TD-SCDMA关键技术对网络规划的影响.doc

TD-SCDMA关键技术对网络规划的影响摘要文章分析了ID-SCDMA系统中智能天线、联合检测、上行同步、时分双工、接力切换、动态信道分配等关键技术的特点，以及这些技术对网络规划的影响，总结了TD-SCDMA无线网络规划的特点。 1、概述 WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA是3G系统三大主流标准，TD-SCDMA是我国首次提出的国际移动通信标准，在物理层关键技术上拥有自主知识产权。核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与它们的兼容性。无线网采用时分双工（TDD）、智能天线、上行同步、多用户检测、动态信道分配等新技术。这些新技术的采用，提高了TD-SCDMA系统的性能和频谱利用率，主要表现在以下几个方面： （1）频谱的灵活性。TD-SCDMA只需要1.6MHz带宽，如采用3个载频共5MHz带宽在一个地区可组成蜂窝网。采用时分双工技术不需要成对的频谱，能够使用各种频率资源。 （2）高频谱利用率。与采用FDD的WCDMA及CDMA2000相比，TD-SCDMA具有最高的频谱利用率，能够更好支持人口密集地区业务，可以充分利用零碎频段，有效缓解运营商频谱资源紧张问题。 （3）采用智能天线、联合检测、上行同步等技术，其干扰大大降低，提高了系统容量，降低了发射功率和无线基站成本。 （4）适合运营商开展数据业务。TD-SCDMA可以动态调整上下行数据传输速率，特别适合处理上下行不对称的IP数据业务。 （5）TD-SCDMA在通用硬件平台上采用软件无线电技术进行系统设计，升级方便，易于未来技术的演进，保护运营商投资。 本文首先分析了TD-SCDMA系统中智能天线、联合检测、上行同步、时分双工、接力切换、动态信道分配等关键技术的特点，以及这些技术对网络规划的影响，最后总结了TD-SCDMA无线网络规划的特点。 2、智能天线对网络规划的影响 TD-SCDMA系统中的智能天线是由八个天线单元的同心阵列组成，其原理是使一组天线和相应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。通过各阵元信号的幅度和相位加权来改变阵列的方向图形状，能够把主波束对准入射信号并自适应跟踪信号，并将零陷对准其他干扰信号，从而起到减少小区内和小区间的干扰。因为码分多址是干扰受限系统，采用智能天线后干扰的减少意味着提高了基站接受机灵敏度，提高了基站发射机的等效发射功率。在TD-SCDMA系统中使用智能天线后，提供了将所有扩频码全部利用的可能性，提高了系统的容量。另外，相比普通天线方向图形不可改变或很难调整，智能天线的辐射图形可以用软件控制，尤其适用于复杂多变的无线传播环境。 智能天线极大地提高了系统性能，但在网络规划中增加了选址难度，在天面上除了需要安装智能天线和馈线外，还需要安装功率放大器。目前智能天线主要分圆阵天线（全向天线）和面天线（或扇区天线）。全向天线比较典型的规格是高度约800mm，直径约250mm，重量约8kg；扇区天线比较典型的规格长约1200mm，宽600mm，厚100mm，重15kg。智能天线每个扇区需要8根1/2馈线，每个基站还需要安装GPS天线一根。功率放大器（TPA）一般采用冗余设计，两套放大器共支持8个射频通道，双路电源供电。因此，TD-SCDMA系统中安装采智能天线提高了对天面的要求： （1）智能天线尺寸变大，同时需要在室外安装功率放大器，为保证天线安装的安全性，支撑杆需要更粗，斜支撑占地面积也相应增加； （2）馈线数量增加了布线难度； （3）智能天线的使用前需要校准，其迎风面积也比普通天线大，因此智能天线的安装施工要求将更高； （4）重量相比普通天线增加，对天面负荷提出更高要求； （5）智能天线相比普通天线更容易引起周围住户的注意，进行天线的美化难度和建站成本也相应提升。 3、联合检测技术对网络规划的影响 联合检测是多用户检测技术的一种，通过数据符号间、码间的相关性，同时对多个用户检测，提取出所需的信号。CDMA系统中主要干扰是同频干扰，包括小区内部其他用户信号造成的干扰和小区间其他同频小区造成的干扰，后者可以通过合理的小区配置来减少影响，前者主要是多址干扰，是CDMA系统特有的。传统的CDMA系统信号分离方法是把多址干扰看作是热噪声一样的干扰，导致信噪比恶化，系统容量降低。联合检测则充分利用多址干扰，因为在多址干扰中包含许多先验信息，如确知的用户信道码，各用户的信道估计等，因此，多址干扰不应被当作噪声处理，而应充分利用多址干扰中的先验信息，将所有用户信号的分离看作一个统一的过程进行处理。 TD-SCDMA是一种时域TDMA方案，用户被分配在不同的时隙中，每个时隙中运行的用户数相对较少，另外，系统使用较短的CDMA码字，不同的用户数据流可以通过较低的计算量和信号处理同时检测出来，因此，在TD-SCDMA系统采用联合检测能够实现，并获得较高的效率。 联合检测利用了多址干扰中的有用信息，减弱了多址干扰、多经干扰、远近效应的不利影响。可减少在无线传播环境中由瑞利衰落所引起的信号抖动，简化功率控制，降低功率控制精度，弥补正交扩频码互相关性不理想带来的消极影响，使频谱利用率得到了提高，从而改善了系统性能，提高了系统容量，增大了小区覆盖范围。在TD-SCDMA中将智能天线和联合检测结合使用，可进一步抑制干扰，减弱小区呼吸效应，提升系统容量和频谱利用效率。 4、上行同步技术对网络规划的影响 TD-SCDMA的上行同步就是通过同步调整，使得小区内同一时隙内的各个用户发出的上行信号在同一时刻到达基站，各终端信号与基站解调器完全同步，正交扩频码的各码道在解扩时完全正交，相互之间不产生多址干扰，克服了异步CDMA多址技术由于移动台发送的信号到底基站时间不同，造成码道非正交化带来的干扰，优化了链路预算，增加了小区覆盖范围，提高了系统容量，简化了硬件，降低了成本。 TD-SCDMA中上行同步是由基站向终端发送同步命令来实现的，同步命令的最小步长为1/8chip，因此系统可以达到1/8chip精度的上行同步。精确的上行同步是其他关键技术实现的基础和系统性能提高的前提。首先，终端信号同步到达基站是实现联合检测的基础；其次，TD-SCDMA系统中上、下行链路都采用正交码进行扩频，只有精确的上行同步才能保证接收到的扩频信号是相互正交的，从而降低干扰，并降低基站接收机的复杂度；另外，上行信号同步到达基站，移动台通过动态调整发往基站的发射时间，可以进行距离的估算，从而更有效地进行智能天线波束赋形和切换判决。正因为如此，TD-SCDMA中上行同步要求非常严格，上行同步要求为1/8chip宽，网络同步要求为5ms。移动终端的不断变化，甚至在高速移动中通信，使得无线传播信号在基站与移动台之间的不断变化，引起同步变化，同步变得更加困难，一旦同步破坏，将导致严重的多址干扰。 5、时分双工技术对网络规划的影响 TD-SCDMA采用时分双工TDD，通过周期性地转换传输方向，在同一个载波上交替进行上下行链路传输。相比FDD模式，TDD具有以下特点和优点： （1）TDD不需要使用成对的频率，各种频率资源在TDD模式下均能够得到有效的利用，分配频段相对来说要更加简单一些。 （2）TDD前向与反向信道的信息通过时分复用的方式来传送。在3G业务中，数据业务将占主要地位，尤其是不对称的IP分组数据业务，TDD特别适用于不对称的上、下行数据传输，当进行对称业务传输时，可选用对称的转换点位置；当进行非对称业务传输时，可在非对称的转换点位置范围选择。 （3）TDD上、下行链路工作于同一频率，发射机根据接收到的信号就能够知道多径信道的快衰落，对称的电波传播特性使之便于使用智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的。 （4）由于信道是对称的，可以简化接收机。与FDD相比，无收/发隔离的要求，可使用单片IC来实现RF收发信机。 虽然TDD在传播模式上具有以上优势，但也存在一定的不足： （1）移动速度与覆盖问题。由于TDD采用多时隙的不连续传输，对抗快衰落、多普勒效应能力比连续传输的FDD差。目前，ITU-R对TDD系统的要求是达到120km/h；而对FDD系统则要求达到500km/h。另外，TDD的平均功率和峰值功率的比值随时隙数增加而增加，考虑到耗电和成本因素，用户终端发射功率不可能太大。 （2）基站的同步问题。对于TDD CDMA系统来说，为减少基站间的干扰，基站间同步是必须的。这可以采用GPS接收机或其它公共时钟来实现，但这也同时增加了基础设施的费用。 （3）干扰问题。TDD系统中的干扰不同于FDD系统，因为TDD系统的同步要求高，一旦不能同步产生的干扰成为TDD系统使用的主要问题。TDD系统包括了多种形式的干扰，如：TDD蜂窝内的干扰、TDD蜂窝间的干扰、不同运营商间的干扰、TDD/FDD系统间的干扰等。 6、接力切换对网络规划的影响 接力切换是TD-SCDMA系统的核心技术之一，不同于传统的硬切换和软切换，是TD-SCDMA系统提出的一种崭新切换技术，主要原理是基于同步码分多址（SCDMA）与智能天线的结合。当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时，利用智能天线和上行同步等技术对终端的距离和方位进行定位，根据终端方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果终端进入切换区，则RNC通知另一基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。接力切换可以对整个网络的容量进行动态的优化分配，也可以实现不同系统的切换。 采用接力切换具有如下的优点： （1）切换过程经历时间短，减少了切换时延； （2）相比软切换节约了无线资源，间接提高了系统容量，降低了设备成本； （3）相比硬切换提高了切换成功率，降低了掉话率，改善了系统性能； （4）切换中上下行分别进行，可以实现无损失切换，使用该方法可以在使用不同载频的基站之间，甚至在TD-SCDMA系统与其他移动通信系统如GSM的基站之间实现不中断通信、不丢失信息的越区切换。 7、动态信道分配技术对网络规划的影响 动态信道分配技术是将所有信道都集中在信道池中，在终端接入和链路持续期间，根据业务请求在信道池中选择满足约束条件的信道分配给用户，对信道进行动态地分配和调整，它是一种采用多元化手段，最小化系统自身干扰的方法。 TD-SCDMA系统采用了码分多址（CDMA）、时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）、空分多址（SDMA）等四维混合多址方式，动态信道分配将实现对多维无线信道资源的动态管理和控制，根据所需服务的业务及信道条件的变化，码域、时域、频域、空域的信道资源处于动态调整和变化中。 TD-SCDMA中时分双工模式在时域资源动态管理中发挥优势，对于上下行不对称的数据业务，通过上下行链路切换点的灵活调整，实现对时域资源的动态分配。另外，智能天线技术工作于时分双工更合适，在时分双工中上下行链路间隔时间短，使用相同频率传输信号，上下行无线传播环境差异较少，智能天线接收时天线阵元加权可以直接用于发射。 在FDD的CDMA系统中没有动态信道分配，与其相对应的是动态资源分配，主要是对正交扩频码进行分配和重分配，在TD-SCDMA中采用动态信道分配技术，是对用户的频率、时隙、扩频码、空间位置资源的分配： （1）频域动态信道分配：如果在目前使用载频的所有时隙中都发生干扰，通过改变无线载频进行频域动态信道分配。 （2）时域动态信道分配：TD-SCDMA一个载频有7个时隙，如果在目前使用的无线载频原有时隙中发生干扰，通过改变时隙进行时域的动态信道分配。 （3）码域动态信道分配：在同一时隙中通过改变扩频码来避免偶尔出现的码道质量恶化，进行码域动态信道分配。 （4）空域动态信道分配：通过智能天线的定向性实现，选择用户最有利的方向进行耦合，进行空域动态信道分配。 这几种动态信道分配方法全面减低了小区内和小区间的干扰，改善了系统性能，从而使频谱利用率得以优化。 8、结论 综合所述，TD-SCDMA采用了大量新技术，提高了系统性能，与采用FDD的其它CDMA系统相比，网络规划具有以下新的特点： （1）小区呼吸效应不明显，覆盖和容量的相关性减弱。智能天线和联合检测技术的采用，上行链路获得分集接收增益，下行实现波束赋形，有效降低了小区间和小区内的干扰，提高了系统的容量和频谱利用率。在网络进行覆盖规划时，可暂时忽略不同负载的影响，简化了网络规划的工作量。 （2）接力切换不用考虑软切换比例。TD-SCDMA采用接力切换和硬切换相结合的方式，移动台是否切换受限于覆盖的影响，而不会是干扰的影响。由于接力切换不需要占有多个基