WCDMA小区引入HSUPA后小区容量影响

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 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