TD-SCDMA直放站对网络性能的影响

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　　2G时代的直放站在优化补盲和室内覆盖中发挥了重要作用，人们期望TD直放站在3G发展中也能占有一席之地。但与以往的直放站相比，TD直放站具有一些新的特点，所以在其正式入网前，需要对它的网络适应性进行充分的研究和验证，在其入网后还要根据实际情况不断对其进行优化。
　　目前，各直放站厂商基本上都已开发出各自的TD直放站产品与方案，且部分产品已经在试验网中得到了应用。2006年4月，泰尔实验室、各系统厂商和各直放站厂商共同努力，完成了TD直放站标准的初稿。中国普天积极参与TD-SCDMA直放站标准的制定和完善工作，并与各直放站厂商开展广泛的合作，在促进TD-SCDMA直放站产业的快速发展方面做了大量细致的工作。
一、TD直放站的特点
　　TD直放站与其它系统直放站的主要区别是同步的时分双工模式。TD直放站正常工作的前提是能够和NodeB取得同步。
　　众所周知，TD-SCDMA是一个时分双工系统，每个子帧包括7个常规时隙、3个特殊时隙和2个时隙转换点。为使上下行信号顺利地通过直放站，TD-SCDMA直放站必须与NodeB保持同步关系，以进行准确的收发转换。如果TD-SCDMA直放站和NodeB不同步，会使UE不能正确解调信号、NodeB间出现交错时隙，将导致整个网络瘫痪。
　　1.同步方式
　　目前，TD-SCDMA直放站和NodeB保持同步的方式主要有以下三种。
　　检波同步方式：通过对基站的下行信号进行检波，获得与基站的同步。
　　GPS同步方式：使用GPS时钟模块，参考GPS时钟，自动调整或人工配置时间偏移。
　　终端同步方式：使用TD终端模块，解下行导频码，同步过程与UE的小区选择过程相同。
　　2.转换点的设置
　　针对不同的直放站同步方式，上下行转换点的设置是可以不同的，设置的出发点还是使信号顺利地通过。
　　对于检波同步方式，在检测到下行导频信号的下降沿后就可以切换到接收状态，第二个转换点可以通过理论推算获得。
　　对于GPS同步方式，由于时间精度很高，在根据与基站的距离设置好时间偏移值后，可以与NodeB很好地同步，所以两个上下行转换点可以设置在理想的转换点上。
　　对于终端同步方式，第一个转换点可以放在下行导频信号的下降沿后，第二个转换点可以通过读BCH信道或理论推算获得。
　　3.时隙比例的自动调整
　　TD系统的慢速DCA能够自动调整业务时隙的上下行比例，使上下行传输能力和业务上下行负载的比例关系相匹配，避免因资源单向受限造成容量损失。
　　在网络侧调整了时隙比例后，需要直放站能够检测出这种变化，并且自动地调整收发转换开关。对于终端同步方式，由于可以监听广播的消息，所以比较容易实现调整。
二、TD直放站对网络性能的影响
　　直放站自身的一些特性，如传输时延、线形度等等，或多或少的会对网络侧造成一定的影响。
　　1.对NodeB接收机灵敏度的影响
　　引入干放的反向链路
　　考虑如图1所示的反向链路，假设在干放输入口A处的热噪声为N,干放的噪声系数为NFRep，NodeB的噪声系数为NFNB，从干放输出到B点的馈线和无源器件的插入损耗之和为L，干放的上行增益为G。

　　由Friis方程可以知道
　　不接入干放时，接收端噪声系数NF=NFNB+L
　　接入干放后，接收端噪声系数

　　若令NFNB=5dB，NFRep=4dB，L=30dB，G=40dB，则NF=35dB，NF’=4.5dB。
　　可见，直放站的引入改善了NodeB接收端的噪声系数，从而改善了NodeB的接收机灵敏度。
　　2.对底噪的影响
　　直放站是一种有源放大设备，它的引入会带来底噪的抬升。这里我们仍然以图1为例谈干放对NodeB底噪的影响。在B点基站接收机热噪声为：
　　不接干放时为N+NFNB
　　引入干放后为N+G+NF’–L
　　所以，底噪变化为ΔN=G–L-(NFNB-NF’)
　　假设NFNB=5dB，NFRep=4dB，通过计算可以得出：
　　如果需要&Delta;N<2dB，则需要L>G+2dB；
　　如果需要&Delta;N<1dB，则需要L>G+5dB；
　　如果需要&Delta;N<0.1dB，则需要L>G+15dB。
　　同时，试验结果也表明：当上行链路路径损耗大于直放站上行增益10dB以上时，直放站对底噪的影响可以忽略不计。可见，影响底噪提升的因素主要是上行增益和上行链路路径损耗的差值，所以在进行室内覆盖设计时，要考虑合理的干放上行增益和上行链路路径损耗。
　　3.传输时延对基站覆盖距离的影响
　　直放站传输时延是指直放站输出信号对输入信号的时间延迟。目前，TD-SCDMA直放站产品中，干线放大器的传输时延一般&le;1&mu;s；无线直放站的传输时延一般&le;5&mu;s。

　　直放站的传输时延会对空口上实际传送的子帧结构造成一些影响，如图2所示。可以看出，在第一转换点处，下行传输时延会造成GP的压缩。为了保证UE提前发送的UpPTS不干扰DwPTS，NodeB到UE总的时延不能超过48chip（37.5&mu;s），再在其中减去直放站的传输时延和为转换开关保留的时间，就可以知道电缆和光纤的最大拉远距离，或者无线直放站离基站的最远距离。在第二转换点处，由于UE的提前发送和下行的传输时延，使得实际的时间间隔是大于16chip的，所以第二转换点处的上下行转换时间是足够的。
　　4.上下行增益不平衡对接入和切换的影响
　　当直放站的上下行增益设置为不同的值时，对切换和接入需要以下行导频功率为参考，开环估计上行发射功率的过程来说会产生影响。
　　一般情况下，下行增益大于上行增益，这样开环估计出的UE初始发射功率会比实际需要小。对于呼叫接入来说，当UE发现不能成功接入时，会增大发射功率重新尝试，这样增加了呼叫接入的时延。对于接力切换来说，由于没有增加发射功率的机制，很可能会导致切换的失败。
　　而对于硬切换来说，因为UE会和目标小区重新做接入，所以问题不大。但需要注意的是，切换超时定时器不能设置得太小。
　　5.对上行同步和联合检测的影响
　　TD-SCDMA是一个同步系统，通过上行同步控制，可以使同一时隙不同用户发送的信号的主径同时到达基站。引入直放站后，直放站带来的传输时延在上行同步控制的作用下，只是使UE的发送时间提前量比不使用直放站大了一些，用户的所有路径时延仍然能够正确地落在信道估计窗口内。
　　联合检测算法的关键是正确地估计出用户的信道冲击响应，其前提是用户信号的同步抵达，所以上行同步的维持也保证了联合检测的正确执行。直放站的引入不会对上行同步和联合检测造成影响。
　　6.直放站上下行传输时延不对称对切换的影响
　　如图3所示，当UE在直放站覆盖区和目标小区基站覆盖区间切换时，如果直放站的上下行时延是不对称的，则会对TD的接力切换和硬切换造成一定的影响。这里不妨假设源小区和目标小区到UE的下行时延均为零，直放站的上行时延为d。

　　由于源小区上行有时延，所以NodeB会通过SS命令使UE提前发送，如图4所示。

　　接力切换：
　　上行预同步过程中，UE根据接收到源小区和目标小区的下行导频信号的时间差（&Delta;t）来确定切换到目标小区后上行时间提前量的变化（2&Delta;t）。由于上下行时延是不对称的，所以这里用下行导频时间差估出的上行发送时间是不正确的。
　　当从源小区向目标小区切换时，如果d>16chip（12.5&mu;s），则TS3侵入TS2，TS2侵入TS1。这样造成各时隙底噪上升，信道环境变差，切换失败；当从目标小区向源小区切换时，情况一样。
　　硬切换：
　　当从源小区向目标小区切换时，与正常切换一样；当从目标小区向源小区切换时，UE在做随机接入时，并不知道上行的时延，此时如果d>32chip（25&mu;s），则UE发送的SYNC_UL将有部分落入TS1，造成切换的失败。
三、小结
　　从上面的分析可以看出，TD直放站的引入虽然会对网络性能造成一定的影响，这些影响既有正面影响也有负面影响，但负面影响基本上可以通过优化来消除或减小。
　　在TD-SCDMA组网过程中，中国普天将充分考虑TD直放站不同产品的特点与性能以及其低成本广覆盖的优势，如在室内分布系统中采用干线放大器，在补盲和应急覆盖中，整体考虑无线直放站和光纤直放站的特点，做到优势互补，旨在为运营商建设低成本、高质量的TD-SCDMA网络。