TDSCDMA网络规划方法.docx
《TDSCDMA网络规划方法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TDSCDMA网络规划方法.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
TDSCDMA网络规划方法
TD-SCDMA网络规划方法
摘要：
TD-SCDMA在3G空中接口三大标准中拥有不可或缺的地位，时分双工的特点使之较于FDD更加适合使用各种先进的物理层技术，而且资源分配更加灵活高效，因此TD-SCDMA必然能在未来的3G网络中占一席之位。
本文详细介绍TD-SCDMA标准的特点和网络规划流程的关键步骤。
关键词：
TD-SCDMA；3G；网络规划；链路预算；容量规划
一、TD-SCDMA标准的特点
IMT-2000的TDD-CDMA空中接口技术规范是由标准化组织SDOs和CWTS联合制定的，这二者又都是3GPP的组成成员。
它们的这两种TDD-CDMA的空中接口规范分别是UniversalTerrestrialRadioAccess（UTRA）TimeDivisionDuplex（TDD）,andTDSCDMA（TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess），而且后者又被称为是前者的低码速率组成部分，前者为高码速率部分。
TDD-CDMA系统的多址方式很灵活，可以看作是FDMA/TDMA/CDMA的有机结合，它的主要特点如下。
1.第三代移动通信需要大约400MHz的频谱资源，在3GHz以下很难实现。
而TDD则能使用各种频率资源，不需要成对的频率；
2.在第三代移动通信中，数据业务将占主要地位，尤其是不对称的IP业务。
TDD方式特别适用于上下行不对称、不同传输速率的数据业务；
3.TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术，可达到提高性能、降低成本的目的；
4.TDD系统设备成本低，比FDD系统低20％～50％。
TDD系统的主要缺陷在于终端的移动速度和覆盖距离：
1.采用多时隙不连续传输方式，抗快衰落和多普勒效应能力比连续传输的FDD方式差，因此ITU要求TDD系统用户终端的移动速度达120km/h，而FDD系统则要求达到500km/h；
2.TDD系统平均功率与峰值功率之比随时隙数增加而增加，考虑到耗电和成本因素，用户终端的发射功率不可能很大，故通信距离（小区半径）较小，而FDD系统的小区半径可达到数10km。
TD-SCDMA技术所提供的高性能主要表现在高的频谱利用率方面。
同时，TD-SCDMA还是一种低成本的系统。
达到高性能和低成本的主要原因是TD-SCDMA使用了如下主要技术：
1.智能天线，它可以极大的降低多址干扰、提高系统容量、提高接受灵敏度、降低发射功率和降低无线基站成本。
2.上行同步，它可以简化基站硬件，降低无线基站成本。
3.软件无线电，实现智能天线和多用户检测等基带数字信号处理，是此系统可以灵活地使用新技术的关键，也可以降低产品开发周期和成本。
因此，移动通信以FDD为主流的传统观点已受到挑战，TDD系统在第三代移动通信中的位置被广泛接受。
二、TD-SCDMA网络规划方法
与其他的3G网络规划流程相似，TD-SCDMA网络规划流程如下图所示。
图2
以上流程是一般3G网络规划通用的流程，限于篇幅，具体细节不详述，下面我们将结合TD-SCDMA的特点分析其中的关键两部分，链路预算和容量计算。
1．链路预算
链路预算分为上行和下行，下行链路预算非常复杂，从无线电波传输的角度来看，一般基站的发射功率远大于手机的发射功率，因而小区的有效覆盖半径一般都取决于上行链路的最大允许路径损耗，所以一般通过计算上行链路来确定小区覆盖半径。
下行链路预算不同于上行链路预算，小区内所有的用户同时分享基站功率，基站的功率分配是让小区内所有与之连接的用户服务，都能满足相关业务的QoS。
下行往往受限于容量，但当小区负荷加大时，有可能出现下行链路受限的情况。
对于TD-SCDMA来说，智能天线的使用会大大减少下行的干扰，因此下行链路容量受限的机会会比WCDMAFDD少很多。
各地区各类型区域的基站覆盖半径与其各自的无线电波传播模式及链路预算有关，CDMA网络的容量、覆盖和质量是紧密关联的，实际的无线网络规划中必须通过专业的CDMA无线规划软件进行仿真。
上下行链路之间的平衡，要借助规划软件进行叠代计算，先对上行做覆盖预测，再对下行做功率分配，如总功率没有超出基站最大发射功率，则链路平衡。
如下行所要求的总功率超出基站最大发射功率，则须减少覆盖面积，重新做下行功率分配，直至总功率小于等于基站最大发射功率。
上行链路预算参数
上行链路预算计算公式如下：
最大允许空间路径损耗＝移动台发射功率（dBm）＋移动台天线增益（dB）－人体损耗（dB）－馈缆损耗（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）
以下的链路预算将取一些典型参数值，计算不同环境和覆盖要求情况下的上行链路预算。
实际工程设计中，应根据具体无线网络传播环境、网络设计目标、厂家设备性能、具体工程参数设定等进行具体调整。
下表的假设条件是12.2kbps语音业务，上行不采用智能天线，市区步行3km/h的仿真环境。
1
速率R（kb/s）
12.2
2
频率（MHz）
2400
2300~2400MHz
3
扩频带宽（dB）
61
1.28MHz
4
手机发射功率（dBm）
24
5
手机天线增益（dBi）
0
6
人体损耗（dB）
3
发射EIRP（dBm）
21
7
基站天线增益（dBi）
18
8
基站馈线及接头损耗（dB）
4
9
小区负载
50%
50％业务负荷，单基站
10
干扰余量（dB）
3
11
Boltzman常数K（W/Hz/K）
1.38E-23
12
室温T（K）
290
基站工作温度
13
热噪声密度（dBm/Hz）
-174
（11）*（12）
14
热噪声（dBm）
-113
（13）+（3）
15
接收机噪声系数（dB）
6
依设备厂家不同
16
处理增益（dB）
20
（3）/
（1）
17
能噪比Eb/No（dB）
8.9
语音BLER＝2％，数据BLER=10%
18
天线连接端接收机灵敏度（dBm）
-118.3
（14）+（15）-（16）+（17）
19
软切换增益（dB）
5
20
阴影衰落余量（dB）
8.6
98％面覆盖率，10dB标准差
21
快衰落余量（dB）
3
22
最大允许反向链路损耗（室外）（dB）
143.7
（4）+（5）-（6）+（7）-（8）-（10）-（18）+（19）-（20）-（21）
23
室内穿透损耗（dB）
15
24
最大允许反向链路损耗（室内）（dB）
128.7
（22）-（23）
（1）终端最大发射功率
商用网络中，UE的种类繁多，链路预算应根据市场上主流商用手机规格，合理设置此参数。
一般UE最大发射功率的取值为：
数据业务速率：
21dBm
话音业务：
24dBm
（2）人体损耗
人体损耗发生在UE侧，具体取值与使用者的习惯有关。
一般取值为：
语音业务人体损耗：
3dB
数据业务：
由于使用数据业务时，UE距离人体较远，取0dB。
（3）UE天线增益
一般取0dBi。
（4）基站接收天线增益
根据使用的天线型号确定。
此处假定基站定向接收天线增益为18dBi，全向接收天线增益为12dBi。
实际工程中，可根据不同区域类型和覆盖要求选取不同的天线。
（5）馈缆损耗
包括从机顶到天线接头之间所有馈线、连接器的损耗。
馈线的损耗的参考值如下（2G频段）：
7/8英寸馈缆：
6.1dB/100m
5/4英寸馈缆：
4.5dB/100m
此处假定馈缆总损耗为4dB（含接头等损耗）。
（6）基站噪声系数
噪声系数定义为输入信噪比于输出信噪比的比值。
根据目前西门子的基站设备性能，一般取值为6dB。
（7）基站解调门限
Eb/N0值与移动设备的收发分集、多径信道条件、业务类型等因素有关。
以下是根据3GPP25.102（Release4）的标准得出的计算机链路级仿真曲线，可供实际网络规划参考。
（8）基站接收灵敏度
灵敏度＝NFBS+10log（KT）+10log（Eb/N0）+10log（Rb）
其中：
NFBS为基站噪声系数
K为Boltzman’s系数，等于1.38*10-23J/K
T为凯氏温度，取290K
Rb为业务速率，bps
（9）干扰余量
干扰余量=-10（1-η）,η为小区负载。
在网络初期阶段，业务量较低，因此干扰余量值较低。
随着话务负载的增加，干扰余量增大，基站覆盖区域就会缩小。
因此进行链路预算时，应根据预计的业务量增长趋势选择上行最大负载，确保良好覆盖。
上行负载的建议取值：
市区及其它业务热点地区取50％，郊区、乡镇、农村等非业务热点地区取25％－50％。
（10）软切换增益
软切换增益是指克服慢衰落和快衰落的增益。
由两部分组成：
1）多小区增益：
克服慢衰落的增益。
当移动设备在软切换区内，软切换多条无关分支的存在降低了阴影衰落余量的要求。
一般取2－3dB。
2）宏分集合并增益：
克服快衰落的增益。
当移动设备在软切换区内，其上行信号同时由2个或者多个扇区接收并进行合并，因此降低了快衰落对信号的影响。
该增益只影响上行链路。
一般取1－2dB。
宏分集合并增益已经包含在功控余量中考虑，因此，在链路预算中，只计算多小区增益。
（11）功控余量（快衰落余量）
慢速移动终端的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2－3dB。
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。
（12）建筑物穿透损耗
穿透损耗与具体的建筑物类型、电波入射角度等因素有关。
在链路预算中假设穿透损耗服从对数正态分布，用穿透损耗均值及标准差描述。
下表为建议取值：
区域
穿透损耗均值
密集市区
20
市区
15
郊区
12
乡村、开阔地
6
建筑物穿透损耗与各地区的建筑的材料、建筑物分布特点关系很大，因此，各类区域的穿透损耗可根据本地区的实际情况进行调整。
但是，由于通过室外基站来解决室内信号覆盖将会大大提高建设成本，一般较完善的室内覆盖应通过建设室内分布系统解决。
（13）通信概率
通信概率包括位置通信概率及时间通信概率，是移动终端获得所需服务的概率。
位置通信概率对室内（或车内）和室外环境分别定义。
（14）阴影衰落余量
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。
阴影衰落标准差与电磁波传播环境相关，建议取值如下。
区域
阴影衰落标准差（dB）
密集市区
10
市区
8
郊区
6
乡村、开阔地
6
2．容量预算
容量预算方法有两种：
1）理论分析计算
2）基于计算机系统级仿真
TD-SCDMA的容量预算理论计算方法与WCDMAFDD类似，不同在于Eb/No的设置、码片速率、带宽等。
以下的容量理论分析是假设所有用户只使用语音话务是为了便于公式推导，实际系统中小区内业务既有话音业务又有各种不同速率的数据业务。
针对这种情况要先对每种业务进行分析计算，再综合计算得出小区的负荷因子。
2．1上行链路容量分析
对于上行链路，第
用户的SIR为：
因此
……………………………………
（1）
其中
W为chiprate
为业务速率。
由
（1）式可推出：
…………………………………………
（2）
＝服务小区内的移动台功率＋小区外移动台干扰功率＋热噪声
……………………………………（3）
（3）式中，左边部分为接收总功率
和热噪声
的比值，称为noiserise。
为上行链路的LoadFactor，在0～1之间。
假设当前有M个用户，（3）式经过变换，可以得到：
因此，
当NoiseRise趋于无穷大的时候，达到极限容量：
因此
totalthroughout＝
singlethroughout<<
因此，totalthroughout=
最后，考虑激活因子
，
因此，totalthroughout=
……………………………………（4）
LoadFactor＝
……………………………………（5）
2．2下行容量计算
下行容量计算类似上行计算，只是多考虑一个正交因子
，因此，
LoadingFactor＝
……………………………………（6）
totalthroughout=
……………………………………（7）
2．3基于系统级仿真的结果进行计算
（1）由计算机系统级仿真得出频谱效率E，单位kbps/MHz/cell
（2）推算出极点容量Cpol=E*W*3，W为带宽1.6MHz，假设3定向小区
（3）结合覆盖预算得出的基站数Nsite和业务预测得出的业务量Darea推算出每基站每承载方式的平均所需业务量Dsite
（4）根据Dsite和阻塞率、延迟率计算出所需的每承载所需带宽Bsite
（5）TD-SCDMA每站负载因子Lsite=Bsite/Cpol*100%
（6）总负载因子L=∑Lsite
（7）所需载频Ncarrier=Roundup（L/100%）
这是另外一种迭代的方法，最终目的都是为了达到上下行链路的平衡，达到期望的负载因子。
结论：
本文介绍了TD-SCDMA的特点和网络规划方法流程，TD-SCDMA网络规划的链路预算与容量估算方法与WCDMAFDD类似，不同在于Eb/No取定、码片速率、带宽等参数。
同时给出TD-SCDMA网络规划的参数和链路级仿真BLER~Ior/Ioc曲线。
参考文献：
[1]“UERadioTransmissionandReception（TDD）”,3GPPRANTS25.102（V4.4.0）,2002-3
[2]“BSRadiotransmissionandReception（TDD）”,3GPPRANTS25.105（V4.4.0）,2002-3
[3]“1.28McpsfunctionalityforUTRATDDPhysicalLayer”,3GPPTR25.928（V4.0.1）,2001-03
[4]“GuidelinesforEvaluationofRadioTransmissionTechnologiesforIMT-2000”,ITU-RM.1225
[5]张晓军，《3G无线规划》，2002-12
[6]李宗恒,唐臻飞,“TD-SCDMAResearchProject-LCRTDDLinkLevelSimulation”,2002-11
作者简介：
李宗恒：
无线所助理工程师，一直从事GSM、CDMA2000设计和CDMA2000、WCDMA的网络规划工作。
2003年5月毕业于北京邮电大学，获得硕士研究生学位，在校期间主要进行WCDMATDD及TD-SCDMA空中接口技术的研究。
黄海艺：
无线所助理工程师，参加CDMA2000、WCDMA的网络规划及网优工作，有丰富的模式调校经验。
2003年5月毕业于北京邮电大学，获得硕士研究生学位，在校期间主攻方向是CDMA2000网络技术。
升级会员 