TD-SCDMA独立组网频率配置策略

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摘要　TD-SCDMA规模网络应用技术测试结果已经证明了其大规模独立组网能力。通过大规模同频与异频组网测试比较，针对TD-SCDMA系统技术特点和设备现实情况，本文提出了TD-SCDMA独立组网频率配置策略，包括频率配置演进策略、室内外频率配置原则及HSDPA频率占用方式。
1、引言
　　TD-SCDMA与2G系统相比，不仅体现在数据业务的提供能力上，而且还体现在话音业务上。TD-SCDMA单用户话音业务的成本要比2G系统低廉很多。随着TD-SCDMA产业化的不断完善，TD-SCDMA已经为后续商用做好了充分的准备。
　　频率规划是商用无线网络规划基础，频率配置方案直接影响到网络质量。合理的频率配置演进策略，是建设一张高质量TD-SCDMA精品网络的前提。从规模网络应用技术测试情况看，1.6MHz同频组网的网络质量离商用水平仍有较大差距。在现有的设备技术条件下，不建议商用网络采用1.6MHz同频组网。如果采用5MHz N频点组网方式，网络质量得到很大改善，空载网络各项指标达到商用标准。
　　当用户数量较少时，系统可利用动态信道分配，把用户分配在不同的空域、时隙和码域，从而降低干扰对系统性能的影响。但随着用户数量的增加，DCA降低系统内干扰的作用明显减小。当网络容量达到系统设计容量的70%以后，系统干扰明显增加，接通率和掉话率变差。目前系统组网的最大问题在于相邻小区间的同频干扰。在现有技术条件下，进行大规模的同频组网存在一定风险，需要对TD-SCDMA组网策略进行分析。
2、异频网络
　　目前TD-SCDMA系统难以解决邻小区的同频干扰，异频组网能够有效减少邻小区同频干扰的影响，改善系统性能。但是异频组网频谱利用率较低，需要更多的频率资源。采用15MHz频段进行异频组网，可采用图1所示的频率规划方式。

图1　异频组网方式

　　该方案为单层网络、异频组网、低干扰，网络规划相对简单。每个扇区最多能配置到S3/3/3，没有为微蜂窝、室内覆盖预留频段。需要做好室内外、宏蜂窝与微蜂窝之间的网络优化工作。针对上述频率配置方案的缺陷，可采用10MHz频段进行宏蜂窝异频组网，室外基站每个扇区只能配置到S2/2/2，余下5MHz频段专用来做微蜂窝补盲、室内覆盖。
3、同频网络
　　同频网络按照技术特点可分为单频点与多频点（又称N频点）两种。N频点技术的引入提高了TD-SCDMA组网的灵活性。在N频点网络中，公共信道是异频组网方式，通过选择合适的主载波，减少同频干扰对公共信道性能的恶化。业务信道是同频组网，提高了业务信道的频率利用率。
　　假设某个运营商只有5MHz频段，采用N频点技术之后，公共信道以频率复用因子为3的方式组网。在室内分布系统和微蜂窝建设时，信号源的主频点选择一个干扰最小的频点作为室内信号源的主载波。N频点组网方案参见图2：

图2　多载波组网方式

　　目前TD-SCDMA设备只支持核心频段，每扇区最多支持3个载波，引进了N频点技术之后，使得5MHz频段组大规模的商用网络成为可能。从长远角度看，5MHz频带是相当有限的，需要启用扩展频段来满足未来网络业务发展的需求。
　　假设某个运营商有15MHz频段，可以灵活选用多种组网方式。比如用10MHz频段进行宏蜂窝同频组网，利用余下5MHz频段专做微蜂窝补盲、室内覆盖。室外基站每个扇区可以配置到S6/6/6，对于主载波来说，是复用因子为6的异频组网，导频干扰少；业务信道是同频组网，足可以满足室外大容量的组网要求。
4、室内外频率规划
　　3G为用户提供了许多新的业务，包括可视电话、流媒体、游戏、Java、E-mail、Web等，这些业务更容易在室内应用，而且要求更高的网络容量和QoS保证。室内是移动通信网络为用户提供高质量、高容量的通信业务的重要区域。
　　室内外组网是采用同频还是异频的方式，可以从以下三个角度来进行分析。
　　（1）容量角度。室内外采用异频组网方式，那么2G核心频段9个频点就要分成两个部分，一部分频点专门用于室内覆盖，另一部分频点专门用于室外覆盖。该方案没有利用室内外很好的空间隔离，形成宏蜂窝与局部微蜂窝重复利用同一个频点的网络结构，频率利用率低。
　　（2）质量角度。如果TD-SCDMA采用同频组网策略，将会带来室外基站和室内覆盖之间的同频干扰。从规模网络技术应用测试结果看，由于室内外基站采用的技术方案不一致，出现了的同步偏移和切换困难等问题，影响了室内外通信质量。室内/室外通过不同的频率提供了良好的隔离，室内外信号的干扰很小。对于TD-SCDMA来说，异频间接力切换比同频间接力切换，性能更加优越，所以从网络质量角度，应优先采用异频组网。
　　（3）成本角度。室内覆盖会用到很多的直放站，直放站离不开施主基站。如果室内外覆盖是同频组网，那么室内信号源可以就近选取。在室内外异频组网的网络中，室内外的频点是不同的，不能采用同频直放站，而只能采用移频直放站，室内分布信号源成本会有所提高。
　　在TD-SCDMA中，由于异频组网质量明显优于同频组网，TD-SCDMA比其他任何一种3G网络更加适合使用室内外异频组网方式。在网络频点不紧张的情况下，应专门为室内分布系统预留频点，使得室内外网络分层清晰、网络设计简单，保证了网络质量。
5、TD-SCDMA HSDPA建网策略
　　HSDPA技术是TD-SCDMA的增强型无线技术，为TD-SCDMA向更高数据传输速率和更高容量提供了一条平稳演进的途径。HSDPA网络建设有两种方案：HSDPA与TD-SCDMA共小区直接建网，HSDPA与TD-SCDMA使用不同的小区分层建网。
　　HSDPA与TD-SCDMA异小区分层组网有以下优势。HSDPA网络与TD-SCDMA网络互不影响，避免了复杂的码资源、功率资源规划。充分发挥各自的长处，实现无线资源的最佳使用。但也带来了如下问题：HSDPA需要单独组网，网络建设成本高。在网络建设初期，用户数量有限，TD-SCDMA与HSDPA各自占用一个小区，共享程度低，网络整体效能下降。为了支持CS和HSDPA并发业务，需要支持多载频的终端，并且要支持多小区驻留，终端设备复杂性增加。
　　HSDPA与TD-SCDMA共小区分异载频和共载频两种方式。共小区有如下优点：TD-SCDMA支持的CS、PS业务与HSDPA支持的高速数据业务共享频率及功率，可做到资源利用最大化。业务选择灵活，可以避免因为小区不同带来的UE小区选择、驻留等问题。升级快速方便，节省投资。引入HSDPA与TD-SCDMA共小区方案，需要对TD-SCDMA与HSDPA各自的业务进行合适的功率分配，无线资源管理策略变得复杂。
　　TD-SCDMA HSDPA采用异载频有以下优点：避免在同一载波上话音业务和HS-DSCH承载的数据业务不同QoS的问题；极大地简化了TD-SCDMA HSDPA无线资源管理和移动性管理。但是带来以下问题：不支持不同载波间的负载均衡；终端需要在两个载波上同时工作，或者在PS域引入VoIP之后，才可以支持CS和HSDPA并发业务；N频点网络要求不同载波间的时隙转换点是一致的；如果不采用N频点技术，同扇区不同频点时隙转换点不一致，仍然会引起系统内干扰，基站由于接收机阻塞而无法工作。为了避免交叉时隙干扰的出现，必须统一同一小区内多个频点的时隙配置。由于数据业务为主的HSDPA频点与话音为主的其他频点存在上下行容量的不平衡，势必造成HSDPA上行时隙或者话音下行时隙的资源浪费。
　　综上所述，从TD-SCDMA长远发展的角度，网络设备需要支持共小区共载频方式，这样可以简化终端设计，提高网络利用率。
6、频率配置演进策略
　　TD-SCDMA系统容量配置策略不同，频率规划方法也不同。在网络发展初期，用户较少，异频组网可以满足系统需要。随着网络用户增加，系统容量需求提高，核心频段的9个频点不能满足未来业务发展的需求。网络扩容时一方面利用扩展频段的频率资源进行异频组网，同时开始考虑异频组网向同频组网演进。TD-SCDMA的频率规划应该分阶段、分步骤地实施。
　　第一阶段，在TD-SCDMA技术商用初期，采用异频组网，最大程度地降低小区间干扰，保证网络质量。
　　第二阶段，随着用户数剧增，出现网络扩容出现瓶颈时，网络扩容方法有以下两种。
　　（1）启用可扩展频段。在原有网络基础上，简单地增加一层由新可用载频构建的具有相同频率复用簇的蜂窝网，维持异频组网方式。这种方法的优点在于不需要对已用频点进行调整，扩容简单、方便，小区间干扰仍能维持在最低程度。这种方法的缺点体现在：网络频点数量会成倍增长，频谱利用率不高；现有商业终端只支持核心频段，使用可扩展频段需要更换终端；现有TD-SCDMA基站只支持核心频段，使用可扩展频段需要升级，更换基站硬件。
　　（2）在核心频段进行同频与异频的联合组网。这种方法与异频组网相比所需频点资源大幅降低；不需要更升级旧版本基站和终端；在高话务需求地区，提高频率复用，逐步过渡到同频组网。这种方法的缺点体现在：同频复用区域间干扰较大；在扩容过程中，网络处于不稳定状态，影响网络性能。
　　第三阶段，随着TD-SCDMA技术发展成熟，小区间联合检测等技术可以进一步降低小区间干扰，最终发展到采用同频组网方式。其优点是利用原有频点资源，系统容量即可大幅上升；其缺点是复用距离降低，干扰源增加。
7、结论
　　根据同频与异频组网测试情况，针对TD-SCDMA设备现有特点，充分考虑了不同阶段的建网需求、室内分布及HSDPA的需求，提出了一套可以长期演进的频率配置方案。该频率演进策略和TD-SCDMA HSDPA建设策略可以简化网络设计，提升网络质量，使TD-SCDMA系统得到平稳、长远的发展。