TD-SCDMA网络规划

admin

目前，TD-SCDMA阵营的各相关企业正与运营商、各大通信设计院积极合作，开展网络规划和优化方面的研究。
    相关的规划和优化软件设备厂商也已将TD-SCDMA纳入其产品计划。
    TD-SCDMA网络规划与其他无线网络规划一样，同样需考虑多种因素，网络规划流程基本一致；但由于其特殊的技术特点，其无线网规划又有不同的内容和特点。
    1、覆盖规划
    在TD-SCDMA系统中，由于其独特的时隙结构和联合检测技术有效地抑制了多用户干扰，因此呼吸效应明显减小；覆盖区域的稳定使切换区域相对稳定，因而覆盖规划相对简单；业务信道和公共信道分开，多业务基本实现均衡覆盖，从而大大简化网络设计的难度。
    TD-SCDMA系统的覆盖性能主要取决于两方面因素：一是TD-SCDMA上下行时隙转换保护长度对覆盖的限制；二是TD-SCDMA系统的链路预算。
    TD-SCDMA在下行导频时隙和上行导频时隙之间有96个码片宽的保护带，限制了小区覆盖范围不能超过11.25km。如果通过DCA来锁住第一个上行时隙，TD-SCDMA基站理论上的覆盖距离可进一步扩大。
    在计算覆盖时需通过上下行链路预算最大允许的路径损耗，在上下行链路预算中需考虑相关因素和参数的设置，举例如下：
    在移动终端最大发射功率24dBm、天线增益为0的情况下，对于语音业务，人体损耗为3dB；对于数据业务，最大发射功率为24dBm，人体损耗为0。基站接收机的噪声系数为5 dB，终端的噪声系数为7 dB。
    对于全向天线，天线增益按照8dBi考虑，天线赋形增益按照8dB考虑；对于定向天线，天线增益按照15dBi考虑，天线赋形增益按照8 dB考虑。其中，赋形增益理论实现值为9 dB，在实际环境下一般最大恶化到7 dB，在链路预算中我们一般采用8 dB。
    对数正态衰落余量在阴影衰落标准方差1OdB下，取11.5dB。
    Eb/No：对于12.2kbit/s的语音业务，要求7.5dB；对于64kbit/s的数据业务，要求4.5 dB。
    扩频处理增益G=B.Q.Tc/Kc/Rc/lg2（M）
    其中，R为信道编码器速率（取决于服务）；M为数据符号表的大小；B为用户带宽；Q为每符号码片数；Tc为码片时长；Kc为每时隙每个用户使用码道的个数。对于12.2kbit/s语音业务，TD-SCDMA用户带宽为1.6Mbit/s，M=4，Tc=1/1.28Mbit/s，Rc=0.3971，Q=8，则处理增益为11 dB。
    基站单天线三载波情况下最大发射功率为30dBm。单天线单载波下最大发射功率为25dBm。考虑到每个时隙有16个码道，而不同业务占用的BRU（一个时隙内由一个16bit扩频码划分的信道是最基本的资源单位即BRU）不同。以语音为例，一个语音业务占用两个BRU，因此语音业务的用户单天线最大发射功率=25-10×lg10（16/2）+2dB，功控余量为18 dBm。
    多功放合成增益：发射天线数为8，带来9dB的增益。
    干扰储备：满码道工作下得到的干扰储备，上行2dB，下行3dB。在语音业务为主的情况下，系统是码道受限，其他情况下系统可能是干扰受限。
    快衰落储备：不需要预留。TD-SCDMA系统不需要预留一定的功率对抗快衰落。
    下面给出TD-SCDMA语音业务的上下行链路预算实例，见表1。

    表1  TD-SCDMA语音业务的上下行链路预算实例

    通过表1分析，在定向天线情况下，考虑建筑物穿透损耗后最大容许路径损耗为121dB。值得注意的是，导频信道和TSO时隙的公共控制信道没有智能天线的波束赋形增益。因此，在进行覆盖规划的时候，需要对导频信道和TSO时隙的公共控制信道的链路预算进行核算。
    2、容量规划
    TD-SCDMA是时分双工系统，采用联合检测能够抑制多用户干扰；智能天线的使用使得为保持相同的信号质量所需的用户发射功率减小；同时新增用户带来的干扰提升相对于WCDMA得到抑制。一般情况下，TD-SCDMA系统是码道受限的系统；在多小区情况下，语音业务可满码道工作，在实验网测试中也证明了这一点。

    表2  TD-SCDMA与WCDMA系统容量对比

    以12.2kbit/s语音业务为例，其扩频因子为8，共有8个相应的扩频码，一个时隙最多支持8个语音业务用户。考虑上下行对称业务，单载频的语音用户可以达到23个（去掉控制信道占用的信道）；三载频的小区则可以达到71个用户。
    TD-SCDMA系统的容量规划往往从码道入手。在TD-SCDMA系统中，一个信道就是载波、时隙和扩频码的组合，也叫一个资源单位（ResourceUnit）。一个信道占用的BRU个数是不一样的，不同业务的扩频因子不同，而其占用的BRU也不同。而一个载频下所能提供的BRU的最大个数是固定的。
    在BRU计算上，可以参照WCDMA容量规划中采用的算法进行计算。表3给出不同业务占用的BRU资源。

    表3  不同业务占用BRU资源情况

    3、室内覆盖
    TD-SCDMA工作的2GHz频段与2G网络工作的800MHz和900MHz频段相比，穿透能力和绕射能力都相对较差，加上TD-SCDMA系统智能天线的特点，其室内覆盖规划相对更为重要。TD-SCDMA室内覆盖主要采用微基站、直放站以及干线放大器来解决。随着TD-SCDMA基站系列化产品的发展，分布式基站的RRU（远端射频模块）解决方案也将是TD-SCDMA室内覆盖的重要解决方案。
    另外，根据国外运营商的经验，大量的数据业务出现在室内，而不同类型的室内场所对3G业务的要求是不一样的，不同室内的上下行业务流量的比例也将不同。由于室内环境相对封闭，交叉时隙带来的干扰较小且容易控制，这为不同室内规划不同的业务时隙上下行比例创造了条件。
    4、业务时隙比例规划
    3G时代更多的业务将以上下行不对称的方式出现，因此无线网上下行数据流量的不对称是网络规划必须要考虑的问题。TD-SCDMA可以对时隙结构进行调整以调节上下行流量的比例。
    在具体调节时隙结构时，可以根据业务发展状况进行灵活配置。在业务发展初期，适应语音业务上下对称的特点可采用3:3（上行时隙数：下行时隙数）的对称时隙结构；当数据业务进一步发展时，可采用2:4或1:5的时隙结构，对称部分仍可容纳一定的语音业务，不对称部分可用于承载数据业务，实现数据和语音业务的最优配置，如图1～图3所示。

    在上下行时隙比例的设定上，同一小区的不同频点间必须一致，这是由于多频点共用同一功放造成的。不同小区的上下行时隙比例可以设为不同但是当不同小区上下行比例不一样时，小区间会出现干扰。仿真显示，这种干扰会使容量下降3%～5%。所以一般在网络规划的时候，相邻小区的上下行时隙比例设为一致，一般建议全网设置一致，特殊情况下通过DCA算法和调整天线方位来解决。
    5、HSDPA
    对于TD-SCDMA系统设备，通过升级换代即可具有HSDPA功能。单载波最多使用5个下行时隙的全部资源，1.6MHz带宽上支持的理论峰值速率为2.8Mbit/s（下行5个时隙），其频率效率和FDD基本相当。
    有关系统组网，同样有两种方案，一是HSDPA与TD-SCDMA共频率直接建网；二是HSDPA与TD-SCDMA使用不同的频率分层建网。两种方案的优缺点与WCDMA基本相同，但考虑TD-SCDMA每载波带宽只有WCDMA带宽的1/3，如果再考虑到上下行的因素，TD-SCDMA每载波带宽只有WCDMA带宽的1/6，其次TD-SCDMA采用软件无线电架构，因此采用单载波用于HSDPA，TD-SCDMA增加一个载频的成本要低于WCDMA。
    与WCDMA的HSDPA配置有所不同的是，由于TD-SCDMA系统可以采用小区多频点技术，可以将主载频作为TD-SCDMA语音载频，而将辅载频作为TD-SCDMA的HSDPA载频，两者同在一个逻辑小区内，从而简化网络的规划和设计。而多载波HSDPA可使一个UE同时接收来自多个载波的数据，从而达到更高的峰值速率（n-1）×3.3+2.8Mbit/s。因此，TD-SCDMA系统采取多载波捆绑方式，资源配置比较灵活，后向兼容单载波，能够更好地支持分组业务。
    6、系统仿真
    TD-SCDMA系统仿真不同于WCDMA系统仿真，涉及到的算法不同，设置的仿真参数不同，仿真的内容也不大一样。
    在仿真时需考虑到智能天线波束在系统设备基带中实现算法的效果，以及对UE到达方向的估计精度，可能产生比较大的旁瓣，旁瓣的存在导致其他UE在接收的业务时隙带来干扰。因此，在仿真中应考虑智能天线性能的不理想性。由于不同厂商的DCA算法不一，性能不大一样，在仿真中要结合相应的厂商设备进行仿真。
    要针对不同时隙、不同信道同时进行TD-SCDMA的仿真。一般采用静态仿真的方法，考核多个指标进行网络规划。业务信道的仿真应给出每个时隙的仿真结果。
    作者：潘峰  张丽萍