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4TDSCDMA各种业务处1
TD-SCDMA各种业务处理增益及无线链路预算（苏华鸿2007.07.09）
摘要：
介绍TD-SCDMA处理增益的计算方法，对各种业务的编码、交织及物理信道映射过程进行举例及无线链路的预算
并键词：
TD-SCDMA、处理增益、信道编码、物理信道映射、无线链路预算
引言
近期很多人发表文章介绍TD-SCDMA无线链路预算，结果千差万别，归纳起来，主要差别是各种参数取值存在较大不同，如处理增益、Eb/No、智能天线的上、下行赋形增益干扰储备等都有较大差别。
本文着重在处理增益取值方面，较为详细介绍，并从各种业务的编码、交织及物理信道映射过程的举例来加深对处理增益计算时相关参数取值的理解。
并举例链路预算中各参数的选取。
一、各种业务处理增益公式引出
依据参考文献1，3GTR25.928，射频信号载干比
式
（1）
依据式
（1）很多文章作者推出处理增益PG公式为：
式
（2）
RC——信道编码器速率（取决于服务）
M——数据符号表的大小（调制方法QPSK时M=4，8PSK时M=8）
B——用户带宽（取单载带宽1.28MHz）
Q——扩频系数（1.2.4.8.16）
TC——码片时长（
将各种业务相关的参数代入式
（2），发现只适用上行业务信道处理增益的计算，下行处理增益与本业务在该时隙内DPCH占用的专用信道数有关，这就是参考文献2介绍的TD-SCDMA处理增益计算公式：
式（3）
在式（3）中：
DPCHnum为同一时隙本业务占用信道数。
从公式（3）可看出TD-SCDMA的处理增益与编码、扩频、时隙内的码道等等相关。
参考文献3认为公式
（2）比较复杂，采取了等效算法，在WCDMA计算处理增益的基础上再考虑TD-SCDMA中时隙的特点，其处理增益计算公式为：
PG=10lg
式（4）
如话音PG=10lg
=10.62dB
其中6400为5ms子帧包含的码片数目，352×2为一个时隙中数据部分的码片数目。
如果将式（4）和时隙联系起来，可将式（4）表示为
PG=10lg
式（5）
式（5）中，R表示不同业务速率，nTs表示选用的时隙数，如Ps64kbit/s业务可以选用1、2、4不同时隙传输业务，其处理增益是不同的。
大家知道，对于TD-SCDMA系统，处理增益与扩频因子、编码方式、调制方式有关，这就是式
（2）.（3）.体现的计算过程。
但是作为工程技术人员，要掌握各种业务的编码方式还是有一定难度，参考文献4比较全面介绍了各种业务参数，其中列举了上、下行的信道编码速率RC和处理增益的取值供工程技术人员参考。
二、各种业务参数表（参考文献4）
各种业务参数表1
业务类型Kbit/s
上行编码速率RC
下编码速率RC
上行调制方式
下行调制方式
上行扩频因子
下行扩频因子
CS12.2
0.3971
0.3971
4
4
8
16
CS64
0.4834
0.4834
4
4
2
16
PS16/64
0.3038
0.5145
4
4
4
16
PS32/64
0.2754
0.5145
4
4
2
16
PS64/64
0.5145
0.5145
4
4
2
16
PS64/128
0.5145
0.4672
4
4
2
16
PS64/144
0.5145
0.493
4
4
2
16
PS64/256
0.5145
0.4863
4
4
2
1
PS64/384
0.5145
0.4944
4
8（4）
2
1
各种业务参数表2
业务类型Kbit/s
上行码道数
下行码道数
上行时隙数
下行时隙数
CS12.2
1
2
1
1
CS64
1
8
1
1
PS16/64
1
8
1
1
PS32/64
1
8
1
1
PS64/64
1
8
1
1
PS64/128
1
9（8.5））
1
2
PS64/144
1
9
1
2
PS64/256
1
1
1
2
PS64/384
1
1
1
3
TD-SCDMA处理增益和极点容量的计算结果（上行）表3
业务类型Kbit/s
Eb/No（dB）
处理增益
极点容量（用户数）（单时隙）
满码道工作时的干扰余量
5M带宽下的极点容量
12.2kps
7.50
10.0115
14.46
（1.85）
130.14
64kpsCS
7.50
3.1142
2.21
（3.30）
19.88
64kpsPS
6.00
2.8857
2.87
（2.20）
25.83
128kpsPS
6.00
0.0288
1.62
（1.45）
7.27
384kpsPS
6.00
0.05
1.62
（1.44）
4.87
TD-SCDMA处理增益和极点容量的计算结果（下行）表4
业务类型Kbit/s
Eb/No（dB）
处理增益
极点容量（用户数）（单时隙）
满码道工作时的干扰余量
5M带宽下的极点容量
12.2kps
7.5
10.0115
14.46
1.94
130.14
64kpsCS
9.5
3.1142
1.49
8.90
13.43
64kpsPS
7.2
2.8857
2.24
3.77
20.18
128kpsPS
6.8
3.0417
2.51
2.90
11.30
384kpsPS
7.5
0.05
1.23
3.28
3.68
三、计算处理增益PG
1．参考文献2，按式（3）计算PG值（各种参数从表1和表2取值），得出PG结果列于表5.
式（3）中，当B=1.28MHZ，TC=0.78125us,B
TC=I,式（3）成为：
式（6）
PG计算值表5
上行PG
下行PG
CS12
10lg
=10.031dB
10lg
=10.031dB
CS64
10lg
=3.157dB
10lg
=3.157dB
PS16/64
10lg
=8.184dB
10lg
=2.886dB
PS32/64
10lg
=5.6dB
10lg
=2.886dB
PS64/64
10lg
=2.886dB
10lg
=2.886dB
PS64/128
10lg
=2.886dB
10lg
=3.04dB
PS64/144
10lg
=2.886dB
10lg
=2.56dB
PS64/256
10lg
=2.886dB
10lg
=0.12dB
PS64/384
10lg
=2.886dB
10lg
=0.05dB
2.近似的处理增益计算
参考文献3，按式（5）计算近似PG值，见表6
PG近似值表6
业务类型
选用时隙数nTs
处理增益PG（dB）
CS12.2kbit/s
1
10.6
CS64kbit/s
1
3.4
PS16/64k
4
9.4
PS32/64k
2
6.4
PS64/64k
1
3.4
PS64/128k
2
3.4
PS128/128k
1
0.04
PS64/384k
6
3.4
PS96/384k
4
1.7
PS128/384k
3
0.04
四、各种业务的物理信道映射过程举例
了解各种业务的编码、交织及物理信道映射过程，可以帮助理解文中提到的信道编码速率RC，数据符号表的大小M，扩频系数Q，以及同一时隙本业务的码道数DPCHnum，下面将用4个例子展示这些过程。
例1、广播信道BCH物理信道映射过程
表7BCH参数
Transportblocksize/传输块大小
246bits
CRC/循环冗余校验
16bits
Coding/编码
CC,codingrate=1/3编码率1/3
TTI/传输时间间隔
20ms
Midamble/训练序列码
144chips
Codesandtimeslots/扩频因子码和时隙
SF=16
2codesx1timeslot2码/1时隙
TFCI/传输格式组合指示
0bit
L1controlsignals/第1层控制信令
0bit
下图1是将业务速率为12.3kbit/s（传输块246bits）广播信道BCH映射到Tso时隙的过程。
采用卷积编码速率R=1/3，扩频因子Q（SF16）=16，调制方式M=4（log2M=2），在Tso（没有功率控制码片的时隙）内用2个SF16DPCH码道传输。
无线帧#I+1
无线帧#i
子帧2
子帧1
子帧2
子帧1
物理信道映射
第二次交织
无线子帧分割
速率匹配
无线帧分割
第一次交织
无线帧均衡
卷积编码
附加CRC和尾比特
传输块
图1BCH业务物理信道映射过程图
例212.2kbps下行数据物理信道映射过程
注：
本例也适合AMR话音
表812.2kbps数据参数表
NumberofTrChs传输信道个数
3
Transportblocksize传输块大小
81bits（TrCh#1）最重要比特
103bits（TrCh#2）重要比特
60bits（TrCh#3）不重要比特
CRC/循环冗余校验
12（OnlyforTrCh#1）只在Trch#1附加
Coding编码
CC,codingrate=1/2,classB,C/B,C级编码率1/2
CC,codingrate=1/3,classA/A级编码率1/3
TTI传输时间间隔
20ms
Midamble中间码
144chips
Codesandtimeslots码道和时隙
SF=16
2codesx1timeslots/2码1时隙
TFCI传输格式组合指示
16bits（8bitsineachsubframe）/在每1子帧8bits
L1controlsignals第1层控控制信令
4bits
下图2列出话音12.2kbpsAMR，原始比特为244个分为3个传输块，最重要采用R=1/3编码速率，其余2个传输块采用R=1/2编码速率。
在图3中，将12.2kbps数据与2.4kbps数据进行复合，子帧分割，物理信道映射，扩频因子Q（SF16）=16，调制方式M=4（44=22×log2M，M=4）。
在1个Ts时隙内有2个扩频因子为16的DPCH码道。
图212.2kbpsAMR信道编码图
图312.2kbps和2.4kbps复合物理信道映射过程图
例3384kbps下行分组数据物理信道映射过程
表9384kbps分组数据参数表
ThenumberofTrChs传输信道数
1
Transportblocksetsize传输块大小
3840*Bbits（B=0,1,2）
SegmentationC码分割
1（B=0,1）or2（B=2）
CRC循环冗余校验
16bits
Coding编码
Turbocoding,codingrate=1/3（Turbo编码）
TTI传输时间间隔
20ms
Midamble中间码
144chips
Codesandtimeslots码和时隙
SF=16
16codesx4timeslots
TFCI传输格式组合指示
16bits
L1signals第一层信令
4bits
图4384kbps分组数据物理信道映射过程图
例42Mbps下行分组数据物理信道映射过程
注：
2Mbps业务仅用一些特殊环境如室内
表102Mbps分组数据参数表
Transportblocksize传输块大小
20480*Bbits（B=0,1）
CRC循环冗余校验
24bits
Coding编码
no
TTI传输时间间隔
10ms
Midamble中间码
144chips
Codesandtimeslots码与时隙
SF=1
1codesx5timeslots/1码5时隙
TFCI传输格式组合指示
24bits
L1controlsignals第1层控制信令
6bits
下图5看出，对于2Mbps分组数据没有进行编码，扩频因子Q（SF1）=1，采用8PSK调制，M=8（352×log2M=1056，M=8），在一个子帧中占用了5个常规时隙。
图52Mbps分组数据物理信道映射图
六、不同业务的接入Eb/No
在3GPP中规定了3种多径衰落信道建模参数，不同衰落信道类型对业务的上行接入Eb/No有着重要的影响，如下表所示：
表11.3GPP信道模型参数
Case1,3km/h
Case2,3km/h
Case3,120km/h
相对时延[ns]
相对平均
功率[dB]
相对时延[ns]
相对平均
功率[dB]
相对时延[ns]
相对平均
功率[dB]
0
0
0
0
0
0
2928
-10
2928
0
781
-3
12000
0
1563
-6
2344
-9
根据3GPPTS25.105的性能要求，导出不同速率业务用户在不同信道特征下的Eb/N0值：
（1）单用户，AWGN，理想时延信道估计
表12.AWGN条件下的处理增益以及Eb/N0
业务类型
链路
类型
BLER
要求
Eb/N0
（dB）
处理增益
Gp（dB）
目标CIR
（dB）
单用户占
用RU数
12.2kps语音
UL
0.01
5.0
10.01
-5
2
12.2kps语音
DL
0.01
5.8
10.01
-4.2
2
64kpsCS
UL
0.001
4.0
3.11
0.9
8
64kpsCS
DL
0.001
4.7
3.11
1.6
8
64kpsPS
UL
0.05
2.7
2.89
-0.2
8
64kpsPS
DL
0.05
3.7
2.89
0.8
8
128kpsPS
UL
0.05
0.03
16
128kpsPS
DL
0.05
3.1
3.04
0.1
8.5
384kpsPS
UL
0.05
0.05
16
384kpsPS
DL
0.05
3.6
0.05
3.6
16
（2）单用户，Case350Km/h，理想时延信道估计
表13.CASE3条件下的处理增益以及Eb/N0
业务类型
链路
类型
BLER
要求
Eb/N0
（dB）
处理增益
Gp（dB）
目标CIR
（dB）
单用户占
用RU数
12.2kps语音
UL
0.01
9.0
10.01
-1
2
12.2kps语音
DL
0.01
8.9
10.01
-1.1
2
64kpsCS
UL
0.001
8.9
3.11
5.8
8
64kpsCS
DL
0.001
11
3.11
7.9
8
64kpsPS
UL
0.05
7.3
2.89
4.4
8
64kpsPS
DL
0.05
8.7
2.89
5.8
8
128kpsPS
UL
0.05
7.8
0.03
7.8
16
128kpsPS
DL
0.05
8.3
3.04
5.3
8.5
384kpsPS
UL
0.05
7.5
0.05
7.5
16
384kpsPS
DL
0.05
9
0.05
9
16
注：
1.Case1和Case2两种信道环境不常见，也不具备代表性，因此这边没有这方面仿真结果。
2.Case3信道环境是一种比较恶劣的信道环境，实际室外多径环境要比Case3信道环境效果好得多
而PS64K业务采用Q=2，CIR门限为4.4dB。
由表13可知，语音业务的覆盖范围要大于CS64K业务和PS64K业务。
PS64K的覆盖范围要大于CS64K业务，但差别不大。
七、不同速率业务覆盖范围计算
为了简便起见，我们这里取三种典型业务：
12.2K语音业务，CS64K业务以及PS64K数据业务。
传播环境选取密集城区、一般市区以及郊区环境，传播模型选取Cost231–Hata模型，C的取值与传播环境有关：
（7）
而
（8）
工作频段定在2000Hz，移动台高度为Hm=1.5m，基站接收天线为Hb=35m，，这样上式变为
（9）
代入地区校正因子C，则
L=
（10）
八、无线链路预算
表14.12.2k语音业务的链路预算表格
发射端
上行
下行
承载类型[Kbps]
12.2
12.2
单天线最大发射功率[dBm]
24
28
用户每天线最大发射功率[dBm]
24
19（1TS8USER）
发射天线数
1
8
用户多天线最大发射功率[dBm]
24
28
发射天线增益[dBi]
0
15
发射天线馈线、接头和合路器损耗[dB]
0
1
人体损耗[dB]
2
0
发射天线赋形增益[dB]
0
7
等效全向辐射功率（EIRP）[dBm]
22
49
接收端
接收天线增益[dBi]
15
0
接收天线馈线和接头损耗[dB]
1
0
接收天线赋形增益[dB]
7
0
人体损耗[dB]
0
2
接收端总增益[dB]
21
-2
热噪声密度[dBm/Hz]
-174
-174
噪声系数[dB]
5
7
处理增益[dB]
10.03
10.03
要求的Eb/（N0+I0）[dB]
5
5.75
接收机灵敏度[dBm]
-112.96
-110.21
干扰储备[dB]
1.81
3.00
切换增益[dB]
0
0
快衰落储备[dB]
0
0
最小接收电平[dBm]
-132.15（
-105.21
路径损耗
基站天线高度[米]
35
工作频率[MHz]
2,010.00
标准偏差[dB]
8.7
传播模型
Cost231
边缘通信概率[%]
75.00%
阴影储备[dB]
5.87
室外最大允许路径损耗[dB]
148.28
148.34
室外最大覆盖距离（公里）密集城区
1.75
1.76
表15.CS64k业务的链路预算表格
发射端
上行
下行
承载类型[Kbps]
64
64
单天线最大发射功率[dBm]
24
28
用户每天线最大发射功率[dBm]
24
25
发射天线数
1
8
用户多天线最大发射功率[dBm]
24
34
发射天线增益[dBi]
0
15
发射天线馈线、接头和合路器损耗[dB]
0
1
人体损耗[dB]
0
0
发射天线赋形增益[dB]
0
7
等效全向辐射功率（EIRP）[dBm]
24
55
接收端
接收天线增益[dBi]
15
0
接收天线馈线和接头损耗[dB]
1
0
接收天线赋形增益[dB]
7
0
人体损耗[dB]
0
0
接收端总增益[dB]
21
0
热噪声密度[dBm/Hz]
-174
-174
噪声系数[dB]
5
7
处理增益[dB]
3.11
3.11
要求的Eb/（N0+I0）[dB]
3.4
4.4
接收机灵敏度[dBm]
-107.64
-104.64
干扰储备[dB]
1.37
2.65
切换增益[dB]
0
0
快衰落储备[dB]
0
0
最小接收电平[dBm]
-127.27
-101.99
路径损耗
基站天线高度[米]
35
工作频率[MHz]
2,010.00
标准偏差[dB]
8.7
传播模型
Cost231
边缘通信概率[%]
75.00%
阴影储备[dB]
5.87
室外最大允许路径损耗[dB]
145.40
151.14
室外最大覆盖距离（公里）密集城区
1.45
2.11
表16.PS64/64k业务的链路预算表格
发射端
上行
下行
承载类型[Kbps]
64
64
单天线最大发射功率[dBm]
24
28
用户每天线最大发射功率[dBm]
24
25
发射天线数
1
8
用户多天线最大发射功率[dBm]
24
34
发射天线增益[dBi]
0
15
发射天线馈线、接头和合路器损耗[dB]
0
1
人体损耗[dB]
0
0
发射天线赋形增益[dB]
0
7
等效全向辐射功率（EIRP）[dBm]
24
55
接收端
接收天线增益[dBi]
15
0
接收天线馈线和接头损耗[dB]
1
0
接收天线赋形增益[dB]
7
0
人体损耗[dB]
0
0
接收端总增益[dB]
21
0
热噪声密度[dBm/Hz]
-174
-174
噪声系数[dB]
5
7
处理增益[dB]
2.88
2.88
要求的Eb/（N0+I0）[dB]
2.75
3.7
接收机灵敏度[dBm]
-108.06
-105.11
干扰储备[dB]
1.32
2.20
切换增益[dB]
0
0
快衰落储备[dB]
0
0
最小接收电平[dBm]
-127.74
-102.91
路径损耗
基站天线高度[米]
35
工作频率[MHz]
2,010.00
标准偏差[dB]
8.7
传播模型
Cost231
边缘通信概率[%]
75.00%
阴影储备[dB]
5.87
室外最大允许路径损耗[dB]
145.87
152.06
室外最大覆盖距离（公里）密集城区
1.49
2.24
表17.PS64/128k业务的链路预算表格
发射端
上行
下行
承载类型[Kbps]
64
128
单天线最大发射功率[dBm]
24
28
用户每天线最大发射功率[dBm]
24
26
发射天线数
1
8
用户多天线最大发射功率[dBm]
24
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