【資料名稱】：TD－SCDMA無線頻點擾碼規(guī)劃

【資料作者】：kimono

【資料日期】：2010

【資料語言】：中文

【資料格式】：DOC

【資料目錄和簡介】：

TD－SCDMA無線頻點擾碼規(guī)劃

課程目標：
課程目標1：掌握TD－SCDMA頻點擾碼特性
課程目標2：掌握TD－SCDMA頻點擾碼規(guī)劃原理

參考資料：
參考資料1：《TD-SCDMA頻點規(guī)劃原理V1.0》
參考資料2：《ZXTR B30碼資源規(guī)劃方案0.3》
參考資料3：《GSM頻率規(guī)劃及干擾預測》



目錄
第1章 前言1
第2章 頻點規(guī)劃原理3
2.1 干擾對移動網(wǎng)絡的影響3
2.1.1 同頻干擾3
2.1.2 鄰頻干擾3
2.2 頻率復用3
2.2.1 簇和頻率復用因子4
2.2.2 頻率復用距離4
2.2.3 同頻復用比6
2.3 頻率規(guī)劃的定義和方法6
2.4 頻率規(guī)劃算法實現(xiàn)7
2.4.1 基本目標及假設7
2.4.2 基于gragh coloring的全向站頻點規(guī)劃7
2.4.3 分扇區(qū)的頻點規(guī)劃9
2.4.4 全向、定向混合組網(wǎng)的頻點規(guī)劃11
2.5 N頻點組網(wǎng)下的頻點規(guī)劃12
第3章 擾碼規(guī)劃原理13
3.1 TD－SCDMA碼資源13
3.1.1 上/下行同步碼13
3.1.2 中間訓練碼13
3.1.3 擴頻碼14
3.1.4 擾碼14
3.2 擾碼規(guī)劃基本方法16
3.2.1 復合碼的自身差異16
3.2.2 擾碼規(guī)劃的原則16
3.2.3 計算擾碼之間的相關特性17
3.2.4 擾碼分配準則17
3.2.5 擾碼分配順序17
3.3 擾碼規(guī)劃算法實現(xiàn)18
3.3.1 第一個小區(qū)擾碼號的選取18
3.3.2 小區(qū)擾碼分配原則18



第1章 前言
 知識點
 TD－SCDMA頻率資源
 TD－SCDMA碼資源
在第3代移動通信網(wǎng)絡中，頻點和擾碼的規(guī)劃成為移動通信網(wǎng)絡規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，它對網(wǎng)絡的性能產(chǎn)生重要的影響。如果在網(wǎng)絡整體規(guī)劃時頻點和擾碼規(guī)劃得不好，則會造成整個網(wǎng)絡建成或擴容后某些性能指標不符合要求，如：相鄰小區(qū)分配了相同的載頻或者相關性比較差的擾碼，用戶在其中一個小區(qū)內通話時就可能會受到相鄰小區(qū)在同一載頻上的干擾，造成接收電平較好，但接收質量卻較差的情況，甚至引起掉話。如何更有效地利用有限的頻率和擾碼資源，以最少的資源滿足現(xiàn)網(wǎng)的要求，達到最佳的網(wǎng)絡效果，一直是網(wǎng)絡規(guī)劃人員研究的課題。
對于干擾受限的蜂窩移動通信系統(tǒng)，同頻干擾是其主要干擾來源之一。同頻干擾是指在一定的距離之間使用相同頻率進行復用工作時產(chǎn)生的干擾，它是決定系統(tǒng)容量和通信質量的重要性能指標之一。根據(jù)TD-SCDMA系統(tǒng)測試情況及網(wǎng)絡仿真的分析結果，在同頻組網(wǎng)時，系統(tǒng)性能會出現(xiàn)一定程度的下降，在測試中，集中體現(xiàn)在覆蓋距離的減小，在網(wǎng)絡仿真中，則體現(xiàn)在掉話率的提高。
對于TD-SCDMA系統(tǒng)，國家劃分了總計155MHz的非對稱頻段，分為主要工作頻段和補充工作頻段：主要工作頻段為1880～1920MHz和2010～2025MHz，補充工作頻段為2300～2400MHz。根據(jù)目前的發(fā)展趨勢，商用網(wǎng)的最初階段應該使用2010～2025MHz，在這個頻段，可用頻點為9個。f1=2010.8MHz ；f2=2012.4MHz；f3=2014.0MHz；f4=2015.8MHz；f5=2017.4MHz；f6=2019.0MHz；f7=2020.8MHz；f8=2022.4MHz；f9=2024.0MHz。在異頻組網(wǎng)時，如何合理的分配頻點資源以滿足建網(wǎng)要求？這是本文的主要研究內容。
TD-SCDMA系統(tǒng)的碼資源包括：32個SYNC-DL、256個SYNC-UL、128個Midamble、128個Scrambling。所有碼被分成32個碼組，每個碼組由1個SYNC-DL、8個SYNC-UL、4個Midamble、4個Scrambling組成。不同的鄰近小區(qū)將使用不同的碼組。對UE來說，只要確定了小區(qū)使用的SYNC-DL，也就知道該小區(qū)使用哪些SYNC-UL、Midamble、Scrambling。
SYNC-DL，32個，64bit，在下行導頻時隙發(fā)射，用來區(qū)分相鄰小區(qū)
SYNC-UL，256個，128bit，在上行導頻時隙發(fā)射，用來區(qū)分不同的UE
Scrambling，128個，16bit，標識小區(qū)
Midamble，128個，128bit，用來信道估計、功率控制測量等
對于一個擾碼對來講，一個小區(qū)分配一個擾碼，小區(qū)中根據(jù)不同的業(yè)務可以有不同擴頻因子的碼道，不同小區(qū)不同碼道間的干擾與擾碼和擴頻碼的乘積有關，我們將擾碼和擴頻碼的乘積定義為復合碼。因此對相鄰小區(qū)碼資源的規(guī)劃實際上是對復合碼和復用距離的規(guī)劃，不將相關性很強的碼分配在覆蓋區(qū)交疊的相鄰小區(qū)或扇區(qū)。


第2章 頻點規(guī)劃原理
 知識點
 頻率規(guī)劃的目的
 頻率復用的概念
 復用距離的概念
2.1 干擾對移動網(wǎng)絡的影響
2.1.1 同頻干擾
在GSM網(wǎng)絡中，同頻干擾屏蔽了低電平的載波信號，造成了話音質量的下降；而在CDMA網(wǎng)絡中，干擾耗盡了網(wǎng)絡容量，使得噪聲電平增加。這兩種情況導致的最終結果都是網(wǎng)絡性能下降，從而使用戶滿意度降低。此時，如果僅僅調整天線波束非但不能解決問題，還會引起同頻干擾。這是因為如果對天線產(chǎn)生的射頻能量不加嚴格控制，其雜散旁瓣以及后瓣可能會在相鄰或鄰近小區(qū)的方向上產(chǎn)生影響，形成干擾隱患。在一個成熟的市場中，當某地有多個運營商存在，并且天線又位于同一站點時，該地的小區(qū)干擾問題就會層出不窮。
2.1.2 鄰頻干擾
在TD-SCDMA系統(tǒng)中，在采用QPSK調制模式下，誤碼率要求不高，考慮到系統(tǒng)具有較好的鄰頻抑制性能，所以鄰頻的影響不大，可暫時不考慮，如果在將來的HSDPA中，由于調制方式采用了16QAM或者更高階的調制方式，在擴頻增益有限的情況下，需要在頻率復用設計中加以考慮。
2.2 頻率復用
頻率復用是蜂窩移動通信系統(tǒng)的核心概念，也就是相隔一定距離的小區(qū)內的用戶可以使用相同的頻率，從而大大的頻譜效率。頻率復用的機理是基于無線電波傳播路徑損耗特性，即假設兩個基站之間的距離足夠遠，那么用于一個基站的頻率可以在另一個基站上復用。每個基站覆蓋的區(qū)域稱為蜂窩，蜂窩尺寸取決于用戶密度。使用相同頻率的蜂窩小區(qū)稱為同頻小區(qū)。這些同頻小區(qū)之間的距離必須足夠遠，使得同信道干擾電平足夠低，從而不會降低系統(tǒng)的服務質量。
2.2.1 簇和頻率復用因子
簇：假設有S個頻道可以使用，每小區(qū)有K個頻道可以使用，這S個頻道被分派在N個小區(qū)內，即有S=K*N，共享可用頻道的N個小區(qū)，即稱為一個“簇”，在蜂窩移動網(wǎng)絡中，簇是可以同頻復用實現(xiàn)地理平鋪的最小單位。
頻率復用因子（frequency reuse factor）即為1/N。表示表示每個小區(qū)包含了的可用信道數(shù)為總數(shù)的1/N。
有時提及的頻率復用系數(shù)，在這里就是N，表示一個簇中的小區(qū)個數(shù)。
2.2.2 頻率復用距離
頻率復用距離指得是在滿足通信質量要求下，允許使用相同頻率的小區(qū)之間的最小距離。頻率復用的最小距離取決于許多因素，比如中心小區(qū)周圍鄰小區(qū)數(shù)目、地形地貌類型、每個小區(qū)基站天線高度、發(fā)射功率、調制方式及所要求的可靠通信概率等等。下面我們討論規(guī)則六邊形蜂窩小區(qū)的頻率復用距離。相鄰無線區(qū)簇內任意兩個同頻復用區(qū)中心距離應該相等。

圖2.2-1 無線簇的組成
如圖2.2-1 所示，i, j為兩個參量。從某一個小區(qū)出發(fā)，對這兩個參量取不同的值(不能同時為0)，可以到達任何一個小區(qū)。由圖中的三角形關系可以得到兩個同頻復用區(qū)的距離 為：

遵循此分布的無線簇含有的基站數(shù)目 為：

設相鄰兩個基站區(qū)的中心距離為1，基站區(qū)半徑為R，則有：

定義 為同頻復用距離保護系數(shù)，或稱為同信道干擾衰減因子：

從理論上說，簇數(shù)N應該大一些，那么復用距離就大，但是可以分配的頻點數(shù)目是一定的，那么就會產(chǎn)生矛盾�，F(xiàn)在面臨的問題是，在滿足系統(tǒng)性能的條件下，如何獲得一個最小的N值。解決該問題必須估算同頻干擾，并且選擇最小的頻率復用距離D以減小同頻干擾。
上述頻率復用距離的計算僅僅是根據(jù)規(guī)則六邊形蜂窩的幾何特性來確定的。若考慮傳播特性和目標載干比，頻率復用距離如下圖所示：




假設基站A和A’使用相同的頻點，移動臺m處于小區(qū)邊緣時接受到的有用信號最小，也即載干比最小。如果m點移動臺接收機的有用信號與同頻干擾之比等于目標載干比，則A和A’之間的距離即為頻率復用距離D。
設服務區(qū)基站和干擾區(qū)基站的發(fā)射功率相同，而且傳播路徑衰減指數(shù)為 ，則m點移動臺接收到的有用信號為 ，于是載干比為：

設目標載干比為CIR，則 ，即頻率復用距離 。對于K個干擾源，上式為：

或者以對數(shù)表示為：

則頻率復用距離為

2.2.3 同頻復用比
為了減小復用距離D，必須充分降低設備的發(fā)射功率。通過調整移動臺和基站的功率使C/I保持不變。但是D/r的最小值取決于系統(tǒng)可以接受的最低C/I值。比值Q＝D/R稱為同頻復用比。該量是傳輸質量和話務量的一種表示，該比值越大，潛在的干擾電平越低。
當然，上面的公式推到屬于通用模型，針對于TD－SCDMA系統(tǒng)，C/I的計算比較復雜，有興趣可以參考TD干擾分析的相關文檔
2.3 頻率規(guī)劃的定義和方法
頻率規(guī)劃是指在建網(wǎng)過程中，根據(jù)某地區(qū)的話務量分布分配相應的頻率資源，以實現(xiàn)有效覆蓋。
1、基站站型的確定
基站的站型是進行頻率規(guī)劃的前提。根據(jù)話務量A和阻塞率E，查詢相應的表就可以得出某小區(qū)需要配置的頻點個數(shù)n。
2、確定各基站小區(qū)的規(guī)劃優(yōu)先級和可用頻點的優(yōu)先級
小區(qū)的規(guī)劃優(yōu)先級越高，該小區(qū)的規(guī)劃順序就越提前；頻點的優(yōu)先級越高就說明該頻點分配在某小區(qū)可能產(chǎn)生的干擾越小。不同的頻點分配在不同的小區(qū)可能產(chǎn)生的干擾是不同的，如果一個小區(qū)被優(yōu)先分配頻點，其它小區(qū)還沒有進行頻率的配置，那么它在規(guī)劃的時候就可以在較多的優(yōu)先級比較高的頻率范圍內選擇頻點；而如果一個小區(qū)優(yōu)先級較低，在對該小區(qū)進行頻率規(guī)劃的時候，大部分小區(qū)已經(jīng)分配了頻點，頻率資源大部分被占用了，就只能在較少的優(yōu)先級比較高的頻點中進行選擇了。
一般來說，在對一個地區(qū)進行頻率規(guī)劃的時候，在市中心地區(qū)話務量比較大，基站比較密集，基站的覆蓋面積比較小，鄰區(qū)卻比較多，這些小區(qū)的規(guī)劃順序就比較前。而在郊區(qū)，由于話務量密度較小，基站較少，基站的覆蓋面積比較大，這些小區(qū)的規(guī)劃順序就比較后。頻點優(yōu)先級的確定是隨當前小區(qū)和相鄰小區(qū)的頻率配置而變化的，一般情況下，可選頻點的優(yōu)先級根據(jù)當前小區(qū)所屬基站的頻率配置、不同基站相鄰小區(qū)的頻率設置以及頻率間隔要求等因素來確定。同一個頻點在不同小區(qū)上計算出來的優(yōu)先級是不同的，一個頻點在某小區(qū)的優(yōu)先級越高意味著該頻點在該小區(qū)上可能產(chǎn)生的同鄰頻干擾越小，在進行頻率配置的時候總是選擇優(yōu)先級最高的頻點作為當前小區(qū)的頻點配置。
2.4 N頻點組網(wǎng)下的頻點規(guī)劃
目前在TD－SCDMA中采用5M N頻點的組網(wǎng)方式是許多廠家大力推崇的方案。在5M帶寬內有3個頻點，每個小區(qū)配置一個主載波和兩個輔載波，這3個載波是異頻的。系統(tǒng)廣播消息只在主載波下發(fā)，輔載波只在業(yè)務信道。這樣與單載波小區(qū)相比，提高了系統(tǒng)容量，與多小區(qū)相比，降低了廣播信道的干擾水平。因此我們在做頻率規(guī)劃的時候只要考慮盡量避免主載波異頻就可以了，這與單載波的規(guī)劃是相同的。需要注意的是，從我司設備性能（放大器的帶寬）的角度考慮，盡量從f1f2f3、f4f5f6、f7f8f9這3組頻率中取一組使用。








第3章 擾碼規(guī)劃原理
 知識點
 復合碼的相關性
 擾碼規(guī)劃的原則
 擾碼規(guī)劃的步驟
3.1 TD－SCDMA碼資源
在3GPP規(guī)范中，SYNC-DL，SYNC-UL、擾碼和Midamble碼這幾種碼都是直接以碼片速率給出的，不需要進行擴頻，此外，這幾種碼在不同的鄰近小區(qū)有不同的配置，因而也不需要進行加擾。所有這些碼的碼本都能在規(guī)范中查到，不需要任何生成過程。
3.1.1 上/下行同步碼
假設碼的實數(shù)序列為：s = (s1, s2, s3, …si,… sK,)
K表示碼長，且
復數(shù)化處理就是用下面的關系式作用于實值序列s中的每個元素，經(jīng)過該處理后，復數(shù)序列s＝(s1, s2, s3, …si,… sK,)中的元素虛實交替。
si = (j)i . sisi∈{1,-1}i =1,2,…K
3.1.2 中間訓練碼
3GPP標準為一個TD-SCDMA小區(qū)配置4個基本的Midamble碼。一般僅使用其中的1個，其余3個保留。同時隙不同信道所使用的Midamble碼都由此基本碼經(jīng)循環(huán)移位而產(chǎn)生，可查閱3GPP TS25.221找到128個基本的Midamble碼本。
同時隙內不同用戶使用的Midamble碼的產(chǎn)生過程如下：
假設某個基本Midamble碼的二進制形式可以寫成矢量形式：
mp = (m1, m2, m3, …mi,… mp)
為了從長度P為128的矢量mp中得到可用的Midamble碼，將mp的長度周期性地擴展到最大值：imax=Lm+(K-1)W；
Lm：Midamble碼的長度，TD-SCDMA系統(tǒng)固定長度為144；
K：一個時隙中可用的Midamble碼的最大數(shù)目，取值范圍可以為2、4、…16，具體值由系統(tǒng)信息廣播或連接建立時由網(wǎng)絡給定；
W：定義為P/K，用來描述無線信道沖激響應的窗口長度（chip）；
最后得到長度為為imax的矢量：m = (m1, m2, m3, …mi,… mimax)
3.1.3 擴頻碼
TD-SCDMA采用的擴頻碼屬于OVSF碼，碼樹如下：

圖3.1.1 OVSF碼碼樹
碼的使用有一個要求：當一個碼已經(jīng)在一個時隙上采用，則其父系上的碼和下級碼樹路徑上的碼就不能在同一時隙中使用。同時為了降低多碼傳輸時的峰平比，對每個信道化碼都對應一個相位系數(shù) [1]。
一個發(fā)射機可以在同一時隙、同一頻率上發(fā)射多個突發(fā)以對應同一時隙中的不同信道，不同的信道使用不同的OVSF信道化碼來實現(xiàn)物理信道的劃分。
3.1.4 擾碼
數(shù)據(jù)經(jīng)過擴頻處理后，還要進行擾碼處理。信道化處理標識了用戶，而擾碼處理則標識了小區(qū)。TD采用固定長度為16的復擾碼對數(shù)據(jù)符號進行加擾處。擾碼序列表示為V＝(v1, v2, v3, …vi,… v16)，其中vi（i＝1，…16）取值范圍為{1,-1,j,-j}，擴頻碼和擾碼的處理過程：
圖3.1.2 擴頻和加擾過程

圖3.1.3 擴頻和加擾實例
從上面的例子我們可以看到，實際在空口傳輸?shù)男盘柺菙_碼和信道化碼的乘積。雖然擾碼和信道化碼各自的正交性很好，但是他們的乘積正交性的好壞就有差異。因此我們實際需要考慮的是復合碼的相關性，也就是對復合碼進行規(guī)劃。另外還需要考慮復合碼的延時相關性。
3.2 擾碼規(guī)劃基本方法
3.2.1 復合碼的自身差異
每個擾碼與信道化碼相乘以后得到的復合碼，如果這些復合碼之間的正交性不好，就會導致用戶數(shù)如果比較多的時候，基站發(fā)射功率不斷抬升，最終導致掉話。因此我們首先有必要分析一下每個擾碼和信道化碼相乘得到的復合碼之間的相關性。下面用63和33兩個擾碼進行仿真分析。
仿真方法：
只考慮語音用戶的復合擴頻碼間的互相關特性。假設同步控制算法能夠確保各個UE到達基站的時間差在（＋、－）1－4 chip內，統(tǒng)計復合擴頻碼兩兩延時相關值的分布情況
仿真結果：1）（＋、－）1 chip 2）（＋、－）4 chip


從仿真的結果來看，33號碼的相關特性要好于63號擾碼；進一步發(fā)現(xiàn)，所有128個擾碼組成的復合擴頻碼相關特性共有6種不同的分布，33號和63號分別屬于較好、較差的一種分布。因此有必要對擾碼自相關延時特性、擾碼互相關延時特性、擾碼互相關延時特性的鄰碼字數(shù)量進行權衡，對擾碼綜合性能進行分組。
3.2.2 擾碼規(guī)劃的原則
簡單一句話：擾碼規(guī)劃就是不將相關性很強的碼分配在交疊的相鄰小區(qū)或扇區(qū)。因此擾碼規(guī)劃的輸入就是網(wǎng)絡的鄰小區(qū)關系。例如給一個小區(qū)分配擾碼R，那么與該小區(qū)有鄰區(qū)關系的小區(qū)就不能分配與R相關性好的碼。因此，可以這么說，目前擾碼規(guī)劃的算法實現(xiàn)完全依賴于鄰小區(qū)關系。
3.2.3 計算擾碼之間的相關特性
（1）每個小區(qū)中，擾碼和OVSF構成24種復合擴頻碼，兩個小區(qū)間兩兩組合共有576對；
（2）計算每對復合擴頻碼的延時相關特性，時延范圍設定為（－4，＋4）chip，功率為1：1；
（3）按照一定加權方式計算每對復合擴頻碼的加權相關特性；
（4）按照一定加權方式計算576對復合擴頻碼的相關特性，作為兩個小區(qū)間的擾碼相關值。
3.2.4 擾碼分配準則
第i個小區(qū)碼字的選取規(guī)則，同時滿足如下條件：
（1）與在第i個小區(qū)的鄰小區(qū)集合中已分配碼字相關性小；
（2）與以第i個小區(qū)為中心的一定復用距離內的小區(qū)中已分配的碼不同；
（3）與以第i個小區(qū)為中心的一定復用距離內的鄰小區(qū)中已分配的碼不在同一擾碼