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*实践教学*兰州理工大学计算机与通信学院2011年秋季学期 通信系统综合训练 题 目： TD-SCDMA无线网络设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 28目录摘要1一、 3G和TD-SCDMA简介11.1 第三代移动通信的概述11.2 TD-SCDMA的简介31.3 TD-SCDMA关键技术61.4 TD-SCDMA的传播模型9二、 TD-SCDMA网络规划原则与流程112.1规划原则112.1.1 无线网络规划思想112.1.2 TD-SCDMA 网络规划原则122.1.3 TD-SCDMA 网规要点122.2规划流程13三、 TD-SCDMA无线网络设计163.1 TD-SCDMA系统信号源163.2 基站站址选择183.3 校园覆盖方案183.4 容量方案设计203.5 基站天线设置213.6 传播模型及传播损耗233.7网络扩充方案探讨243.7.1 小区分裂253.7.2 扩容方案考虑26总结27参考文献28摘要TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步码分多址） 的简称，是一种第三代无线通信的技术标准。该标准是中国制定的3G标准。另外，由于中国庞大的通信市场，该标准受到各大主要电信设备制造厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以生产支持TD-SCDMA标准的电信设备。从TD-SCDMA的技术特点、无线网络规划流程、覆盖和容量规划、组网方案和小区规划出发，系统地讨论了TD-SCDMA的信道编码技术、速率匹配方案、扩频调制技术、智能天线技术、多用户检测技术、动态信道分配问题等关键技术，重点对TD-SCDMA系统组网实现的关键问题等进行了研究和分析。关键词： TDSCDMA；网络规划；话务量；射频一、 3G和TD-SCDMA简介1.1 第三代移动通信的概述第三代移动通信系统简称3G，是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与因特网相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行不同种类的，可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等业务和较高服务质量(QoS)的移动通信系统。经协调的G3G概念是一个单一的标准并带有下列三种运行模式：直序扩频CDMA(CDMA-DS)：基于3GPP规范的UTRA FDD模式；多载波CDMA(CDMA-MC)：基于3GPP2规范的FDD模式的cdma2000；TDD(CDMA TDD)：基于3GPP规范的UTRA TDD模式。通过同生产厂商团体合作，运营商协调组织将尽可能地使无线参数一致并定义通用的协议栈，从而达到所有基于CDMA建议的融合。这将使多模终端的实现得以简化并能接入现存的GSM MAP以及ANSI一41核心网。OHG的建议已被考虑进3GPP规范1999年的第一版标准里，此标准已于1999年底完成。2000年5月，在土耳其伊斯坦布尔举行的WARC会议上，正式确立了FDD WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA为国际公认的第三代移动通信(3G)三大主流标准，从而进入3G的高速发展阶段。2009年1月，我过工信部正式对中国移动、中国联通、中国电信分别发放3G牌照，我国的3G通信迅速的发展起来。3G的基本特点如下： (1)第三代移动通信是第二代移动通信的演进和发展，不是重新建设一个新移动通信网。(2)是全球无缝覆盖、全球漫游的，可提供前两代系统所不能提供的各种宽带信息业务,速率达2Mb/s，带宽在5MHz以上。(3)具有多媒体功能，不仅能接受和发送话音、数据信息，而且还能接受和发送静态、动态图像及其他数据业务。(4)克服技术难题，包括多径衰落、时延扩展、多址干扰、远近效应和体制问题等。(5)实现数据业务，主要是internet所需的不对称的、基于包交换(IP)的业务。(6)具有高频谱利用率，解决全世界存在的系统容量问题。(7)系统设备低价位，业务服务高质量低价位，满足个人通信化的要求。3G的基本业务主要有：(1)基本语音电话业务；(2)基本视频电话业务(VideoPhone)，包括双方可视电话以及多方视频会议；(3)移动互联网业务。主要包括网页浏览，文件下载(包括普通数据、音频/视频文件等)，电子邮件，文字消息，音频/视频流(在线电影，VOD)；(4)移动虚拟专用网(M-VPN)；(5)个性化电话服务，包括个人综合业务控制中心以及特殊场合的个性化通信模式。(6)交互式游戏。主要包括双方直接连线游戏以及基于游戏中心的多方交互式游戏(如棋、牌、战斗、谋略类游戏等)：(7)交互式远程教育； (8)多媒体消息业务。如特定人群的消息广播，即时消息、电子贺卡等；(9)位置业务。主要指交通拥塞指示、交互式交通与路由信息、紧急位置服务以及特定目标指示(如指示附近的餐馆、剧院、酒店等)；(10)移动电子商务。包括银行/证券交易、个性化购物以及多媒体客户服务等。根据ITU对于第三代多种业务普及率的预测，并根据作为发展中国家在建设第三代网络的初期等因素，可以取定各类业务的普及程度如表1-1所示。 表1-1 各类业务普及程度业务级别速率要求业务模式承载策略普及程度会话类12.2kb/sAMR基本话音业务电路域100数据流类64kb/s可视电话业务电路域10左右交互类64kb/s简单WEB浏览等业务分组域10一20交互类144kb/s多媒体WEB浏览等业务分组域lO一15后台类384kb/s后台类数据业务分组域10303G网络的优势在于支持移动多媒体数据业务，接入速率高于144Kbps的移动数据业务只能由3G承载。对25G和3G网络应采取不同的业务定位总体考虑来发展，2.5G应定位于提供语音和低速移动分组业务的网络，3G应定位于提供高速多媒体数据的网络。中国移动通信集团公司的第二代移动向第三代移动的平滑演进是建立在已有GSM MAP和正在发展的GSM通用无线分组业务(GPRS)网的基础上的， GSM-GPRS-TD-SCDMA，核心网可以依托GSM核心网， 也可以适应新运营商组建全新的TD-SCDMA网络。在第二代向第三代网络演进过程中，应遵循的原则有：(1)网络的安全性；(2)对现有网络资源的利用率；(3)网络的可持续发展性；(4)避免对现有网络结构进行大的改动。1.2 TD-SCDMA的简介TD-SCDMA的中文含义为时分同步码分多址接入，TD-SCDMA是由我国独自制定的3G标准，1998年6月30日，经信息产业部批准，电信科学技术研究院(大唐电信科技产业集团)代表中国向国际电联提交了第三代移动通信传输技术TDSCDMA标准提案；1999年11月初，在芬兰赫尔辛基举行的国际电联(ITU-R)会议上，我国的TD-SCDMA的标准提案被写入第三代移动通信无线接口技术规范的建议中。目前这一技术已经被国际电联(ITU)正式采纳成为第三代移动通信国际标准IMT-2000家族的一员，并且被公认为能够全面支持第三代业务的技术。2001年3月16日，在美国加州结束的3GPP TSG RAN第11次全会上，最终，中国的TD-SCDMA三代移动通信标准正式被3GPP接纳，包含在3GPP版本4中。它标志着TD-SCDMA技术规范在被ITU正式确定为第三代移动通信技术标准后，又被广大的设备运营商和设备制造厂商所接受，如今已有德国西门子、中兴、华为、普天等厂商支持，并已于2002年10月得到国家三个部委的强力支持，组成TD-SCDMA产业联盟，现已有21名成员。我国提交的TD-SCDMA技术，与欧洲的UTRA TDD方式，即TD-CDMA技术比较相似，新的协调工作已在3GPP里开始。作为第一步，根据码片速率的差异，分别将TD-CDMA和TD-SCDMA称为384 Maps TDD和128 Maps TDD，最终3GPP接受了TD-SCDMA 128 Maps作为TDD码片速率的一个选项，并接受了TD-SCDMA所涉及的新技术。这些工作3GPP技术规范小组中的许多工作组里进行。包括：WGl (物理层)WG2(协议层，MAS和RLC)WG3(接口，IuB和IuR)WG4(RF要求和测试规范)这项标准化工作的目标是要将TD-SCDMA吸收作为UTRA第四版标准(Release 2000)和ITU的IMT-2000建议的一部分。2006年1月20日，中国信息产业部宣布TD-SCDMA成为中国。3G行业标准。TD-SCDMA的提出比其他标准较晚，这给其产品成熟性带来一定的挑战，但在另一方面，TD-SCDMA吸纳了九十年代以来移动通信领域最先进的技术，在一定程度上代表了技术的发展方向，具有前瞻性和强大的后发优势。与其它3G标准相比，TD-SCDMA系统及其技术有着如下突出优势：(1)频谱效率高TD-SCDMA系统综合采用了联合检测、智能天线和上行同步等先进技术，系统内的多址和多径干扰得到了极大缓解，上行、下行的不对称性可以很好地提高了频率的利用率从而有效地提高了频谱利用率，进而提高了整个系统的容量。具体来讲，联合检测和上行同步可极大降低小区内的干扰，智能天线则可以有效抑制小区间及小区内的干扰。另外，联合检测和智能天线对于缓解2G频段上更加明显的多径干扰也有极大作用。所以，TD-SCDMA系统的这一特点决定了它将非常适合于在3G网络建设初期提供大容量的网络解决方案。(2)支持多载频对TD-SCDMA系统来说，其容量主要受限于码资源。TD-SCDMA支持多载波，载频之间切换很容易实现。因为TD-SCDMA是时分系统，手机可在控制信道时扫描其它频率，无需任何硬件轻松实现载波间切换，并能保证很高的成功率。另外通过多载波可以消除导频污染以及突发导频，从而降低掉话率。因为TD系统可以将邻小区的导频安排在不同的载波上，从而降低导频污染。大家都知道导频污染是CDMA系统最头疼的地方。TD在这方面有独特优势。另外TD在室内覆盖方面也有很大优势。(3)不存在呼吸效应及软切换用户数的增加使覆盖半径收缩的现象称之为呼吸效应。CDMA系统是一个自干扰系统，当用户数显著增加时，用户产生的自干扰呈指数级增加，因此呼吸效应是一般CDMA系统的天生缺陷。呼吸效应的另一个表现形式是每种业务用户数的变化都会导致所有业务的覆盖半径生变化，这会给网络规划和网络优化带来很大的麻烦。TD-SCDMA是一个集CDMA、FDMA、TDMA于一身的系统，它通过低带宽FDMA和TDMA来抑制系统的主要干扰，使产生呼吸效应的因素显著降低。由于TD-SCDMA在每个时隙中采用CDMA技术来提高容量，产生呼吸效应的唯一原因是单时隙中多个用户之间的白干扰，由于TD-SCDMA单时隙最多只能支持8个12.2k的话音用户，用户数量少，使用户的自干扰比较少。同时，这部分白干扰通过联合检测和智能天线技术被进一步抑制，因此TD-SCDMA不再是一个干扰受限系统，而是一个码道受限系统，覆盖半径不随用户数的增加而变化，即没有呼吸效应。(4)组网灵活、频谱利用灵活、频率资源丰富TD-SCDMA系统采用时分双工模式，它的一个载波只需占用16MHz的带宽就可以提供速率达2Mbps的3G业务，对于频率分配的要求简单和灵活了许多。在今后多家移动运营商共存的情形下，频谱资源的使用情况会相对复杂，而TD-SCDMA系统大大提高了对频谱资源利用的灵活性。中国政府为TDD分配了155MHz宽的工作频段，对比于FDD上下行共90MHz的对称频段，TDD系统在频率资源方面的优势，为TDD系统的网络扩容和后续发展埋下了轻松的一笔。除中国外，世界各国3G频谱规划都包括TDD频段，日本、欧洲运营商3G牌照中已经包括TDD频段，为未来TD-SCDMA进入国际市场提供了机遇。这为TD-SCDMA技术的国际化应用和国际漫游，提供了必要的条件。(5)与GSM组网易于实施从系统角度看，TD-SCDMA与GSM均为时分复用系统，可以灵活进行系统之间的测量控制和切换。从终端角度看，TD-SCDMA与GSM的切换较易引入目前单模手机，TD-SCDMA/GSM双模手机成本低于WCDMA/GSM成本。目前，朗讯、T3G等芯片厂商均支持TD-SCDMA/GSM双模手机解决方案。(6)灵活高效承载非对称数据业务TDD技术的采用是TD-SCDMA系统与其他两大3G主流标准FDD系统的根本区别。TD-SCDMA系统子帧中上下行链路的转换点是可以灵活设置的，根据不同承载业务分别在上下行链路上数据量的分布，上下行资源可以有从3:3的对称分配到1:5的非对称分配调整。 在未来3G多样化的业务应用中，非对称的数据业务会占有越来越多的比例，大部分业务的典型特征是上行链路和下行链路中的业务量不对称。FDD系统由于其固定的上下行频率的对称占用，在承载非对称业务时会造成对频谱资源的浪费。而TD-SCDMA系统可以通过配置切换点位置，灵活地调度系统上下行资源，使得系统资源利用率最大化。因此TD-SCDMA系统更加适合未来的3G非对称数据业务和互联网业务方面。综上所述，TD-SCDMA单独组网具有网络规划简单，建设和维护成本低的好处。而TD-SCDMA具有的非对称数据业务传输的特点使其更具有其他技术不可比拟的优势。1.3 TD-SCDMA关键技术TD-SCDMA第三代移动通信系统的主要技术特点为：TDD模式、低码片速率、上行同步、接力切换、采用智能天线和软件无线电等，这也是它成为第三代移动通信系统主流标准的主要原因。 (1)TDD模式：频谱灵活，无需成对的频谱，结合低码片速率，频谱利用可以见缝插针；可在16MHz的单载波上提供高达2Mb/s的数据业务和48路话音通信，更高的频谱利用率；支持不对称数据业务，可根据上下行业务量自适应调整上下行时隙个数，适应不对称业务；有利于采用新技术，上下行链路相同频率，相同传播特性，功率控制要求降低，利于采用智能天线等新技术；成本低，无收发天线的隔离，可用单片IC实现RF收发信机。(2)低码片速率：TD-SCDMA系统的码片速率为1.28Mc/s，仅为WCDMA码片速率3.84Mc/s的三分之一；接收机采样后的数字信号处理量大大降低，对DSP的处理能力要求不高，适合采用软件无线电技术，降低了系统设备成本；可使用智能天线，多用户检测，MIMO等新技术，降低系统干扰，提高容量；低码片速率也提高了频谱利用率，频谱使用更灵活。(3)上行同步：上行同步是指上行各终端的信号在基站接收解调时完全同步；TD-SCDMA帧结构的综合训练保证了严格的上行同步，属于同步CDMA系统；上行同步可使用正交扩频码的各个码道完全正交，不会产生多址干扰，克服了异步CDMA多址技术带来的非正交带来的干扰，提高了容量和频谱利用率，简化硬件，降低成本。(4)接力切换技术接力切换是TD-SCDMA移动通信的核心技术之一；接力切换综合了软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率的优点，是一种具有较好系统性能的切换方法；接力切换的综合训练思想是利用智能天线和上行同步技术，达到快速、可靠和高效切换的目的。TD-SCDMA系统采用接力切换的过程中，同频小区之间的两个小区的基站都将接收同一个终端的信号，并对其定位，将确定可能切换区域的定位结果向基站控制器报告，完成向目标基站的切换，克服了“硬切换技术”在切换过程中大约丢失300ms的信息，同时占用信道资源较多的缺点。而且也克服“软切换”浪费信道资源的缺点。“接力切换”与“软切换”相比较，能够使系统容量增加一倍以上。接力切换可以使用在不同载波频率的TD-SCDMA基站之间，甚至能够在TD-SCDMA系统与其它移动通信系统(如GSM、CDMAIS-95等)的基站之间，实现不丢失信息、不中断通信的理想的越区切换。(5)智能天线技术TD-SDMA系统是以智能天线为中心的第三代移动通信系统；TD-SCDMA系统的智能天线由8个天线单元圆形阵列组成。TD-SCDMA系统采用了一种基于最小均方误差准则的非盲算法，每个用户均对应不同的扩频码和训练序列位移，这些特征可被用来进行加权矢量的求解。采用TDD工作方式，上下行信道对称，从上行接收的信号中获取的加权矢量估计值可直接应用于下行波束赋形：智能天线依靠接收信号进行下行波束赋形，因而要求TDD周期不能太长，否则会对高速移动的UE进行下行赋形就会带来巨大的误差。TD-SCDMA系统将一个lOms帧分割成两个5ms的子帧，从而缩短了上下行的转换时间；采用了低的码片速率有利于DSP处理；为了避免零功率区的出现，系统定义了专用的下行导频时隙DwPTS)，该时隙一方面被UE用来建立和锁定下行同步，另一方面还可被UE用作下行功率测量(包括服务小区和邻近小区)；系统定义了专用的上行导频时隙(UpPTS)。UE利用该时隙建立与基站的上行同步。这一方面简化了基站的智能天线算法，另一方面还解决了数据通信时因UE端可能长期没有数据发送造成基站丢失UE位置信息的问题；采用同步CDMA技术和严格的功率控制技术，简化了基站综合训练和提高智能算法的可靠性。智能天线采用空分多址(SDMA)技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。与无方向性天线相比较，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。同时，由于天线波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其它用户之间以及与相邻小区用户之间的干扰，而且也减少了移动通信信道的多径效应。CDMA系统是个功率受限系统，智能天线的应用达到了提高天线增益和减少系统干扰两大目的，从而显著地扩大了系统容量，提高了频谱利用率。TD-SCDMA系统充分利用了CDMA、TDMA、FDMA和SDMA这四种多址方式的技术优势，使系统性能最佳化。由于采用智能天线后，应用波束赋形技术显著提高了基站的接收灵敏度和等效发射功率，能够大大降低系统内部的干扰和相邻小区之间的干扰，从而使系统容量扩大一倍以上；同时也可以使业务高密度的市区和郊区所要求的基站数目减少。在业务稀少的乡村，无线覆盖范围将增加一倍，这也意味着在所覆盖的区域的基站数目降至通常情况的1/4。天线增益的提高也能够降低高频功率放大器(HPA)的线性输出功率。因为HPA的费用占收发信机成本的主要部分。所以，智能天线的采用将显著降低运营成本、提高系统的经济效益。TD-SCDMA在技术方面的一大优势就是该标准为自主知识产权的标准体系，这将使得运营企业能根据需求来调整和控制网络中包括业务内容、产业结构、网络建设成本、终端成本等方面内容；TD-SCDMA在具体的网络技术上，TD-SCDMA还采用了智能天线、接力切换、多用户检测技术以及下行包交换高速数据传输等技术，在目前3G标准中频谱利用率高，TD-SCDMA为客户创建灵活的3G业务平台，使该系统有能力为运营企业在建网时根据不同的环境提供多种行之有效的解决方案，同时能为运营企业在竞争中提供有力的技术支撑，为移动运营企业建设一个盈利的目标网络提供有力的技术保障。1.4 TD-SCDMA的传播模型在无线网络规划中，无线传播损耗是一个非常关键的参数，它决定着规划结果的正确性。由于实际应用中的无线传播环境是非常复杂的，需要通过理论研究与实际测试的方法归纳出无线传播损耗与频率、距离、天线高度等参量的数学关系式，称之为传播模型。常用的传播模型可分为3类：经验模型、半经验（或半确定性）模型、确定性模型。其中，经验模型是根据大量的测量结果统计分析后归纳导出的公式；确定性模型则是对具体现场环境直接应用电磁理论计算的方法得到的公式；半经验（或半确定性）模型是基于把确定性方法应用于一般的市区或室内环境中导出的公式。鉴于无线网络规划的复杂性，目前，仍然只能使用经验或半经验模型。1）分段传播模型对于不同的传播距离，电磁波在空中传播的特性也是不同的。企图用单一的传播模型进行大范围的预测将会造成很大的误差。为此，对不同的传播距离应调整不同的模型系数或采用不同的模型，这对于WCDMA和cdma2000来说尤其重要。因为FDD模式的CDMA系统是一个自干扰系统，网络的覆盖、容量和服务质量主要受系统内的干扰限制。一个用户受到的干扰可以来自距离几百米到几公里不等的基站。为了对干扰进行准确的预测，必须对810km以内的传播损耗进行准确预测，因此必须采用分段模型。对于TD-SCDMA系统来说，它的时分特性和智能天线带来的空分特性，使得干扰源与有用信号在时间上或空间上错开。干扰在TD-SCDMA系统中显得并不太重要，更重要的是对有用信号的预测。而有用信号通常来自距离很近的宿主基站，因此，在TD-SCDMA系统中，短距传播模型对规划结果的正确性影响将更为重要。2）传播模型的校准传播模型的校准是提高预测准确度的另一个重要手段。由于每个地方的传播环境是不一样的，需要对传播模型进行本地校准，然后再进行无线传播损耗的预测。然而，在实际工程中，每对一个地区进行规划，就进行大量的CW测试是不可行的。这样不仅使规划成本提高了很多，而且耽误了工程进度。为了减少校准的工作量，在工程中，常常在某些地方进行校准，得到12个传播模型，然后应用于几乎所有的地区和基站。这样的规划模式仍然给规划带来了很大的误差。一般来说，模型的准确性和适用范围是一对矛盾，模型越准确，其适用范围就越小。可以选取若干典型区域进行校准，得到一系列适用于这些区域的传播模型。这些传播模型对于各自的典型区域来说，是比较准确的。但因为准确度提高了，其适用范围就变小了。如果应用的传播环境不匹配，就会带来很大的误差。因此，在实际使用时，应该以小区为单位，通过数字电子地图，依据小区的传播环境选择相匹配的传播模型，从而提高预测的准确度。二、 TD-SCDMA网络规划原则与流程2.1规划原则2.1.1 无线网络规划思想 无线网络规划主要指通过链路预算、容量估算，给出基站规模和基站配置，以满足覆盖、容量的网络性能指标以及成本指标。TD-SCDMA 系统的网络规划包含无线网络规划、核心网网络规划、承载网网络规划、以及信令网、配套设施的规划等。网络规划必须要达到服务区内最大程度无缝覆盖；科学预测话务分布，合理布局网络，均衡话务量，在有限带宽内提高系统容量；最大程度减少干扰，达到所要求的QoS；在保证话音业务的同时，满足高速数据业务的需求；优化无线参数，达到系统最佳的QoS；在满足覆盖、容量和服务质量前提下，尽量减少系统设备单元，降低成本。网络规划是覆盖（Coverage）、服务（Service）和成本（Cost）三要素（简称CSC）的一个整合过程，如何做到这三要素的和谐统一，是网络规划必须面对的问题。一个出色的组网方案应该是在网络建设的各个时期以最低代价来满足运营要求。网络规划必须符合国家和当地的实际情况；必须适应网络规模滚动发展，系统容量以满足用户增长为衡量；要充分利用已有资源，应平滑过度；注重网络质量的控制，保证网络安全、可靠；综合考虑网络规模、技术手段的未来发展和演进方向。规划策略指导思想是覆盖点、线、面，充分吸收话务量。 对于业务量集中的“点”，为重点覆盖区域，确保这些区域的覆盖，称为“点”覆盖。对于业务量流动的“线”，把重点覆盖区域通过的几条主要“线”连接在一起，保证用户的满意度。确保这些区域的覆盖，称为“线”覆盖。对于业务量有一定需求的地区“面”，为了进一步提高用户的满意度，同时尽量吸收更多的用户，把次要“点”和次要的“线”连接起来。确保这些区域在一定程度上的覆盖，称为“面”覆盖。 “点”覆盖：指的是重点覆盖区域包括（省）市政府办公地、运营商办公地（楼）、高级写字楼，高档宾馆区、高档住宅区、大型商场、集市和娱乐场所、医院、大专院校等重点覆盖区的楼上或以重点覆盖区为中心50m 之内有站点。 “线”覆盖：指的是主要商业街、市区主要交通干道、城际高速公路、机场公路等主要交通干道。 “面”覆盖：在上述主要站点选择之后，进行覆盖区的覆盖。主要是把各个独立的主要站点连接起来，保证网络的连续覆盖。对位于普通的居民住宅区的次要站点，站点的选择根据住宅区的疏密情况保持一致。一个覆盖良好、性能完善的网络，不是一蹴而就完成的，是经过多次规划不断建设完成的；也不是只有宏蜂窝的广域覆盖，就能解决道路、热点和重点建筑的覆盖。在组网过程中，要灵活使用宏蜂窝、微蜂窝、射频拉远、直放站等。2.1.2 TD-SCDMA 网络规划原则 TD-SCDMA 无线网络规划思路要坚持规模发展的原则，充分考虑长远规划及用户容量分阶段逐步增加的特点，结合热点、重点覆盖区域，实现全网一次规划，分期建设，不断调整的策略。 基站的规划需要综合考虑规划区域地理环境特点、预规划远景容量目标，做到全网“一次规划，分期建设”。通过完善的一次性全网规划，保证网络规划的战略性目标，降低扩容对现网运行系统的影响，保证无线网络的低复杂性，易于网络建设和网络维护。首先完成重点区域、热点区域的覆盖，所有站点一次性到位，完成初期覆盖，市区（特别是密集城区）要做到大覆盖、大负载，密集城区、普通市区一般采用多载三扇站型，扩容阶段可以增加载频，郊区、农村等业务量稀少的广覆盖地区，可以采用全向站进行规划。TD-SCDMA 频率资源丰富，充分考虑以上原则，提出了“一次规划，分期建设”的组网理念，其各期规划互不相干，各种业务基本可达连续覆盖。2.1.3 TD-SCDMA 网规要点 TD-SCDMA 网络规划要点包括：覆盖规划、容量规划、无线参数规划（包括：频点规划、码资源规划、邻小区规划等等）。1. 覆盖规划 考虑不同无线环境的传播模型，考虑不同的覆盖率要求等来综合训练基站类型，使得达到无线网络规划初期对网络各种业务的覆盖要求。由于TD-SCDMA 系统各种业务覆盖半径近似相同，因此，各种业务的连续覆盖可以得到很好的平衡。进行覆盖规划时，要充分考虑无线传播环境。由于无线电波在空间衰减存在较多的不可控因素，相对比较复杂。应对不同的无线环境进行合理区分，通过模型测试和校正，滤除无线传播环境对无线信号快衰落的影响，得到合理的站间距。2. 容量规划 考虑不同用户业务类型来进行网络容量规划。一般在城区的业务量比在郊区业务量大，同时各种地区的业务渗透率也有很大不同，应对规划区域进行合理区分，并进行业务量预测，来进行容量规划。3. 无线参数规划 无线网络规划阶段，除了天线参数之外，还要根据环境对RNC、NodeB 的无线参数进行初步的规划。主要包括邻接关系规划、频点规划和码资源规划。首先根据覆盖仿真和小区拓扑结构进行邻小区规划，同时邻接关系规划结果也作为扰码规划的输入。其次考虑用户数和用户构成，考虑可用频点资源多少，考虑业务类型和业务量，考虑选择的站型，综合训练频点的分配；TD-SCDMA 在进行频率规划时，采取如下原则：N 频点主载波频点规划以异频规划为主。同时进行码资源规划，TD-SCDMA 的码资源规划包括下行同步码规划、复合码规划。下行同步码标识不同小区。32 个下行同步码两两之间存在相关性的差异，因此在网络规划时，需要对相邻小区的下行同步码做规划，同一个下行同步码也要有一定的复用距离；复合码是扰码与扩频码的乘积，原则上不将相关性很强的码分配在覆盖区交叠的相邻小区。还要包括其他无线参数规划，如公共信道功率、业务信道功率、切换门限等。2.2规划流程网络规划要对网络发展趋势做出预测，并为未来的建设作好准备。在满足覆盖范围、容量要求、服务质量的情况下，给出网络规模估算结果，使投资最小化，并用仿真工具软件验证，这就是无线网络规划的主要任务。TD-SCDMA网络规划的流程如下图2.1所示：开始规划目标定义及需求分析传播模型校正预规划/规模估算站址初选和查勘详细规划（利用规划软件进行仿真）否是否满足设计目 标是规划结束图21 TD-SCDMA网络规划的流程图无线网络规划各步骤流程：(1) 网络建设需求分析：主要是分析网络覆盖区域、网络容量和网络服务质量，这是网络规划要求达到的目标；(2) 无线环境分析：其中包括清频测试和传播模型测试校正。其中清频测试是为了找出当前规划项目准备采用的频段是否存在干扰，并找出干扰方位及强度，从而为当前项目选用合适频点提供参考，也可用于网络优化中问题定位。传播模型测试校正是通过针对规划区的无线传播特性测试，由测试数据进行模型校正后得到规划区的无线传播模型，从而为覆盖预测提供准确的数据基础；(3) 无线网络规模估算：包含覆盖规模估算和容量规模估算；针对规划区的不同区域类型，综合覆盖规模估算和容量规模估算，做出比较准确的网络规模估算；(4) 预规划仿真：根据规模估算的结果在电子地图上按照一定的原则进行站点的模拟布点和网络的预规划仿真；(5) 无线网络勘察：根据拓扑结构综合训练结果，到实地对候选站址进行勘察和筛选；(6) 无线网络详细综合训练：主要指工程参数和无线参数的规划，还包括邻小区规划、频点规划、码资源规划等；(7) 网络仿真验证：验证网络站点布局能否达到网络的覆盖、容量和服务质量三者的良好平衡；站点布局的变动在该阶段应该尽量避免，通过仿真对工程参数的调整并确定最终规划结果是该阶段的工作重点；(8) 规划报告：输出最终的网络规划报告。三、 TD-SCDMA无线网络设计3.1 TD-SCDMA系统信号源通常可以选作为TD-SCDMA覆盖的信号源有宏蜂窝基站，微蜂窝基站，直放站和射频拉远单元等。 (1)宏蜂窝基站：直接采用室外的宏蜂窝基站作为信号源。在密集城区为了深度覆盖而采用该方式时，需要留出15dB20dB的穿透损耗余量，这部分的余量直接导致小区的半径缩小，站点数量增加。但是即便如此，室内覆盖的效果仍然较差，存在大量的覆盖盲区，另外严重的导频污染使用户接收多个强干扰，3G业务在室内达不到预期的使用效果。最重要的是其网络容量有限，接通率低。基站的发射功率很大一部分消耗在穿透损耗上，影响了系统的容量。它适用于建筑物的电磁密闭性较差或建筑物较为稀疏而且话务量较低的场景。 (2)微蜂窝基站：采用独立的微蜂窝基站作为信号源，可以独立承载话务量，并且可以分担宏蜂窝小区的话务量。该方式虽然需要传输和供电设备，但是实施简单，无需机房资源，更重要的是能够提供更多的网络资源，信号稳定干净，抑制导频污染，可以灵活结合具体室内分布系统来实现室内覆盖。因此，该方式通常应用于面积较大或者人流比较大、话务量比较高的室内覆盖，如大型购物广场、候机厅等，但是建设的成本比较高。(3)直放站：采用直放站作为信号源，分为空间直放站和光纤直放站两种。它只是通过直放站收发系统将室外的宏基站的信号引入到室内，共享基站的基带处理能力，并不增加系统的容量，适合在话务量不高的室内环境中。稳定、信号质量好的信号源，可以使用空间直放站作为信号源，但是易受到周围的无线环境影响及宏基站的稳定性限制。相比之下光纤直放站能够解决以上的问题，但要受到光纤条件限制。直放站的优点是投资省、安装方便快捷，可以很快地解决信号弱和盲区问题。缺点是通过定向天线难以取得单一纯净的信号，系统的话音质量相对于蜂窝系统较差，且易造成对其他基站的干扰。直放站作为一种实现无线覆盖的辅助技术手段可以利用较少的投资和较短的周期，迅速扩大无线覆盖范围和解决盲区覆盖。对于TD-SCDMA系统，由于采用TDD模式上下行处于同一个频点的不同时隙，所以对其的发射端和接收端的隔离度、上下行发射的定时、与室外基站的同步方面有较高的要求。直放站在放大转发上行信号过程中会增加信号的传输时延，对于信号质量有可能产生负面影响。对于TD-SCDMA系统中直放站的使用有待进一步研究。(4)射频拉远单元(RRU) ：该方式可以提供接近微蜂窝基站作为信号源的覆盖效果，即将基站中的射频部分取出通过光纤与基站中的数字基带部分相连，剩下的控制加基带部分被称为支持远端模块的“宿主基站”。远端模块共享宿主基站的基带资源。RRU避免了直放站信号的简单重复放大，且不像直放站仅改变原有扇区的覆盖拓扑，而是占用一定的基带资源提供容量服务，不会产生直放站的接收底噪抬升以至饱和自激的问题。优点在于建设的成本较低，无需严格的机房和建站条件，可以灵活地结合具体的室内覆盖系统，并且配置和实施十分灵活。缺点是要仔细核算基站的基带所能承载的处理能力，同时远端无线接入设备需要独立的传输和供电设备。对于TD-SCDMA系统，射频电缆在2GHz以上频段的损耗比较大，拉远距离短，一般在60m左右；且射频电缆数量多，也相应带动其他辅材数量的增加，给基站成本很大压力；而射频拉远技术在降低馈线损耗和电缆数量及安装难度控制等方面面临着极大的困难，导致了建设成本偏高的后果。TD-SCDMA网络中每个宏峰窝基站(一套天线)的覆盖半径只能有13km，在城市内高楼林立的地区覆盖半径还要小得多，为实现完好的覆盖，就必须架设大量的基站。TD-SCDMA系统中，采用中频拉远方案就可以很好地解决上述问题，即将无线基站中的模拟射频收发部分与无线基站的基带数字信号处理部分在模拟中频处分开，形成远端射频前端设备与室内单元。中频拉远技术通过基站室内单元的模拟中频接口，将射频的收发信机拉远至天线附近。下行方向将中频信号传输到射频前端，经混频后转换为射频信号，再由天线发射；上行方向将从天线发射过来的射频信号在前端混频为中频信号，通过中频传输系统传回到基站室内单元。远端射频前端设备与室内单元间可以用有线和无线传输手段相连接。其介质可以是中频电缆、光纤等。与传统的射频拉远技术相比，中频拉远技术具有以下显著的优点：电缆数量少、传输距离远、组网灵活、成本大幅降低等。3.2 基站站址选择移动通信网是一个完整的系统，基站站址选择的合理性与否不仅关系到自身的效果，而且直接关系到其他所有基站的位置和效果，关系到全网的通信质量以及网络建成以后的经济效益。原则上，TD-SCDMA系统的站点布局也应从满足覆盖、容量和成本三个角度综合考虑，且各业务的覆盖半径相差不大。将基站设置在真正有话务和数据业务需求的区域，各类区域站间距建议为500到800米。基站站址在目标覆盖区内尽可能平均分布，尽量符合蜂窝网络结构的要求，一般要求基站站址分布与标准蜂窝结构的偏差应小于站间距的1/4。避免周围环境对网络质量产生影响，天线高度在覆盖范围内基本保持一致、不宜过高，且要求天线主瓣方向无明显阻挡。从整体环境看，西校区的建筑物呈现对称状，建筑物高度基本一致，平均海拔高度在20米。而基站在保证覆盖的前提下，尽可能采用原有2G站址进行站点筛选，并根据2G站点筛选后得到规划区域的最佳服务小区，兰州理工大学西校区的2G基站建在南村食堂楼顶。本次兰州理工大学西校区TD-SCDMA网络设计选用一个基站，多个载频，基站频段为18801920MHz,载频间隔是1.6MHz，把整个兰州理工大学西校区看作小区，将小区分为三个扇区，采用三副120的定向辐射天线进行覆盖，基站覆盖小区用微蜂窝方式，基站架设天线高度为面天线离地面的距离，基于综合环境建筑的考虑，基站天线架设到西校区南村东侧食堂楼顶，就能满足所有用户的通话需求。基站负责南村宿舍区、北村宿舍楼、A馆B馆和1、2、4、6三座教学楼、学生运动区和校园的室外覆盖，可以保证校园室外区域的良好覆盖。北村和南村宿舍区旁边有篮球场和排球场比较空旷，能够保证信号覆盖质量。北村宿舍区和南村宿舍区建筑物分布密集且人员较多，考虑用室外小区分布覆盖进行补充，以保证信号质量。3.3 校园覆盖方案根据西校区的地图，兰州理工大学西校区占地面积为1305亩，而一亩为666.7平方米，经计算1305亩约为870000平方米，把整个西校区近似看做两个圆形小区，按圆的面积公式，得出它的半径R=526米=526千米。根据兰州理工大学西校区现有的规划，我们将兰州理工大学西校区分为三个区域，如下图3.1所示：图3.1 兰州理工大学西校区区域划分图将北村宿舍楼及大学生活动中心、图书馆划为北村宿舍区；将南村宿舍楼及南村两栋食堂划为南村宿舍区；教学楼实验楼及其他划为教学区。（1）北村宿舍区整个北村生活区的区域里一共有4栋连体宿舍楼，每个连体楼有360个宿舍；图书馆和大学生活动中心都是三层。 （2）南村宿舍区整个南村生活区的区域里一共有4栋连体宿舍楼，每个连体楼有360个宿舍，9号楼为女生宿舍楼，共有180个宿舍；两栋食堂都是三层。 （3）教学区1号楼、2号楼、4号楼、6号楼每栋楼五层，每层13间教室。A馆、B馆都是五层，工程训练中心三层，校医院及体育部也属于教学区。把整个兰州理工大学西校区看做一个小区，小区半径为0.526km,基站覆盖半径在1km以下的采用微蜂窝基站，设置一个基站，采用三副120的扇形定向辐射天线进行覆盖，每一扇区覆盖一定的范围。3.4 容量方案设计为了对现有校园分布系统小区进行容量规划，校园用户数目需要尽量准确。北村生活区共8栋宿舍楼和图书馆以及大学生活动中心，住宿的总人数为8640人。南村生活区共9栋宿舍楼，住宿的总人数为9720人。宿舍区总人数为18360，加上教职员工以及校内工作人员总共有19360人。由于学生上课流动性大，在食堂、图书馆、校园内不同时间段学生量完全不同，学生同时出现在这些地点时最多有5000人。1.语音业务忙时话务量根据采集的数据，用户语音忙时话务量的公式，其中C为每一用户每天平均呼叫次数，T为每次呼叫平均占用信道时间，k为集中系数，可计算出校园不同地点的忙时话务量。经过实际调研，宿舍区话务量高峰期是中午12:0014:30和晚上21:3024:00这两个时间段，每一个用户每天平均呼叫次数为6（次/天），每次呼叫的平均占用信道时间为120（秒/次），集中系数为15%，则每用户的忙时话务量为0.03爱尔兰/用户。校园其他区域话务量较少， 每一用户每天平均呼叫次数为2（次/天），每次呼叫平均占用信道时间为90（秒/次），集中系数为10%，则每用户的忙时话务量为0.005爱尔兰/用户。根据不同点的用户数，计算出无呼损时的忙时话务量：在北村宿舍区忙时话务量为0.03爱尔兰/用户8640个用户=259.2爱尔兰；在南村宿舍区忙时话务量为0.03爱尔兰/用户9720个用户=291.6爱尔兰；在校园其他区域忙时话务量为0.005爱尔兰/用户5000个用户=25爱尔兰。2.移动数据忙时话务量目前TD-SCDMA手机使用的业务主要有语音（AMR12.2K）、视频（CS64K）、PS64/64K、PS64/128K等四种。现在设定兰州理工大学西校区TD-SCDMA网络用户使用的语音业务是AMR12.2K，移动数据业务是64K, 预测语音业务全天的话务量为0.03爱尔兰/用户，数据业务的话务量为0.01爱尔兰/用户。语音业务与移动数据业务承载比为1:4。因此根据每种业务占用信道资源的比例，可以将1Erl移动数据业务等效为4Erl的语音业务。根据实际调查，在校园内任何时间任何地方都使用手机QQ，所以数据业务在全天24小时内使用是均匀的。则在北村宿舍区忙时话务量为0.01爱尔兰/用户乘以8640个用户等于86.4爱尔兰；在南村宿舍区忙时话务量为0.01爱尔兰/用户乘以9720个用户等于97.2爱尔兰；在校园其他区域忙时话务量为0.01爱尔兰/用户乘以5000个用户等于50爱尔兰。用等效爱尔兰算法将数据业务等效为语音业务，可得到西校区校园不同地点的忙时话务量，在北村宿舍区忙时话务量为爱尔兰；在南村宿舍区忙时话务量为爱尔兰；在校园其他区域忙时话务量为爱尔兰。由于无线电波在传播过程中，不可能100%的传播，都存在一定的呼损，假设呼损率为5%,则北村宿舍区忙时话务量为604.8爱尔兰乘以（1-5%）为574.56爱尔兰；在南村宿舍区忙时话务量为680.4爱尔兰乘以（1-5%）为646.38爱尔兰；在校园其他区域忙时话务量为225爱尔兰乘以（1-5%）为213.75爱尔兰。由于1个爱尔兰对应1个信道，则北村宿舍区需要575个信道；南村宿舍区需要647个信道；校园其他区域需要428个信道。本次设计TD-SCDMA系统采用18801920 MHz的频段，一共有40MHz的频带，载频间隔为1.6 MHz,有40MHz/1.6 MHz=25个载频。由于TD-SCDMA系统根据服务质量的不同，每个载频有40到80个信道，本次设计我取中间值即每个载频有60个信道。则北村宿舍区需要575个信道，则需要大约10个载频；南村宿舍区需要647个信道，则需要大约11个载频；校园其他区域需要214个信道，则需要大约4个载频。西校区网络设计总共需要25个载频，但这取的是载频的上限值，所以能够满足业务的需求。3.5 基站天线设置天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。根据方向性的不同，天线有全向和定向两种。1定向天线：在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，