HSDPA仿真技術淺析

孫業業 陳濤 韓瑋

一、概述

　　仿真技術是移動通信系統性能驗證和實現設計工具的重要手段，通過采用仿真技術模擬系統工作過程，能得到更加精確的系統容量覆蓋分析結果，輸出運營商所關注的各項網絡性能指標。同樣，在HSDPA的網絡規劃中，仿真技術也對理論分析和工程實踐具有指導作用。針對HSDPA仿真，典型指標包括：小區吞吐率、邊緣速率、用戶速率以及覆蓋率等，通過對仿真結果進行分析可以合理估計HSDPA網絡規模和投資規模，指導運營商在容量、覆蓋、服務質量三者間尋求較佳點。

　　中興通訊在3G無線網絡仿真中積累了豐富的經驗，對于HSDPA網絡仿真也進行了深入的研究，形成了一套行之有效的網絡仿真規范和方法。中興通訊本著精益求精的態度，在實踐中不斷探索、總結、提高，真正具備了為優質HSDPA網絡規劃提供全面技術支持的能力。

　　本文以中興通訊在HSDPA網絡仿真實踐中積累的經驗為基礎，以業界權威的網絡規劃軟件Aircom Enterprise為例，介紹HSDPA仿真技術。本文側重于分析HSDPA仿真與R99仿真的不同點，如HSDPA的仿真參數設置及仿真結果分析等。考慮到建網初期都是R99和HSDPA共載頻的，所以本文HSDPA仿真介紹均以R99和HSDPA共載頻混合組網為例。

二、HSDPA仿真原理

　　針對HSDPA仿真，仿真平臺首先會考慮小區的下行總發射功率，然后再計算在每個格點上的HSDPA用戶能夠實際獲得的SNIR（信號對噪聲加干擾功率比）。當HSDPA用戶在某一格點上嘗試發起呼叫時，首先計算當前格點上能夠實際獲得的SNIR值，然后與所有承載的目標SNIR按照優先級別逐個進行比較，一旦實際SNIR超過業務所支持的某一個承載的SNIR目標值，即認為能夠被成功接入，從而HSDPA業務就建立在了這個承載上。

　　在R99系統中，采用Eb/No（每比特能量與噪聲功率密度之比）評估業務信道的接收能力，Eb/No是R99中非常關鍵的指標之一，在鏈路預算中直接決定了接收機的靈敏度。而在HSDPA系統中，采用的評價指標是Es/No（每符號能量與噪聲之比），也就是我們所說的SNIR。AIRCOM Enterprise軟件中承載都是以Eb/No作為接入指標的，所以當進行HSDPA仿真時，就有必要將SNIR（Es/No）轉換為Eb/No。
SNIR與Eb/No是成正比的，其換算關系如下：

　　其中M表示一個空中符號代表的比特數，當調制方式為QPSK時M＝2，為16QAM時M＝4；Ncodes則表示該承載使用的碼的個數。

三、HSDPA規劃

　　采用仿真平臺進行仿真之前，要對網絡進行預規劃。與R99一樣，HSDPA網絡預規劃包括建立業務、鏈路預算以及容量估算等。

1.業務模型

　　HSDPA業務模型的計算中，不再沿用R99中的erl概念，而是直接統計出HSDPA業務的下行總數據吞吐率，并由此決定HSDPA功率分配的額度。要注意的是，HSDPA的上行業務一般是通過PS64K實現的，所以在計算上行PS64K承載的總吞吐率時，應是R99數據業務和HSDPA業務的上行流量之和。R99部分則仍要把各種業務模型數據歸整成每種業務的上下行erl，以便用campbell方法進行容量估算。

2.鏈路預算

　　HSDPA的鏈路預算主要考慮下行鏈路預算。

　　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，也就是承載實際的用戶數據，其擴頻碼為SF16，UE可占用多個HS-PDSCH碼道，并可根據實際信道條件選擇不同的調制方式和編碼方式，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速率，因而在仿真之前的鏈路預算中需要首先確定被規劃區域的小區邊緣的用戶服務速率需求，即小區邊緣速率，進而確定HSDPA下行信噪比（Es/No）取值，隨后按照與R99類似的鏈路預算過程獲得較后結果。如果已知需要達到的邊緣覆蓋距離，可以反推能夠達到的下行信噪比值，進而可以獲得能夠達到的HSDPA邊緣速率。如圖1所示。

圖1  HSDPA下行鏈路預算流程圖

　　需要注意的是，HSDPA因為不支持軟切換和快速功控，故HSDPA鏈路預算中的軟切換增益和功控余量均為0。

3.容量估算

　　容量估算的關鍵點在于應該預留多少功率資源給HSDPA。在建網初期，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下行容量的計算，便可得出滿足容量所需的基站數。結合鏈路預算和容量估算，可知實際所需的基站半徑和基站數，從而得到預規劃組網方案。

四、HSDPA仿真參數設置

　　組網方案確定后，便可將有關仿真參數輸入仿真平臺進行仿真。在AIRCOM Enterprise仿真平臺中，針對HSDPA有關特性需要進行有關參數的設置。重要的有：

1.編碼率

　　在仿真中，HSDPA承載的確定，取決于所采用的調制方式、編碼率以及信道編碼的數目。調制方式（QPSK和16QAM）和信道編碼的較大數(15)在3GPP規范中有明確標準，但編碼率的使用并沒有嚴格限定，在AIRCOM Enterprise工具中，編碼率被設置成一些默認值，但在實際應用中并不采用默認值，需要另行添加，中興通訊即有完整的編碼率表， 囊括了HSDPA網絡仿真所需的所有編碼率。

2.HSDPA承載

　　承載設置中，Es/No的設置是關鍵。如前所述，Es/No與SNIR成正比關系，實際每個承載的Es/No值的選取可以與每種承載的CQI值相對應，這也就決定了此種承載所能達到的傳輸速率。

3.HSDPA業務

　　在仿真業務設置中，要為HSDPA業務單獨建立一種業務，并為其下行配上對應所需的若干承載，而上行則通常選擇PS64K。中興通訊為HSDPA業務的下行設置了一系列承載配制方案，可滿足各種仿真環境的需求。

4.碼道數

　　考慮到建網初期，HSPDA和R99是共載頻的，為了避免對R99用戶產生較大的影響，HS-PDSCH信道的碼道資源不可過多，系統為每個扇區配置5個碼道給HSDPA業務使用。考慮到HSDPA建網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5碼道配置也是比較合理的。
需要注意的是，在AIRCOM Enterprise仿真平臺中，NodeB要設置成支持HSDPA資源的類型，且NodeB和UE所支持的編碼率要一致。此外HSDPA業務所占用的功率也要考慮，中興通訊建議在建網初期，在每扇區5碼道配置下，HSDPA一般分配30%的功率。

五、HSDPA仿真結果分析

　　在HSDPA仿真中，較終關注的還是仿真結果，通過對仿真結果的分析，可以有針對性地對規劃網絡進行調整，以獲得較佳網絡效果。現通過實際案例，介紹中興通訊較為關注的幾個仿真輸出。

1.導頻覆蓋強度圖

圖2  導頻覆蓋強度圖

　　導頻覆蓋反映了各個地理位置處的UE接收到的平均導頻功率RSCP值，如圖2所示。由圖可知，該規劃區域的導頻強度都在-90dBm以上，網絡質量較高。根據HSDPA無線性能測試，導頻強度超過-90dBm時，系統可以達到較高的R99和HSDPA容量。

2.Ec/Io圖

　　導頻覆蓋效果的好壞一方面取決于導頻的信號強度，另一方面取決于導頻信號質量即Ec/Io。前者僅僅考慮了信號的絕對強度，而后者考慮了全網的干擾水平。從圖3所示的導頻Ec/Io仿真結果分析中，可以看出規劃區域內的導頻Ec/Io多數高出-13dB，網絡質量較好。根據有關導頻Ec/Io、MPO、HS-PDSCH的Es/No之間的內在關系，可快速準確地預估出HSDPA的用戶吞吐率。

圖3  導頻Ec/Io圖

3.HSDPA有效服務速率圖

　　HSDPA有效服務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HSDPA用戶速率都在600Kbps~1Mbps之間，完全滿足初期HSDPA網絡中用戶的需求。如果速率未達到預期效果，則需要對規劃重新進行調整，并再次仿真加以驗證。

圖4  HSDPA有效服務速率

　　除此之外，我們還需要關注的是每個小區的吞吐率報表，它可以較為直接地體現出每小區HSDPA的性能。如表1所示，各小區均有著較高的吞吐率。

表1  HSDPA小區吞吐率

　　通過以上仿真平臺對HSDPA網絡仿真后的輸出描述，我們可以了解被規劃區域的網絡情況，得到無線網絡狀況的各項指標，從而指導實際的網絡工程建設。

六、總結

　　引入HSDPA之后，在仿真計算過程中需要引入更多的算法，例如功率分配、碼資源分配、分組調度等，因此HSDPA的仿真與系統算法更加緊密地聯系在一起，這是比以往R99仿真更加復雜之處，需要仿真人員在工程仿真之前對被規劃場景進行技術分析，預估關鍵參數，為下一步的工程化仿真提供參考方案和參數建議，并對相關技術問題提供解決方案，對較終方案的容量、覆蓋等技術指標進行精確評估，使得HSDPA仿真結果在工程建設中發揮指導作用。

　　中興通訊現已參與了國內外多個HSDPA網絡規劃及仿真，已在世界各地承建了10多個支持HSDPA技術的3G網絡，得到了運營商的一致認可。

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