TD-SCDMA基站功放容量估算的探討

1  引言

自2007年TD-SCDMA試驗網(wǎng)擴(kuò)大至8城市至今，TD-SCDMA已經(jīng)在全國展開部署，并由中國移動正式商運營。一個移動通信網(wǎng)絡(luò)的成功商用部署需要產(chǎn)品支持、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、工程建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和市場策略幾個主要部分，其中產(chǎn)品規(guī)格性能與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃密切相關(guān)，產(chǎn)品規(guī)格性能包括尺寸、重量、功耗、功放容量、射頻指標(biāo)、接口類型、防護(hù)等級等，這些規(guī)格指標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)，也是網(wǎng)絡(luò)成功商用部署基礎(chǔ)。在這些規(guī)格指標(biāo)中，功放容量是個關(guān)鍵指標(biāo)，關(guān)系著網(wǎng)絡(luò)的覆蓋與容量設(shè)計，以及未來是否能夠平滑地引入新的業(yè)務(wù)。

2  功放容量估算的基本原則

功放容量即基站的最大發(fā)射功率，決定著基站的覆蓋距離和能夠承載的用戶容量�；�站規(guī)格設(shè)計中，功放容量的規(guī)格以估算業(yè)務(wù)功率開銷作為參考確定。如不考慮各種限制因素，功放容量無須估算，按照技術(shù)實現(xiàn)能力，當(dāng)然越大越好，不會造成使用上的限制。但在實際使用中，因為話務(wù)負(fù)荷的高低和分布的不均勻性，基站安裝條件的限制和對能耗的要求等因素，過大的功放容量將導(dǎo)致資源的浪費和龐大的體積等，不利于網(wǎng)絡(luò)的部署和運營。因此，研究功放容量估算原則的目的是為了得到滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量等組網(wǎng)條件下最低的功率開銷需求。

不同制式的移動通信系統(tǒng)，因無線接入技術(shù)和功放技術(shù)的不同，估算功率開銷時考慮的因素也不同。其中，覆蓋和容量是任何制式的移動通信基站在制定其發(fā)射功率容量時必須考慮的因素，是功率開銷估算時必須考慮的基本原則。

GSM系統(tǒng)是基于頻分多址（FDMA）和時分多址（TDMA）方式的無線接入系統(tǒng)，任一時刻，一個載波上僅有一個用戶占用。在不考慮多載波功放技術(shù)（MCPA）的前提下，GSM每個載波對應(yīng)一個功放單元，任一時刻載波上的功率資源始終是某個用戶專用的。因此，GSM基站的功放容量的大小與用戶容量和載波數(shù)量無關(guān)，而僅與覆蓋相關(guān)。在多載波功放技術(shù)引入后，GSM基站的功放容量的需求與載波數(shù)量相關(guān)。

CDMA系統(tǒng)是基于FDMA和碼分多址(CDMA)的無線通信系統(tǒng)，其無線接入是在頻分多址的基礎(chǔ)上再碼分多址，同一載波上的用戶通過分配不同的碼字區(qū)別，所有用戶共享該載波的下行功率資源以及上行的干擾，由于碼字之間不可能100%正交，因此CDMA系統(tǒng)是個自干擾系統(tǒng)�；�于上述特點，任一時刻某個用戶所分配的功率不僅與該用戶所處位置相關(guān)，也與其他用戶產(chǎn)生的干擾相關(guān)，同時功放容量并不是某個用戶獨有，而是與其他用戶共同享有，所以CDMA功放容量的確定不僅要考慮覆蓋，還要考慮容量。

3G系統(tǒng)相比上述2G系統(tǒng)，在功放容量的規(guī)劃設(shè)計中除了需要考慮覆蓋和容量之外，還需要考慮3G新業(yè)務(wù)和新技術(shù)的引入對功率的需求。

3  TD-SCDMA系統(tǒng)的技術(shù)特點

如圖1所示，TD-SCDMA 系統(tǒng)是基于頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)的多種尋址技術(shù)有機結(jié)合的無線接入系統(tǒng)。

圖1  TD-SCDMA多址方式示意圖

TD-SCDMA系統(tǒng)的載頻帶寬是1.6MHz，碼片速率是1.28Mcps，規(guī)劃的頻段為A頻段（1880~1920MHz），B頻段（2010~2025MHz）和C頻段（2300~2400MHz）。目前，分配可用的頻段為20MHz A頻段（1880~1900MHz），整個B頻段和50MHz的C頻段（2320~2370MHz）。由分配的頻段和TD-SCDMA載頻帶寬可知，TD-SCDMA是個多載波的系統(tǒng)，系統(tǒng)通過載波的增加來擴(kuò)展帶寬和容量，這是系統(tǒng)的FDMA特點。

TD-SCDMA的幀長是10ms，分為2個5ms的無線子幀，每個子幀6400chip。如圖2所示，每個子幀中有7個主時隙和3個特殊時隙。主時隙的TS0作為下行時隙，承載PCCPCH，SCCPCH，PICH等公共控制信道。迄今，僅主載波的主時隙TS0被用來承載公共控制信道，其他輔載波的主時隙TS0并未使用。剩余的6個主時隙作為業(yè)務(wù)承載時隙，如果上行和下行按照2:4時隙配比，則TS1，TS2為上行時隙，TS3，TS4，TS5和TS6為下行時隙。時隙TS3為上下行時隙的轉(zhuǎn)換點。3個特殊時隙分別為DwPts，GP和UpPts。DwPts是下行同步時隙，GP是上行和下行的保護(hù)時隙，UpPts是上行同步時隙�；�于上述，對于功放容量需求的估算，就覆蓋而言，不僅需要考慮滿足覆蓋要求時的業(yè)務(wù)的功率需求，也要考慮滿足覆蓋要求時控制信道所在的主載波TS0時隙的功率需求。這點與其他系統(tǒng)不同。

圖2  TD-SCDMA無線幀結(jié)構(gòu)示意圖

就容量而言，TD-SCDMA因采用智能天線和聯(lián)合檢測算法，可以在某種程度上消除大部分小區(qū)內(nèi)的自干擾，小區(qū)間干擾控制在一定程度之下，使得TD-SCDMA的容量限制表現(xiàn)為碼道受限。容量達(dá)到碼道限制時，一對上下行時隙能夠承載8個CS12.2，或者2個PS64，或者2個CS64，或者1個PS128業(yè)務(wù)。TD-SCDMA本身也具備CDMA系統(tǒng)的特點，加之TD-SCDMA采用時分尋址和頻分多址的技術(shù)，功放容量應(yīng)支持多載波下占用同一下行時隙的所有用戶的功率開銷要求。從達(dá)到碼道限制情況下的每時隙的容量看，對于某些TD-SCDMA業(yè)務(wù)，如PS128或者PS384，甚至是PS64和CS64，滿足其覆蓋所需要的功率開銷基本也能滿足其容量所需要的功率開銷，使用此類業(yè)務(wù)情況下的功放容量與其分布位置的相關(guān)性較差。但對于CS12.2這樣的業(yè)務(wù)，每個時隙承載8個用戶，如果按照覆蓋的標(biāo)準(zhǔn)推算其滿容量下的功放容量需求，即相當(dāng)于將8個用戶置于小區(qū)邊緣，功放容量顯然被高估了，因為在真實網(wǎng)絡(luò)中，一個小區(qū)某個載波上某時隙的所有用戶都處于小區(qū)邊緣的可能性很小，也就是說，有用戶處于小區(qū)邊緣，但也有部分用戶處于小區(qū)內(nèi)。對于此類業(yè)務(wù)，功率消耗與用戶的位置分布的相關(guān)性很大。

在功放容量需求的估算中，不能忽視功率控制的影響。功率控制在CDMA系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，TD-SCDMA的功率控制與其他CDMA系統(tǒng)一樣，也分為內(nèi)環(huán)，外環(huán)和開環(huán)功控。其中開環(huán)功控決定用戶初始接入的期望發(fā)射功率的大小，外環(huán)功控調(diào)整目標(biāo)SIR，作為內(nèi)環(huán)功控的參考。內(nèi)環(huán)功率控制根據(jù)估計的SIR與目標(biāo)SIR的關(guān)系，決定基站或者終端發(fā)射功率的升高或者降低。內(nèi)環(huán)功率控制的速度200次/s，內(nèi)環(huán)功控的步長為1dB，2dB和3dB。根據(jù)功控的特點，應(yīng)在估算出的功放容量的最大基礎(chǔ)上，考慮一定量的功放余量，以降低高負(fù)荷下因功率的調(diào)整導(dǎo)致總的發(fā)射功率超過功放容量的概率。

作為第三代移動通信3G標(biāo)準(zhǔn)之一的TD-SCDMA，支持HSUPA，HSDPA，MBMS，HSPA+等各種新技術(shù)和未來技術(shù)演進(jìn)，功放容量需支持各種新技術(shù)在不同階段引入，以保證基站不會因為功率容量的限制而無法演進(jìn)或者即使演進(jìn)，也因功率容量小的問題而無法正常使用，影響網(wǎng)絡(luò)的性能。

除了覆蓋、容量、功控余量等因素之外，功放容量的估算還需要考慮載波數(shù)量的影響。因為載波的增加意味著容量的擴(kuò)大，對功放容量的需求必然增加。在多載波情況下，每個載波在實際網(wǎng)絡(luò)中消耗的功率可能相同也可能互不相同，與其承載的用戶數(shù)和位置分布相關(guān)。功放容量需能夠支撐各個載波功率消耗的和。但就功放容量估算而言，如果按照實際每個載波不同用戶數(shù)和分布情況排列組合去估算功率消耗的需求，則過于復(fù)雜。按照單載波能承載的最大容量估算功率的消耗，那么對多個載波而言，其最大需求的功放容量就是每個載波都承載了最大容量情況下的功率消耗的總和，其最低需求的功放容量是保證一個載波在承載最大容量情況下的功率消耗。因此，功放容量的估算應(yīng)以單載波為基準(zhǔn)，基于單載波功率消耗估算的基礎(chǔ)上，根據(jù)功率資源管理的策略—功率均分或者功率共享，進(jìn)一步估算多載波下的功放容量需求。