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网络设计与组网技术

TD-SCDMA 组网设计方案

杨家昊

“网络设计与组网技术”大作业

TD-SCDMA 组网设计方案

杨家昊 2009083228 网络 092

1. 项目背景及目标

TD-SCDMA 作为我国具有自主知识产权的 3G 通信制式,百年发展历史上的重大突破, 作为国际电联的三种标准 3G 之一,TD-SCDMA 的商用化进程逐渐加快,产业链正在走向 成熟。是中国通信产业主流标准之一,随着 2008 年北京奥运会盛大开幕以及第止代移动通 信技术的发展,移动通信业务己经开始从单-的语音业务向移动数据业务演变,为了使广人 的移动通信用户能够享受到 3G 技术带来的各类高质量信息服务,为运营商提供新的利益增 长点,中国移动自 2007 年以来,全面启动了北京、天津、上海、沈阳、秦皇岛、广州、深 圳、厦门等 8 城市扩大的 TD-SCDMA 规模网络技术应用试验网的建设,2008 年 4 月,8 城 市 TD 试验网己全面进入社会化业务应用测试和试商用阶段。2008 年 6 月,中国移动又成 功接收了中国网通、中国电信在青岛和保定的 TD 试验网。目前,上述十城市的 TD 网络已 经为北京 29 届奥运会和 13 届残奥会提供了优质的 3G 网络服务。 2009 年 2 月,工业和信息化部正式向中国移动、中国电信和中国联通只家公司发放了 不同制式的 3G 运营牌照,正如之前大家预料的结果-样,中国移动正式拿到了 TD-SCDMA 制式的 3G 牌照,并迅速发布了自己的 3G 品牌。 TD 试验网二期工程建设完成后,将实现河南省会郑州市的 TD 网络覆盖。向覆盖区用 户提供包括增强数据卡业务、手机电视-与可视电话等 3G 特色业务在内的 45 类业务。 TD 试验网二期工程的建设目标是最大限度与 2G 共用基础网、核心网、业务网、支撑 网等网络资源;新建 TD 无线网,充分发挥 TD 网络数据业务高速率和 GSM 网络广覆盖的优 势,利用 2G/3G 互操作,做到优势互补,重点在数据业务需求大的区域部署 TD 网络。同 时,在 TD 网络建设的每-步都要提前考虑与 TD-LTE 的衔接,要确保 TO 向未来 TD·LTE 的 平滑过渡,实现较长的投资收益期,最大限度地保护投资。

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2. 网络建设需求及业务需求

2.1 网络建设需求 郑州市建设 TD-SCDMA 试验网,主要覆盖郑州三环内市区、惠济区、郑东新区、经济 技术开发区、高新技术开发区以及各区域间主要联络线:登封市、巩义市、上街区、新郑市、 新密市、荣阳市、中牟县的中心城区部分;龙子湖人学区及郑州 4A/SA 级景点。为用户提供 移动基本话音业务、数据业务和增值业务。 2.2 网络提供的业务 TD-CDMA 网络可提供的业务可分为 3G 特有业务、2G 迁移业务两大类,其中 2G 迁移 业务可细分为基十网络提供的业务和基于业务平台提供的业务,具体业务类型如下表:
表 2-1 TD-SCDMA 网络可提供的业务类型

类别 3G 特有业务 2G 迁移业务 (基于 网络提供的业务) 2G 迁移业务 (基于 平台提供的业务)

具体业务 可视电话、vidcosharing、视频会议、多媒体彩铃、 视频留言言 基本话音业务(补充业务)、 电路型数据业务、 分组 型数据业务务络络提供的业务 短信、彩信、彩铃、性信、WAP、流媒体业务、 Poc 类、搜索类、导航类、资讯类等等

2.3 网络提供的功能 本试验网络具有支持 2G 基本功能和 3G 新增功能。 2G 基木功能主要包括:移动性管理功能、基木业务功能、多网多号的网络功能、信令的 加密及完整性保护功能、运营商间业务互通功能、女全功能等。 3G 新增功能主要包括:TD-SCDMA 与 2G 互操作功能、TD-SCDMA 系统所定义的服务 质量机制、HS 队、MBMS 功能、用户分类服务功能、视频类业务功能、五元组鉴权、双向 鉴权等。

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3.TD-SCDMA 组网方案

3.1 TD-SCDMA 组网原则 河南移动郑州公司的 TD 网工程的组网原则是最大限度与 2G 共用基础网、 核心网、 业务网、 支撑网等网络资源;新建 TD 无线网, 充分发挥 TD 网络数据业务高速率和 GSM 网络广覆盖的优势,利用 2G/3G 互操作,做到优势互补,重点在数据业务需求大的区 域部署 TD 网络。 覆盖解决方案的选择主要取决于话务分布、话务量、数据业务速率、地形地貌情况 以及配套设施等条件。3G 网络的总体建设-般思路是考虑与 2G 网络共存的同时,考虑 广覆盖、低成本、 快速建网,灵活规划、 方便扩容, 尽力减少扩容时对现有网络的影响, 从而尽可能降低未来网络的扩容成本和维护成本。 通常采用以宏蜂窝为主的覆盖, 同时 考虑商务区、写字楼、车站等热点区域的覆盖。

3.2 郑州 TD-SCDMA 网络建设规模

根据以上组网原则,本期工程计划对建设核心网规模如下表:
表 3-1 核心网建设规模

电路域容量 话务用户 (万户) 50 VLR 容量 (万户) 76.8

分组域容量 附着用户 (万户) 64 激活 PDP (万 PDP) 16.1

HLR 容量 (万户) 64

郑州 TD 网络无线网计划建设宏蜂窝基站 842 个,其中共 2G 站址基站 637 个,新选站 址 205 个,共站率为 75.6%。 考虑到 3G 数据业务多发生在室内,还在 500 个重要的物业点进行 TD-SCDMA 网的室 内分布系统建设,其中对 2G 分布系统进行改造的有 90 个物业点,410 个物业点新建 TD 室 内分布系统。 另外,根据工程需要还将同期建设相关的电源、传输、配套等设备。

3.3 TD-SCDMA 系统组网图

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图 3-1 TD-SCDMA 系统组网图

4 TD-SCDMA 网核心网建设方案

4.1 核心网建设原则 根据本次试验网的业务及功能要求,结合 3G 技术发展状况,试验网核心网节点的建设 应遵循以下原则: 1) 采用 3GPPR4 标准的体系架构,包括电路域和分组域。 2) 核心网电路域和分组域采用升级现有 2G 设备的方式,原则上不再新建 TD-SCDMA 专 用的核心网设备。在充分试点的基础上,对现有 2G 网络部分网元进行升级改造,实现 2G、TD 核心网的融合。 3) 试验网所在城市的全部 HLR 实施升级改造,优先利用现有设备的空余容量,并根据需 求扩容以同时支持 2G 厅 D 业务,支持 2G 用户携带号码转网。 4) 不单独考虑容灾备份,与 2G 网统-考虑。 5) TD 与 2G 网络共用 GMSC、七号信令网、软交换长途汇接网。

4.2 电路域节点设置方案 1. MSCServer 设置方案 R4 版本的 MSCserve:处于核心控制层面,主要处理呼叫和移动性管理相关的信令消息,
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媒体流则山 MGW 来处理。 根据中国移动现有网络架构原则, MSCserver 应以省为单位设置, 并采用集中化的建设原则,本工程应保持与现有网络架构的-致性,也采用分城市并相对集 中的设置方式。 根据郑州 TD 二期工程建设原则,本期工程原则上不新建 TD-SCDMA 专用设备,利用 现有各城市 2GMSCServe:进行升级改造。选择原则如下: 选择 2GVoIP 端局(MSCSERVER)进行升级改造.为了避免对现网业务的影响,保证二期 工程进度,建议在满足 TD 容量需求的前提下,升级改造的数量不宜过多,原则不考虑 2-3 个。所选局的 2G 覆盖范围尽量与 TD 无线覆盖范围相邻或重叠。 优先选择 2008 年底前完成 lP 化改造、业务负荷轻的 VoIP 局。 当本地无 VoIP 局时,在满足进度要求和商务条件的情况下,可选择 TDM 承载的软交 换局,同期进行 VoIP 改造 如果不具备_卜述条件,或现网设备升级支持 TD 特色业务的时间不能满足工程进度要 求,可采用新建 VoIP 局方式,且新建局需具备 TD、2G 双接入能力,支持 TD 特色业 务。 2. HLR 设置方案 和传统的 GSM 网络-样, 核心网络中的 HLR 设备也是在网络中用于管理移动用户的 3G 数据库设备,HLR 与网络中其他功能实体的接口未发生变化,但采用的协议标准存在着不 同之处, 主要体现在:HLR 中存放的用户数据较 GSM/GPRS 用户丰富, 增加了更多的内容如 用户签约信息等:MAP 定义了新的接口、程序和参数。新引入的业务包括:定位业务,号码可 携性业务,智能业务的增强等;鉴权方式不同,2G 网络中的鉴权只是网络对用户的鉴权,为 单向鉴权,而在 3G 网络中的鉴权为双向鉴权,即不仅网络对用户进行鉴权,同时用户也对 网络进行鉴权;2G 网络鉴权中允许重复利用鉴权向量, 为了使用户设备(UE)能够验证鉴权向 量的新鲜度,在 UMTS 鉴权中,不允许重复利用鉴权向量。 3.SG 设置方案 本工程不建设单独的 SG 设备,将采用 SG 与 MGW、MSCserver 综合设置的方式,综 合设置了 SG 功能的 MGW 可直接通过七号信令链路与现有 GSM 网络或 PLMN 网络相连, 疏通 lsUP 信令消息;综合设置了 SG 功能的 MSCserver 可直接通过七号信令链路与 HLR、 STP 相连,疏通 MAP 或 CAP 信令消息。

4.3 分组节点设置 此次郑州工程建设中分组域中的 SGSN、GGSN、CG 和 DNS 采用新建方式。 1. SGSN 的设置方案 和 GPRS 网络-样,3G 核心网分组域 SGSN 也主要负责用户的接入控制、与 HLR 协同 工作对用户数据进行鉴权,根据 DNS 提供的信息在分组域网内部进行路由选择,同时还与 HLR 协同工作执行用户的附着、位置更新等移动性管理,以及对川户的计费等。 本工程 SGSN 以省为单位集中建设,SGSN 单局最大容量 80 万用户,SGSN 的 lu 接口 数量根据新增 RNC 数量及数据流量来确定,本工程要求 SGSN 的 Iu-PS 接口具备 ATM 和 IP 两种接口能力,具体采用何种接口,将根据实验室测试结果最终确定。 根据 2 期工程建设原则及郑州市容量需求, 本工程郑州市将新建 l 个 SGSN, 新建 SGSN 的容量为 64 万户,负责郑州市的 TD-SCDMA 用户的分组数据业务处理。
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2. GGsN 的设置方案 3G 核心网分组域 GGSN 主要负责提供分组域网络与外部分组数据网的接口,用户通过 分组域网络对外部数据网的访问均由 GGSN 完成。 本工程 GGsN 单局最大容量 80 万 PDP 上下文。 根据二期工程建设原则及郑州市容量需求, 本工程郑州市将新建-对 GGSN, 新建 GGSN 的容量为 16 万激活 PDP,负责郑州市的 TD-SCDMA 用户的分组数据业务处理。 3.域名服务器(DNS) DNS 可分级设置,低-级 DNS 将把它无法解析的 APN 送至下-级 DNS,由上-级 DNS 进行解析,若上-级 DNS 仍无法解析,则再向其上-级的 ONS 送,如此逐级向上,直至顶级 DNS。 本工程根 DNS 由-期工程北京建设的 TD 根 DNS 兼作,省级 DNS 以省为单位集建设, 并双机配置。 根据二期工程建设原则,木工程郑州市将新建-套 TD-SCDMA 试验网专用的 DNS。 3.计费网关(CG) 分组域数据业务的计费点在 SGSN 和 GGSN, SGSN 和 GGSN 上产生详细计费话单。 在 由于 SGSN 和 GGSN 设备本身存储计费话单的能力极为有限,应在每个 SGSN/GGSN 所在 节点设置 CG,以避免由于传输链路故障而导致计费话单丢失。考虑到各厂家目前 SGSN、 GGSN-与 CG 之问的 Ga 接口协议尚未完全开放,木工程将在新建 SGSN、GGSN 的城市, 与 GSN 节点同局址建设 1 套 CG。各城市具体设置数量将根据 SGSN 和 GGSN 设备安装位 置最终确定。 4.网络时间同步服务器(NTPServer) NTPServer 通过 Gn 接口为网内的 SGSN 和 GGSN 提供时间同步信号。 1 期工程北京 在 己经设置了-套 NTPserver,用于提供 TD-SCDMA 试验网内的时间同步信号,本工程仍利用 该 NTPserver。

4.4 核心网网络组织

4.4.1 网络组织原则 木次 TD-SCDMA 试验网网络需实现 TD-SCDMA 试验网与中国移动现有 GSM/GPRS 网 络的互通和漫游。核心网采用 TD-SCDMA 试验网-与 2G 网络融合组网的方式,遵循中国移 动现有 2G 网网元的组网方式。TD-SCDMA 试验网利用现网关口局疏通与其他运营商之间 的话务。

4.4.2 电路城网络组织 (l) RNC 与 MSCServe:间(经 MGW 透传)的 Iues 接口组织 TD-SCDMA 核心网电路域
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MSCServer 通过 Iucs 接口与 RNC 相连,经 MGW 实现与 RNC 间的互通,MGW 与 RNC 间 采用 ATM 接口协议,并经 MGW 透传其与 MSCServe:间的 RANAP 协议。RNC 与 MGW 之 间可采用 ATM 或 lP 接口。 当采用 ATM 接口时, RNC-与归属的 MGW 间采用点对点连接方 式,通过 STM-!专线相连。同机房内 MGW 和 RNC 之间采用 STM-1 直连方式连接;不同机 房的 MGW 和 RNC 之间采用 STM-1 通过传输连接。当采用 IP 接口时,MGW 与 RNC 经 IP 承载网相连。 本工程 RNC 与 MGW 间采用 ATM 接口。 (2) 试验网信令点与现网信令点间的信令网络组织 试验网 MSCserve:与所连接的 GMSC、本地汇接局、长途汇接局问需互通 ISUP 消息, ISUP 消息将通过与 MGW 合设的 SG 来转接,MGW/SG 需遵循现网的信令链路设置原则, 与这些局间设置直联信令链路,未设直联信令链路的局间经 STP 转接。试验网内信令点与 现网信令点(包括现网 HLR、短信中心等)间的 MAP 信令消息通过现网的 STP 转接。

5.TD-SCDMA HSUPA 关键技术分析

5.1 TD-SCDMA HSUPA 技术特性介绍

5.1.1 协议结构实体 NodeB: MAC-e, RNC:MAC-es UE:MAC-e/MAC-es PDU: MAC-esPDU MAC-e PDU SI 5.1.2 UE 侧 MAC-e/es 实体 MAC-es/e 处理 E-DCH 相关功能。在 UE 端 MAC-e 和 MAC-es 之间的功能没有进行 详细划分。在下面的模型中,MAC-e/es 包含下面的实体: HARQ: HARQ 实体负责处理与 HARQ 协议相关的 MAC 功能。 HARQ 功能实体负责存储 MAC-e 数 据并且重传。HARQ 协议的详细配置由 RRC 通过 MAC 控制 SAP 提供。HARQ 实体提供 HARQ 进程 ID、E-TFC、重传序列号(RSN)和 L1 使用的-个功率偏移指示。HARQ 传输 的冗余版本 RV 从 RSN 推导得到。RRC 信令也可以配置 HARQ 实体在每-次传输都采用 RV =0。 复用和 TSN 选择:
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复用和 TSN 选择实体负责根据 E-TFC 选择功能指示,把多个 MAC-d PDUs 合并到-个 MAC-es PDU,把-个或多个 MAC-es PDU 复用到-个 MAC-e PDU。实体还负责管理和设置 每个 MAC-es PDU 中的每-个逻辑信道的 TSN 值。 E-TFC 选择: E-TFC 选择实体负责根据从 UTRAN 接收的调度信息和绝对授权以及 RRC 通知的服务授 权值,选择合适的 E-TFC;并且对于映射到 E-DCH 上的不同的 MAC-d 流进行仲裁。E -TFC 实体的详细配置由 RRC 通过 MAC 控制 SAP 提供。E-TFC 选择实体用来控制复用 功能。 调度接入控制: 调度接入控制实体负责选择上行调度信息信令是通过 E-UCCH 和 MAC-e PDU(如果 E- DCH 资源已经分配)还是通过 E-RUCCH(如果 E-DCH 资源没有分配)发送。 调度控 制接入部分还负责生成映射在 MAC-e PDU/E-RUCCH 上的消息。

去往 MAC-d MAC-es/e
E-TFC 选择 复用和 TSN 生成 调度请求控制

MAC – 控制

HARQ

伴随的下行控制信令(EAGCH )

伴随 ACK/NACK 信令 (E-HICH)

伴随上行信令 E-UCCH

伴随上行信令 E-RUCCH

图 5-1 UE 侧 MAC 架构 / MAC-e/es 详图

5.1.3 网络侧 MAC-es 实体 5DD: 每个 UE 在 SRNC 存在-个 MAC-es 实体,MAC-es 子层处理与 E-DCH 相关的功能, 这些功能在 NodeB 中的 MAC-e 中没有包含。MAC-es 主要由下面实体组成: 重排队列分发: 重排队列分发功能指的是基于 SRNC 的配置,把 MAC-es PDU 分配到正确地重排缓冲 区。 重排: 本功能指的是按照接收的 TSN 号对接收的 MAC-es PDU 重新排序。 带有连续的 TSN 的
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MAC-es PDUs 被发送到拆分功能实体。如何处理乱序的 MAC-es PDU 由实现决定。每个 逻辑信道有-个重排队列。 拆分: 拆分实体负责对 MAC-es PDUs 进行拆分。当-个 MAC-es PDU 被拆分,MAC-es 头被移 除,MAC-d PDU 被抽取出来并且递交到 MAC-d。

To MAC-d

MAC-es

MAC – 控制 拆包 拆包 拆包

重排

重排

重排

重排队列分配

重排队列分配

MAC-d flow #1

MAC-d flow #n

From MAC-e in NodeB

图 5-2 UTRAN 侧 MAC 架构 / MAC-es 详图

5.2 信道结构和映射 描述 HSUPA 新增的信道及其功能、特性。E-DCH,E-HICH,E-AGCH,E-PUCH, E-RUCCH,E-UCCH。 HSUPA 有-个专有的传输信道 E-DCH 和五个专有的物理信道 E-PUCH、E-UCCH、 E-RUCCH、E-AGCH 和 E-HICH。 5.2.1 传输信道 E-DCH 增强的专用信道 E-DCH(Enhanced Dedicated Channel)是-个上行专用传输信道。UE 通过该信道将 HSUPA 数据从 MAC-e 实体发送到物理层。NodeB 则通过该信道把物理层接
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收到的 UE 的 HSUPA 数据送到 MAC-e 实体。每个 HSUPA UE 都有-个 MAC-e 实体。每个 NodeB 有-个 MAC-e 实体。E-DCH 承载的 HSUPA 数据采用 1/3 速率的 Turbo 编码,QPSK 调制。调制以后的 E-DCH 数据符号映射于 E-PUCH。 5.2.2 物理信道 E-PUCH、E-UCCH、E-RUCCH、E-AGCH、E-HICH E-DCH 物理上行信道 E-PUCH(E-DCH Physical Uplink Channel)是-个上行物理信道,用 于将承载在 E-DCH 上的 HSUPA 数据从 UE 发送到 NodeB。 该信道分为两类: 调度的 E-PUCH 和非调度的 E-PUCH。相应地,承载在 E-DCH 上的数据流也分成调度的和非调度的两类。 调度的 E-DCH 数据流映射到调度的 E-PUCH,而非调度的 E-DCH 数据流映射于非调度的 E-PUCH。 E-DCH 上行控制信道 E-UCCH(E-DCH Uplink Control Channel)是-个上行物理信道。 该信道很特殊,它和 E-DCH 复用于 E-PUCH。调度的 E-PUCH 上承载的 E-UCCH 用于该调 度的 E-PUCH 的译码。非调度的 E-PUCH 上承载的 E-UCCH 用于该非调度的 E-PUCH 的译 码。 E-DCH 随机接入上行控制信道 E-RUCCH(E-DCH Random Access Uplink Control Channel)是-个上行物理信道。当 HSUPA UE 没有被授权从调度的 E-PUCH 发送 HSUPA 数 据给 NodeB 的时候,该 UE 可以通过该信道向 NodeB 申请调度类型的 HSUPA 资源。 E-DCH 绝对授权信道 E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel) 是-个下行的物理信道。 NodeB 用该信道将调度的 E-PUCH 的资源授权信息发送给被授权的 UE。被授权的 UE 通过 该信道上携带的 UE ID 信息可以识别出发送给自己的调度的 E-PUCH 授权信息,然后通过 授权给自己的调度的 E-PUCH 的资源将调度类型的 E-DCH 数据块发送给 NodeB。 E-DCH HARQ 指示信道 E-HICH(E-DCH Hybrid ARQ Indicator Channel)是-个下行物 理信道。该信道分成两类:调度的 E-HICH 和非调度的 E-HICH。调度的 E-HICH 用于将调 度的 E-PUCH 的 ACK/NACK 指示发送给 UE。非调度的 E-HICH 用于将非调度的 E-PUCH 的 ACK/NACK 指示和 TPC/SS 命令发送给 UE。 具体地讲,每个调度的 E-PUCH 子帧,对应-个调度的 E-HICH 子帧,如果该 E-PUCH 子帧的数据被正确接收, 则该 E-HICH 子帧就将 ACK 指示发送给相应的 UE。 如果该 E-PUCH 子帧的数据被错误接收,则该 E-HICH 子帧就将 NACK 指示发送给相应的 UE。 同理,每个非调度的 E-PUCH 子帧,对应-个非调度的 E-HICH 子帧,如果该 E-PUCH 子帧的数据被正确接收, 则该 E-HICH 子帧就将 ACK 指示发送给相应的 UE, 同时该 E-HICH 子帧还将 NodeB 生成的该 UE 的 E-PUCH 信道的 TPC/SS 命令发送给该 UE。 如果该 E-PUCH 子帧的数据被错误接收,则该 E-HICH 子帧就将 NACK 指示和 TPC/SS 命令发送给该 UE。

6 TD-SCDMA HSUPA 容量分析

6.1HSUPA 上行容量能力分析

容量能力应包含最大用户数、用户吞吐速率、小区吞吐量。
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在 E-PUCH 配置的时隙数为,1,2,3,4,载波吞吐量最大可达 540kbps、1.1Mbps、 1.6Mbps、2.2Mbps。 用户最大吞吐率根据其能力类别的不同,其支持的最大吞吐速率也不同
表 6-1 小区最大用户数能力分析

E-DCH category Category 1 Category 2 Category 3 Category 4 Category 5

Maximum number of E – DCH timeslots per TTI 2 (QPSK Only) 3 (QPSK Only) 3 4 5

Maximum number of E – DCH transport channel bits that can be received within an E-DCH TTI 2754 4162 8348 11160 11160

同时在线用户数越多, 需要的 NodeB 上 DSP Buffer 越多, 调度器执行-次调度时间越长, 从这个意义上说最大用户数首先是受硬件能力限制的。 HSUPA 同时在线用户数越多,伴随 DPCH 占用的码资源也越多,当支持 8 个以上用户 同时在线时, 即使只用上行伴随 DPCH 或者非调度 EPUCH 承载信令,也势必要支持帧分复 用,而帧分会降低下行赋形的性能进而影响系统性能,仿真结果显示非调度 E-PUCH 1/2 帧 分时赋形增益会下降 1~2dB, 而 1/4 帧分时,下行赋形增益甚至会下降 3~5dB。综上所述, 商用网络中不建议支持 16 个以上 HSUPA 用户/频点同时在线,当同时用户数在 8 个以上, HSUPA 的性能会受到影响。 在收到 HSUPA 业务的接入请求时,RNC 会根据已承载的 UPA 业务的 QoS 和 UPA 用 户数以及请求的业务 QoS 来判决是否接纳该业务请求。

6.2 HSUPA 用户吞吐速率分析 理论上如果用户能力级别为 1~2, 极限吞吐量可以达到 250kbps/TimeSlot, 能力级别 3~6 可以达到 500kbps/TimeSlot,如果 UE 距离基站不太远是可以达到这个容量的,如果 UE 远 离基站,其可用 UPH 会下降,对临区干扰余量 SNPL 也会下降,此时为用户分配的功率授 权会逐渐降低从而导致吞吐量下降。 如果 HSUPA 资源池不变,小区内用户数增多时会使得各用户瓜分资源池能够提供的吞 吐量,分到每个用户头上的吞吐量与调度算法/用户数/负载等都有关系,总的来说用户越多 则每个用户分配到的平均速率会下降明显。 以每小区只有-个用户和有 8 个用户仿真场景为例, 各用户都为 Physical Category 均为 1 (只支持 QPSK) ,每个小区两个时隙的 HSUPA 调度资源池。UE 上传 FTP 大文件,UE 都 静止不动,郊区环境,小区半径 R 为 500m。PF 调度算法。 下表给出了 UE 离 Node B 远近不同时,UE 的用户吞吐速率。其中 R 为小区半径。
表 6-2 UE-Node B/U 用户吞吐速率关系

UE<->NodeB Distance 1/5R

用户平均吞吐量(kbps) 532

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2/5R 3/5R 4/5R R 6/5R 7/5R 8/5R

532 508 493 484 480 419 370

下表则给出了每个小区 8 个用户,21 个小区仿真场景下各 UE 的吞吐速率。
表 6-3 21 个小区仿真场景下各 UE 的吞吐速率

调度算法 UE (PF-Factor=1) UE1 63 UE2 61

UE 平均吞吐量(kbps) UE3 65 UE4 59 UE5 55 UE6 52 UE7 51 UE8 49

可看出随着用户数目增多,由于平均调度间隔变大,导致各用户的实际吞吐速率下降。 在现有的理论模型下, ROT 越高, 对临小区产生的干扰越大, 为维持接收质量不恶化, 也需要相应提高 Pebase,即 ROT/Pebase 之间是单调关系;Pebase 提高之后,用户可用的 UPH 就会下降;反之,因为存在不可消除的底噪,为保持接收质量,Pebase 不可能无限降 低,这种情况下单纯降低 ROT 也会导致 GrantedPower 降低,所以 ROT/Pebase 存在-个最优 工作区间,使得系统性能最优(吞吐量最高),如下图所示。

图 6-1 ROT/Pebase 下性能最优工作区间

实际网络中 ROT 的上升也是有上限的,因为干扰主要来自小区边缘的用户,即使这些 用户用最大功率发射,对临区造成的干扰也是有上限的。小区半径越小,对临区造成的干扰 越大,但因为路损的减小,可用 UPH 及 SNPL 余量会增大,仿真结果显示 300m 小区半径 时小区吞吐量好于 500m 半径,更好于 700m 半径。

下表给出了郊区环境不同小区半径时,ROT 与小区吞吐量的关系 (底噪 -105dBm, UE Category = 1):
表 6-4 ROT 与小区吞吐量的关系

小区半径(m) 300

ROT 门限(dBm) -92 -95 -98

Throughput (kbps/Cell) 466 458 447 451 451 437

500

-95 -98 -101

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-105 700 -98 -101 -103

327 412 357 340

HSUPA 引入对原网络下行容量的影响 不同信道配置下,新增信道对下行容量资源消耗的分析(码字资源;功率资源) 。 考虑典型控制信道的分配,及其资源消耗。 引入 HSUPA 后,下行链路新增 E-AGCH 和 E-HICH 信道,其中每条 E-AGCH 信道占 用两个 VRU,如果支持每 TTI 调度两个用户,需要配置 2 条 EAGCH,依次类推。E-HICH 信道占用-个 VRU,但因为 Midamble 码分配的关系,逻辑上也是占用 2 个 VRU。由于不同 用户的 ACK/NACK 反馈可采用正交的签名序列区分,-般而言配置-条 E-HICH 用于调度传 输就足够了,若存在非调度传输还需要另外配置-条用户非调度传输的 E-HICH。这样 2 条 EAGCH +1 调度 E-HICH+1 非调度 E-HICH 会占用 8 个 VRU 的资源。对下行码资源的消耗 还是比较大的。 EAGCH 可以进行闭环功控,因此对功率资源的消耗可以参考-般 DPCH,而 E-HICH 理 论扩频增益可以达到 30dB 以上(80*16=1280),即使受到噪声干扰,也能保证较好的解调性 能。而且-般情况下同时调度的用户数不会很多,所以 E-HICH 对功率的消耗并不严重。

7 TD-SCDMA HSUPA 典型应用和资源分配策略

7.1 典型应用 上载,监控:HSUPA+R4+(MBMS) (此时下行可和 MBMS 并行使用) 普通交互类业务,WWW:HSUPA+HSDPA 下载:R4/HSUPA+HSDPA 话音和数据并发:HSPA+R4 HSUPA 技术在上行链路上的增益使得 TD 网络能够提供真正的移动宽带接入技术,和 HSDPA 技术的结合能够提高人际业务(PTP)应用的性能。HSUPA 的引入使得新-代的上行 集中业务承载在无线网络上更加可行同时终端的体验更佳,例如 IP 话音业务,智能监控, 实时视频共享,移动 E-Mail,多人 3D 游戏,Web 浏览。 业务应用场景的不同,其资源配置和承载也会有所侧重。 对于上行数据要求高的应用,如智能监控系统,图片共享等,资源配置应倾向上行,上 下行时隙比为 4:2,承载为 HSUPA+R4。 对于要求交互反映迅速的业务应用,如实时视频共享,多人 3D 游戏,其特点是对称业 务而且上下行要求高速传输,在配置资源时上下行时隙为 3:3,承载为:HSDPA+HSUPA 对于下行高速数据的场景,如文件下载,资源配置应倾向下行,上下行时隙比为 2:4, 承载为 R4+HSDPA。 对于高话务区域如商务区,语音和数据需求大,上下行时隙比为 3:3,承载为 HSPA+R4
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7.2 容量需求分析

分析不同阶段:初期引入期、网络成熟期、大规模应用期的上行数据业务;下行数据业 务;MBMS 业务;话音业务容量需求。 (对应到每个小区中) (可以结合现有 2 代网络,根据不同阶段,给出-些典型的话务和容量需求估计,也适 当借鉴现有 3G 网络数据。 ) (可以考虑根据用户数目、渗透率,来评估每个小区 HSUPA 用户数,并根据话务模型 (可参考 GPRS 先假定-个话务模型) ,得出吞吐量需求和需求的载波数目) 。 TD-SCDMA 系统可以看成-个时分系统,不同承载可以通过时隙来区别。TD-SCDMA 的容量估算通过不同时隙不同承载来分别估算系统的容量, 即先假设小区 R4, HSPA, MBMS 各占用的时隙数,然后分别估算各自所需资源。 E-PUCH 的容量估算过程如下所示: 1. 已知该区域的小区覆盖半径,区域内的 HSUPA 用户数要求(UEs/km2)以及用户平均 数据速率要求(kbit/s) 或小区 HSUPA 平均吞吐量要求 2. 设定 E-PUCH 单独占用的时隙数 3. 估算 E-PUCH 单独占用某个时隙数时, 满足用户平均速率要求的单载波平均 HSUPA 吞 吐量和用户数 4. 计算-个小区内 HSUPA 载波数 5. 如果载波数超过基站能力, 则需增加 E-PUCH 时隙数, 重新计算该时隙下的小区 HSUPA 载波数

7.3 控制和伴随信道配置分析 HSUPA 控制信道的配置包括 E-RUCCH,E-AGCH 和 E-HICH 的配置。 E-RUCCH 是在没有 E-PUCH 资源是,通过随机接入过程请求资源。在 HSUPA 载波需 要配置至少-个 E-RUCCH 信道,占用 2 个 SF16 的码道。 E-AGCH 的配置和 HSUPA 调度的性能有关,配置多个控制信道可以获得多用户分集增 益提高 HSUPA 的容量;另-方面,控制信道占用码道资源,在码资源有限的情况下,不适合 配置过多的控制信道。建议配置 2 个 E-AGCH 信道,支持 2 个用户的共享 E-PUCH 资源。 E-HICH 可以承载多个 UE 的应答信息。 对于调度和非调度传输需要各配置-个 E-HICH, 因此配置两个 E-HICH 信道,分别用于调度发送和非调度发送。 伴随信道 DPCH 的预留应该满足对最大 HSUPA 同时在线用户数的要求。 7.4 HSUPA+R4+MBMS 方式(支持少量话音并发) 在-个载波同时支持 HSUPA,R4 和 MBMS,由于 HSUPA 提高上行的容量而 MBMS 占 用下行的资源,因此建议时隙比为 3:3,其时隙和码道资源配置可如下所示:

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图 7-1 时隙比为 3:3-HSUPA,R4 和 MBMS 码道资源配置

支持 AMR + HSUPA 的并发业务,支持 AMR + MBMS 的并发业务; 单载波可同时支持 8 AMR + 6 HSUPA + 2 MBMS 64k 上行可支持的最高速率为 512kbps

7.5 话音+HSPA 共载波方式 在-个载波同时支持 HSPA 和 R4,该配置主要用于对称业务要求的场景,因此建议时隙 比为 3:3,其时隙和码道资源配置可如下所示:

图 7-2 时隙比为 3:3-HSPA 和 R4 码道资源配置

支持 HSDPA + HSUPA 以及 AMR + HSPA 的并发业务; 单载波可同时支持 5AMR + 4 HSUPA +4 HSDPA 上行可支持的最高速率为 512kbps,下行可支持的最高速率为 512kbps

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7.6 HSPA 单独载波方式 HSDPA + HSUPA 单独载波配置,该配置主要用于高速对称数据业务要求的场景,因此 建议时隙比为 3:3,其时隙和码道资源配置可如下所示:

图 7-3 时隙比为 3:3-单独载波码道资源配置

支持 HSDPA + HSUPA 以及 AMR + HSPA 的并发业务; 单载波可同时支持 2/3 HSUPA +3/2 HSDPA,或者 5 (HSDPA + HSUPA) 上行可支持的最高速率为 1M kbps,下行可支持的最高速率为 1Mkbps

7.7 以上三种方式的比较 HSUPA 引入初期, 业务还是以语音和下行数据业务为主, HSUPA 的容量需求不是很高, 组网策略以充分满足 R4 业务, 同时提供 HSPA 用户体验; 后期随着 HSPA 终端的成熟, HSPA 用户的渗透率的提高, 此时网络建设应考虑满足 HSPA 的容量,增加 HSPA 的时隙数和载波 数。 HSUPA 的引入,和 HSDPA 技术的结合,提供高速数据业务提升用户感受,特别是数 据业务用户的感受,对后续用户渗透率的提高很有帮助。因此 HSUPA + HSDPA 是 HSUPA 引入后的主要组网方式。在规划中,应该以时隙为单位规划业务承载,如 HSUPA 独占-个时 隙的所有码道,可以避免业务间(如 HSUPA 和 R4)的相互干扰,降低优化的难度同时也 减少规划的复杂度。HSUPA 引入初期,HSPA 容量要求不高,此时可以采用语音+HSPA 方 式,保证 R4 业务的容量同时提供 HSPA 用户体验;HSPA 成熟期,重点考虑 HSPA 的容量, 此时可以采用 HSPA 单独载波方式。

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8 TD-SCDMA HSUPA 不同阶段组网方案分析

8.1 HSUPA 引入初期组网方案

在城区建网初期应重点满足网络的覆盖要求, 同时对用户感受给予高度的关注, 特别是 数据业务的感受。在 HSUPA 引入的初期阶段,对于 N 频点小区采用-个载波承载 HSPA 业 务,其余 2 个载波承载 R4 业务,充分满足 R4 用户的容量以及 HSPA 用户的体验。后期随 着 HSPA 终端的不断成熟及渗透率不断增加,增加 HSPA 的时隙数和载波数,以提升 HSPA 容量。 在密集城区和-般城区建网初期为了吸引更多用户使用 3G 网络及 HSPA 服务, 建网初期 应实现 HSPA 连续覆盖。 在 HSUPA 引入初期,大部分 3G 用户仍以 R4 业务为主,HSPA 容量要求不是很高,N 频点小区可采用-个载波承载 HSPA 业务,时隙比为 3:3。

图 8-1 HSUPA 引入初期城区频点图

在郊区和农村的话务量相对城区少,但绝对数量仍然比较大,主要以话音为主,数据业 务的比重也比较小。 虽然郊区及农村 HSPA 用户可能不多, 但要考虑到现在交通发达以及周 末有城里用户到郊区及农村旅游,在建网初期就提供 HSPA 功能,可以提升这-部分用户的 体验。 在郊区和农村 HSUPA 引入初期,以语音业务为主,N 频点小区采用-个载波承载 HSPA 业务,时隙比为 3:3,

图 8-2 HSUPA 引入初期农郊频点图

8.2 HSUPA 网络成熟期组网方案 在城区建网 HSUPA 网络成熟期,随着 3G 网络的应用宣传和用户体验,越来越多的用 户使用 3G 网络,HSPA 用户的渗透率越来越大,此时网络建设应重点考虑满足容量要求, 在-个载频不能满足容量要求时,增加承载 HSPA 的载波数,新的 HSPA 载波连续覆盖,提 高 HSPA 用户的业务质量及用户体验。

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图 8-3 HSUPA 成熟期城区频点图

在郊区和农村 HSUPA 网络成熟期,主要考虑在需要的地方进行扩容,在 HSUPA 的覆 盖区和未覆盖区支持 HSUPA 和 R4 间的切换。

图 8-4 HSUPA 成熟期农郊频点图

8.3 HSUPA 大规模应用期组网方案 在城区区域 HSUPA 网络大规模应用期,此时网络建设重点考虑满足容量要求,增加承 载 HSPA 的载波数和时隙数,新的 HSPA 载波连续覆盖,提高 HSPA 用户的业务质量及用户 体验。

图 8-5 HSUPA 大规模使用城区频点图

在郊区和农村 HSUPA 网络大规模应用期,主要考虑在需要的地方进行扩容。

图 8-6 HSUPA 大规模使用农郊区频点图

9 结束语

根据集团公司对 TD 本试验网二期建网的进度要求, 河南移动郑州公司于 2008 年 12 月

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开始建设 TD-SC 网络,于 2009 年 3 月完成所有建设任务,经过两个月的优化,试验网已于 2009 年 5 月 17 日在郑州正式商用。本人全程参与了试验网的规划工作,并参与了相关业务 平台的规划建设以及后期业务的测试工作。 不久前启动了对物理层改进型 MBMS 标准化研究工作,引入了 MBSFN 技术,制订了 专用载波的结构和相应的技术,扩展了 TD-SCDMA 所能提供的广播业务频道数,在 2007 年 9 月基本完成。 在宽带多媒体业务的驱动下, 未来对移动宽带接入需求越来越大, 从目前的无线技术发 展现状来看,各种技术体制都明确提出了移动宽带技术的演进方向,其中 GS 树 WCDMA 和 GSM/TD-SCDMA 都明确提出向 LTE 演进,LTE 己经成为最主流的未来无线宽带的技术 体制。TD-SCDMA 将基于 TDD 的方向向 LTE 演进。TD-LTE 技术即 3GPPLTE 技术的 TDD 版本,既充分体现了我国自主知识产权,又兼顾了与国际主流的 LTEFDD 的协同发展,己 被政府确定为具有民族自主知识产权 TD-SCDMA 技术的后续演进之路。 LTE 将是未来移动宽带演进的最主流技术, TD-SCDMA 向 LTE 的演进不是革命性和 从 替代性的,将是-个逐步演进的过程,TD-scDMA 将沿着 TD-SCDMA 今 HS 队令 HS 队十的 演 进 路 径 演 进 , LTE 将 在 业 务 需 求 的 驱 动 下 , 逐 步 叠 加 在 已 有 的 GSM/GPRS/EDGE/TD-SCDMA/HSRA/HSPA+网络上, 随着条件成熟, 最终进行人规模的 LTE 建设。 TD-SCDMA HSUPA 于 2006 年 3 月在 3GPP 全会上立项,目标版本是 3GPP Release 7; 2006 年 5 月的 RAN1#45/RAN2#53/RAN3#52 小组会上开始有文稿输入, 并批准了设立 25.827 和 30.302 两个技术报告(TR)专门用来记录物理层和空口高层的技术方案;之后在 2006 年 8 月-2007 年 6 月的各小组会上对各接口技术方案做了详细的标准化工作,与 2007 年六 月基本完成。HSUPA 和物理层改进型 MBMS 都作为 TD-SCDMA 新特性放入到 R7 的规范 中。 HSPA+项目的研究工作于 2007 年 9 月启动, 主要进行-下四个方面的研究 E-FACH、 CPC、 MIMO 和 64QAM,目标为在兼容现有的系统下,很好的支持 VOIP 业务,提高有效带宽的 速率和性能,计划与 2008 年 9 月完成所有的标准化工作。 TD-SCDMA HSUPA(高速上行分组接入)特性的标准化工作正进入关键阶段。该标准化 工作分为 3GPP(第三代伙伴计划)和 CCSA(中国通信标准化协会)两部分,前者自 2006 年召 开 3GPP RAN 第 31 次大会立项开始, 历经-年零三个月, 2007 年在韩国釜山召开的 3GPP 于 RAN 第 36 次大会上完成全部标准化工作。 在已经完成的 3GPP 标准化工作以及在 CCSA 项目进行的过程中, 鼎桥作为三家发起单 位之-,在物理信道设计、空口链路层/信令层协议设计、随机接入资源划分、UE 无线接入 能力分析、Iub 接口协议设计等方面提供了完整的方案。 CCSA 标准化工作在 2007 年 4 月在北京召开的 TC5 第 12 次大会上立项启动,计划于 2008 年 6 月结束, 其目的是将 3GPP 的单载波 HSUPA 方案引入到 CCSA N 频点和多载波协 议框架中。为使 CCSA 提供的 TDD 的协议规范与 3GPP 保持同步,更有利于 TDD 的国际 化和产业化, RITT 和 CMCC 的领导和支持下,已于 2007 年 12 月将 CCSAN 频点和多载 在 波协议框架引入到 3GPP 的 Release 7 的版本中,这样在 CCSA 的 HSUPA 协议版本已经与 3GPP Release 7 内容相同。 CCSA TD-SCDMA HSUPA 相关规范的征求意见稿将于 2008 年六 月底完成。 从 2007 年 9 月到 2008 年五月, 各厂家对 HSUPA 进行了更进-步的研究, 发现和完善了 许多问题,如 HSUPA 单时隙两码道能力、更合理的调度信息发送原则、TB Size 从 128 变 为 64 更方便网络与 UE 的互通、辅载波如何支持 UPA、MAC-d 复用时 HARQ PO 的使用原 则、加入 Power control Gap 等多项内容。使 HSUPA 规范更趋于完善,为对后续 TD 的进-

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步发展起到-个良好的促进作用。 目前 HSUPA 规范还有个别问题需要进-步研究优化,如辅载波的路损测量、UPA 单时 隙多码道如何合理使用等问题。

参考文献
[1] 李世鹤《TD 一 scDMA 第三代移动通信系统标准》人民邮电出版社 2003 一 10 [2] 张传福.人民邮电出版社《TD 一 SCDMA 通信网络规划与设计》.2004 [3] 张雯.河南移动郑州公司 TD-SCDMA 组网设计方案[D].北京邮电大学.2009

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