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TD-SCDMA无线网络设计
 
慧聪网   2005年2月28日17时28分   信息来源:泰尔网    

    张俊峰

    O、概述

    在2004年中国国际通信设备与技术展览会上,TD-SCDMA技术联盟的成员(普天集团、大唐电信、西门子-华为合资公司等)在其研发计划中都将完成产业化、商用、系统化的时间定在了2005年6月,波导预计在2005年推出TD-SCDMA商用手机。中国提出的3G标准TD-SCDMA已经拥有从系统到终端的完整产业链,其技术优势正在逐步显现。

  2004年11月召开的“3G在中国”全球峰会上,公布了TD-SCDMA第二阶段外场测试的结果,通过了3G专家组规定的测试项目。从外场试验的总体情况来看,TD-SCDMA的外场测试进程已经明显加快,功能业务上也有明显的进展,初步形成了多厂家参与的局面,已经进入到了更加实质化的产业化阶段。

  信息产业部电信研究院承担的3G模拟试验建设工程日前正式启动,这也是TD-SCDMA研究开发和产业化项目之一,建成的TD-SCDMA技术测试中心包括系统设备级的集成、联测、调试、IOT测试,以及与2G系统、3G的另外两种制式系统间的漫游测试,为TD-SCDMA的业务研发和验证提供高层应用平台,为TD-SCDMA系统和终端提供更为全面的技术验证。届时,必将会给TD-SCDMA的产业化创造出更加良好的研发和测试环境。

  发展TD-SCDMA将有利于促进我国经济的发展,带动我国电信业自身的发展。另外,TD-SCDMA能够为我国电信企业顺利实施技术标准战略,最终赢得国际竞争优势创造了良好的前提条件。同时,它对解决3G IPR问题具有促进作用。

  1、TD-SCDMA技术特点

  TD-SCDMA的技术特点主要表现在:

  时分双工:时分双工模式是TD-SCDMA与FDD系统的根本区别。工作在TDD模式下的TD-SCDMA系统在同一载波上进行上、下行链路传输,而不需要像FDD系统所必须的上、下行对称频谱。除了充分利用频率资源,极大地提高了频谱利用率以外,TDD模式的优势还在于系统可以根据不同的业务类型来灵活调整上、下行转换点,从而提供最佳的业务容量和频谱利用率。

  智能天线:智能天线系统由一组天线阵及相连的收发机和先进的数字信号处理算法构成。在发送端,智能天线根据接收到达的信号在天线阵上产生的相位差,提取出终端的位置信息,有效地产生多波束赋形,每个波束指向一个特定终端并自动地跟踪终端移动,从而有效地减少了同信道干扰,提高了下行容量。空间波束赋形的结果使得在保持小区覆盖不变的情况下,极大地降低总的射频发射功率,一方面改善了空间电磁环境,另一方面也降低了无线基站的成本。在接收端,智能天线通过空间选择分集,可大大提高接收灵敏度,减少不同位置同信道用户的干扰,有效合并多径分量,抵消多径衰落,提高上行容量。

  联合检测:联合检测技术即“多用户干扰”抑制技术,是消除和减轻多用户干扰的主要技术,它把所有用户的信号都当作有用信号处理,这样可充分利用用户信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息,从而大幅度降低多径多址干扰。与智能天线技术相结合,联合检测技术可获得更加理想的效果。

  上行同步:上行同步是指在上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步,它通过软件及物理层设计来实现,这样可以使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交,相互间不会产生多址干扰,克服了异步CDMA多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到达基站的时间不同,造成码道非正交所带来的干扰问题,提高了TD-SCDMA系统的容量和频谱利用率,还可以简化硬件电路,降低成本。

  动态信道分配:TD-SCDMA所采用的动态信道分配技术可实现在时域、空域和码域对无线的灵活配置。采用动态信道分配技术使得TD-SCDMA系统能够较好地避免干扰,使信道重用距离最小化,从而高效率地利用有限地无线资源,提高系统容量。此外,通过使用时域地动态信道分配,可以灵活分配时隙资源,动态地调整上、下行时隙的个数,从而灵活地支持对称和非对称的业务。

  频谱利用率高:TD-SCDMA采用TDD方式和CDMA和TDMA的多址技术,在传输中很容易针对不同类型的业务设置上、下行链路转换点,因而可以使总的频谱效率更高。TD-SCDMA对于解决我国目前面临的频谱资源日益短缺问题有很大的优势。

  频谱灵活性强:TD-SCDMA第三代移动通信系统频谱灵活性强,仅需单一1.6M的频带就可提供速率达2M的3G业务需求,而且非常适合非对称业务的传输。

  适合数据应用:在TDD的工作模式中,上下行数据的传输通过控制上、下行的发送时间长短来决定,可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例,这尤其适合今后的移动因特网、多媒体视频点播等非对称业务的高效传输。由于因特网业务中查询业务的比例较大,而查询业务中,从终端到基站的上行数据量很少,只需传输网址的代码,但从基站到终端的数据量却很大,收发信息量严重不对称。TDD可以通过自适应的时隙调整将上行的发送时间减少,将下行的接收时间延长,来满足非对称业务的高效传输。这种优势是FDD模式所不具备的。

  TD-SCDMA在不对称业务需求量比较大、用户移动性又比较小的高密度地区具有不可比拟的优势。

  2、TD-SCDMA无线网络设计

  笔者参加了TD-SCDMA外场试验的无线网络设计,对TD-SCMDA无线网络设计中遇到的问题进行讨论。

  2.1 无线网络覆盖分析

  在建网初期,网络覆盖考虑以下因素。

  (1)业务支持能力

  在初期建网时期,为了保证服务质量,应考虑进行热点覆盖和室内覆盖。在室内和某些热点地区(用户多处于静止和低速移动的环境),应同时考虑数据速率的覆盖范围,逐步扩大覆盖范围。网络初期要求64K的数据业务能要能达到连续覆盖。

  (2)覆盖区域通信概率

  要求在TD-SCDMA网无线覆盖区90%位置内,99%的时间移动台可接入网络。

  (3)无线信道呼损

  在话务密度高的地区,由于无线信道引起的阻塞率为2%,其它情况应不大于5%。

  通过全向智能天线的上行链路预算计算最大允许的路径损耗。

  参数设置:

  移动台:最大发射功率21dBm,天线增益0dBi,对于话音业务,身体损耗3dB,对于数据业务,最大发射功率24dBm,身体损耗0dB。

  基站:接收机的噪声系数5dB,对于全向天线,天线增益按照8dBi考虑,天线赋形增益按照9dB考虑;对于定向天线,天线增益按照14dBi考虑,天线赋形增益按照9dB考虑。

  对数正态衰落余量7dB。

  Eb/No:对于12.2K的话音业务,要求6dB,对于64Kbps的数据业务,要求4dB。

  表1 典型情况上行无线链路预算

链路参数

业务

业务

话音

数据

业务速率

12.2k

64k

发送方(移动终端)

终端发射功率

21(dBm)

24(dBm)

发射天线数

1

1

发射天线增益

0(dBi)

O(dBi)

人体损耗

3

0

发射馈线损耗

O(dB)

0(dB)

EIRP

18(dBm)

24(dBm)

接收方(基站)

接收天线增益

8(dBi)

8(dBi)

接收天线馈线损耗

0(dB)

0(dB)

接收天线赋形增益

9(dB)

9(dB)

噪声指数

5(dB)

5(dB)

背景噪声

-108(dBm)

-108(dBm)

干扰储备

0(dB)

0(dB)

噪声干扰总量

-108(dBm)

-108(dBm)

目标Eb/N0

6(dB)

4(dB)

扩频处理增益

9(dB)

3(dB)

接收机灵敏度

-111(dBm)

-107(dBm)

对数正态衰落余量

7(dB)

4.9(dB)

建筑物穿透损耗

16(dB)

16(dB)

车辆穿透损耗

0(dB)

0(dB)

最大容许路径损耗

123(dB)

127.1(dB)



  在全向天线情况下,考虑建筑物穿透损耗后最大容许路径损耗123-127dB,若采用定向天线,定向天线较全向天线增益高6dB,则考虑建筑物穿透损耗后最大容许路径损耗129-133dB。

  针对允许的路径损耗,采用COST231-Hata模型进行覆盖半径估算,参见表2。

  表2 小区覆盖半径估算表

话音

数据

业务速率

Bps

12.2k

64k

密集市区

m

313

409

市区

m

380

497

郊区

m

848

1109

农村

m

2298

3005



  (注:小区覆盖半径以基站天线高度30米,手机1.5米,2GHz为参考)

  在全向天线情况下,市区环境下基站间距为500-800米。若采用定向天线,定向天线较全向天线增益高6dB,相当于基站覆盖半径增加1.5倍。因此定向天线基站站间距在市区环境下800-1200米。

  2.2 频率和下行同步码分配

  根据分配的频段考虑采用何种频率复用方式,按照频率复用方式给每一个载扇指定频点。

  在TD-SCDMA系统中,标识小区的码称为下行同步码(SYNC-DL)序列,在下行导频时隙(DwPTS)发射。SYNC-DL用来区分相邻小区,与之相关的过程是下行同步、码识别和PCCPCH信道的确定。整个系统有32组长度为64的基本SYNC-DL码,一个SYNC-DL惟一标识一个基站和一个码组,每个码组包含4个特定的扰码,每个扰码对应一个特定的基本中间码。将下行同步码分配到每个小区。

  2.3 无线网络干扰

  干扰包括3G技术内的干扰、3G技术间的干扰、3G与2G之间的干扰以及与PHS技术的干扰。当WCDMA网络在1920-1980MHz/2110-2170MHz频段部署,而TD-SCDMA网络在2010-2025MHz频段部署时,并且WCDMA基站与TD-SCDMA基站共站址时,需考虑两个网络的共存问题。同样的问题也存在于cdma2000系统以及PHS系统。无线网络干扰将影响无线网络性能以及基站建设的天线隔离度等问题。刚刚结束的第二阶段外场试验专门搭建了一个进行无线干扰测试的环境,包括的系统有WCDMA、TD-SCDMA、cdma2000、PHS、DCSl800。中国通信标准化协会也正在进行3G无线网络干扰方面的研究。

  2.4 共站址及机房

  在3G无线网络的建设中,和2G共站址不仅是可行的而且是必须的。在多运营商的情况下,天面作为一种资源显得更加稀缺。在3G站址的选择过程中,主要是要特别考虑到诸如电源、传输(高速数据业务尤为突出)、机房空间以及原有2G站址的合理性等因素。

  由于机房屋顶情况比较复杂,民用建筑设计承重大多不能直接满足3G机房条件,必须灵活进行基站建设。当空间、承重等条件满足的前提下,充分利用2G机房。

  在共站址的情况下,TD-SCDMA自身以及其与其它系统间的天线隔离度问题正在进行研究,需要根据技术试验以及其它措施确定。

  TD-SCDMA采用智能天线技术,并且天线放大器放在室外,通过跳线与智能天线连接。由于智能天线阵重量较大,同时考虑天线放大器,因此需要轻型塔来固定智能天线,在条件不具备的地方,对天线抱杆的要求也比较高。另外,TD-SCDMA采用GPS信号进行同步,必须保证有足够的空间安装GPS天线。

慧聪网通信行业频道
图1 TD-SCDMA全向智能天线示意图


  3、总结

  无线网络规划与设计是3G运营商提供3G业务之前面临的首要问题,笔者根据TD-SCDMA外场试验中无线网络设计的实际情况,提出了在无线网络设计中关于网络覆盖、无线干扰、共站址等方面的问题并给出了相应的解决方法。

 
 
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