【資料名稱】：ＴＤ網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法

【資料作者】：ＡＲＰ

【資料日期】：２００９－５－１７

【資料語言】：中文

【資料格式】：DOC

【資料目錄和簡介】：

TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法

摘要：TD-SCDMA在3G空中接口三大標準中擁有不可或缺的地位，時分雙工的特點使之較于FDD更加適合使用各種先進的物理層技術(shù)，而且資源分配更加靈活高效，因此TD-SCDMA必然能在未來的3G網(wǎng)絡(luò)中占一席之位。本文詳細介紹TD-SCDMA標準的特點和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程的關(guān)鍵步驟。
關(guān)鍵詞：TD-SCDMA；3G；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；鏈路預(yù)算；容量規(guī)劃
一、TD-SCDMA標準的特點
IMT-2000 的TDD-CDMA空中接口技術(shù)規(guī)范是由標準化組織SDOs和CWTS聯(lián)合制定的，這二者又都是3GPP的組成成員。它們的這兩種TDD-CDMA的空中接口規(guī)范分別是Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) Time Division Duplex (TDD), and TD SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)，而且后者又被稱為是前者的低碼速率組成部分，前者為高碼速率部分。
TDD-CDMA系統(tǒng)的多址方式很靈活，可以看作是FDMA/TDMA/CDMA的有機結(jié)合，它的主要特點如下。
1.第三代移動通信需要大約400MHz的頻譜資源，在3GHz以下很難實現(xiàn)。而TDD則能使用各種頻率資源，不需要成對的頻率；
2.在第三代移動通信中，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將占主要地位，尤其是不對稱的IP業(yè)務(wù)。TDD方式特別適用于上下行不對稱、不同傳輸速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；
3.TDD上下行工作于同一頻率，對稱的電波傳播特性使之便于利用智能天線等新技術(shù)，可達到提高性能、降低成本的目的；
4.TDD系統(tǒng)設(shè)備成本低，比FDD系統(tǒng)低20％～50％。

TDD系統(tǒng)的主要缺陷在于終端的移動速度和覆蓋距離：
1.采用多時隙不連續(xù)傳輸方式，抗快衰落和多普勒效應(yīng)能力比連續(xù)傳輸?shù)腇DD方式差，因此ITU要求TDD系統(tǒng)用戶終端的移動速度達120km/h，而FDD系統(tǒng)則要求達到500km/h；
2.TDD系統(tǒng)平均功率與峰值功率之比隨時隙數(shù)增加而增加，考慮到耗電和成本因素，用戶終端的發(fā)射功率不可能很大，故通信距離（小區(qū)半徑）較小，而FDD系統(tǒng)的小區(qū)半徑可達到數(shù)10km。

TD-SCDMA技術(shù)所提供的高性能主要表現(xiàn)在高的頻譜利用率方面。同時，TD-SCDMA還是一種低成本的系統(tǒng)。達到高性能和低成本的主要原因是TD-SCDMA使用了如下主要技術(shù)：
1.智能天線，它可以極大的降低多址干擾、提高系統(tǒng)容量、提高接受靈敏度、降低發(fā)射功率和降低無線基站成本。
2.上行同步，它可以簡化基站硬件，降低無線基站成本。
3.軟件無線電，實現(xiàn)智能天線和多用戶檢測等基帶數(shù)字信號處理，是此系統(tǒng)可以靈活地使用新技術(shù)的關(guān)鍵，也可以降低產(chǎn)品開發(fā)周期和成本。

因此，移動通信以FDD為主流的傳統(tǒng)觀點已受到挑戰(zhàn)，TDD系統(tǒng)在第三代移動通信中的位置被廣泛接受。
二、TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法
與其他的3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程相似，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程如下圖所示。

圖2
以上流程是一般3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃通用的流程，限于篇幅，具體細節(jié)不詳述，下面我們將結(jié)合TD-SCDMA的特點分析其中的關(guān)鍵兩部分，鏈路預(yù)算和容量計算。
1．鏈路預(yù)算


鏈路預(yù)算分為上行和下行，下行鏈路預(yù)算非常復(fù)雜，從無線電波傳輸?shù)慕嵌葋砜�，一般基站的發(fā)射功率遠大于手機的發(fā)射功率，因而小區(qū)的有效覆蓋半徑一般都取決于上行鏈路的最大允許路徑損耗，所以一般通過計算上行鏈路來確定小區(qū)覆蓋半徑。
下行鏈路預(yù)算不同于上行鏈路預(yù)算，小區(qū)內(nèi)所有的用戶同時分享基站功率，基站的功率分配是讓小區(qū)內(nèi)所有與之連接的用戶服務(wù)，都能滿足相關(guān)業(yè)務(wù)的QoS。下行往往受限于容量，但當小區(qū)負荷加大時，有可能出現(xiàn)下行鏈路受限的情況。對于TD-SCDMA來說，智能天線的使用會大大減少下行的干擾，因此下行鏈路容量受限的機會會比WCDMA FDD少很多。
各地區(qū)各類型區(qū)域的基站覆蓋半徑與其各自的無線電波傳播模式及鏈路預(yù)算有關(guān)，CDMA網(wǎng)絡(luò)的容量、覆蓋和質(zhì)量是緊密關(guān)聯(lián)的，實際的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中必須通過專業(yè)的CDMA無線規(guī)劃軟件進行仿真。上下行鏈路之間的平衡，要借助規(guī)劃軟件進行疊代計算，先對上行做覆蓋預(yù)測，再對下行做功率分配，如總功率沒有超出基站最大發(fā)射功率，則鏈路平衡。如下行所要求的總功率超出基站最大發(fā)射功率，則須減少覆蓋面積，重新做下行功率分配，直至總功率小于等于基站最大發(fā)射功率。

上行鏈路預(yù)算參數(shù)
上行鏈路預(yù)算計算公式如下：
最大允許空間路徑損耗＝移動臺發(fā)射功率(dBm)＋移動臺天線增益(dB)－人體損耗(dB)－饋纜損耗(dB)＋基站接收天線增益(dBi)＋軟切換增益(dB)－建筑物或車體穿透損耗(dB)－慢衰落余量(dB)－功控余量(dB)－干擾余量(dB)－基站接收靈敏度(dBm)
以下的鏈路預(yù)算將取一些典型參數(shù)值，計算不同環(huán)境和覆蓋要求情況下的上行鏈路預(yù)算。實際工程設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)具體無線網(wǎng)絡(luò)傳播環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目標、廠家設(shè)備性能、具體工程參數(shù)設(shè)定等進行具體調(diào)整。
下表的假設(shè)條件是12.2kbps語音業(yè)務(wù)，上行不采用智能天線，市區(qū)步行3km/h的仿真環(huán)境。
1速率R(kb/s)12.2　
2頻率（MHz）24002300~2400MHz
3擴頻帶寬（dB）611.28MHz
4手機發(fā)射功率(dBm)24
5手機天線增益(dBi)0　
6人體損耗(dB)3　
　發(fā)射EIRP(dBm)21　
7基站天線增益(dBi)18　
8基站饋線及接頭損耗(dB)4　
9小區(qū)負載50%50％業(yè)務(wù)負荷，單基站
10干擾余量(dB)3　
11Boltzman常數(shù)K（W/Hz/K）1.38E-23　
12室溫T（K）290基站工作溫度
13熱噪聲密度（dBm/Hz）-174(11)*(12)
14熱噪聲（dBm）-113(13)+(3)
15接收機噪聲系數(shù)（dB）6依設(shè)備廠家不同
16處理增益（dB）20(3)/(1)
17能噪比Eb/No(dB)8.9語音BLER＝2％，數(shù)據(jù)BLER=10%
18天線連接端接收機靈敏度（dBm）-118.3(14)+(15)-(16)+(17)
19軟切換增益(dB)5　
20陰影衰落余量(dB)8.698％面覆蓋率，10dB標準差
21快衰落余量(dB)3　
22最大允許反向鏈路損耗（室外）(dB)143.7(4)+(5)-(6)+(7)-(8)-(10)-(18)+(19)-(20)-(21)
23室內(nèi)穿透損耗(dB)15　
24最大允許反向鏈路損耗（室內(nèi)）(dB)128.7(22)-(23)

（1）終端最大發(fā)射功率
商用網(wǎng)絡(luò)中，UE的種類繁多，鏈路預(yù)算應(yīng)根據(jù)市場上主流商用手機規(guī)格，合理設(shè)置此參數(shù)。一般UE最大發(fā)射功率的取值為：
數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率：21 dBm
話音業(yè)務(wù)：24dBm

（2）人體損耗
人體損耗發(fā)生在UE側(cè)，具體取值與使用者的習(xí)慣有關(guān)。一般取值為：
語音業(yè)務(wù)人體損耗：3 dB
數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：由于使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，UE距離人體較遠，取0dB。

(3)UE天線增益
一般取0dBi。

(4)基站接收天線增益
根據(jù)使用的天線型號確定。此處假定基站定向接收天線增益為18dBi，全向接收天線增益為12dBi。實際工程中，可根據(jù)不同區(qū)域類型和覆蓋要求選取不同的天線。

（5）饋纜損耗
包括從機頂?shù)教炀�接頭之間所有饋線、連接器的損耗。饋線的損耗的參考值如下（2G頻段）：
7/8英寸饋纜：6.1dB/100m
5/4英寸饋纜：4.5dB/100m
此處假定饋纜總損耗為4dB(含接頭等損耗) 。

(6)基站噪聲系數(shù)
噪聲系數(shù)定義為輸入信噪比于輸出信噪比的比值。根據(jù)目前西門子的基站設(shè)備性能，一般取值為6dB。

(7)基站解調(diào)門限
Eb/N0值與移動設(shè)備的收發(fā)分集、多徑信道條件、業(yè)務(wù)類型等因素有關(guān)。
以下是根據(jù)3GPP 25.102 (Release 4) 的標準得出的計算機鏈路級仿真曲線，可供實際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參考。



(8)基站接收靈敏度
靈敏度＝NFBS +10log(KT)+ 10log(Eb/N0)+10log(Rb)
其中：NFBS為基站噪聲系數(shù)
K為Boltzman’s系數(shù)，等于1.38*10-23J/K
T為凱氏溫度，取290K
Rb為業(yè)務(wù)速率，bps
（9）干擾余量
干擾余量=-10(1-η), η為小區(qū)負載。
在網(wǎng)絡(luò)初期階段，業(yè)務(wù)量較低，因此干擾余量值較低。隨著話務(wù)負載的增加，干擾余量增大，基站覆蓋區(qū)域就會縮小。因此進行鏈路預(yù)算時，應(yīng)根據(jù)預(yù)計的業(yè)務(wù)量增長趨勢選擇上行最大負載，確保良好覆蓋。上行負載的建議取值：市區(qū)及其它業(yè)務(wù)熱點地區(qū)取50％，郊區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村等非業(yè)務(wù)熱點地區(qū)取25％－50％。

（10）軟切換增益
軟切換增益是指克服慢衰落和快衰落的增益。由兩部分組成：
1）多小區(qū)增益：克服慢衰落的增益。當移動設(shè)備在軟切換區(qū)內(nèi)，軟切換多條無關(guān)分支的存在降低了陰影衰落余量的要求。一般取2－3dB。
2）宏分集合并增益：克服快衰落的增益。當移動設(shè)備在軟切換區(qū)內(nèi)，其上行信號同時由2個或者多個扇區(qū)接收并進行合并，因此降低了快衰落對信號的影響。該增益只影響上行鏈路。一般取1－2dB。
宏分集合并增益已經(jīng)包含在功控余量中考慮，因此，在鏈路預(yù)算中，只計算多小區(qū)增益。

(11)功控余量（快衰落余量）
慢速移動終端的主要通過快速閉環(huán)功控保證解調(diào)性能，必須為快速閉環(huán)功控預(yù)留一定發(fā)射功率動態(tài)調(diào)整范圍，綜合考慮軟切換宏分集合并增益，功控余量取2－3dB。
對于中高速移動的終端（一般當終端移動速度≥50km時），主要由交織對抗快衰落，快速閉環(huán)功控作用很小，一般不需考慮預(yù)留功控余量。

(12)建筑物穿透損耗
穿透損耗與具體的建筑物類型、電波入射角度等因素有關(guān)。在鏈路預(yù)算中假設(shè)穿透損耗服從對數(shù)正態(tài)分布，用穿透損耗均值及標準差描述。下表為建議取值：
區(qū)域穿透損耗均值
密集市區(qū)20
市區(qū)15
郊區(qū)12
鄉(xiāng)村、開闊地6
建筑物穿透損耗與各地區(qū)的建筑的材料、建筑物分布特點關(guān)系很大，因此，各類區(qū)域的穿透損耗可根據(jù)本地區(qū)的實際情況進行調(diào)整。但是，由于通過室外基站來解決室內(nèi)信號覆蓋將會大大提高建設(shè)成本，一般較完善的室內(nèi)覆蓋應(yīng)通過建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)解決。

（13）通信概率
通信概率包括位置通信概率及時間通信概率，是移動終端獲得所需服務(wù)的概率。位置通信概率對室內(nèi)（或車內(nèi)）和室外環(huán)境分別定義。

（14）陰影衰落余量
陰影衰落符合對數(shù)正態(tài)分布，其取值與扇區(qū)邊緣通信概率、陰影衰落標準差相關(guān)。
陰影衰落標準差與電磁波傳播環(huán)境相關(guān)，建議取值如下。
區(qū)域陰影衰落標準差(dB)
密集市區(qū)10
市區(qū)8
郊區(qū)6
鄉(xiāng)村、開闊地6


2．容量預(yù)算
容量預(yù)算方法有兩種：
1）理論分析計算
2）基于計算機系統(tǒng)級仿真

TD-SCDMA的容量預(yù)算理論計算方法與WCDMA FDD類似，不同在于Eb/No的設(shè)置、碼片速率、帶寬等。
以下的容量理論分析是假設(shè)所有用戶只使用語音話務(wù)是為了便于公式推導(dǎo)，實際系統(tǒng)中小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)既有話音業(yè)務(wù)又有各種不同速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。針對這種情況要先對每種業(yè)務(wù)進行分析計算，再綜合計算得出小區(qū)的負荷因子。
2．1 上行鏈路容量分析
對于上行鏈路，第 用戶的SIR為：

因此
……………………………………(1)
其中
W為chip rate
為業(yè)務(wù)速率。
由（1）式可推出：
…………………………………………(2)

＝服務(wù)小區(qū)內(nèi)的移動臺功率＋小區(qū)外移動臺干擾功率＋熱噪聲


……………………………………(3)

（3）式中，左邊部分為接收總功率 和熱噪聲 的比值，稱為noise rise。
為上行鏈路的Load Factor，在0～1之間。
假設(shè)當前有M個用戶，（3）式經(jīng)過變換，可以得到：

因此，



當Noise Rise趨于無窮大的時候，達到極限容量：
因此

total throughout ＝
single throughout<<
因此，total throughout =

最后，考慮激活因子 ，
因此，total throughout = ……………………………………(4)
Load Factor ＝……………………………………(5)
2．2 下行容量計算
下行容量計算類似上行計算，只是多考慮一個正交因子 ，因此，
Loading Factor ＝ ……………………………………(6)


total throughout =……………………………………(7)


2．3 基于系統(tǒng)級仿真的結(jié)果進行計算
(1)由計算機系統(tǒng)級仿真得出頻譜效率E，單位kbps/MHz/cell
(2)推算出極點容量Cpol=E*W*3，W為帶寬1.6MHz，假設(shè)3定向小區(qū)
(3)結(jié)合覆蓋預(yù)算得出的基站數(shù)Nsite和業(yè)務(wù)預(yù)測得出的業(yè)務(wù)量Darea推算出每基站每承載方式的平均所需業(yè)務(wù)量Dsite
(4)根據(jù)Dsite和阻塞率、延遲率計算出所需的每承載所需帶寬Bsite
(5)TD-SCDMA每站負載因子Lsite = Bsite/Cpol*100%
(6)總負載因子L= ∑Lsite
(7)所需載頻Ncarrier = Roundup(L/100%)

這是另外一種迭代的方法，最終目的都是為了達到上下行鏈路的平衡，達到期望的負載因子。


結(jié)論：本文介紹了TD-SCDMA的特點和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法流程，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的鏈路預(yù)算與容量估算方法與WCDMA FDD類似，不同在于Eb/No取定、碼片速率、帶寬等參數(shù)。同時給出TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的參數(shù)和鏈路級仿真BLER~Ior/Ioc曲線。

參考文獻：
[1]“UE Radio Transmission and Reception (TDD)”, 3GPP RAN TS 25.102 (V4.4.0),2002-3
[2]“BS Radio transmission and Reception (TDD)” ,3GPP RAN TS 25.105 (V4.4.0),2002-3
[3]“1.28Mcps functionality for UTRA TDD Physical Layer”,3GPP TR 25.928 (V4.0.1), 2001-03
[4]“GuidelinesforEvaluationofRadioTransmission TechnologiesforIMT-2000”, ITU-RM.1225
[5]張曉軍，《3G無線規(guī)劃》，2002-12
[6]李宗恒,唐臻飛, “TD-SCDMA Research Project -LCR TDD Link Level Simulation”,2002-11

作者簡介：

李宗恒： 無線所助理工程師，一直從事GSM、CDMA2000設(shè)計和CDMA2000、WCDMA的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作。2003年5月畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，獲得碩士研究生學(xué)位，在校期間主要進行WCDMA TDD及TD-SCDMA空中接口技術(shù)的研究。

黃海藝：無線所助理工程師，參加CDMA2000、WCDMA的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及網(wǎng)優(yōu)工作，有豐富的模式調(diào)校經(jīng)驗。2003年5月畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，獲得碩士研究生學(xué)位，在校期間主攻方向是CDMA2000網(wǎng)絡(luò)