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TD-SCDMA技术对无线网络规划的影响
2006年6月8日 14:1  来源:移动通信杂志  作者:宋立军,王卓,余顺勇,毛定军,凌宗义
  【摘要】文章通过分析TD-SCDMA系统中与无线网络规划相关的关键技术特点,讨论了TD-SCDMA系统无线网络覆盖、容量规划及同频、异频组网需要研究的问题。通过合理的无线网络规划,可以有效地保障快速稳定的无线网络建设。随着预商用实验网的建设和技术的不断进步,TD-SCDMA系统能够更好地立足于未来3G市场。

  1 引言

  TD-SCDMA作为目前我国可能采用的3G标准中唯一的TDD双工方式标准,上下行使用同样的载频无需成对频段,容易获得频率资源,其目标是要建立一个具有高频谱效率和高经济效益的先进移动通信系统。因此,TD-SCDMA综合了FDMA、TDMA、CDMA和TDD模式下的智能天线、联合检测、动态信道分配等先进技术,期望提供业务和无线资源的最佳适配,提高频率效率0。

  然而,TD-SCDMA系统融合了以上多种技术的主要原因在于从最大程度上减少TDD系统本身带来的系统内部干扰(在无线网侧包括基站与基站间,基站与用户间,用户与用户间,用户与基站间的干扰),采用上述多种先进算法的结果造成TD-SCDMA系统中基站处理算法比较复杂,因此目前系统商用化进程不足,技术上还需要进一步的完善。

  根据目前TD-SCDMA实验网络的测试结果,2006年春节前夕,信息产业部正式将TD-SCDMA列为我国通信行业标准,这意味着这一标准技术方案已经成熟,同时,业界传闻已久的3G预商用也有望于春节后开始搭建,可以看出,从国家层面,政府已经坚定了支持TD-SCDMA的决心错误!未找到引用源。。

  为了保证TD-SCDMA独立组网时无线网络的稳健性,需要根据TD-SCDMA技术的发展现状,针对其技术本身的关键技术特点分析无线网络规划中必须考虑的问题。本文通过对TD-SCDMA系统中关键技术特点进行的分析,研究了无线网络规划中关键技术特点与网络覆盖、容量和频率资源等因素的相关性。

  2 TD-SCDMA关键技术分析

  2.1智能天线与联合检测

  (1)智能天线优缺点分析

  由于TD-SCDMA系统采用TDD双工方式,上、下行链路使用相同频率传输信号,且间隔时间短,因此上下行链路无线传播环境差异不大,可以有效的使用智能天线技术。

  智能天线基本思想是,天线以多个高增益窄波束动态地跟踪多个期望用户,在接收模式下,来自窄波束之外的信号被抑制,在发射模式下,能使期望用户接收的信号功率最大,同时使窄波束照射范围以外的非期望用户受到的干扰最小;智能天线是利用用户空间位置的不同来区分不同用户,在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下,仍然可以根据信号不同的空间传播路径而区分。

  因此智能天线的主要优点在于从空间上抑止干扰和噪声,在链路预算上带来了赋型增益,改善系统覆盖、容量等各方面的效果。

  但是智能天线的主要缺点在于两个方面:

  ◆由于一个码片时间外多径时延引起的干扰:当不同多径时延信号进入主波束波瓣范围内,且功率相当时,多径信号将是强干扰,智能天线技术无法克服。

  ◆用户高速移动时,在时速为100km/h时,多普勒频移接近200Hz,移动信道相干时间为5ms左右,和一个TD-SCDMA子帧持续时间相同。因此,当移动速度进一步增加时,由于移动信道的时变性增强,智能天线上下行波束转换时,由于用户快速移动造成的波达角估计误差会影响智能天线的算法性能。

  (2)联合检测算法优缺点分析

  由于TD-SCDMA扩频增益较小,为了进一步解决智能天线主波束内多用户干扰问题及不能克服多径时延干扰的问题,TD-SCDMA引入了联合检测算法。

  联合检测算法的核心是利用智能天线空域滤波的结果以及小区内用户的已知信息、信号估计的结果对小区内所有用户数据进行联合检测,得到多个用户数据信息,从而提取有用用户信息,并利用所有用户的信道化码和信道信息,消除符号间干扰(ISI)和用户间多址干扰(MAI),从而达到提高用户信号质量的目的。因此,从降低干扰的角度来看,联合检测具有提高系统容量、覆盖范围,减小呼吸效应、远近效应等优点。

  从理论上说,联合检测算法能够有效的消除符号间干扰和用户间干扰,但是,联合检测的最大缺点在于其运算量较大,随着用户数目的增加,系统处理能力需要指数级提高,因此,目前联合检测仅仅支持本小区内的多用户检测,对邻小区的同频干扰无法克服。

  (3)同频干扰对系统性能的影响

  通过以上分析可以发现,只有同时利用智能天线和联合检测技术,才能够有效的克服多径干扰和多用户干扰的问题。

  但是,由于联合检测算法复杂度较高,目前联合检测技术不能支持邻小区多用户检测,难以克服同频邻小区的干扰。

  在一般城区中,出现同频小区重叠覆盖是比较普遍的情况,当同频邻小区干扰信号进入智能天线波束主瓣宽度内时,干扰不能消除;极端情况下,当两小区智能天线波束同时指向切换区域内用户时,干扰程度较高,容易引起掉话和切换失败。

  因此,随着同频邻小区干扰的增加,智能天线+联合检测接收机性能不断下降,同频干扰的程度将直接影响网络性能。在进行无线网络规划时,需要考虑采用有效的方式减少同频干扰对系统造成的影响。

  2.2 可变切换点分配

  TD-SCDMA采用了可变切换点技术,能够更好的对非对称业务进行适配,提高频谱利用率。

  由于全网初期肯定是以语音业务为主,数据业务比例很小,对语音业务来说,需要的是上下行对称切换点分配,因此,全网主要是以上下行时隙为3:3的对称切换点分配方式进行组网。

  随着网络的发展,出现了某些数据业务需求量较大的地区,此时如果要在该区域进行非对称切换点分配方式组网,需要考虑以下问题:

  (1)语音信道数目由此减少,如果语音信道不足,只有通过增加载频方式进行扩容,在该区域内需要详细规划能够支持的语音载扇数目。

  (2)非对称和对称两种小区的切换区域需要详细规划,避免上下行业务互相干扰的情况。

  (3)为了有效的进行非对称切换点分配方式组网,应考虑使用单独载频专门支持该方式组网。然而,对同小区内多载频组网情况,由于目前同一基站的不同载频之间只能采用相同时隙结构配置,因此,采用单独载频支持非对称分配方式需要考虑采用不同的天馈系统。

  2.3 动态信道分配

  TD-SCDMA系统采用了动态信道分配(DCA)技术,在终端接入和链路持续期间,根据小区之间和本小区内的干扰情况,进行信道的分配和调整,可以有效分配空、时、频、码分信道资源。从DCA的技术特点来看,DCA的实现需要根据干扰情况,利用剩余的信道资源进行信道分配,因此DCA技术可以看作TD-SCDMA系统的抗干扰措施。

  在实际通信网络中,如果出现信道资源不足情况,DCA将不能有效发挥作用,因此需要在网络规划时根据厂商设备情况,综合考虑系统容量与DCA之间的关系。

  3 TD-SCDMA无线网络规划中的问题

  通过对TD-SCDMA系统关键技术的分析,需要根据其技术特点研究无线网络规划中必须考虑的问题。

  3.1 覆盖规划

  与WCDMA技术相比,由于TD-SCDMA的码片速率比WCDMA低,所以其扩频增益较低,但TD-SCDMA通过引入智能天线和联合检测带来了赋形增益和干扰抑制,理论上可以认为其覆盖不会象WCDMA那样受负荷影响明显。根据目前实验网的测试结果,TD-SCDMA的覆盖和WCDMA是基本一致的。

  但是,在覆盖规划中,还需要考虑下述问题:

  (1)智能天线赋型增益的取值需要进一步通过商用实验网的验证;

  (2)由于对不同业务需要的信噪比Eb/No要求不同,不同厂商实现参数也利用需要商用实验网的结果。

  因此,对TD-SCDMA的网络覆盖目前可以参考WCDMA覆盖的结果,并进一步根据未来商用实验网的测试结果确定不同区域类型下系统的覆盖范围。

  3.2 容量规划

  TD-SCDMA系统容量规划需要结合关键技术特点进行。在TD-SCDMA系统中,不同速率业务的承载是通过资源单元(RU)来计算的,一个时隙中一个扩频因子为16的码道为一个RU,根据协议典型速率承载的实现配置,对于语音12.2kbps业务单向需要占用的资源单元数量为2,对于其它业务64kb/s、144kb/s、384kb/s、2Mb/s占用的资源单元数量分别为8、16、40、80,而一个5ms子帧TS1:TS6六个时隙上下行总共可以提供96个资源单元RU。

  由于TD-SCDMA引入智能天线和联合检测后基本上是码资源受限,因此在对TD-SCDMA容量规划过程中的主要问题在于需要根据不同的时隙配置可提供的上下行资源单元数量进行系统可以提供的容量的计算。其中,需要根据3G业务模型的情况,进行不同业务对资源单元RU的需求比例的折算,并通过对不同区域中需求业务量的情况分析,最后进行该区域中基站所需容量能力计算。

  3.3 同频及异频组网规划

  通过对TD-SCDMA系统中同频干扰对系统性能的影响可以看出,目前系统组网的最大问题在于相邻小区间的同频干扰,为了减少同频干扰的影响,需要对组网策略中存在问题进行分析。

  (1)同频组网

  如果全网采用同频组网,同频干扰将是严重影响系统性能的因素。从系统容量的角度考虑,如果对每时隙都进行满码道(最大码道数=8)规划,可以在容量上最大程度满足系统的需求。但是,由于目前在技术上还不能实现邻小区联合检测,如果在两相邻同频小区间存在大量用户,两相邻小区智能天线波束方向都指向同一区域,此时会引起严重邻小区干扰,联合检测算法不能解决同频干扰问题,DCA算法也没有可以利用的信道资源进行信道分配,造成系统性能恶化。

  为了减少同频干扰的影响,一个有效的解决方案就是在系统容量规划时考虑一定的裕量,对每时隙不进行满码道规划(如最大码道数=6),虽然该方案减少了基站的单载扇容量,但是可以通过增加载频的方式满足系统容量要求,同时由于存在预留信道资源,可以有效的利用DCA的优点,在一定程度上缓解同频干扰对系统性能造成的影响。该方案是以损失部分容量为代价得到系统性能的改善,规划中的裕量的取定数目和系统同频干扰程度有关。因此,同频干扰在同频组网中对系统容量的影响还需要通过商用实验网的测试结果进一步分析,并确定合理的同频组网方案。

  (2)异频组网

  如果考虑同频组网风险较大,可以采用更加保守的异频组网方案。采用异频组网可以有效的减少邻小区同频干扰的影响,并进行满码道系统容量规划。

  进行异频组网时,需要根据可以利用的系统频率资源,研究一种适应现状的频率复用方案,既能满足不同业务需要的载干比要求,也能够保证有效的利用现有频率资源。因此,需要重点研究核心频段的15MHz内的9个频点上的频率规划方案。采用异频组网,虽然能够有效的降低同频邻小区干扰的影响,但是频谱利用率却低于同频组网,在网络发展初期,用户较少,异频组网可以满足系统需要,随着网络用户增加,系统容量需求提高,核心频段的9个频点很有可能不能满足未来容量的需求,因此网络扩容时一方面利用可扩展频段的频率资源进行异频组网,同时开始考虑异频组网向同频组网发展的方案。在网络发展远期,异频组网应通过合理的方式过渡到同频组网。

  (3)小结

  从频谱利用率的角度来看,同频组网是最优的方案,同频组网是TD-SCDMA网络发展的最终目标,但是由于TD-SCDMA系统难以解决邻小区同频干扰问题,同频组网需要损失一定的容量换取性能的改善;异频组网能够有效减少邻小区同频干扰的影响,改善系统性能,但是由于频谱利用率较低,需要更多的频率资源,可以满足网络初期发展的需要,随着网络的发展,异频组网逐步发展到同频组网。未来采用何种组网方案,还需要利用预商用网的测试结果指导方案选择。

  4 结束语

  通过对TD-SCDMA系统关键技术的分析,本文讨论了这些关键技术对TD-SCDMA系统无线网络规划的影响,在下一步的研究中,还将详细阐述TD-SCDMA无线网络规划方案的细节。

  虽然目前TD-SCDMA系统商用化进程不足,但是随着TD-SCDMA预商用网的建设和对系统的详细测试,可以进一步调整和解决技术上的问题。同时,通过合理的网络规划,可以有效的规避无线网络建设的风险,随着TD-SCDMA技术和网络的不断发展,相信TD-SCDMA产业能够在未来中国3G市场上获得蓬勃发展,增强国人自主开发高科技产业的信心。

  参考文献

  【1】谢显中,TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与实现. 北京:电子工业出版社,2004 ★

  【作者简介】

  宋立军:2005年毕业于电子科技科学通信与信息系统专业,获博士学位,现为四川通信科研规划设计有限责任公司无线咨询设计部技术主管,目前从事移动通信网络的规划和研究工作。

  王 卓:2005年毕业于电子科技科学通信与信息系统专业,获硕士学位,现为四川通信科研规划设计有限责任公司无线咨询设计部二级咨询师,目前从事移动通信网络的规划和研究工作。

  余顺勇:2004年毕业于北京邮电大学通信与信息系统专业,获硕士学位,现为四川通信科研规划设计有限责任公司无线咨询设计部一级咨询师,目前从事移动通信网络的规划和研究工作。

  毛定军:2004年毕业于北京邮电大学,获硕士学位。现就职于四川通信科研规划设计公司技术管理部,任技术管理,主要从事无线网络的规划工作及大型项目管理。

  凌宗义:1985年毕业于北京邮电大学,现为四川通信科研规划设计有限责任公司网络规划研究部高级工程师,目前从事电信通信网络的总体规划和研究工作。 
 
 [关键词]:频谱利用率 TDMA FDMA  发表评论    【推荐】 【打印

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