TD-SCDMA和WCDMA系统以及HSDPA的容量覆盖分析
第三代移动通信系统是以CDMA技术为基础，对网络建设运营期间的规划、优化，以及关键技术研究等方面提出了更高的要求。合理的网络规划可以满足运营商对覆盖、容量和质量的需求，以WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA为代表的第三代移动通信发展对无线网络建设带来了全方位的冲击，随着HSDPA的引入，从话务模型、网规方案、优化手段到网络KPI等都发生了很大变化，本文分别阐述了两系统的网络规划的基本方法，并分析探讨了其中的异同。1 覆盖分析
覆盖规划的前提就是通过计算业务的最大允许损耗，可以求得一定传播模型下的小区覆盖半径。可以看出要进行覆盖规划需要知道业务的最大允许损耗和传播模型。
1.1传播模型
在传播模型方面都使用cost 231-Hata模型，用于1 500～2 000 MHz宏蜂窝预测。使用的公式为：
其中Lb为城市市区的基本传播损耗中值；d为UE到基站天线的距离，单位km；f为工作频率，单位MHz；hb，hm为基站，UE天线有效高度，单位m；a(hm)，Cm为修正因子。
在传播模型上面TD-SCDMA和WCDMA是相同的。
1.2链路预算
通常覆盖需要从上行和下行两个方向进行，并实现上下行链路的平衡。一般而言，基站发射功率都是满足下行覆盖需求的，覆盖往往是受限于上行终端最大发射功率，因此覆盖以上行链路为主。
链路预算是覆盖规划的前提，是通过考虑天线的功率，接收机的灵敏度，以及系统的一些余量等众多参数估算出链路上最大允许损耗的过程。
1.3 WCDMA链路预算
在WCDMA链路预算中需要用到的基本参数如下：
发射／接收机功率；人体损耗；发射／接收天线增益；馈线损耗；接收机灵敏度(由接收机噪声，业务解调品质Eb／N0，处理增益决定)；干扰余量；软切换增益；功率控制余量；穿透损耗；阴影衰落余量。
通过链路预算可求得UE与基站之间最大允许的路径损耗后，结合无线传播模型，即可估算基站覆盖半径。事实上，无线传播模型描述的正是路径传播损耗和覆盖距离之间的关系。获得小区覆盖半径R后，可以求出基站的覆盖面积S，S=K×R2，K根据基站扇区取值不同而不同。用规划区域面积除以单站覆盖面积就可以得到覆盖该区域内满足覆盖要求大致需要的站点数。
图1是下行覆盖基站的距离与满足链路预算后的基站信号强度的关系图，这里取了合适的参数。
参数设置如下：发射机功率：最大43 dBm(20w)；发射天线增益：15 dBi；人体损耗：3 dB；馈线损耗：3 dB；接收机噪声系数：6 dB；Eb／N。业务解调信噪比要求：5 dB；业务速率：3 840 000 chip／s；干扰余量：3 dB；接收机天线增益：15 dBi；接收馈线损耗：3 dB；接收人体损耗：3 dB；功率控制余量：3 dB；软切换增益：2 dB；阴影衰落余量：0；穿透损耗：20 dB；f：1 800 m；基站高度：50 m；UE高度：2 m；d：待求；Cm：3 dB。
从图1中可以看出覆盖半径为7.5 km。
1.4 HSDPA链路预算
HSDPA在R99基础上引入了HS-PDSCH，HS-SCCH下行信道，以及HS-DPCCH上行信道，这些都会对原有的链路预算产生一定的影响。
这体现在上行HS-DPCCH功率开销影响，下行HS-DPA功率分配，下行干扰余量攀升，功率控制和切换等参数上面。
一般情况下小区20 W功率，公共信道开销4 W，HS-SCCH功率开销2 W，剩下的R99业务配置2～8 W，HS-PDSCH配置4～8 W。
Ec／N0表示每码片能量与干扰功率谱密度之比，I0包含了噪声和干扰两部分，根据实际情况是干扰起主导还是噪声起主导近似表示为Ec／I0或Ec／N0。Es／N0表示每符号能量与噪声功率谱密度之比，1个符号被扩为多个码片进行发送。而Eb／N0表示每比特用户数据能量与噪声功率谱密度之比。
相对于WCDMA系统的软切换，HSDPA没有软切换，因此该部分增益为0 dB。HSDPA依靠AMC而非快速功率控制来克服信道快衰落，因此其功率控制余量为0 dB。
上行链路预算方面ACK／NACK／CQI对保持HSD-PA通信至关重要，因此HS-DPCCH对误码率要求较苛刻，需要占用一定的UE发射功率来确保NodeB接收正确，从理论分析和测试结果看出引入HSDPA原有规划不会发生上行覆盖受限。
下行链路预算方面，其采用AMC技术不断调整其吞吐率以适应无线环境，因此对HSDPA进行链路预算需要和边缘吞吐率紧密结合。HSDPA没有固定下行服务速率，链路预算需要确定需求从而确定Es／N0。Es／N0和HSDPA发射功率的关系从下式看出：
所有项都是dB值，MPO是HS-PDSCH获得的发射功率与导频信道的偏置，10log10(16)为HS-PDSCH的扩频增益，CPICH Ec／N0+MPO相当于HS-DSCH的Ec／I0。
1.5 TD-SCDMA链路预算
下面分析TD-SCDMA的链路预算：在发射／接收天线增益，接收机噪声，处理增益，切换增益等方面和WCD-MA是有所区别的。
TD基站采用智能天线，对不同的信道其增益是不同的，上行业务信道基站接收天线增益由两部分组成：天线增益和赋形增益，对下行广播信道(PCCPCH)，由于全扇区辐射就没有赋形增益了，对于下行业务信道当承载较高速业务时也存在赋形增益。
接收机噪声由热噪声功率谱密度，噪声系数和系统带宽决定。TD的噪声系数取7 db(BS)9 db(UE)，系统带宽为1.28 MHz。处理增益也是如此，Gp=(B×Q×Tc)／(Rc×log2M)这和WCDMA都是不一样的，B为用户带宽，Q为扩频因子，Tc为单位码片持续时间，Rc为编码器速率，M为调制方式符号表大小。
TD采用接力切换，实质上面属于硬切换，但是又不同于传统上面的硬切换，具有高切换的成功率较小的上行干扰。因此与WCDMA不同不存在软切换增益。
从上面的分析比较可以看出来，HSDPA和TD-SC-DMA的链路预算的基本方法还是和WCDMA是一样的，都可以按照上述例子算出最大允许损耗从而得到覆盖半径，不过由于其特有的技术和特点进行预算时的参数还是会有一些不同，这在对其进行覆盖规划时是必须要考虑到的。
2容量分析
2.1 WCDMA容量估算
容量估算的目的是根据规划网络的业务模型和业务量需求，估算出满足容量大致所需的基站数目。同链路预算一样，容量估算也应从上行和下行两个方向进行。WC-DMA系统容量在上行方向主要受限于干扰，在下行方向主要受限于基站发射功率。上下行分别由两个公式所决定。
2.2 TD-SCDMA容量估算
智能天线，联合检测大大降低了TD-SCDMA系统内干扰，从而使得TD-SCDMA小区系统呼吸效应不像WCDMA系统那样明显，相对于WCDMA覆盖和容量间紧密关系，TD-SCDMA在覆盖和容量上的相互关联性较弱，可以单独分析。TD-SCDMA干扰分三部分：小区内，小区间，热噪声。这里主要考虑上行方面。下式就说明了基站侧目标用户接收功率S0和用户数M之间的一个关系。
2.3 HSDPA网络规模估算
在HSDPA网络中，由于多个用户之间的共享特性使得接入用户数越多，用户所得平均吞吐量越小，因此HSDPA网络容量的衡量指标应该是给定中断概率条件下的系统吞吐量。影响HSDPA容量的因素有上行链路传输速率，终端移动速率，多径环境，小区结构，发射功率，终端能力以及HS-SCCH信道功率。由于HSDPA的AMC，HARQ等复杂特性，目前还不存在很好的HSDPA容量估算公式可以使用，因此关于这方面的估算多是通过大量的仿真实验得到的仿真数据来获得。
目前HSDPA多采用混合组网，下面以R99+HSDPA组网方案为例。原来承载在PS128k，PS384k上的大部分数据业务均转用HSDPA承载，其他少量低速数据仍采用R99承载，见表1。
HSDPA业务的上行承载仍采用传统的R99 PS64k承载，因此在做上行容量估算时，还需考虑HSDPA上行流量的影响。由于HSDPA用户在上行方向一般用PS64k上行业务，考虑到将HS-DPCCH的影响与R99 PS64k业务估算相结合，相当于原有R99 PS64k业务的Eb／N0目标值有所上升，到达与CS64k相同水平。这样根据汇总上行容量需求，计算出满足该区域的上行容量需求，即需求的小区数，基站数。接下来将基于下行R99业务量计算满足下行R99容量需要的基站数，由于HSDPA与R99共载波混合组网，需要分配部分功率给HSDPA使用，因此在进行R99的下行容量估算时，需要预留部分功率给HSDPA。预留的比例不同，对R99下行容量估算产生不同影响。
从技术角度来看，与WCDMA HSDPA相同，TD-SCDMA HSDPA也是通过引入高速下行共享信道(HS-DSCH)来增强空中接口的传输能力，并且需要在UTRAN中增强相应的功能实体。从协议、网元来看，两者非常一致，差异多是物理层结构上面。
3 结 语
本文从网络规划的链路预算，覆盖分析，容量分析的角度对WCDMA系统、TD-SCDMA系统以及HSDPA做了一个比较，可以看出关于WCDMA的规划以及结合HSDPA的应用的分析方法比较成熟，但是关于TD-SCDMA在结合HSDPA的研究还需要进行大量的仿真工作才能得到一个更科学的分析方法。
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