TDSCDMA频率与码计划.docx

1、TDSCDMA频率与码计划TD-SCDMA频率规划与码规划1 引言1.1 编写目的在移动通信系统中，频率资源一直是非常有限的，故频率的规划在移动通信网络的规划中非常重要，如果对网络进行整体规划时频率规划得不好，会造成整个网络建成或扩容后某些性能指标比较差的结果。CDMA技术的发展，为移动通信的资源提供了另一个维度，这就是码资源，无论是TD-SCDMA系统还是WCDMA、CDMA2000系统，由于无一例外地采用了CDMA技术，故在网络建设过程中，除了频率的规划外，还要进行码规划。由于不同系统采用的制式和技术不同，所需要的频率资源特性和能提供的码字特性各不相同。TD-SCDMA系统由于采用了时分双

2、工技术，上下行可以使用相同的频率资源，通过时间片进行区分，满足正常的上下行数据传输，具有高效的频谱利用率。而由于所采用技术的特点，该系统提供了用于区分小区、用户、信道等的码字，本文将针对TD-SCDMA系统的频率规划、码特点和码规划方法进行阐述，用于帮助工程师了解TD-SCDMA频率资源、码分配的特点，并用于指导工程的使用。1.2 预期读者和阅读建议网络规划优化技术人员、组网招投标人员等。1.3 参考资料1“TD-SCDMA码规划实现方案”，毕海2“码规划模块软件详细设计报告”，管苏玮3TD-SCDMA网络的扰码规划研究张孟4Three sectors in same carrier oper

3、ation段滔冯心睿5TD-SCDMA第三代移动通信系统标准，李世鹤 人民邮电出版社1.4 缩写术语2 概述毫无疑问，在移动通信系统中基站和终端之间交互的各种数据的载体是载波，无论是以语音业务为主的2G系统，还是数据业务越来越强大的3G系统。而在整个移动通信系统中频率资源是有限，而使用无线网络系统的用户却在不断增加，如何有效地利用频率资源满足越来越多的用户各种业务的需求，是运营商、设计院、设备提供商、第三方网优公司所关注的内容，这就要采用相应的频率规划、码规划方法，提高频谱利用率。TD-SCDMA系统自身的特点已经决定了具有较高的频谱利用率。对于像GSM或UTRA-FDD的技术，需要在上下行使

4、用不同的频段，而基于TDD的技术则可以在上下行使用相同的频段。数据业务经常表现为非对称性，例如因特网业务在上下行就具有不同的数据流量，TD-SCDMA系统可以很好地支持这样的非对称性业务。TD-SCDMA技术还可以动态地分配上下行无线资源，从而提高频谱效率。故在TD-SCDMA系统中，通过采用适当的频率和码分配方法可以进一步提高频谱的利用率。3 TD-SCDMA系统频段使用介绍根据国家无委最新的频谱规划，TD-SCDMA系统可以使用如下频段： 图3.1 中国3G频率分配图从上面的频段分配可以进一步看出，为TD-SCDMA使用的频率资源可以不连续，可以根据需要在系统组网时采用相应的频段。这是因为

5、TD-SCDMA技术在频谱利用上固有的优点所决定的： 上下行使用相同频率，上下行链路的传播特性相同，利于使用智能天线等新技术。不需要成对的频谱，可以使用任何零碎的频段，频谱使用灵活。 支持不对称数据业务：根据上下行业务量来灵活调整上下行时隙个数，对上行与下行进行无线资源的自适应分配是频谱利用率优化的关键。 无线干扰减至最少：无线干扰的最小化设计是实现最高频谱利用率的又一关键点。4 TD-SCDMA码特性介绍TD-SCDMA系统中主要使用的码有扩频码、导频码、扰码、midamble码，每种码在实际的通信过程中有不同的作用，在详细介绍每种码之前，需要简单了解一下TD-SCDMA物理信道的结构。TD

6、D模式下的物理信道是一个突发，在分配到的无线帧中的特定时隙发射。一个突发由数据部分、midamble部分和一个保护时隙组成。一个突发的持续时间就是一个时隙。一个发射机可以同时发射几个突发，在这种情况下，几个突发的数据部分必须使用不同OVSF信道码，但应使用相同的扰码，midamble码部分必须使用同一个基本midamble码相同的偏移。图4.1突发的构成4.1 扩频码扩频码又被称为信道码，是用来对数据按照不同的扩频因子进行扩频的，为了保证在同一时隙上不同扩频因子的扩频码是正交的，要求扩频码为正交码（OVSF）。TD-SCDMA采用信道码区分相同资源的不同信道，上行扩频因子可以取1，2，4，8或

7、16，而下行可以取1或16。物理信道的数据速率取决于所用的OVSF码所采用的扩频因子。作为扩频码，OVSF具有如下特性：码长Qk是2的整数次幂，即Qk=2 n。在TD-SCDMA系统中，n4，即最大扩频因子Qmax=16。相同或不同长度的码字之间互相正交，互相关值为0。基于这一特性，在TD-SCDMA系统中，允许同一时隙内使用不同的扩频因子。在系统中一般直接用生成OVSF码的码树来定义，如图4.2所示： 图4.2 生成OVSF码的码树图中码树的每一级都定义了一个扩频因子Q。需要注意的是，并非码树中的每一个码都能在同一个时隙中使用。限制的一般规律是：如果码树中某一级的某一条树枝被使用，那么必须保

8、证该树枝左边直到根节点的所有码都没被使用，并且该树枝右边所有子树的码也不能再被使用。 为了降低多码传输时的峰均值比，对于每一个信道化码，都有一个相关的相位系数，下表4.1给出了不同k值对应的。表4.1 不同k值对应的4.2 midamble码midamble码是扩频突发的训练序列，它的作用很重要，它可以用来进行信道估计、同步、识别基站，系统有128个长度为128chips的基本midamble码，分成32个码组，每组4个，每个小区使用一个特定的基本midamble码，不同用户所采用的midamble码由同一个基本的midamble码经循环移位后而产生的。4.3 扰码规范中一共规定了128个扰码

9、，被分成32组，每组4个，扰码码组由基站使用的SYNC_DL序列确定，并且与midamble码是一一对应的关系。在用户的数据信息中，扩频可以区分同时发送的多个用户的信息，而加扰的过程是在用户的数据信息中添加小区的特征信息，这样在下行中，当用户接收到来自多个小区的信号时，UE能够识别出其中属于自己的通信小区的信息；在上行中，基站能够从众多的信号中识别出实际和自己通信的用户的信息。4.4 下行同步码SYNC_DLTD-SCDMA中利用下行导频中的PN码以及长度为16的扰码区分不同基站，当UE在进行小区搜索的时候第一步就是利用DwPTS，从DwPTS中使用的SYNC_DL码，UE可以得到为随机接入而

10、分配给UpPTS的8个SYNC_UL码的码集。整个系统有32组长度为64chip的基本SYNC_DL码，一个SYNC_DL唯一标识一个码组。4.5 上行同步码SYNC_ULTD-SCDMA中利用信道码、midamble序列、上行导频中的PN码区分不同移动终端，上行同步码SYNC_UL长度为128chip，整个系统有256个不同的基本SYNC_UL，分成32组，每组8个，码组是由基站确定，因此8个SYNC_UL对基站和已下行同步的UE来说都是已知的；当UE要建立上行同步时，将从8个已知的SYNC_UL中随机选择1个，并根据估计的定时和功率值在UpPTS中发射，系统支持同时8个用户的接入请求。4.

11、6 码组的定义TD-SCDMA系统中有关码的分配是基于32个码组进行的，以上介绍的各个码之间的关系就体现在这32组码中，对应关系如表4.2所示。表4.2.码组的定义码组编号TD-SCDMA码字SYNC_DL IDSYNC_UL ID (coding criteria)Scrambling CodeID (coding criteria)Basic Midamble CodeID (coding criteria)1007(000111)0011223321815(000111)445566773231248255(000111)124124125125126126127127根据对各种码功能的

12、介绍可以发现，在以上所列出的码中与规划有关的码主要包括：32个下行导频码、256个上行导频码、128个扰码和128个midamble码，这些码被分为32个码组，每个码组中包括1个下行导频码、8个上行导频码、4个扰码和4个midamble码，扰码与midamble码是一一对应的，根据规范的规定，规划时是以码组为单位进行的，每个小区需要配置一个码组，包括其中的1个下行导频码、8个上行导频码、1个扰码和1个midamble码。基站与用户之间的联系将依靠这些码来完成，虽然利用了码分多址的技术，频率的复用系数可以达到1，由于码的非完全正交性，码与码之间仍然存在一定的干扰，所以在规划时要尽量避免使用相同码

13、字的基站距离过近，也就是说每个基站在码复用的过程中需要尽量避免由于不同用户使用相同码字而产生影响通信质量的干扰。5 频率规划与码规划的重要性频率规划是指在建网过程中根据某地区的话务量分布而分配相应的频率资源以实现有效覆盖和业务量的承载。我们知道，在移动通信系统中，各种信号是通过载波作为信息载体在终端和基站间进行传输传输。对于某有用信号来说，其他系统、其他载频、其他用户的信号都是干扰信息，尤其是相同频率、相同码道的信号干扰更强。例如在GSM网络中，同频干扰屏蔽了低电平的载波信号，造成了话音质量的下降；而在CDMA网络中，干扰耗尽了网络容量，使得噪声电平增加。这两种情况导致的最终结果都是网络性能下

14、降，从而使用户满意度降低。在GSM网络中，干扰影响的大小通常用载波信号（C）与同频干扰水平（I）的比值来表示，也称为C/I比值，GSM网络可接受话音质量的最小C/I值为910分贝，而在TD-SCDMA系统中反应信号质量的则是Eb/No，不同业务的Eb/No要求不同，例如针对ARM12.2k语音业务，Eb/No的取值为8.9；16k PS域业务，其Eb/No的取值大约为7.3；而下行384K业务，Eb/No的取值为16.1，当干扰水平降低时，Eb/No的值便增高，话音质量和网络容量因此得到改善。对于TD-SCDMA系统来说，由于采用了智能天线等技术，通过波束赋形尽量避免了其他用户对当前用户的干扰

15、，但是由于时延扩展、信号延迟等问题的存在，在TD-SCDMA系统中仍存在一定的同邻频、同邻码字的干扰。其中两个同频、同码字扇区相对时，扇区间干扰最大，存在基站与基站、基站与移动台、移动台与移动台之间的干扰。当两个同频、同码字扇区同向时，扇区间干扰介于上述两种情况之间，存在基站与移动台、移动台与移动台之间的干扰。为了提高系统的性能，可以对频率和码进行一定的规划，尽量减小上述干扰的存在。TD-SCDMA系统采用了TDD和CDMA技术，而且了使用了包括智能天线、联合检测等多种关键技术，其固有的特点决定了其频率规划与码规划具有一定的特殊性，这包括码组的分配方法和由于应用了N频点策略而带来的主载频和辅载

16、频的规划。6 常用频率规划方法本节介绍GSM系统中所采用的通用频率规划方法，这些方法可以进一步应用在TD-SCDMA系统的频率规划和码规划中。在GSM网络中可以使用的频率规划的方法千变万化，例如仅仅频率的复用方式就有分组复用（包括：1*3，3*3，4*3，5*3，7*1，7*3的分组复用方式）、动态复用、多重频率复用（MRP）、智能多层频率复用等等，各种复用方式都有其优点和局限性，根据不同地区的基站布局可以选用不同的频率规划或优化的方法。在实际工程中进行频率规划的时候需要考虑以下几个方面的问题： 频率参数的设置：是否将控制信道与业务信道在不同的频率范围内分别进行分配？控制信道是发送一些重要的控

17、制信息和小区参数信息的，所以对控制信道的规划要求也比较高，在规划时应优先满足控制信道的同邻频干扰尽量小。一般情况下为了尽量避免控制信道和业务信道间的干扰，降低频率配置时的难度，控制信道的频率范围与业务信道的频率范围是相互独立的。根据这样的原则需要给控制信道分配一段单独的频段，这个频段可以是连续的也可以是离散的。 信道的复用方式：信道的规划可以使用分组复用方式或不分组的动态复用方式，根据控制信道和业务信道的要求不同，通常可以采用相同或者不同的分组复用方式。在不同的分组复用方式中常采用4*3的复用方式，表3所示为4*3频率复用方式时的分组情况：频率范围11-22，共12个频点，分为A1、A2D3十

18、二组，每组三个载频。表6.1 控制信道分组方式（4*3）A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546在进行频率配置的时候，每个小区分配一个频率组，同一基站分配字母相同的组，如果同一频率组的复用距离合适可以有效地避免基站间的同邻频干扰。动态的频率复用方式是指将所有可用频点作为一个频率组，在进行频率配置的时候根据同邻频干扰的大小从所有可用频点中选择出造成干扰最小的频点作为当前小区的频点配置，这种频率复用方式频率复用系数较高，适用于站型较大，站距较小的蜂

19、窝分布。MRP也是一种频率复用系数较高的频率复用方式，它的主要分配原则是根据基站站型对可用频率进行分组，每一组对应实际网络中的一层，进行频率配置的时候逐层对小区进行频率分配，不同的层可以采用不同的频率分配方式，每组中选出一个最合适的频点作为当前小区相应层的配置频点，即一层一层地对实际的网络进行频点的规划，以求造成的干扰最小，这种方法有效地将同一小区不同层的配置频点隔离，频率利用率较高，是一种较常采用的频率规划方法。智能多层频率复用是指在同样一个规划区内，不同的基站小区使用不同的频率复用方式，实现分区分层的频率规划，这种频率复用方式频率的复用率高，但是配置时难度比较大，它需要综合前面介绍的所有频

20、率复用方式，如何将各种频率复用方式很好地结合起来需要一定的频率分配经验。总结各种频率复用方式可以发现：每种频率复用方式都有其优点与不足之处，针对不同的基站布局以及不同的频率资源，各种频率复用方式产生的结果是不同的，在进行一个地区的频率规划的时候应该用多种方式进行规划并对结果进行比较，选出一种最好的作为规划结果。 确定各基站小区的规划优先级和可用频点的优先级：小区的规划优先级越高，该小区的规划顺序就越提前；频点的优先级越高就说明该频点分配在某小区可能产生的干扰越小。小区的规划顺序理论上是不影响频率配置结果的，但是却会影响达到最佳结果的时间。一般来说，在不进行频率优化的情况下按小区规划优先级规划比

21、不按小区优先级规划规划的结果要好许多。通常一个小区的规划顺序主要是由该小区邻区的多少及承载话务量来决定的，也可以人为的根据实际网络要求进行一些设置。各个频点的优先级的确定是随当前小区和相邻小区的频率配置而变化的，可选频点的优先级根据当前小区所属基站的频率配置、不同基站相邻小区的频率设置以及频率间隔要求等因素来确定。7 TD-SCDMA系统频率规划与码规划方法7.1 码规划方法TD-SCDMA的网络需要进行下行导频码和扰码的规划。在码规划中，首先要确定每个逻辑小区下行导频码在32个可选码组中的对应的序号，然后根据所处的序列位置在对应的4个扰码中为小区选择一个扰码。在所有小区的扰码确定之后，还需要

22、对公共信道特别是TS0公共信道所使用的OVSF码进行约定。正如2G系统频率规划方法多种多样，类似的TD-SCDMA系统的码规划方法也有很多中，本文只针对其中的几种方法进行描述，用以说明TD-SCDMA码规划的方法和过程。7.1.1 互斥性码规划TD-SCDMA系统在小区内区分不同的用户依靠的是OVSF码，其中在下行方向仅使用扩频因子SF=16的OVSF码，在上行方向则可以使用可变扩频因子，SF可以是1,2,4,8,16等。而区分不同的小区则依靠的是长度为16个Chips的扰码，扰码的数量是128个，在标准中给出了每个扰码具体的定义并按顺序分为32个分组与32个下行导频码一一对应。在同频组网的条

23、件下，区分不同小区间不同用户的数据就等效于使用OVSF码与扰码按位相乘之后得到的复合码。由于TD-SCDMA的扰码长度比较短，并且系统的扩频因子比较小，不同小区间的复合码就存在重合的情况，特别是在上行采用较低扩频因子的情况下，一个符号对应的chip数将低于16，扰码仅有部分片断起作用，小区间出现复合码重合的概率将会更大。这样，当分别属于两个不同的相邻小区的UE如果恰巧所分配的OVSF信道码与扰码相乘而得到的复合码重合，并且这两个UE彼此间的距离比较近时，就可能会出现在彼此的基站或UE处不能区分两路数据的情况，这就体现出相邻小区之间出现较大的同频干扰，当此干扰大到影响基带物理层的解调性能时，会造

24、成链路性能的恶化因而影响系统的容量。互斥性码规划就是针对复合码出现的规律（7.1.1.1节中介绍），考虑扰码的12个分组，来进行扰码的分配。7.1.1.1 扰码分组的约束目前的研究已经发现了复合码出现重码的规律。如表7.1所示，128个扰码可以被分为12组，每组包括的扰码数量各不相同。同一组内，任意两个扰码之间均可能出现复合码重合的情况，而不同组之间的任意两个扰码之间则不会出现复合码重合的情况。另外，同一分组内任意两个扰码之间出现复合码重合的情况也有所不同，当OVSF码取SF=16时，每个OVSF码与扰码相乘得到的复合码都一定会有且仅有一个OVSF码与另一个扰码相乘得到的复合码出现重合，根据扰

25、码的不同，这种对应关系是不同的且没有规律可言。当OVSF码取SF=8时，出现复合码重合的概率将更大，体现为表1的表格会进一步合并为7个分组，每个分组内任两个扰码的复合码会出现复合码重合的现象，而分组之间的扰码则不会出现复合码重合的情况。这7个分组的具体情况是：A组和C组合并，B、F和I组合并，G组和L组合并，H组和K组合并，外加独立的D组、E组和J组。但在OVSF码取SF=8时，仍然是原来12个分组内各自复合码重合的情况最为严重，因为这时基带数据符号占用8个chip，16chip的扰码与OVSF码按位相乘，这两个符号上复合码重合是出现在相同的OVSF码上的。表7.1 TD-SCDMA扰码分组分

26、组12345678910111213141516A152627293034404243495355578590B2681116214147485062657683119127C34712131823243536373946516687D9101415192025283338456871105117118E17223132446079869395100106108110125126F5259103128-G548192101121-H5661728488113116-I587882899798102-J63697077109123-K646773809496107111114124-L74759

27、199104112115120122-严格来讲，扰码的规划还应该考虑更小的扩频因子以及不同扩频因子间出现符合码重合的情况，但限于目前的研究结果，且考虑到对实际规划性能和规划软件中计算量代价之间的性价比，我们暂时只考虑扩频因子为SF=16对扰码规划的约束。因此，码规划中应当尽量避免在相邻小区中分配表4.2同一分组中的扰码以减少出现复合码重合的概率。这一表格就是扰码分组对码规划的约束条件。7.1.1.2 多径及时延对码规划的影响仿真研究和现场测试均已证明，在多径及时延环境下，不同扰码造成的小区间同频干扰表现出平均化的趋势。即复合码重合的情况仅在理想的完全同步的情况下存在，而一旦出现不同步的情况，如

28、即使只有1个chip的延时，复合码重合的情况就会迅速消失。因此，在多径信道条件下，由于不同的径具有不同的延时，一味追求码规划避免复合码重合已经失去了意义。但为了使实际的网络中分别属于相邻小区的两个UE出现单径复合码重合的概率尽可能小，则仍然有必要在码规划中考虑表7.1的约束。7.1.1.3 码规划软件的需求作为网络规划软件中的一部分，码规划功能与网络规划软件的其它功能模块有一定的联系。从实际网络的规划流程上看，在码规划之前应完成基站的站址规划、容量与覆盖预测，因此，码规划功能需要用到基站的坐标位置、不同小区的覆盖预测数据参数。在码规划之后，还需要进行干扰的分析，并根据干扰分析的结果确定码规划是

29、否合适，必要时需要对局部地区重新进行规划，如果反复优化仍然得不到满意的结果，则很可能采取其它措施如考虑采用异频组网等。从上述的规划流程中可以总结出，码规划软件应该能够支持全网的码组规划和局部地区的码组分配优化。全网的码组规划强调迅速地进行码字的分配，并进行后续的干扰分析，这就要求在码规划时采用快速的算法。局部的码组分配优化功能应要求规划软件能通过规划区域的选择确定需重新分配的码组，并通过手工选择进行增加和删减。局部的码组分配优化中可以进一步引入一些优化方法，如遗传算法等，以保证码组的分配使网络获得尽可能高的系统综合性能，这在算法设计时，主要需要考虑如何来评价和量化系统性能，并映射为具体所采用搜

30、索算法的代价函数。此外，还应当支持对特定的小区进行码组的人工设定，并在软件自动分配过程中保持不动。由于小区码组的分配顺序也可能对分配结果的性能产生影响，因此，在确定各小区分配顺序时，码规划软件中应当支持至少默认的平等权重确定分配顺序和可通过设定优先级高低来影响分配顺序等方式。7.1.1.4 码规划步骤考虑到表7.1对扰码分配的约束，我们在码规划的软件设计中就不能采用常规的先分配下行导频码后选择扰码的步骤，而必须先考虑表7.1扰码组的分配，使相邻小区尽可能不出现采用同以扰码组内的不同扰码的情况，然后再分别按顺序确定下行导频码和扰码。流程如图7.1所示。图7.1TD-SCDMA码分配的流程为了实现这一目的，除了表7.