TD-SCDMA网络规划方法的探讨

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网络规划是无线网络建设运营之前的关键步骤，主要根据实际的无线传播环境、业务、社会等多方面因素，从覆盖、容量、QoS三个方面对网络进行宏观配置。网络性能的这3个指标需要由无线系统中各种物理层关键技术、链路层控制协议、无线资源算法等各方面因素协同实现。TD-SCDMA系统采用了时分码分的多址方式、智能天线、联合检测、接力切换、动态信道分配等一系列新型关键技术和无线资源算法，极大地提高了TD-SCDMA系统的性能，最终为网络规划带来了很多新特点，与当前运营商较熟悉的WCDMA的规划存在一定的差异。    1、TD-SCDMA技术特点
    与WCDMA制式相比，TD-SCDMA具有如下几个技术特点。
    1.1时分双工
    与WCDMA采用频分双工不一样的是，TD-SCDMA采用时分双工，即上下行使用同一频率，但使用不同时隙进行通信。由于TD-SCDMA上下行采用同一频率，因此其上下行具有相同的无线传播特性。此外，上下行时分双工有利于支持不对称业务配置。可以灵活的配置时隙转换点，适应不同的业务需求。
    1.2智能天线与联合检测
    智能天线的增益(分集及赋形增益)，可以有效的提升业务覆盖能力，并降低对单个功放的功率要求。
    另外，智能天线的波束赋形对本小区及邻小区的干扰具有抑制作用，同时联合检测(MUD)亦可抑制本小区的干扰，因而可显著减弱小区呼吸效应，提升系统容量及频谱利用效率。
    1.3动态信道分配(DCA)
    DCA及其参数的优化调整可为网络后期优化提供一种改善业务质量的优化手段。DCA信道调整可以改善链路性能，由此可降低掉话率。另外，DCA对频域、时域、码域和空域资源的调整可以有效提高业务接入的成功率。
    1.4接力切换
    接力切换是保持与两小区的信令连接，但只与一个小区建立业务上的连接，因此它不同于硬/软切换。
    接力切换的成功率低于软切换成功率，高于硬切换成功率，其资源消耗等同于硬切换。因此，在对切换区进行规划时，对切换比例不像传统CDMA系统那么敏感，规划以满足切换性能为主。
    1.5多载波
    TD-SCDMA与WCDMA都可应用多载波技术，但TD-SCDMA多载波技术的应用可使同一扇区下的多个载波按照一个小区的方式来管理。
    随着后期的网络扩容，应用多载波技术可使网络原有的码规划及邻区规划方案可继续沿用而不用重新规划。
    2、TD-SCDMA网络规划特点
    TD-SCDMA与WCDMA网络的技术差异决定了两者在网络规划方面的差异，同时也决定了TD-SCDMA在无线网络规划方面具有一些优势。
    2.1TD-SCDMA与WCDMA链路预算对比
    与WCDMA类似，TD-SCDMA的链路预算可分为上行链路预算和下行链路预算，其中上行链路预算的各种因素为已知或准确估计，结果较为可靠，工程上一般通过上行链路预算对基站覆盖能力进行估算。
    上行链路预算计算公式如下。
    最大允许空间路径损耗(dB)=移动台发射功率(dBm)+移动台天线增益(dB)-人体损耗(dB)-馈线损耗(dB)+基站接收天线增益(dBi)+软切换增益(dB)-建筑物或车体穿透损耗(dB)-慢衰落余量(dB)-功控余量(dB)-干扰余量(dB)-基站接收灵敏度(dBm)
    由表1可见，TD-SCDMA与WCDMA在链路预算方面的差异如表2所示。

    表1  链路预算

项目	说明
移动台发射功率	根据产品性能而定，一般数据业务：+24dBm，话音业务：+21dBm
移动台天线增益	一般为0dB
人体损耗	数据业务：0dB；语音业务：3dB
馈线损耗	与馈线长度有关
基站接收天线增益	与基站采用的天线有关
软切换增益	软切换增益是指克服慢衰落增益
建筑物/车体穿透损耗	穿透损耗与具体的建筑物类型、电波入射角度等因素有关
慢衰落余量	阴影衰落符合对数正态分布，其取值与扇区边缘通信概率、阴影衰落标准差相关
功控余量	慢速移动终端主要通过快速闭环功控保证解调性能，必须为快速闭环功控预留一定发射功率动态调整范围，综合考虑软切换宏分集合并增益，功控余量取定为3dB。对于中高速移动的终端(一般当终端移动速度≥50km时)，主要由信道编码中的交织对抗快衰落，快速闭环功控作用很小，一般不需考虑预留功控余量
接收机灵敏度	灵敏度=NFBS+10log(KT)+10log(Eb/N0)+10log(Rb)其中：NFBS为基站噪声系数；K为Boltzmann常数，为1.38×10-23J/K；T为开氏温度，取290K；Rb为业务速率

    表2  TD-SCDMA与WCDMA在链路预算方面的差异

项目	TD-SCDMA	WCDMA
TMA	不采用             SWIPA在上行时隙起TMA作用，对下行无影响	部分采用             采用TMA可改善上行覆盖，TMA在下行引入0.5dB插损
小区呼吸	无小区负荷设置             覆盖可以忽略小区负荷的影响	需要设置小区负荷             小区负荷对应一定干扰余量
智能天线	采用             智能天线带来额外的增益(分集增益、波束赋形增益)	不采用
发射功率	使用小功率功放组             典型(2W×8)、(1W×8)	使用大功率功放             典型(20W)
切换增益	切换增益(对抗慢衰落)	切换增益(对抗慢衰落)             切换增益(对抗快衰落)

    2.2TD-SCDMA与WCDMA容量估算对比
    TD-SCDMA是时分双工系统，其容量与WCDMA对比如表3所示。

    表3  TD-SCDMA容量与WCDMA对比

项目	TD-SCDMA	WCDMA
上行	码道受限(受限于码资源)	干扰受限(受限于“多址+邻区”干扰)
下行	码道受限(受限于码资源)	功率受限(受限于下行发射功率)
与覆盖关系	无紧密关系             呼吸效应不明显，可忽略话务负荷对覆盖的影响	紧密关联             呼吸效应明显，话务负荷能上升使小区半径收缩

    2.3TD-SCDMA与WCDMA规划差异
    结合TD-SCDMA的技术特点，以及TD-SCDMA与WCDMA在链路预算、容量估算方面的差异，可以了解到TD-SCDMA与WCDMA在规划方面的差异如表4所示。

    表4  TD-SCDMA与WCDMA在规划方面的差异

项目	TD-SCDMA	WCDMA
小区呼吸	小区呼吸效应不明显，覆盖对话务负荷不敏感	小区呼吸效应明显，覆盖对话务负荷敏感
软切换	无软切换，切换区设置需考虑切换性能，系统对切换比例不敏感	有软切换，切换区设置考虑切换性能，同时考虑软切换的资源消耗
扰码数量	32个扰码组，扰码规划要求较高，需要借助专门扰码规划软件	512个扰码组，扰码规划要求相对较低，可借助专门的扰码规划软件
业务覆盖	不同业务覆盖差异小，不同业务的连续覆盖能力有较好的一致性	不同业务覆盖差异大，不同业务的连续覆盖能力存在较大差异
上下行业务对称性	支持非对称业务，支持不同区域灵活的时隙配置	非对称业务会降低频谱利用率

    当现有网络无法满足实际增长的业务需求时，需要对现有网络进行扩容，当前TD-SCDMA网络扩容的方式有增加载波和小区分裂两种。
    3.1增加载波扩容
    一般情况，建议优先采用增加载波的方式进行扩容。
    (1)TD-SCDMA网络的呼吸效应不明显，因此在参数一致的情况下，新增载波与原载波的覆盖范围完全一样，不会对原有网络结构造成影响；
    (2)TD-SCDMA小区在单功放3载波的情况下，其业务信道的覆盖仍然能够保持上下行链路平衡，因此新增载波不会影响原有载波的覆盖范围，不会对原有网络结构造成影响；
    (3)新增载波本身不会涉及到新站点建设以及网络结构布局的影响，相对比小区分裂的扩容方式而言，对网络影响更小。
    3.2小区分裂扩容
    当增加载波扩容方式无法解决网络演进需要时，可考虑采用小区分裂扩容方式。小区分裂扩容方式有“3N方式”及“4N方式”两种。
    3.2.13N方式
    3N方式主要指原有小区的天线方向调整30°，同时小区半径分裂为原有半径的，即小区分裂后面积为原有小区面积的1/3，相当于扩容后基站数为原有基站数的3倍，因此称为“3N扩容”，如图1所示，图中浅色箭头为原有基站的小区方向，深色箭头为扩容后的基站小区方向。

    图1  3N分裂扩容示意图

    3.2.24N方式
    4N方式主要指原有小区的天线方向不变，同时小区半径分裂为原有半径的1/2，即小区分裂后面积为原有小区面积的1/4，相当于扩容后基站数为原有基站数的4倍，因此称为“4N扩容”，如图2所示，图中浅色箭头为原有基站的小区方向，深色箭头为扩容后的基站小区方向。

    图2  4N分裂扩容示意图

    3.2.33N及4N扩容方式对比
    相对而言，4N扩容方式对网络的调整较小，但需要新增基站数量较大，投资也较大，实际工程中，采用3N还是4N扩容方式与实际网络演进的覆盖需求及业务需求有关，需要结合实际需求选取合适的扩容方式。
    4、TD-SCDMA网络规划工具
    目前业界号称支持TD-SCDMA规划的软件厂商有Planet、Forsk、Aircom、大唐、百林等。推出商用版本的时间在2005年8月份左右。由于目前没有现网的数据参考，不能进行相应的评估，传播模型的校正工作进度较慢。目前各TD-SCDMA厂商及运营商都有相应的测试版，但相对来说，试用都不够理想。
    5、站址选取原则
    随着消费者环保意识的提高，站点选择是运营商一项艰难的工作。TD-SCDMA基站站点选择又对运营商提出了新要求。TD-SCDMA站址的选择较WCDMA要苛刻，因为天线、功放都放在天面，对天面的承重要求高。
    当然其它因素如：主瓣方向场景开阔、周围无对覆盖区形成阻挡的高大物体、地形可见性好、足够的天线安装空间、馈线尽可能短等与WCDMA的要求相同。
   6、业务
    在面向业务的3G时代，如何适应业务的不同QoS需求是网络规划必须要考虑的问题。TD-SCDMA系统在业务规划方面有两个特点，一是同一区域下各种业务覆盖半径基本相同；二是适应业务量的增加，可以对时隙结构进行调整以调节上、下行流量的比例，使语音和数据业务可以互相转化。
    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，数据业务进一步发展时，可采用2:4、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。