TD-SCDMA频率规划和组网模式浅谈

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1、引言
　　中国为支持TD-SCDMA发展，划分了155 MHz宝贵的频谱资源以承载TD-SCDMA组网。其中2010-2025 MHz为一阶段频段，这段频谱与其他系统的工作频段隔离较大，干扰很小，目前系统厂商均基于此频段进行设备研发。1880-1920 MHz二阶段频段为后续TD-SCDMA大规模灵活组网提供了有力保障，系统厂商均表示设备将在下一阶段支持此频段。2300-2400 MHz广阔的100 MHz带宽作为补充频带可保障TD-SCDMA系统的持续长期发展。
2、传统的频率规划方案和N频点方案
　　2010-2025 MHz频段可以支持9个频点，完全满足大规模组网的需求。如果考虑多运营商同时使用此频段，可能出现10 MHz频段组网或者5 MHz频段组网的情况。基于此，本文提出在15 MHz、10 MHz、5 MHz等3种情况下的TD-SCDMA频率组网模式，从技术角度和市场角度来综合分析TD-SCDMA系统组网的多样性、各种模式的优劣势及持续演进，以便更好地配合运营商的建网和运营策略。同时考虑到TD-SCDMA单载波的承载能力和市场潜在的容量需求，以下分析均基于基站S3/3/3或更多载波的配置方式。
　　为了能够更清楚地阐明各种组网方案的差异，首先简单介绍一下传统小区的概念和N频点方案下的多载波小区概念。
　　TD-SCDMA系统默认每一个载波扇区为一个独立的小区。Uu接口对于无线资源的操作、配置都是针对一个载频进行的，在Iub接口小区建立的过程中一个小区只配置一个绝对频点号；如果是多载频，则每个载频被当作一个逻辑小区。例如，对于3扇区3载频的情况，则认为有9个逻辑小区，针对每个小区完成独立的操作，也即9个小区发送各自的导频和广播信息，9个载频都必须配置9套完整的公共信道，而其中的BCH、FACH和PCH都为全向信道。因此传统小区模式方式下。对于多载频配置，比较典型的有同频组网和异频组网两种方式。
　　（1）方式一：同频组网
　　图1所示是15 MHz带宽内，9个频点完全同频组网的逻辑结构（数字代表相应的频点）。

图1　同频组网的逻辑结构

　　同频组网可以充分实现TD-SCDMA系统的高频谱利用率，其在15 MHz带宽内可支持S9/9/9的最大配置。但这种情况下，同一物理环境下存在多个小区覆盖，载频间广播信道的干扰严重，导致系统性能和效率降低，需要做更多的网规网优工作。
　　（2）方式二：异频组网
　　图2所示是15 MHz带宽内，9个频点完全异频组网的逻辑结构。

图2　异频组网的逻辑结构

　　这种组网方式的优势比较明显，由于各小区工作在不同的频点，邻区干扰很小，网络性能较好，同时网络规划和优化实施也比较容易。
　　但这种模式的缺点也很明显。不同小区分别占用一个频点资源，15 MHz带宽可支持的最大配置是S3/3/3。当需要支持多个载波以提供更大的容量时，这种方式耗费频谱资源非常快，在多运营商建网运营的情况下，频谱的使用不太经济。
　　针对上述两种方案的缺陷，在CCSA（中国通信标准化协会）的大力推动下，多载波方案（N频点方案）在接入网系统得到了实现。在同一覆盖区域内（扇区），若有多个载频存在，从分配到的N个频点中确定一个作为主载频，其余频点划分为辅载频。在同一个扇区内，仅在主载频上发送DwPTS和广播信息。N频点方案中，公共信道限制在主载频上，减少了公共信道的载频间干扰，提高了系统性能，使得终端初始搜索准确、快速，系统接入、切换成功率均显著提高。因此N频点方案的引入将在改善系统性能和提升频谱利用率方面带来巨大的提升。
3、基于N频点频率规划的方案
　　基于N频点的技术特点，配合当前中国通信市场的格局以及运营企业潜在的布网需求。可将组网模式和频率规划方案划分为以下几种。
　　3.1　15 MHz频段的频率分配
　　15 MHz带宽可以支持9个频点，考虑到室内覆盖的特殊性和频点资源较充裕，可预留2个频点给室内以满足较高的容量需求。其余7个频点用于室外应用。
　　（1）方式一：多载波同频异频联合组网
　　这种组网模式要求主载波异频配置。辅载波同频配置。基于主载波与辅载波频点相异的原则，将剩余的7个频点分成两组。一组用于主载波，一组用于辅载波。为了尽可能地减少主载波上的干扰，原则上考虑将尽量多的异频频点分配给主载波。建议主载波组包括4个频点，其余3个频点包含在辅载波组。可构建S4/4/4的蜂窝型网络。其主载波的复用方式如图3所示，小区频率分配情况如图4所示。

图3　15 MHz多载波同频异频联合组网的主载波复用方式

图4　15 MHz多载波同频异频联合组网的小区频率分配

　　得益于主载波的频点不同，工作在主载波的公共控制信道（例如BCH、FACH、FPACH）受到的干扰较小，具有较好的接收质量和覆盖能力。辅载波与主载波工作在不同频点，将主、辅载波间的干扰降到了最低点。另外，辅载波上只承载业务信道，同频配置引入的干扰会对网络容量带来一定影响，但是综合同频带来的高频谱利用率，依然可以实现较高的容量。
　　当然，和全系统同频组网比较，小区内部没有实现完全的频率重用，频谱利用率居中。多载波同频异频联合组网方案实现了以N频点为目标结构的频率组网，是小区性能、覆盖和频谱利用率折衷后的一种方案。
　　（2）方式二：多载波同频组网方案
　　和方式一类似，预留2个频段作为室内应用，其余7个频点可以全网复用，即所有7个频点能在各个小区使用，不同小区的辅载波频率和主载波频率可以相同。主载波的复用原则类似于GSM网络中的频率规划，尽可能扩大重用距离以减少干扰。最大可实现主载波频率复用因子F=7。其主载波复用方式如图5所示，小区频率分配如图6所示。

图5　15 MHz多载波同频组网的主载波复用方式

图6　15 MHz多载波同频组网的小区频率分配

　　此方案下，主载波频点设置相异，利用异频的良好特性，较好地削弱了各小区间主载波的干扰。N频点的设计思想将辅载波对主载波TSO上公共控制信道的干扰降到最低，保证了公共控制信道具有较高的接收质量和覆盖能力。
　　对于辅载波的频点配置，考虑的基本原则是尽量减少辅载波对邻小区的主载波业务信道的干扰。在建网初期，容量需求不大，辅载波可以配置较少数量。网络建设以S1/1/1-S2/2/2为主，共有7个频点资源可选择承载。通过频率规划，实现辅载波的频点与其他小区主载波的频点重用距离尽可能远。
　　当网络逐渐步入成熟期，市场容量需求旺盛，同时运营企业也非常关注频谱利用效率。基于TD-SCDMA系统呼吸效应不明显的特点，推荐使用直接增加载波的方式实现扩容，解决网络的容量压力。注意此时各相邻小区的主载波频点配置不变，而且辅载波上TSO通常不承载业务，两方面共同确保主载波TSO时隙上的广播信道遭受的干扰不增加。对覆盖影响很小，保持不同时期网络规划的一致性。
　　由于不同小区的辅载波频率和主载波频率可以相同，实现了全网同频，极大地提高了频率复用。15 MHz带宽最大支持S7/7/7的网络配置。
　　上述两种方案各有特点，但基本共同点是主载波均异频配置。运营企业可灵活选择组网模式，结合实际市场需求进行网络配置。
　　初期建设阶段，重点关注网络覆盖和快速布网能力，总体话务量需求较小，频率资源相对丰富，考虑采用以N频点为目标结构的多载波组网模式。此时辅载波的个数可调。在大部分地区容量需求不高，辅载波配置可为零；在市区或者局部热点地区，辅载波数量根据实际需求配置。
　　随着网络发展，用户话务量持续增加。需要系统利用多载波提供更丰富的网络容量。基于此平台，保留主载波不变，只需要增加辅载波个数（如增加N个），设备增加相应的硬件，在保证前期规划稳定的基础上，即可实现网络容量提升N倍。平滑的网络扩容和网规调整极大地保护了运营商的前期投资。
　　3.2　10 MHz频段的频率分配
　　由于一些市场因素，运营企业可能只能获得10 MHz带宽。支持6个频点。考虑到室内覆盖的特殊性和频点资源的总体规划，可预留1个频点给室内，其余5个频点用于室外应用。
　　多载波同频异频联合组网依然适用于网络发展的前期，受限于整体频点减少，可采用频率复用因子F=3来规划主载波，其余2个频点作为辅载波。其主辅载波复用方式如图7所示。

图7　10 MHz多载波同频异频联合组网的主辅载波复用方式

　　或者采用多载波同频组网的方案，网络最大支持S5/5/5的网络容量。其主辅载波复用方式如图8所示。

图8　10 MHz多载波同频组网的主辅载波复用方式

　　3.3　5 MHz频段的频率分配
　　5 MHz带宽可以支持3个频点，频率资源比较紧张，为了实现网络规模部署并保证良好的网络性能，全网采取以N频点为目标结构的多载波同频组网方式。其主辅载波复用方式如图9所示，小区频率分配如图10所示。

图9　5 MHz多载波同频组网的主辅载波复用方式

图10　5 MHz多载波同频组网的小区内频率分配

　　通过对各种频率规划方案的比较，本文认为基于N频点方案的频率规划可以提升网络的性能质量并且实现高频谱利用率，有效地确保前后期网络规划的一致性。