TD-SCDMA室内分布系统专项规划

admin

    1、引言
    作为全球第三代移动通信三大主流标准之一的TD-SCDMA技术，2006年在我国得到了大规模测试，其商用化进程进一步加快，而室内分布将是TD-SCDMA业务竞争的一个制高点。室内分布系统主要用来解决城市建筑物内（商场、写字楼及地下设施等）的信号盲区。对TD-SCDMA网络建设者来说，系统化的TD-SCDMA网络规划能够使运营商以低成本、高性能的网络质量迅速地开展室内网络建设，从而赢得市场先机。本文有针对性地解决了TD-SCDMA系统室内分布系统在各种场景下如何进行网络规划的问题。
    2、为什么TD-SCDMA室内分布系统需要专项规划
    （1）从工作频段来看，TD-SCDMA工作的核心频段为2GHz频段。与2G网络工作的800MHz和900MHz频段相比，TD-SCDMA的穿透能力和绕射能力相对较差，加上TD-SCDMA系统智能天线的特点，因而，TD-SCDMA室内覆盖规划更为重要。
    （2）从覆盖效果来看，现代建筑由于采用了大量的混凝土和金属材料，造成了对无线电信号的屏蔽和衰减。在一些高层建筑物的较低楼层，TD-SCDMA基站信号通常较弱；在个别超高建筑物的高层，甚至没有覆盖。在大中城市的中心区，基站密度都较大，进入室内的信号通常都比较杂乱。
    （3）从质量效果看，一些没有完全封闭的高层建筑的中、高层内部常常出现乒乓切换效应，话音质量难以保证；在城市郊区，基站密度小，站距大，在距基站较远的建筑物内，因建筑材料对电磁波造成的损耗，移动通信用户在室内的通信也受到了很大的影响和限制。
    （4）从容量来看，不同类型的室内场所对3G业务的要求是不一样的。例如，在大型购物商场、会议中心等建筑物内，由于移动电话使用密度过大，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道容易发生拥塞现象。随着TD-SCDMA网络的建设完成，大量的3G数据业务将出现在室内，TD-SCDMA网络在不同室内的上下行业务流量比例也将不同。
    为了解决以上问题，有必要对TD-SCDMA室内分布系统进行专项规划。通过引入室内分布系统，可以扫除盲区，改善室内通话质量，提高移动电话接通率；可以为TD-SCDMA开辟高质量的室内移动通信区域，分担室外宏蜂窝话务量和数据业务量，减小拥塞，扩大网络容量，从而提高TD-SCDMA网络的整体服务水平。
    3、TD-SCDMA室内分布系统规划存在的问题
    TD-SCDMA室内分布系统的规划设计是一个综合的系统工程，它融合了网络规划、性能目标、工程实施等多方面内容，同时还要考虑所承载系统的技术特点，做到统筹兼顾。根据中国电信保定TD-SCDMA测试的情况来看，单个TD-SCDMA系统组网时存在下列问题，相信多系统环境室内分布的规划设计将更复杂：
    （1）内外场切换性能有待改善。这样做有助于改变经常掉话的情况，尤其是有助于改善室内切换到室外、外部干扰增强时的切换性能。
    （2）N频点情形时，存在同频干扰问题（这要求在规划和优化时尽量保证属异频切换）。
    （3）如何在与WCDMA同等条件时降低TD-SCDMA室内分布的成本，提高竞争力。目前TD-SCDMA需要投入更多的干放等设备，这无形中增加了成本。
    （4）终端产品和接入层产品的不成熟性，也给室内分布带来了一定的影响。
    由于TD-SCDMA系统相比于WCDMA系统还没有大规模的建网，所以笔者将结合中国电信保定TD-SCDMA室内分布测试的实际情况对它的规划和优化特点进行分析，并作进一步的探索和总结。
    4、TD-SCDMA室内分布系统专项网络规划方案
    TD-SCDMA分为单系统室内组网和多系统室内组网的情况，不同情况需要考虑的因素是不一样的，下面依次对不同的场景进行相应的网络规划。
    4.1单系统的室内网络规划
    TD-SCDMA室内覆盖典型的拓扑结构如图1所示。这种规划主要采用超大容量基站或微基站、直放站、干线放大器、宽频功分器、宽频耦合器、多系统合路器（POI）等设备，通过适当组网的方式来解决。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。

    图1 TD-SCDMA常见室内分布拓扑结构

    （1）室内网络规划要素
    TD-SCDMA室内分布系统设计应根据覆盖目标、服务类型等特点设计相应的网络拓扑。建设时，应根据工程成本等方面的要求合理选取适当的主机设备、元器件和传输介质。
    ◆覆盖区域场强预测
    TD-SCDMA覆盖区域场强预测时，信号在室内传播损耗接近自由空间的情况，在做网络规划时可以用以下公式表示：
    Ls（dB）=32.45+20lgf（MHz）+20lgD（km）
    在上式中，D为传输距离，f为电波频率。根据仿真，预测方案实施以后，室内95%以上区域场强均能满足覆盖要求。考虑到银行一般不允许敷设外单位电缆，因此，预计银行区域可能达不到覆盖要求。通过信源功率的合理配置和对信号泄露的控制，可确保系统受外界网络或对外界网络的影响达到最小，通话质量达到良好。
    ◆室内覆盖的参数配置
    ACLR（邻道泄漏比）的要求见表1：
    表1ACLR（邻道泄漏比）的要求
    BS相邻信道偏移ACLR要求
    ±1.6 MHz 40 dB
    ±3.2 MHz 45 dB
    P-CCPCHRSCP≥-85dBm，DPCHC/I（UL、DL）≥5dB；BLER（误块率）取值要求为AMR12.2 kb/s≤1%，PS业务（UL64 kb/s/DL128 kb/s、UL64 kb/s/DL384 kb/s）≤5%，CS64 kb/s（可视电话）≤0.1%；室内覆盖系统边缘场强要求P-CCPCH接收信号功率不小于-85 dBm（对应三载波功率不小于-75 dBm）；外泄电平要求室内信号外泄到室外20米处的P-CCPCH信号强度小于-90 dBm；无线信道呼损要＜2%；无线可通率要求移动台在无线覆盖区内90%的位置，99%的时间可接入网络；上行噪声电平要求在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于-105 dBm/300 kHz[3]。
    ◆室内分布的同步规划
    室内分布同步规划应满足同步天线，走线路由到穿出楼顶外的连接线应小于90米。
    ◆室内分布的信号外泄规划
    因为大楼信号外泄一般在低层，规划时应尽量采用多天线小功率方式。
    （2）典型场景下的室内规划
    表2为一些典型场景下的室内分布网络规划。在实际网络规划时，室内覆盖的区域有可能是各种场景的综合，有时远比典型场景复杂，因此，确定方案前，需要具体问题具体分析。

    表2 典型场景下的室内分布网络规划

    根据室内数据业务特点调整上下行时隙切换点，使上下行时隙的分配更适应数据业务，可以提高网络容量。在此基础上，可以进一步采用大唐移动的业务HCS（小区分层）技术，它能很好地支持混合业务覆盖区域，提高网络容量，最大限度地利用频谱资源。
    4.2TD-SCDMA与其它系统共用室内分布系统的网络规划
    在实际组网时，建筑物附近或建筑物内部通常已经存在各类无线通信系统信号，如GSM、WLAN或其它3G制式的信号，加上室外的TD-SCDMA宏蜂窝信号，这些信号本身或者其部分频率分量一旦落入室内分布系统的工作频段，会对室内分布系统的工作性能产生影响。
    （1）TD-SCDMA与其它室内分布系统干扰分析[2]
    信号干扰是多系统公用室内分布系统必须解决的问题。移动通信的干扰主要有同频干扰、邻频干扰、带外干扰、互调干扰和阻塞干扰。系统间干扰的拟制需要通过在不同系统间设定合适的保护频带来实现。
    从图2[4]所示的各系统的频谱划分中可以看到，当TD-SCDMA系统处于上行链路通信状态时，主要是TDD/FDD移动台对基站的相互干扰；反之，主要是FDD与TDD基站与基站之间、移动台与移动台之间的干扰。而PHS和TD-SCDMA的基站和移动台之间均会产生干扰。
    当TD-SCDMA使用1880MHz～1920MHz频段时，带外杂散会干扰WCDMA上行（1920MHz～1980 MHz）的接收，解决方法是为了抑制TD-SCDMA对WCDMA的上行（1920 MHz～980 MHz）的杂散干扰，需要在两系统间留出10 M带宽作为电路隔离，可以计算得出TD-SCDMA与WCDMA系统间的隔离度达到60 dB；当TD-SCDMA使用1880 MHz～1920 MHz频段时，WCDMA的补充频段下行（1850 MHz～1880）VIHz）带外杂散会干扰TD-SCDMA的接收，为了抑制WCDMA补充频段的下行（1850 MHz～1880 MHz）对TD-SCDMA的杂散干扰，需要在两系统间留出10 M带宽作为电路隔离；解决TD-SCDMA与PHS之间的干扰的方法是当TD-SCDMA核心频段1880 MHz～1920 MHz与小灵通1893.5 MHz～1919.6 MHz相重，只能两者取1。

    图2 各系统的频谱划分

    （2）TD-SCDMA与其它室内分布系统共存时的网络规划
    规划时需要注意几个问题：一是要对室内分布天馈线系统器件和多系统合路器（POI）保持严格的规格要求；二是要注意TD-SCDMA干放单元及干线放大器无法共用；最后，必须注意射频信号干扰和不同频段信号传播特性的不一致。
    图3为多系统共用室内分布系统工程拓扑图，多系统合路器（POI）是这个解决方案中最关键的器件，其作用是解决宽频率范围内系统间的干扰；TD-SCDMA干线放大器主要用于补偿室内分布系统主干电缆的信号损耗，用以双向放大上、下行链路信号。

    图3 多系统共用室内分布系统工程拓扑图

    减少系统间干扰最简单的办法就是为相互干扰的系统统一进行基站选址。通过一起选址来避免“远近效应”，既可行又高效。室内分布的干扰会因系统间拓扑结构的不一样而增大。解决的原则是最大限度地利用现有室内分布天馈线资源，从而保护好各方的投资。可以通过定制TD-SCDMA与现有SCDMA/GSM/PHS系统的合分路器进行“并网”，信号弱的地方同样可以通过合分路器与干放进行补充放大。规划时，要充分考虑多系统的网络指标平衡优化服务，尽量优化系统间的网络指标，使各无线网络在同一覆盖区域各自的网络指标均达到最优。
    4.3双TD-SCDMA室内分布系统时的网络规划
    一旦发放两张以上的TD-SCDMA牌照，运营商必然会各自部署室内分布系统，且极有可能工作在相同的频率范围，因此，极有可能发生移动台和基站之间的相互干扰。
    由于室内分布系统不采用智能天线，若双系统的帧结构完全同步，其上行链路干扰会大增。若帧结构完全异步，则干扰主要存在于基站与基站之间[2]。
    不做系统规划时，其室内分布系统的拓扑如图4所示：

    图4 规划前的各运营商室内分布拓扑图

    如果运营商各自建设TD-SCDMA室内分布，则干扰协调会变得困难。在各自的覆盖半径范围内若有重叠，则可能产生阻塞干扰，从而降低了网络效率。考虑到运营的质量和成本等因素，如果存在多运营TD-SCDMA网络，则应尽量协调，最好是共用室内分布系统，这样干扰协调也较容易得到解决。这种室内分布系统的分布拓扑如图5所示：

    图5 规划后的各运营商室内分布拓扑图

    不管是各自建设还是共用室内分布系统，都必须遵循以下规则：两套TD-SCDMA系统要严格进行同步并且保持一样的上下行业务时隙分配比。若各自建设室内分布，则两套天馈系统的天线安装位置尽量接近，数量尽量一样多，且两套天馈系统的天线口的功率尽量一样大，这样就能够保证覆盖区域的信号强度相近。
    总之，我们应该根据不同场所的实际需求选择适合的解决方案，综合考虑室内外情况，合理配置和优化室内分布系统资源。
    5、结束语
    室内分布系统的设计和建设是一个综合的系统工程，它融汇了网络规划、性能目标、工程实施等诸方面内容[5]，同时也要考虑所承载系统的技术特点，在各个方面做到统筹兼顾。在工程规划设计和安装时，不仅要考虑覆盖问题，还要对容量、干扰、切换区域、上行噪声、工程等方面的因素进行分析。
    本文对TD-SCDMA在各种场景下的室内分布进行了针对性的网络规划和设计，对从事TD-SCDMA网络的规划设计、网络优化等专业人员有一定的借鉴作用。
    参考文献
    [1]潘峰，张丽萍.TD-SCDMA网络规划[J].电信技术，2006（7）.
    [2]彭木根，王文博.TD-SCDMA移动通信系统[M].北京：机械工业出版社，2006.
    [3]谢显中.TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与实现[M].北京：电子工业出版社，2004.
    [4]李世鹤.TD-SCDMA第三代移动通信系统标准[M].北京：人民邮电出版社，2003.
    [5]李星.TD-SCDMA室内分布系统探讨[J].电信网技术，2006（6）