HSDPA仿真技術(shù)淺析
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仿真技術(shù)是移動通信系統(tǒng)性能驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工具的重要手段，通過采用仿真技術(shù)模擬系統(tǒng)工作過程，能得到更加精確的系統(tǒng)容量覆蓋分析結(jié)果，輸出運(yùn)營商所關(guān)注的各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。同樣，在HSDPA的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，仿真技術(shù)也對理論分析和工程實(shí)踐具有指導(dǎo)作用。針對HSDPA仿真，典型指標(biāo)包括：小區(qū)吞吐率、邊緣速率、用戶速率以及覆蓋率等，通過對仿真結(jié)果進(jìn)行分析可以合理估計(jì)HSDPA網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和投資規(guī)模，指導(dǎo)運(yùn)營商在容量、覆蓋、服務(wù)質(zhì)量三者間尋求最佳點(diǎn)。
中興通訊在3G無線網(wǎng)絡(luò)仿真中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對于HSDPA網(wǎng)絡(luò)仿真也進(jìn)行了深入的研究，形成了一套行之有效的網(wǎng)絡(luò)仿真規(guī)范和方法。中興通訊本著精益求精的態(tài)度，在實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)、提高，真正具備了為優(yōu)質(zhì)HSDPA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供全面技術(shù)支持的能力。
本文以中興通訊在HSDPA網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以業(yè)界權(quán)威的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件AircomEnterprise為例，介紹HSDPA仿真技術(shù)。本文側(cè)重于分析HSDPA仿真與R99仿真的不同點(diǎn)，如HSDPA的仿真參數(shù)設(shè)置及仿真結(jié)果分析等。考慮到建網(wǎng)初期都是R99和HSDPA共載頻的，所 以本文HSDPA仿真介紹均以R99和HSDPA共載頻混合組網(wǎng)為例。
二、HSDPA仿真原理
針對HSDPA仿真，仿真平臺首先會考慮小區(qū)的下行總發(fā)射功率，然后再計(jì)算在每個(gè)格點(diǎn)上的HSDPA用戶能夠?qū)嶋H獲得的SNIR（信號對噪聲加干擾功率比）。當(dāng)HSDPA用戶在某一格點(diǎn)上嘗試發(fā)起呼叫時(shí)，首先計(jì)算當(dāng)前格點(diǎn)上能夠?qū)嶋H獲得的SNIR值，然后與所有承載的目標(biāo)SNIR按照優(yōu)先級別逐個(gè)進(jìn)行比較，一旦實(shí)際SNIR超過業(yè)務(wù)所支持的某一個(gè)承載的SNIR目標(biāo)值，即認(rèn)為能夠被成功接入，從而HSDPA業(yè)務(wù)就建立在了這個(gè)承載上。
在R99系統(tǒng)中，采用Eb/No（每比特能量與噪聲功率密度之比）評估業(yè)務(wù)信道的接收能力，Eb/No是R99中非常關(guān)鍵的指標(biāo)之一，在鏈路預(yù)算中直接決定了接收機(jī)的靈敏度。而在HSDPA系統(tǒng)中，采用的評價(jià)指標(biāo)是Es/No（每符號能量與噪聲之比），也就是我們所說的SNIR。 AIRCOMEnterprise軟件中承載都是以Eb/No作為接入指標(biāo)的，所以當(dāng)進(jìn)行HSDPA仿真時(shí)，就有必要將SNIR（Es/No）轉(zhuǎn)換為 Eb/No。
SNIR與Eb/No是成正比的，其換算關(guān)系如下：
其中M表示一個(gè)空中符號代表的比特?cái)?shù)，當(dāng)調(diào)制方式為QPSK時(shí)M＝2，為16QAM時(shí)M＝4；Ncodes則表示該承載使用的碼的個(gè)數(shù)。
三、HSDPA規(guī)劃
采用仿真平臺進(jìn)行仿真之前，要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)規(guī)劃。與R99一樣，HSDPA網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃包括建立業(yè)務(wù)、鏈路預(yù)算以及容量估算等。
1.業(yè)務(wù)模型
HSDPA業(yè)務(wù)模型的計(jì)算中，不再沿用R99中的erl概念，而是直接統(tǒng)計(jì)出HSDPA業(yè)務(wù)的下行總數(shù)據(jù)吞吐率，并由此決定HSDPA功率分配的額度。要注意的是，HSDPA的上行業(yè)務(wù)一般是通過PS64K實(shí)現(xiàn)的，所以在計(jì)算上行PS64K承載的總吞吐率時(shí)，應(yīng)是R99數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和HSDPA業(yè)務(wù)的上行流量之和。R99部分則仍要把各種業(yè)務(wù)模型數(shù)據(jù)歸整成每種業(yè)務(wù)的上下行erl，以便用campbell方法進(jìn)行容量估算。
2.鏈路預(yù)算
HSDPA的鏈路預(yù)算主要考慮下行鏈路預(yù)算。
HSDPA引入了HS-PDSCH信道，即下行物理信道，它的引入是為了承載傳輸信道HS-DSCH，也就是承載實(shí)際的用戶數(shù)據(jù)，其擴(kuò)頻碼為 SF16，UE可占用多個(gè)HS-PDSCH碼道，并可根據(jù)實(shí)際信道條件選擇不同的調(diào)制方式和編碼方式，可承載不同大小的傳輸塊。也正因如此，HSDPA沒有固定的下行服務(wù)速率，因而在仿真之前的鏈路預(yù)算中需要首先確定被規(guī)劃區(qū)域的小區(qū)邊緣的用戶服務(wù)速率需求，即小區(qū)邊緣速率，進(jìn)而確定HSDPA下行信噪比（Es/No）取值，隨后按照與R99類似的鏈路預(yù)算過程獲得最后結(jié)果。如果已知需要達(dá)到的邊緣覆蓋距離，可以反推能夠達(dá)到的下行信噪比值，進(jìn)而可以獲得能夠達(dá)到的HSDPA邊緣速率。如圖1所示。
圖1 HSDPA下行鏈路預(yù)算流程圖
需要注意的是，HSDPA因?yàn)椴恢С周浨袚Q和快速功控，故HSDPA鏈路預(yù)算中的軟切換增益和功控余量均為0。
3.容量估算
容量估算的關(guān)鍵點(diǎn)在于應(yīng)該預(yù)留多少功率資源給HSDPA。在建網(wǎng)初期，中興通訊建議分配30%的功率給HSDPA。除去公共信道功率和HSDPA功率后，剩余功率用于R99下行容量的計(jì)算，便可得出滿足容量所需的基站數(shù)。結(jié)合鏈路預(yù)算和容量估算，可知實(shí)際所需的基站半徑和基站數(shù)，從而得到預(yù)規(guī)劃組網(wǎng)方案。
四、HSDPA仿真參數(shù)設(shè)置
組網(wǎng)方案確定后，便可將有關(guān)仿真參數(shù)輸入仿真平臺進(jìn)行仿真。在AIRCOMEnterprise仿真平臺中，針對HSDPA有關(guān)特性需要進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的設(shè)置。重要的有：
1.編碼率
在仿真中，HSDPA承載的確定，取決于所采用的調(diào)制方式、編碼率以及信道編碼的數(shù)目。調(diào)制方式（QPSK和16QAM）和信道編碼的最大數(shù)(15)在3GPP規(guī)范中有明確標(biāo)準(zhǔn)，但編碼率的使用并沒有嚴(yán)格限定，在AIRCOMEnterprise工具中，編碼率被設(shè)置成一些默認(rèn)值，但在實(shí)際應(yīng)用中并不采用默認(rèn)值，需要另行添加，中興通訊即有完整的編碼率表，囊括了HSDPA網(wǎng)絡(luò)仿真所需的所有編碼率。
2.HSDPA承載
承載設(shè)置中，Es/No的設(shè)置是關(guān)鍵。如前所述，Es/No與SNIR成正比關(guān)系，實(shí)際每個(gè)承載的Es/No值的選取可以與每種承載的CQI值相對應(yīng)，這也就決定了此種承載所能達(dá)到的傳輸速率。
3.HSDPA業(yè)務(wù)
在仿真業(yè)務(wù)設(shè)置中，要為HSDPA業(yè)務(wù)單獨(dú)建立一種業(yè)務(wù)，并為其下行配上對應(yīng)所需的若干承載，而上行則通常選擇PS64K。中興通訊為HSDPA業(yè)務(wù)的下行設(shè)置了一系列承載配制方案，可滿足各種仿真環(huán)境的需求。
4.碼道數(shù)
考慮到建網(wǎng)初期，HSPDA和R99是共載頻 的，為了避免對R99用戶產(chǎn)生較大的影響，HS-PDSCH信道的碼道資源不可過多，系統(tǒng)為每個(gè)扇區(qū)配置5個(gè)碼道給HSDPA業(yè)務(wù)使用。考慮到HSDPA建網(wǎng)初期通常使用的終端類型是6類或者12類終端，因此每扇區(qū)5碼道配置也是比較合理的。
需要注意的是，在AIRCOMEnterprise仿真平臺中，NodeB要設(shè)置成支持HSDPA資源的類型，且NodeB和UE所支持的編碼率要一致。此外HSDPA業(yè)務(wù)所占用的功率也要考慮，中興通訊建議在建網(wǎng)初期，在每扇區(qū)5碼道配置下，HSDPA一般分配30%的功率。
五、HSDPA仿真結(jié)果分析
在HSDPA仿真中，最終關(guān)注的還是仿真結(jié)果，通過對仿真結(jié)果的分析，可以有針對性地對規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，以獲得最佳網(wǎng)絡(luò)效果?，F(xiàn)通過實(shí)際案例，介紹中興通訊最為關(guān)注的幾個(gè)仿真輸出。
1.導(dǎo)頻覆蓋強(qiáng)度圖
圖2 導(dǎo)頻覆蓋強(qiáng)度圖
導(dǎo)頻覆蓋反映了各個(gè)地理位置處的UE接收到的平均導(dǎo)頻功率RSCP值，如圖2所示。由圖可知，該規(guī)劃區(qū)域的導(dǎo)頻強(qiáng)度都在-90dBm以上，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較高。根據(jù)HSDPA無線性能測試，導(dǎo)頻強(qiáng)度超過-90dBm時(shí)，系統(tǒng)可以達(dá)到較高的R99和HSDPA容量。
2.Ec/Io圖
導(dǎo)頻覆蓋效果的好壞一方面取決于導(dǎo)頻的信號強(qiáng)度，另一方面取決于導(dǎo)頻信號質(zhì)量即Ec/Io。前者僅僅考慮了信號的絕對強(qiáng)度，而后者考慮了全網(wǎng)的干擾水平。從圖3所示的導(dǎo)頻Ec/Io仿真結(jié)果分析中，可以看出規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)頻Ec/Io多數(shù)高出-13dB，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較好。根據(jù)有關(guān)導(dǎo)頻Ec/Io、 MPO、HS-PDSCH的Es/No之間的內(nèi)在關(guān)系，可快速準(zhǔn)確地預(yù)估出HSDPA的用戶吞吐率。
圖3 導(dǎo)頻Ec/Io圖
3.HSDPA有效服務(wù)速率圖
HSDPA有效服務(wù)速率表示某一位置上的用戶可以得到的HSDPA下行速率，從圖4可以看到，多數(shù)HSDPA用戶速率都在600Kbps~1Mbps之間，完全滿足初期HSDPA網(wǎng)絡(luò)中用戶的需求。如果速率未達(dá)到預(yù)期效果，則需要對規(guī)劃重新進(jìn)行調(diào)整，并再次仿真加以驗(yàn)證。
圖4 HSDPA有效服務(wù)速率
除此之外，我們還需要關(guān)注的是每個(gè)小區(qū)的吞吐率報(bào)表，它可以較為直接地體現(xiàn)出每小區(qū)HSDPA的性能。如表1所示，各小區(qū)均有著較高的吞吐率。
表1 HSDPA小區(qū)吞吐率
通過以上仿真平臺對HSDPA網(wǎng)絡(luò)仿真后的輸出描述，我們可以了解被規(guī)劃區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)情況，得到無線網(wǎng)絡(luò)狀況的各項(xiàng)指標(biāo)，從而指導(dǎo)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)。
六、總結(jié)
引入HSDPA之后，在仿真計(jì)算過程中需要引入更多的算法，例如功率分配、碼資源分配、分組調(diào)度等，因此HSDPA的仿真與系統(tǒng)算法更加緊密地聯(lián)系在一起，這是比以往R99仿真更加復(fù)雜之處，需要仿真人員在工程仿真之前對被規(guī)劃場景進(jìn)行技術(shù)分析，預(yù)估關(guān)鍵參數(shù)，為下一步的工程化仿真提供參考方案和參數(shù)建議，并對相關(guān)技術(shù)問題提供解決方案，對最終方案的容量、覆蓋等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行精確評估，使得HSDPA仿真結(jié)果在工程建設(shè)中發(fā)揮指導(dǎo)作用。
中興通訊現(xiàn)已參與了國內(nèi)外多個(gè)HSDPA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及仿真，已在世界各地承建了10多個(gè)支持HSDPA技術(shù)的3G網(wǎng)絡(luò)，得到了運(yùn)營商的一致認(rèn)可。
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