 HSU PA , 以及实现 HSU PA 功能所需要的关键技术 。之后 , 通过MA TL AB 建立 Mo nte Carlo 静态仿真平台 , 得到部署 HSU PA 小区在吞吐量上所带来的增益 , 以及分析 高速分组业务对传统话音业务和基本电路数据业务的影响 。关键词 : HSU PA ; HARQ ;中图分类号 : TN9251533Mo nte Carlo ; 吞吐量文献标识码 : A文章编号 : 1008
2、 - 3545 (2008) 01 - 0022 - 04如图 1 所示 。一、引言WCDMA 无 线 接 入 沿 着 高 速 下 行 链 路 接 入( HSD PA) 和高速上行链路接入 ( HSU PA) 的路 线演进 , 两者又通称为高速分组接入 ( HSPA ) 。2002 年 , 3 GP P 在 HSD PA 规范 R5 的第一版本成 功定稿后就开始了 HSU PA 的规范工作 , 并于 2004 年 12 月发布了第一个 R6 版本 。引入 HSU PA 后 , 上行速率将高于 384 kbit / s , 在第一阶段峰值速率 预计达到 12 Mbit / s , 第二阶段的数据
3、数率达到34 Mbit / s 。实现了对诸如多媒体通信 、视频会 议 、Vo IP 等要求高速对称数据通信业务的支持 。图 1 R99 中 ARQ 和 HSU PA 中 HARQ 比较R99 版本中 , 数据包重传是由 RN C 控制的RL C 重传完成的 , 重传时延超过 100 ms 。在 HSU2PA 中定义了一种物理层的数据包重传机制 , 数据 包的重传在移动终端与基站间直接进行 。基站收到 移动终端的数据包后 , 通过空中接口向移动终端发 送 AC K/ NAC K 信令 , 如果接收的数据包正确就发 送 AC K 信号 , 如果接收到的数据包错误就发送 NAC K 信号见图 1
4、4 。与 R99 版本的系统相比 , 快 速 HA RQ 在 No de B 端完成 , 不需要 RN C 的参与 , 从而大大减少了重传时延 , 降低了各次传输需要的二、HSU PA 的关键技术3 ,5为了提高上行速率 , 扩大覆盖面积 , 减少时延的目的出发 , 3 GP P WCDMA 系统的 HSU PA 功能 通过增加一个新的上行传输信道 ( E2DCH) 而实 现 。传输信道 E2DCH 采用了基于 No de B 的快速分 组调度 、快速物理层混合重传 ( HA RQ ) 、上行链 路中软切换技术和可选的更短的 2 ms 传输时间间 隔等新技术 。11 上行链路的快速 HA RQ
5、R99 中 A RQ 和 HSU PA 中 HA RQ 的传输过程接收 Ec/ No , 提高了系统正确接收率和传输数率 。在 HSU PA 中 , HA RQ 使用软合并 ( Sof t Co mbing)和增量冗余技术 ( Incremental Redundancy) , 提高 了重传数据包的传输正确率 。HA RQ 协议是 A RQ重传协议的增强形式 , 相比较于 A RQ ,有更好的误码性能2 。21 基于 No de B 的快速分组调度HA RQ 具率 , 对于其他用户就是噪声 。WCDMA 的技术特点决定小区容量和负载具有 “呼吸效应”, 这就是 所谓的“软容量”的概念 。如果采
6、用有效的技术 , 将多址干扰降到最低程度 , 就可以极大地提高系统 的容量 。由于 HSU PA 采用了新的技术 , 使得对于 相同业务所需求的 Eb/ No 明显下降 , 从而 U E 发 射功率减小 , 减小多址干扰 , 小区上行吞吐量和高 速数据业务服务质量得到明显改善 。HSU PA 的引入没有改变“软容量”特性 , 仍然 是码分多址系统 , 之前许多分析容量的方法 , 在此 同样可用。这里建立一个 7 个全向小区模型 , 在相 同工作频点的邻小区的干扰下 , 分析小区的容量。在静态仿真器中 , 每一个用户的发射功率 , 是 相互关联 、相互制约的 。通过下面公式 ( 1 ) 6 ,
7、能够解出每一个用户最佳发射功率 , 在规定的小区在 WCDMA R99 版本中 , 移动终端传输速率的调度由 RN C 控制 , 移动终端可用的最高传输速率 在 DCH 建立时由 RN C 确定 。RN C 却不可能根据 小区负载和移动终端的信道状况变化而灵活控制移 动终端的传输速率 。基于 No de B 的快速调度的核 心思想是由基站来控制移动终端的传输数据速率和 传输时间 。在 HSU PA 当中 , 调度功能在 No de B 中进行 。No de B 可以根据它内部得到的测量/ 统计 信息来进行调度 , 也可以根据终端反馈的信息来进 行 。基于 No de B 的快速调度机制可以使基
8、站灵活 快速地控制小区内各移动终端的传输速率 , 使无线 网络资源更有效地服务于访问突发性数据的用户 , 从而达到增加小区吞吐量的效果 。312 ms T T I 和 10 ms T T IWCDMA R99 上 行 DCH 的 传 输 时 间 间 隔 ( T T I) 为 10 , 120 , 140 , 80 ms 。在 HSU PA 中 , 采用了 2 ms T T I 和 10 ms T T I 减小空中接口的传输 时延 、帧 对 齐 带 来 的 时 延 以 及 处 理 时 延 。在 HA RQ 和 FCS ( Fast Cell Selectio n) 的配合下 , 可 以提高小区的
9、吞吐量 , 加快响应速度 , 保证提供视 频会议 、流媒体 、视频电话等对时延和速度要求较 高的实时多媒体业务的 Qo S 。负荷下 , 随着用户数不断增加 ,定的极限值 。最后提高到小区规 Gp , i , n p i , nMv m , n p m , nN M v m , a p m , a a = 1 m = 1a n-L i , niL m , nL m , nm = 1m iN 0 W(1)第一项中 , G 为扩频增益 , L 为链路损耗 , p为发射功率 ; 第二项是本小区的干扰 ; 第三项是其 他小区的干扰 ; N 0 为噪声谱密度 , W 为码片速 率 。用户随机地分布在小区
10、中 , 用户地位置确定 后 , 根据这个公式和相应地仿真参数将能得到每个 用户地发射功率 。经过多次地仿真 , 对结果进行统 计平均 , 得到小区的最大用户数 , 从而得到小区的 容量 。这个公式可以写成矩阵形式 , 支持 MA T2L AB 的快速矩阵运算 。仿真中的参数在表 ( 1 ) 1中列出 。三、仿真分析和仿真参数WCDMA 是自干扰系统 , 一个用户的发射功表 1 仿真参数表无线传播模型COS T2312hata L dB = 128 11 + 3617log10 REb/ No ( dB) (BL ER = 10 %)信道环境话音cs64 kbit / sp s64 kbit /
11、 sp s384 kbit / sp s512 kbit / sp s1024 kbit / sVA - 30419317114115118214小区半径 ( m)400小区负荷01721 小区业务的影响在部署 HSU PA 的初期 , 主要采用同频点混合 组网方式 , 针对密集城区的热点地区进行部署 。因 此 , 随着高速数据业务的用户的增加 , 占用了大量 的资源 , 必然对基本话音和电路数据 (实时视频) 业 务产生很大的影响。HSU PA 数据业对CS264 kbit/ s业 务和语言业务的影响分别如图 4 、图 5 所示 。11 小区容量比较假设小区所有用户是相同的业务 64 kbi
12、t / s 和384 kbit / s , 通过 Mo nte Carlo 静态仿真方法 , 对R99 和 R6 版本的小区容量进行比较 ,和图 4 所示 。结果如图 3从图中可 以 看 出 :总 负 荷 为 一 定 , 载 车 载30 km/ s环境下 , HSU PA 小区的吞吐量比 R99 大约增加 30 % 。容量增益归因于 HSU PA 的新技术的 采用 , 特别是 HA RQ , 可显著改善分组数据传输 的完整性和可靠性 , 提高系统性能 , 并通过出错重 传适应信道的动态变化 , 降低传输误码 。在相同 BL ER 要求下 , HA RQ 技术将降低的 Eb/ No 的目 标值
13、, 减少了手机的发射功率 , 降低了整个小区的从图 4 、图 5 可以看出 , 随着高速数据用户的增加 , 噪声恶化量急剧提高 , 预留给话音和基本的 数据业务的资源急剧减少 , 从而影响了小区基本业 务的容量和覆盖 , 可以预料到话音业务的接入率明 显下降 。为此 , 在小区中对 HSPA 业务进行独立 频点单独组网 , 将解决这种问题 , 付出的代价将是 成本的提高和频谱资源的消耗 。务的容量 , 随着高速数据用户的增加 , 传统的话音业务数量不能满足小区的用户要求 , 在部署 HSPA 后期 , 引入第二频点对 HSPA 单独组网成为必然 的选择 。总之 , HSPA 作为应用于 WCD
14、MA 网络 基于分组数据传输增强技术 , 极大的提高了 WCD2MA 网络的数据业务的提供能力 , 增强了市场竞争 力 , 必将为运营商带来了更好的经济效益和业务收 入 。五、结论本文介绍了 HSU PA 的关键技术 , 简单讨论了HA RQ 的特性 , 重点分析了引入 HSU PA 后小区的 容量 , 并与 R99 进行比较 。通过仿真 , 可以看到 , 由于新技术运用 , HSU PA 有着更高的承载效率 , 使得小区上行吞吐量和高速数据业务服务质量得到 明显改善 。然而 , HSU PA 的引入影响了基本型业参考文献1 3 GPP1 TR251896 V61010 Feasibility
15、 st udy for enhanced uplink for U TRA FDD , 200412 Martin Dot tiin g , J urgen Michel , Bernhard Raaf1 Hybrid ARQ and Adap tive Modulatio n and Coding Schemes for HighSpeed Downlink Packet Access1 I EEE , 200213 Gaurav Sharma , Kumar GS , Movin g towards HSU PA ( high speed uplink packet access) : a
16、 co mplete 315 G wireless sys2tem , I EEE , 200514 Eduardo J 1B1Rodrigues1 Third Generatio n WCDMA Uplink Capacit y Imp rovement s wit h 315 G HSU PA for I TU Macro2Cell Channels , I EEE , 200615 Harri Holma , Ant ti Toskala 1 叶银法 , 陆健贤等译 1 HSD PA/ HSU PA 技术与系统设计 M社 , 20071111 北京 : 机械工业出版6 黄沛江 1 干扰对
17、 WCDMA 上行链路性能影响的研究和仿真 D1 南京 1 南京邮电大学 2005141WCDMA cell wit h HSU PA Uplink Capacit y AnalysisYU Ran , DU An , ZHU Zhu2jun( College of Teleco mmunicatio ns & Informatio n Engineering ,NanJ ing U niversit y of Post & Teleco mmunicatio n NanJ ing 210003 China)Abstract : HSU PA is enhanced technique for
18、 WCDMA1 In t his paper , t he key technologies wit h HSU PA were int roduced1 De2 sign and implement a static simulator of HSU PA performance wit h matlab , and give t he simulatio n result and t he gains by co mparing t he t hroughp ut1 The ot her focus is o n t he impact of HSU PA to capacit y of voice and basal real2 time data service1Key words : HSU PA HARQ Mo nte Carlo Throughp ut收稿日期 : 2007212224
