TD-SCDMA技術對無線網絡規(guī)劃的影響

　　【摘要】文章通過分析TD-SCDMA系統(tǒng)中與無線網絡規(guī)劃相關的關鍵技術特點，討論了TD-SCDMA系統(tǒng)無線網絡覆蓋、容量規(guī)劃及同頻、異頻組網需要研究的問題。通過合理的無線網絡規(guī)劃，可以有效地保障快速穩(wěn)定的無線網絡建設。隨著預商用實驗網的建設和技術的不斷進步，TD-SCDMA系統(tǒng)能夠更好地立足于未來3G市場。

　　1 引言

　　TD-SCDMA作為目前我國可能采用的3G標準中唯一的TDD雙工方式標準，上下行使用同樣的載頻無需成對頻段，容易獲得頻率資源，其目標是要建立一個具有高頻譜效率和高經濟效益的先進移動通信系統(tǒng)。因此，TD-SCDMA綜合了FDMA、TDMA、CDMA和TDD模式下的智能天線、聯(lián)合檢測、動態(tài)信道分配等先進技術，期望提供業(yè)務和無線資源的最佳適配，提高頻率效率0。

　　然而，TD-SCDMA系統(tǒng)融合了以上多種技術的主要原因在于從最大程度上減少TDD系統(tǒng)本身帶來的系統(tǒng)內部干擾(在無線網側包括基站與基站間，基站與用戶間，用戶與用戶間，用戶與基站間的干擾)，采用上述多種先進算法的結果造成TD-SCDMA系統(tǒng)中基站處理算法比較復雜，因此目前系統(tǒng)商用化進程不足，技術上還需要進一步的完善。

　　根據目前TD-SCDMA實驗網絡的測試結果，2006年春節(jié)前夕，信息產業(yè)部正式將TD-SCDMA列為我國通信行業(yè)標準，這意味著這一標準技術方案已經成熟，同時，業(yè)界傳聞已久的3G預商用也有望于春節(jié)后開始搭建，可以看出，從國家層面，政府已經堅定了支持TD-SCDMA的決心錯誤！未找到引用源。。

　　為了保證TD-SCDMA獨立組網時無線網絡的穩(wěn)健性，需要根據TD-SCDMA技術的發(fā)展現(xiàn)狀，針對其技術本身的關鍵技術特點分析無線網絡規(guī)劃中必須考慮的問題。本文通過對TD-SCDMA系統(tǒng)中關鍵技術特點進行的分析，研究了無線網絡規(guī)劃中關鍵技術特點與網絡覆蓋、容量和頻率資源等因素的相關性。

　　2 TD-SCDMA關鍵技術分析

　　2.1智能天線與聯(lián)合檢測

　　(1)智能天線優(yōu)缺點分析

　　由于TD-SCDMA系統(tǒng)采用TDD雙工方式，上、下行鏈路使用相同頻率傳輸信號，且間隔時間短，因此上下行鏈路無線傳播環(huán)境差異不大，可以有效的使用智能天線技術。

　　智能天線基本思想是，天線以多個高增益窄波束動態(tài)地跟蹤多個期望用戶，在接收模式下，來自窄波束之外的信號被抑制，在發(fā)射模式下，能使期望用戶接收的信號功率最大，同時使窄波束照射范圍以外的非期望用戶受到的干擾最��；智能天線是利用用戶空間位置的不同來區(qū)分不同用戶，在相同時隙、相同頻率或相同地址碼的情況下，仍然可以根據信號不同的空間傳播路徑而區(qū)分。

　　因此智能天線的主要優(yōu)點在于從空間上抑止干擾和噪聲，在鏈路預算上帶來了賦型增益，改善系統(tǒng)覆蓋、容量等各方面的效果。

　　但是智能天線的主要缺點在于兩個方面：

　　◆由于一個碼片時間外多徑時延引起的干擾：當不同多徑時延信號進入主波束波瓣范圍內，且功率相當時，多徑信號將是強干擾，智能天線技術無法克服。

　　◆用戶高速移動時，在時速為100km/h時，多普勒頻移接近200Hz，移動信道相干時間為5ms左右，和一個TD-SCDMA子幀持續(xù)時間相同。因此，當移動速度進一步增加時，由于移動信道的時變性增強，智能天線上下行波束轉換時，由于用戶快速移動造成的波達角估計誤差會影響智能天線的算法性能。

　　(2)聯(lián)合檢測算法優(yōu)缺點分析

　　由于TD-SCDMA擴頻增益較小，為了進一步解決智能天線主波束內多用戶干擾問題及不能克服多徑時延干擾的問題，TD-SCDMA引入了聯(lián)合檢測算法。

　　聯(lián)合檢測算法的核心是利用智能天線空域濾波的結果以及小區(qū)內用戶的已知信息、信號估計的結果對小區(qū)內所有用戶數(shù)據進行聯(lián)合檢測，得到多個用戶數(shù)據信息，從而提取有用用戶信息，并利用所有用戶的信道化碼和信道信息，消除符號間干擾(ISI)和用戶間多址干擾(MAI)，從而達到提高用戶信號質量的目的。因此，從降低干擾的角度來看，聯(lián)合檢測具有提高系統(tǒng)容量、覆蓋范圍，減小呼吸效應、遠近效應等優(yōu)點。

　　從理論上說，聯(lián)合檢測算法能夠有效的消除符號間干擾和用戶間干擾，但是，聯(lián)合檢測的最大缺點在于其運算量較大，隨著用戶數(shù)目的增加，系統(tǒng)處理能力需要指數(shù)級提高，因此，目前聯(lián)合檢測僅僅支持本小區(qū)內的多用戶檢測，對鄰小區(qū)的同頻干擾無法克服。

　　(3)同頻干擾對系統(tǒng)性能的影響

　　通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，只有同時利用智能天線和聯(lián)合檢測技術，才能夠有效的克服多徑干擾和多用戶干擾的問題。

　　但是，由于聯(lián)合檢測算法復雜度較高，目前聯(lián)合檢測技術不能支持鄰小區(qū)多用戶檢測，難以克服同頻鄰小區(qū)的干擾。

　　在一般城區(qū)中，出現(xiàn)同頻小區(qū)重疊覆蓋是比較普遍的情況，當同頻鄰小區(qū)干擾信號進入智能天線波束主瓣寬度內時，干擾不能消除；極端情況下，當兩小區(qū)智能天線波束同時指向切換區(qū)域內用戶時，干擾程度較高，容易引起掉話和切換失敗。

　　因此，隨著同頻鄰小區(qū)干擾的增加，智能天線＋聯(lián)合檢測接收機性能不斷下降，同頻干擾的程度將直接影響網絡性能。在進行無線網絡規(guī)劃時，需要考慮采用有效的方式減少同頻干擾對系統(tǒng)造成的影響。

　　2.2 可變切換點分配

　　TD-SCDMA采用了可變切換點技術，能夠更好的對非對稱業(yè)務進行適配，提高頻譜利用率。

　　由于全網初期肯定是以語音業(yè)務為主，數(shù)據業(yè)務比例很小，對語音業(yè)務來說，需要的是上下行對稱切換點分配，因此，全網主要是以上下行時隙為3:3的對稱切換點分配方式進行組網。

　　隨著網絡的發(fā)展，出現(xiàn)了某些數(shù)據業(yè)務需求量較大的地區(qū)，此時如果要在該區(qū)域進行非對稱切換點分配方式組網，需要考慮以下問題：

　　(1)語音信道數(shù)目由此減少，如果語音信道不足，只有通過增加載頻方式進行擴容，在該區(qū)域內需要詳細規(guī)劃能夠支持的語音載扇數(shù)目。

　　(2)非對稱和對稱兩種小區(qū)的切換區(qū)域需要詳細規(guī)劃，避免上下行業(yè)務互相干擾的情況。

　　(3)為了有效的進行非對稱切換點分配方式組網，應考慮使用單獨載頻專門支持該方式組網。然而，對同小區(qū)內多載頻組網情況，由于目前同一基站的不同載頻之間只能采用相同時隙結構配置，因此，采用單獨載頻支持非對稱分配方式需要考慮采用不同的天饋系統(tǒng)。

　　2.3 動態(tài)信道分配

　　TD-SCDMA系統(tǒng)采用了動態(tài)信道分配(DCA)技術，在終端接入和鏈路持續(xù)期間，根據小區(qū)之間和本小區(qū)內的干擾情況，進行信道的分配和調整，可以有效分配空、時、頻、碼分信道資源。從DCA的技術特點來看，DCA的實現(xiàn)需要根據干擾情況，利用剩余的信道資源進行信道分配，因此DCA技術可以看作TD-SCDMA系統(tǒng)的抗干擾措施。

　　在實際通信網絡中，如果出現(xiàn)信道資源不足情況，DCA將不能有效發(fā)揮作用，因此需要在網絡規(guī)劃時根據廠商設備情況，綜合考慮系統(tǒng)容量與DCA之間的關系。

　　3 TD-SCDMA無線網絡規(guī)劃中的問題

　　通過對TD-SCDMA系統(tǒng)關鍵技術的分析，需要根據其技術特點研究無線網絡規(guī)劃中必須考慮的問題。

　　3.1 覆蓋規(guī)劃

　　與WCDMA技術相比，由于TD-SCDMA的碼片速率比WCDMA低，所以其擴頻增益較低，但TD-SCDMA通過引入智能天線和聯(lián)合檢測帶來了賦形增益和干擾抑制，理論上可以認為其覆蓋不會象WCDMA那樣受負荷影響明顯。根據目前實驗網的測試結果，TD-SCDMA的覆蓋和WCDMA是基本一致的。

　　但是，在覆蓋規(guī)劃中，還需要考慮下述問題：

　　(1)智能天線賦型增益的取值需要進一步通過商用實驗網的驗證；

　　(2)由于對不同業(yè)務需要的信噪比Eb/No要求不同，不同廠商實現(xiàn)參數(shù)也利用需要商用實驗網的結果。

　　因此，對TD-SCDMA的網絡覆蓋目前可以參考WCDMA覆蓋的結果，并進一步根據未來商用實驗網的測試結果確定不同區(qū)域類型下系統(tǒng)的覆蓋范圍。

　　3.2 容量規(guī)劃

　　TD-SCDMA系統(tǒng)容量規(guī)劃需要結合關鍵技術特點進行。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，不同速率業(yè)務的承載是通過資源單元(RU)來計算的，一個時隙中一個擴頻因子為16的碼道為一個RU，根據協(xié)議典型速率承載的實現(xiàn)配置，對于語音12.2kbps業(yè)務單向需要占用的資源單元數(shù)量為2，對于其它業(yè)務64kb/s、144kb/s、384kb/s、2Mb/s占用的資源單元數(shù)量分別為8、16、40、80，而一個5ms子幀TS1：TS6六個時隙上下行總共可以提供96個資源單元RU。

　　由于TD-SCDMA引入智能天線和聯(lián)合檢測后基本上是碼資源受限，因此在對TD-SCDMA容量規(guī)劃過程中的主要問題在于需要根據不同的時隙配置可提供的上下行資源單元數(shù)量進行系統(tǒng)可以提供的容量的計算。其中，需要根據3G業(yè)務模型的情況，進行不同業(yè)務對資源單元RU的需求比例的折算，并通過對不同區(qū)域中需求業(yè)務量的情況分析，最后進行該區(qū)域中基站所需容量能力計算。

　　3.3 同頻及異頻組網規(guī)劃

　　通過對TD-SCDMA系統(tǒng)中同頻干擾對系統(tǒng)性能的影響可以看出，目前系統(tǒng)組網的最大問題在于相鄰小區(qū)間的同頻干擾，為了減少同頻干擾的影響，需要對組網策略中存在問題進行分析。

　　(1)同頻組網

　　如果全網采用同頻組網，同頻干擾將是嚴重影響系統(tǒng)性能的因素。從系統(tǒng)容量的角度考慮，如果對每時隙都進行滿碼道(最大碼道數(shù)=8)規(guī)劃，可以在容量上最大程度滿足系統(tǒng)的需求。但是，由于目前在技術上還不能實現(xiàn)鄰小區(qū)聯(lián)合檢測，如果在兩相鄰同頻小區(qū)間存在大量用戶，兩相鄰小區(qū)智能天線波束方向都指向同一區(qū)域，此時會引起嚴重鄰小區(qū)干擾，聯(lián)合檢測算法不能解決同頻干擾問題，DCA算法也沒有可以利用的信道資源進行信道分配，造成系統(tǒng)性能惡化。

　　為了減少同頻干擾的影響，一個有效的解決方案就是在系統(tǒng)容量規(guī)劃時考慮一定的裕量，對每時隙不進行滿碼道規(guī)劃(如最大碼道數(shù)=6)，雖然該方案減少了基站的單載扇容量，但是可以通過增加載頻的方式滿足系統(tǒng)容量要求，同時由于存在預留信道資源，可以有效的利用DCA的優(yōu)點，在一定程度上緩解同頻干擾對系統(tǒng)性能造成的影響。該方案是以損失部分容量為代價得到系統(tǒng)性能的改善，規(guī)劃中的裕量的取定數(shù)目和系統(tǒng)同頻干擾程度有關。因此，同頻干擾在同頻組網中對系統(tǒng)容量的影響還需要通過商用實驗網的測試結果進一步分析，并確定合理的同頻組網方案。

　　(2)異頻組網

　　如果考慮同頻組網風險較大，可以采用更加保守的異頻組網方案。采用異頻組網可以有效的減少鄰小區(qū)同頻干擾的影響，并進行滿碼道系統(tǒng)容量規(guī)劃。

　　進行異頻組網時，需要根據可以利用的系統(tǒng)頻率資源，研究一種適應現(xiàn)狀的頻率復用方案，既能滿足不同業(yè)務需要的載干比要求，也能夠保證有效的利用現(xiàn)有頻率資源。因此，需要重點研究核心頻段的15MHz內的9個頻點上的頻率規(guī)劃方案。采用異頻組網，雖然能夠有效的降低同頻鄰小區(qū)干擾的影響，但是頻譜利用率卻低于同頻組網，在網絡發(fā)展初期，用戶較少，異頻組網可以滿足系統(tǒng)需要，隨著網絡用戶增加，系統(tǒng)容量需求提高，核心頻段的9個頻點很有可能不能滿足未來容量的需求，因此網絡擴容時一方面利用可擴展頻段的頻率資源進行異頻組網，同時開始考慮異頻組網向同頻組網發(fā)展的方案。在網絡發(fā)展遠期，異頻組網應通過合理的方式過渡到同頻組網。

　　(3)小結

　　從頻譜利用率的角度來看，同頻組網是最優(yōu)的方案，同頻組網是TD-SCDMA網絡發(fā)展的最終目標，但是由于TD-SCDMA系統(tǒng)難以解決鄰小區(qū)同頻干擾問題，同頻組網需要損失一定的容量換取性能的改善；異頻組網能夠有效減少鄰小區(qū)同頻干擾的影響，改善系統(tǒng)性能，但是由于頻譜利用率較低，需要更多的頻率資源，可以滿足網絡初期發(fā)展的需要，隨著網絡的發(fā)展，異頻組網逐步發(fā)展到同頻組網。未來采用何種組網方案，還需要利用預商用網的測試結果指導方案選擇。

　　4 結束語

　　通過對TD-SCDMA系統(tǒng)關鍵技術的分析，本文討論了這些關鍵技術對TD-SCDMA系統(tǒng)無線網絡規(guī)劃的影響，在下一步的研究中，還將詳細闡述TD-SCDMA無線網絡規(guī)劃方案的細節(jié)。

　　雖然目前TD-SCDMA系統(tǒng)商用化進程不足，但是隨著TD-SCDMA預商用網的建設和對系統(tǒng)的詳細測試，可以進一步調整和解決技術上的問題。同時，通過合理的網絡規(guī)劃，可以有效的規(guī)避無線網絡建設的風險，隨著TD-SCDMA技術和網絡的不斷發(fā)展，相信TD-SCDMA產業(yè)能夠在未來中國3G市場上獲得蓬勃發(fā)展，增強國人自主開發(fā)高科技產業(yè)的信心。

　　參考文獻

　　【1】謝顯中，TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)技術與實現(xiàn). 北京：電子工業(yè)出版社，2004 ★

　　【作者簡介】

　　宋立軍：2005年畢業(yè)于電子科技科學通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，獲博士學位，現(xiàn)為四川通信科研規(guī)劃設計有限責任公司無線咨詢設計部技術主管，目前從事移動通信網絡的規(guī)劃和研究工作。

　　王 卓：2005年畢業(yè)于電子科技科學通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)為四川通信科研規(guī)劃設計有限責任公司無線咨詢設計部二級咨詢師，目前從事移動通信網絡的規(guī)劃和研究工作。

　　余順勇：2004年畢業(yè)于北京郵電大學通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)為四川通信科研規(guī)劃設計有限責任公司無線咨詢設計部一級咨詢師，目前從事移動通信網絡的規(guī)劃和研究工作。

　　毛定軍：2004年畢業(yè)于北京郵電大學，獲碩士學位�，F(xiàn)就職于四川通信科研規(guī)劃設計公司技術管理部，任技術管理，主要從事無線網絡的規(guī)劃工作及大型項目管理。

　　凌宗義：1985年畢業(yè)于北京郵電大學，現(xiàn)為四川通信科研規(guī)劃設計有限責任公司網絡規(guī)劃研究部高級工程師，目前從事電信通信網絡的總體規(guī)劃和研究工作。