TD-SCDMA系统容量规划问题研究

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    0  引言
    容量问题是移动通信系统永恒的话题。
    作为衡量移动通信网络性能的重要指标之一，容量规划在无线网络规划和建设中具有十分重要的作用。TD-SCDMA系统由于采用了很多能够有效规避干扰的容量增强技术，在容量方面与其他3G系统相比存在较大差异。
    在TDMA和FDMA系统中，容量受带宽限制，资源的多寡决定容量的大小；在资源给定的情况下系统容量是确定的，多余的用户将被系统拒绝接入。在CDMA系统中，容量受覆盖范围和干扰的限制，用户数越多，用户间的干扰越大，只有当载干比不足以提供所要求的服务质量时，系统才考虑拒绝用户，使得CDMA系统中的容量是“软容量”，任何能够消除或降低干扰的方法都会直接或间接地转化为容量的提高。
    TD-SCDMA系统则是上述3种多址方式的综合，再加上使用以此为基础的智能天线、联合检测等干扰消除技术，使得TD-SCDMA系统在一定程度上呈现出“硬容量”的特点。
    TD-SCDMA系统的容量和各种业务的频谱利用率均优于FDD系统，体现出许多新的特点。
    1TD-SCDMA系统容量的特点
    TD-SCDMA系统容量有以下特点：
    a）各种业务基本同径覆盖。
    b）小区呼吸效应在某些条件下虽然依然存在，但已经不再是TD-SCDMA系统的显著特点。
    c）各种并发用户数和统计意义上的用户数的计算相对方便。
    d）与软切换不同，接力切换没有宏分集，切换比较容易控制。
    e）对于TD-SCDMA系统不能单纯讲上行或下行容量受限，与时隙比例和最大发射功率有关。
    f）多种干扰抑制技术的采用，使TD-SCDMA系统中的容量受限呈现出多样性（即功率受限、码资源受限和干扰受限），应结合具体情况加以分析。
    2  TD-SCDMA系统容量规划
    2.1基本原则
    a）应结合TD-SCDMA系统容量的特点，制定网络规划策略和网络预规划。
    b）TD-SCDMA系统的容量在密集城区和复杂环境中会表现为干扰受限。在一般城区、郊区、农村等环境和区域中表现为资源受限（即硬容量）。鉴于该特点，TD-SCDMA系统容量规划应该针对不同的环境区别对待。
    对于密集城区等复杂环境，容量规划和WCDMA系统类似，覆盖和容量存在互换关系，即覆盖是在一定负载要求下的覆盖，容量是一定覆盖条件下的容量，相互影响和制约，在一定程度上相互转化。覆盖的增加意味着容量的降低，在一定范围中降低业务质量，可以降低平均每用户的下行发射功率，获得一定的容量增益。控制干扰是该区域TD-SCDMA系统容量规划设计的关键。
    对于一般环境，TD-SCDMA系统主要表现为资源受限，容量规划相对简单，解决容量受限的主要方法应该是小区分裂或者多载频方法。另外，正确业务预测条件下的合理的时隙规划方案也是该区域容量规划的重要方法。
    c）进行时隙规划时，应该根据规划区域的业务分布特点，综合考虑同一切换点规划和不同切换点规划，以及交叉时隙干扰之间的关系，制定合理的时隙规划策略。
    d）应综合考虑网络的容量、覆盖、投资、功率、天线阵元数和业务等，致力于打造精品网络。
    2.2覆盖和容量的关系
    2.2.1呼吸效应
    TD-SCDMA系统中，由于采用了时分帧控的帧结构以及智能天线、联合检测等技术，使得在CDMA系统中普遍存在的小区呼吸效应得到了很大的抑制。
    2.2.2覆盖和容量的关系
    a）在密集城区，应综合考虑网络质量、覆盖和系统负荷三者之间的关系。通过容量和覆盖的迭代分析寻找最佳平衡点，这一点与WCDMA系统类似。
    b）在类似于一般城区的码资源受限区域，覆盖和容量可以按照网络设计目标单独规划。这一点与2G系统类似。
    2.3规划建议
    对于未来的TD-SCDMA无线网络规划，根据其特点和无线网络规划实践提出以下建议：
    a）由于TD-SCDMA系统小区呼吸效应不明显，初期建网就应该考虑高速数据业务（建议128kbit/s以上）的连续覆盖，并满足相应的容量需求，体现TD-SCDMA技术组网的优势。
    b）TD-SCDMA系统应在前期组网。由于组网经验不足，考虑到扩容的需求，应充分利用已有的频率资源，在干扰比较严重的区域考虑异频组网，从而达到比较高的网络性能。
    c）前期组网时就应该将室内容量和覆盖的满足放在重要位置，利用室内分布系统解决室内容量和覆盖问题的比例应该高于2G系统。
    d）由于是前期组网（特别是在广大的农村和城市郊区），容量很小，所以应该考虑诸如减小智能天线的阵子数量等节约投资的方法。
    2.4时隙规划
    TD-SCDMA系统较高的频谱利用率和对非对称业务传输的最佳适应，来自于灵活的上下行时隙比例分配；灵活的时隙分配又会带来交叉时隙干扰问题，这是一个辨证的过程，需要综合考虑容量和干扰问题。目前业界提出的时隙规划策略主要有基于牺牲交叉时隙的策略和基于无线资源管理的时隙规划策略两种。
    2.4.1基于牺牲交叉时隙的规划策略
    针对相邻小区间因不同的上下行业务时隙配置方式而产生的干扰问题，可以根据系统不同区域内的不同业务类型，分别为所述的不同区域配置不同数量的上下行业务时隙。并且当两相邻小区分别处于上下行业务时隙数量配置不同的区域时，可以将所述两相邻小区中的任一小区禁止使用所述业务时隙，而另一小区的上下行业务时隙配置方式保持不变，从而避免上下行干扰的引入。
    本方案的不足之处是牺牲了交叉时隙的容量，降低了灵活性，在容量需求大的区域，此方案不可取（应尽量将交叉区域选择在话务需求不高的区域）。
    2.4.2基于无线资源管理的时隙规划策略
    对基于牺牲交叉时隙容量的方案做进一步的考虑，即便对于这些切换点不一致的相邻小区，也完全可以不禁止交叉时隙，而采用无线资源管理的方法，将相邻小区远离边界一侧的用户分配给交叉时隙（应该避免将MS1或者MS2分配给交叉时隙），避免同时进行上下行传输的用户距离过近，在交叉时隙造成强干扰。也可以通过终端和网络的实时测量，得到该时隙的干扰信息，从而由网络来决定是否将用户分配到该时隙。
    本方案的不足之处是会加大系统无线资源管理的负荷，而且由于实际情况复杂，很难满足需要。
    3  TD-SCDMA容量规划的其他问题
    3.1话务分析
    3.1.1话务密度图
    现网话务统计资料是进行无线网络规划的第一手资料，对于网络业务预测和系统容量规划具有重要的借鉴意义。可以利用的现网（包括G网、C网、PHS网、GPRS网等）的话务量分布数据，这些一般在网络设计前通过运营商的网管单位获得。根据现网话务量生成的话务密度图是常用的话务分析方式，其分布在一定程度上能够反映在建网络将来的话务和容量分布。话务密度图的准确与否决定了目标负荷因子与未来实际话务需求的匹配关系。
    3.1.2多业务条件下话务密度图的生成
    TD-SCDMA系统中开展的业务具有多样性，话音和数据业务并存，话务密度图的生成较为复杂，需要借助于TD-SCDMA规划软件，且应注意以下问题：
    a）话音、数据业务密度图分别生成。
    b）数据业务密度图中要依据不同的承载速率生成各自相应的业务密度图。
    c）依据话务的目标区域分类必须受多张密度图的约束。
    3.2扩容方式
    由于TD-SCDMA系统的容量受限呈现出多样性，扩容方式应根据受限情况区别对待。
    3.2.1干扰受限情况
    干扰受限一般发生在密集城区等复杂环境的区域，该类区域站点很密，一般间隔不足400m，加载或扩频均有其局限性。
    对于TD-SCDMA系统应首先考虑合理的网络优化方法。
    a）DCA算法对TD-SCDMA系统容量有重要影响，DCA策略和无线资源管理参数的调整应该是网络优化中提高容量的重要方式。
    b）可以根据不同小区的业务特点进行时隙比例的调整，同时应该注意交叉时隙带来的干扰，二者应该综合考虑。
    如果采用网络优化方法后仍不能解决问题，可采用加载或加站方式扩容，但应依据以下原则综合考虑。
    a）对于TD-SCDMA网络运营商而言，其频率资源相对于其他运营商具有一定的优势，但仍然比较宝贵，TD-SCDMA系统不可能通过使用大量的载波来满足容量的需求，仍应慎重采用加载方式扩容。
    b）从投资角度讲，加站只需要有限的资金投入，而加载所需要的无形资产更加重要。
    c）从系统后期运维和优化的角度看，加站导致的工程量和优化难度比较大。
    d）从覆盖、容量和服务质量角度考虑，加载扩容优势明显；从建设精品网络的角度出发，特殊区域应该考虑采用多载频方式。
    3.2.2资源受限情况
    资源受限的情况主要发生在一般城区和一些话务量中等或偏高的旅游区域，解决该类区域容量受限的方式比较简单。首先结合业务特点采用合适、合理的时隙比例，如果容量仍然受限，应该根据站址情况综合考虑采用加信道板、加站或加载。
    3.2.3其他情况
    对于城区中大型办公区、住宅区，以及体育场馆等场所的扩容方式，可以考虑采用再生中继单元（RRU）的分布式设备进行容量的实时调整和转移。
    总之，TD-SCDMA网络在建设初期就应选择好骨干站点，后期再根据不同的环境和话务需求，选择合适的扩容方式和容量解决方案。
    参考文献
    1黄志勇，杨剑键.TD-SCDMA无线网络规划探讨.2005年中国通信学会无线与移动通信年会论文集
    2张宇.TD-SCDMA可变切换点分析及解决方案
    ./Technique/2005/6/26085.htm
      作者：黄志勇