TD-SCDMA HSDPA空分复用技术应用研究

随着数据用户的不断增加及对于高速数据业务的需求日益强烈，TD-SCDMA系统的吞吐量和频谱效率有可能成为制约数据业务深度开展的瓶颈。HSDPA空分复用正是为了解决这个问题，在基本不改变网络设置的情况下，通过软件升级实现码道复用，达到大幅度提高TD-SCDMA系统数据吞吐量和频谱效率的效果。本文简要论述了空分复用原理，分析了HSDPA空分复用应用对设备配置的影响，提出空分复用的使用场景及建议。

TD-SCDMA（时分同步码分多址，以下简称TD）属于码道受限系统，系统的吞吐量和频谱效率受限于码道，提高码道的利用效率是提升TD系统的吞吐量和频谱利用率的关键。随着数据用户的不断增加以及对于高速数据业务的需求日益强烈，HSDPA的容量有可能成为制约数据业务深度开展的瓶颈。目前TD系统大规模使用的B频段频点有9个(15M带宽)，一般室外6个频点，室内3个频点，由于载频数量少而导致的容量受限矛盾将会比较突出。

HSDPA空分复用正是为了解决这个问题，在无需增加载频资源、无需修改用户终端、无需调整网络规划、无需改变TD空口技术的情况下，利用智能天线的空间隔离或室内小区多通道间的楼层隔离来实现码道复用，达到大幅度提高TD频谱利用率和系统数据吞吐量的效果。

HSDPA空分复用原理

空分复用技术是利用不同用户空间分割构成不同的通道，空间隔离的用户使用相同的物理资源，实现物理资源的复用。空分复用技术在TD应用，可以复用频率、时隙和码道资源，提高系统容量。

HSDPA空分复用技术原理上可同时应用于室内室外环境，两种不同的应用场景其原理有所区别。

室外场景

在室外宏蜂窝覆盖情况下，利用智能天线的波束赋形功能，在不同用户间形成的空间隔离基础上，使用HSDPA空分复用算法，实现了用户间无线资源的重用，进而提升用户吞吐量（如图1所示）。用户的隔离度主要是通过DOA的测量或上行EBB权值相关性来进行空分判断。

图1　室外HSDPA空分复用技术原理图

理论上当两个用户的DOA的来波方向偏离大于隔离度或EBB的相关性小于隔离度时，可以对这两个用户进行空分。但实际上由于室外实际环境的复杂性、波瓣旁瓣干扰，DOA/EBB估计精度以及信道快速变化等原因，很容易导致错误的触发空分，所以一般来说室外使用空分复用的效果不是十分理想。

室内覆盖

在室内覆盖情况下，利用室内楼板、墙体构成用户间天然的隔离，使用HSDPA空分复用算法和多通道室内覆盖技术，根据用户在不同通道上的功率电平值，计算用户间的隔离度，选择隔离度足够大的用户进行无线时隙、码道的资源复用，从而提高HSDPA小区总吞吐量，如图2所示。

图2　室内HSDPA空分复用技术原理图

HSDPA空分复用技术应用条件是同小区多通道，即进行空分复用的用户必须处于同一小区的不同通道覆盖下，而且用户间有较好的隔离度。

在实际室内覆盖的规划过程中，应根据室内空分复用技术的应用条件和业务量分布，在必要的情况下，调整小区和通道的分布。在空间上相互隔离的区域，在保障业务量的情况下，应尽量配置在一个小区，并由多个通道进行覆盖。

相比在室外HSDPA空分复用技术，在室内应用效果更好，可以更好地满足企业和家庭移动数据用户对室内吞吐量的要求。

HSDPA空分复用技术对设备配置的影响

对基站硬件的影响

目前各个系统厂商的设备均可以通过软件升级支持空分复用，在2倍速空分复用的情况下基带处理板的载频处理能力不受影响。

根据理论推算和实际测试，在基站满负荷工作时，不开启TDHSDPA空分复用技术时BBU处理器的峰值负荷约50%～60％左右。开启TDHSDPA空分复用技术后，BBU处理器的峰值负荷将达到70%。根据系统厂商提供性能指标和实际测试，加载TDHSDPA空分复用功能不会对原有系统性能产生直接影响。基站设备的处理能力能够满足TD HSDPA空分复用技术的应用要求，不需要对基站进行基带处理板扩容。

对传输的影响

HSDPA空分复用技术提高了HSDPA小区吞吐量，在开启2倍速空分复用的情况下，单小区HSDPA理论峰值速率会增加一倍，这会导致NodeB至RNC间的Iub接口带宽增加，而Iub带宽增加就会导致需要的E1数目增加，因此在开启空分复用后，要根据实际需求核算NodeB设备是否增加传输接口板卡，同样RNC侧由于空分复用增加了Iub口的传输带宽需求，因此也需要考虑是否需要增加Iub传输接口板卡。

以典型室内覆盖站型O3为例，如时隙配比2:4，配置两个HSDPA载波，每HSDPA载波配置3个HSDPA业务时隙,基站负荷按照70%考虑，则不开启空分复用需要3个E1，开启2倍速空分复用功能后需要5个E1，增加2个E1。

HSDPA空分复用技术应用建议

总体来说，HSDPA空分复用主要应用在室内环境中，要求室内分布系统单个小区有一个多通道RRU或2个以上单通道RRU，且多个通道之间的隔离度至少应达到12dB～15dB，各具体应用场景建议如下。

室外场景

对于室外情况，在采用智能天线的情况下，理论分析认为通过空分复用可以获得一定的增益。但由于站点周围的环境复杂，用户的位置分布随机性强且用户的移动性大，隔离度不好保证，同时空间处理及干扰抑制的算法复杂度很高，目前还处于研究阶段。所以现阶段密集市区和一般市区的室外基站都不建议使用空分复用。

商务写字楼

该类建筑多为全钢或钢筋混凝土结构外加玻璃幕墙，楼层内的墙壁多采用复合吸音材料，穿透损耗较小，楼层间隔离度高。该环境下高端用户比重较大，用户对数据业务有较大需求，用户一般均匀分布在不同楼层。

在商务写字楼应用场景，室内覆盖系统通常是基于多通道RRU或者多个单通道RRU覆盖，每个通道覆盖若干楼层，每个通道间的覆盖区的隔离度较好，因此应用HSDPA空分复用技术效果好，建议使用。

宾馆酒店

该场景建筑物结构多为钢筋混凝土结构，楼层内布局结构复杂，走廊狭长，隔墙厚且多，穿透损耗比较大，楼层间隔离度较高。该环境下高端用户比重较大，语音业务和数据业务量相对较大，用户一般均匀分布在不同楼层上，但高速数据业务需求较商务写字楼低。

在宾馆酒店应用场景，应用HSDPA空分复用技术效果较好，但是否开空分复用功能还需根据实际的业务需求决定。在应用时，室内分布系统必须采用多通道覆盖，每个通道覆盖若干楼层。

普通建筑物

对于普通建筑物室内覆盖场景，应结合数据带宽需求、小区配置的RRU数量、通道间的隔离度情况，综合考虑是否使用空分复用技术。

特殊室内场景

对于大型体育场馆、会展中心/会议中心应用环境、民航机场/火车站/大型汽车站等应用场景，该场景无线覆盖环境复杂，隔离度较差，容易产生干扰。对于这些复杂环境，不建议采用空分复用。