TD-SCDMA覆盖与容量分析.doc

TD-SCDMA覆盖与容量分析课程目标：l 了解规模估算在网规流程中的作用l 掌握TD系统的时隙结构l 掌握链路预算方法以及所涉及参数的概念l 了解3G业务模型l 掌握容量估算的方法等参考资料：l 谢显中TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与实现l 李世鹤TD-SCDMA第三代移动通信系统标准l TD-SCDMA网规网优介绍_V2.0l TD系列书籍初版-9+前言思考题：见每章节的后面文件编号版本号拟制人/修改人拟制/修改日期更改理由主要更改内容V1.0赵 羽2006-7-13新建无V1.1袁 权2007-2-25重新定标覆盖及容量估算注1：每次更改归档文件（指归档到事业部或公司档案室的文件）时，需填写此表。注2：文件第一次归档时，“更改理由”、“主要更改内容”栏写“无”。目 录第1章 TD-SCDMA技术特点及网规特点51.1 TD-SCDMA基本特点51.1.1 多址接入方案51.1.2 信道编码方案51.1.3 调制和扩频方案51.1.4 物理层过程51.2 TD-SCDMA时隙帧结构61.3 TD-SCDMA资源单元71.4 TD-SCDMA扩频与调制81.5 TD-SCDMA网规特点91.5.1 工作频段穿透能力差91.5.2 定时提前对覆盖半径的影响101.5.3 多业务并发111.5.4 业务同径覆盖111.5.5 系统容量大121.5.6 智能天线对网络规划的影响131.5.7 小区呼吸效应弱131.6 TD-SCDMA无线网络规划特点141.6.1 TD-SCDMA网规原则141.6.2 TD-SCDMA网规要点15第2章 网规流程中的覆盖容量分析172.1 TD-SCDMA网规流程172.2 网络规模估算的定义182.2.1 覆盖受限的定义192.2.2 容量受限的定义192.2.3 网络规模估算的主要工作192.3 网络规模估算的流程202.3.1 单小区覆盖估算阶段202.3.2 单小区容量估算阶段202.3.3 规模估算结果调整阶段202.4 站型与覆盖面积的关系21第3章 TD-SCDMA覆盖估算方法223.1 覆盖估算的流程223.2 TD-SCDMA链路预算223.2.1 链路预算的定义223.2.2 链路预算基本参数233.2.3 上下行链路预算表333.2.4 链路预算中使用的传播模型353.2.5 通过路损计算基站规模363.3 TD与W链路预算差异37第4章 TD-SCDMA容量估算394.1 3G话务模型394.1.1 3GPP中的业务分类394.1.2 话务模型介绍404.1.3 业务渗透率和用户密度454.1.4 业务建模举例454.2 TD-SCDMA容量分析474.2.1 按码道受限分析474.2.2 按干扰受限分析484.2.3 相关结论504.3 容量估算方法514.3.1 Erlang基本知识514.3.2 Equivalent Erlang方法564.3.3 Post Erlang-B方法574.3.4 基于Campbell理论的估算方法604.3.5 KR迭代容量估算方法63-68- TD-SCDMA覆盖与容量分析第1章 TD-SCDMA技术特点及网规特点1.1 TD-SCDMA基本特点1.1.1 多址接入方案TD-SCDMA的多址接入方案是采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA），扩频带宽约为1.6MHz，采用不需配对频率的TDD（时分双工）工作方式。在TD-SCDMA系统中，一个10ms的无线帧可以分成2个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。因此，一个基本物理信道的特性由频率、码和时隙决定。TD-SCDMA使用的帧号（0-4095）与UTRA建议相同。信道的信息速率与符号速率有关，符号速率可以根据1.28Mcps的码速率和扩频因子得到。上下行的扩频因子都在1到16之间，因此各自调制符号速率的变化范围为80.0K符号/秒1.28M符号/秒。1.1.2 信道编码方案TD-SCDMA支持三种信道编码方式：- 在物理信道上可以采用前向纠错编码，即卷积编码，编码速率为1/21/3，用来传输误码率要求不高于10-3 的业务和分组数据业务；- Turbo编码，用于传输速率高于32Kbps并且要求误码率优于10-3的业务；- 无信道编码。信道编码的具体方式由高层选择，为了使传输错误随机化，需要进一步进行比特交织。1.1.3 调制和扩频方案TD-SCDMA采用QPSK方式进行调制（室内环境下的2M业务采用8PSK调制），成形滤波器采用滚降系数为0.22的根升余弦滤波器。TD-SCDMA采用了多种不同的扩频码：- 采用信道码区分相同资源的不同信道（OVSF）；- 采用下行导频中的PN码、长度为16的扰码来区分不同的基站；- 采用上行导频中的PN码、周期为16码片和长度为144码片的midamble序列来区分不同的移动终端。1.1.4 物理层过程在TD-SCDMA系统中，与物理层有关的过程有：- 闭环和开环功率控制；- TD-SCDMA系统内的切换测量；- 为向GSM900/GSM1800切换作准备的测量过程；- 为向CDMA TDD/FDD模式切换作准备的测量过程；- 随机接入处理；- 动态信道分配（DCA）；- 开环、闭环上行同步控制；- UE定位（智能天线）。1.2 TD-SCDMA时隙帧结构TD-SCDMA系统采用TDD（时分双工）模式，与FDD（频分双工）方式中采用频段来分离接收和发射信道的方法不同，在TDD时分双工方式中，接收和发射是在同一频率的不同时隙，用保证时间来分离接收信道和发送信道。其原理图如下：图1-1 3G的两种双工模式TD-SCDMA系统的帧结构如下图所示。物理信道采用4层结构：超帧、无线帧、子帧和时隙/码。一个超帧长720ms，由72个无线帧组成，每个无线帧长10ms。TD-SCDMA将每个无线帧分为两个5ms子帧，每个子帧由长度675的7个主时隙和3个特殊时隙组成。3个特殊时隙分别是下行导频时隙、上行导频时隙保护时隙。在这7个主时隙中，TS0总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行链路，其它时隙既可以做上行链路的时隙，也可以做下行链路的时隙。上行链路和下行链路之间由一个转换点分开，在TD-SCDMA的每个5ms子帧中，有两个转换点（DL到UL和UL到DL）。图1-2 时隙帧结构一个突发的持续时间就是一个时隙，下行导频时隙由64比特正交码组成，它是无线基站的导频信号，也是下行同步信号。而上行导频时隙由128比特的正交码组成，它是用户终端的导频信号，主要用于上行同步。保护时隙用于保护和区分上、下行时隙，使距离较远的终端能够实现上行同步，在TD-SCDMA系统中，此时隙的宽度决定了小区的最大覆盖半径。1.3 TD-SCDMA资源单元在TD-SCDMA系统中，一个信道就是载波、时隙、扩频码的组合，也叫一个资源单位(Resource Unit)。TD-SCDMA系统有5中资源单元（RU），其中一个时隙内由一个16位扩频码划分的信道是最基本的资源单位，即BRU。OVSF码的使用使得信道可以传输各种速率的数据：对于低速的数据可以采用较大的扩频因子(扩频增益大)；而高速的数据可以用较小的扩频因子(扩频增益小)。这样对于一个高速的(需要多个资源单元)承载业务，可以有两种信道分配方式：一是为该业务分配多个码道，其中每个码道都采用较大的扩频因子(较低的单信道数据速率)，进行多码道传输(Multicode Transmission)，以达到较高的数据速率(如分配2个SF=16的码道)；二是仅为该业务分配一个(或者较少的码道)，并使用较小的扩频因子(较高的单信道数据速率)(如分配一个SF=8的码道)。具体选择哪一个要根据实际情况的多种因素，如当前时隙的剩余码道数，码道的正交性要求等等。在TD-SCDMA系统中，对于上行，信道化SF取值为：1、2、4、8、16；对于下行，信道化SF取值为：1、16。而对于多码道传输，也有两种不同的码道分配方式需要考虑：“码域集中分配(Code Pooling)”和“时域集中分配(Time Pooling)”(当然，也可以采用两者的结合)。码域集中分配是首先将一个时隙内的多个码道集中分配给用户，如果该时隙内可用码道不够，再考虑分配其他时隙内的码道；而时域集中分配是同时将多个时隙分配给用户，但每个时隙可能分配更少的BRU给该用户。码域集中分配减少了每个时隙内的平均用户数但由于在同一时隙可能同时需要多个码道，阻塞概率将高于时域集中分配原则。除时域集中和码域集中分配外，系统的RU分配原则还包括给定业务的BRU数，它们对最后的Node B需求数的计算有直接的影响，计算系统保证一定接入成功率的Node B需求数前，一定要确定系统对不同业务的RU分配的具体原则。从系统性能来看，时域集中分配总体上优于码域集中分配，但对RRM算法的要求和终端的设计要求也更高。因此，在覆盖受限的业务可以考虑时域集中分配，将所需的BRU分散到不同时隙，增大小区覆盖，而其它业务则主要考虑码域集中分配，降低RRM调度的复杂性。1.4 TD-SCDMA扩频与调制来源于物理信道映射的比特流在进行扩频处理之前，先要经过数据调制。所谓数据调制就是把2个（QPSK调制）或3个（8PSK调制）连续的二进制比特映射成一个复数值的数据符号。图1-3 TD-SCDMA系统扩频调制框图（QPSK调制）经过物理信道映射之后，信道上的数据将进行扩频和扰码处理。直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum）系统是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息；具体说，将每一个数据比特与一个包括N个比特的码序列(码片)相乘，得到扩展后的码片速率为原来比特速率的N倍，扩频因子即为N；将信号速率乘以N相当于数据信号的带宽扩展了N倍，在相关检测中，用户的信号幅度比其它干扰系统的信号幅度平均增大了N倍。扰码与扩频类似，也是用一个数字序列与扩频处理后的数据相乘。与扩频不同的是，扰码用的数字序列与扩频后的信号序列具有相同的码片速率，所作的乘法运算是一种逐码片相乘的运算。扰码的目的是为了标识数据的小区属性。在发射端，数据经过扩频和扰码处理后，产生码片速率的复数值数据流。每一个突发中，含有两个数据符号字段，其中每个数据符号字段有352个码片，所以，单时隙数据域码片长度3522704个；若SF16，则扩频前数据符号数为：70416=44个；若采用QPSK调制，则一个BRU包含的数据比特数为442= 88个；采用8PSK，则一个BRU包含的数据比特数为443132个；因为一个子帧长度为5ms，所以：采用QPSK时，一个BRU能承载的数据速率为：88 个 ( 1s 5 ms ) 17600比特/秒采用8PSK时，一个BRU能承载的数据速率为132 个 ( 1s 5 ms ) 26400 比特/秒1.5 TD-SCDMA网规特点 无线网络系统建设过程中，无线网络规划是非常重要的环节，系统性能受很多网络方面因素的影响。TD-SCDMA无线网络规划中需要特别关注几个因素：工作频段高导致穿透能力差；时隙帧结构对覆盖半径有约束；3G是一个多业务并发的系统；各种业务覆盖半径基本相同；系统容量大；采用智能天线的技术；小区呼吸现象弱。下面对以上各方面进行详细描述。1.5.1 工作频段穿透能力差 2002年10月，国家信息产业部下发文件关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知（信息产业部无委会2002479号）中规定：主要工作频段（FDD方式：19201980 MHz / 21102170 MHz；TDD方式：18801920MHz、20102025MHz）。补充工作频段（FDD方式：17551785MHz / 18501880MHz；TDD方式：23002400MHz，与无线电定位业务共用）。从中可以看到TDD得到了155MHz的频段，而FDD（包括WCDMA FDD和CDMA2000）共得到了290MHz的频段。TDD得到的155MHz中频段划分如下： A频段：18801920MHz； B频段：20102025MHz； C频段：23002400MHz。图 1-4 中国3G频谱分配图现阶段在一些城市建设的试验网均采用的是20102025MHz的B频段。和2G无线通信网络相比，频率提高带来了最突出的一个问题就是无线信号的穿透能力下降。通常所谓穿透指的其实是电磁波的衍射，也就是电磁波会绕过障碍物的一种能力，而频率提高后，波长变短，衍射现象也就越不明显了。因此，和频段较低的（如GSM900MHz）系统相比较，TD-SCDMA系统在有阻挡物的条件下，更容易出现盲区。频段特性对网络规划带来很大影响，这种影响主要体现在链路预算和网络仿真中。在无线网络规划中，要充分考虑各种地形地物对高频段无线信号的衰减影响。1.5.2 定时提前对覆盖半径的影响因为，TD-SCDMA系统对时间同步要求极为严格，即同一小区的所有用户，无论远近，要确保其上行信号到达基站的时间相同。由TD-SCDMA系统的时隙结构可知，为使UE发送的上行同步码（SYNC_UL）落在Node B的UpPTS时隙内，UE需要提前发送，称之为UE的定时提前。图 15 TD-SCDMA最大覆盖半径接入分析（1）如果UE的定时提前小于96个chip（见图1-5），则不会出现上下行导频的干扰，根据公式：，其中dmax是小区允许的最大覆盖半径；c是光速；tgap是保护时隙持续时间。由此决定了TD-SCDMA的覆盖范围为：当定时提前超过96个chips时，UE发送的UpPTS将干扰临近UE的DwPTS的接收，这在TD-SCDMA中是可以接受的，这是因为：第一，对于大小区，两UE靠近的可能性不大；第二，DwPTS无需在每一帧中均被UE接收，初始小区搜索中几个DwPTS未能接收亦无大碍；第三，UpPTS并不在每一帧中发射，它仅在随机接入或切换时需要，故干扰的概率很小。图 16 TD-SCDMA最大覆盖半径接入分析（2）可以将UpPTS提前96+32个chip发送是因为：UpPTS中的GP时隙无信号，对TS1不会有任何影响。这种方式无需改动Node B、UE、协议而可达到的最大覆盖距离。根据时隙帧结构来对小区覆盖半径的理论分析，没有考虑实际无线环境的影响，可供实际工程规划时参考。1.5.3 多业务并发 3G网络，除了传统的语音业务，还提供各种速率的CS和PS业务。例如可视电话、www浏览、FTP下载、音频流、视频流等。话音和数据业务所需的服务质量的不同对网络容量有很大影响。数据业务的覆盖与话音不同，而数据用户与话音用户共用资源，在进行网络规划时，要充分考虑覆盖区数据业务和话音业务的容量需求及覆盖需求。1.5.4 业务同径覆盖 TD-SCDMA系统能同时保证各业务的连续覆盖。数据业务半径差别不明显，这是由于高速数据业务占用多个时隙，而每时隙占用码道数相同，处理增益相差不大。图 1-7 TD-SCDMA的业务同径覆盖WCDMA各业务的扩频因子不同，因而覆盖为半径不同的同心圆，即“同心覆盖”，在规划过程中如果保证语音业务的连续覆盖，就不能保证高速数据业务的连续覆盖，如果保证高速数据业务的连续覆盖，语音业务的覆盖就有很大的重叠，相互之间容易产生严重的干扰。TD-SCDMA系统数据业务半径差别不明显，这是由于高速数据业务占用多个时隙，而每时隙占用码道数相同，处理增益相差不大导致的。TD-SCDMA各业务的覆盖半径基本相同，即“同径覆盖”，因此能同时保证各业务的连续覆盖。1.5.5 系统容量大 系统容量通常可以用频率利用率来衡量。频率利用率是指在单位频带范围内，每个小区支持的最大用户数。理论上，对于语音业务，TD-SCDMA的频率利用率为15用户/MHz/小区，WCDMA及cdma2000的频率利用率分别为6用户/MHz/小区、8用户/MHz/小区；对于数据业务，TD-SCDMA的频率利用率为1.25Mbps/MHz/小区，WCDMA及cdma2000的频率利用率分别为0.4Mbps/MHz/小区、1.0Mbps/MHz/小区。不难看出，在相同的频谱宽度内，TD-SCDMA系统可以支持更多的用户数和更高速的数据传输。表 11系统码道受限理论分析业务类型TD-SCDMA（1.6M*6）WCDMA（5*2M）三上三下二上四下一上五下单小区网络可用下行上行下行上行下行上行12.2K14414419296240481286064K36364824601230-3215128K1818241230612-146384K6-6-6-6-732M-6-11表1-1表示了在相同10MHz带宽范围内，TD-SCDMA系统和WCDMA系统各业务分别支持的码道数。我国为TDD模式规划了55MHz的核心频段以及100MHz的补充频段； TD-SCDMA技术在55MHz的核心频段可提供33个频点，补充频带内可提供60个频点。1.5.6 智能天线对网络规划的影响智能天线可以有效地降低小区内及小区间的干扰，因此可以有效地提高TD-SCDMA的覆盖范围及容量。智能天线提高了天线增益，增大了小区半径。理论上智能天线上行有9dB的分集增益，下行有9dB的赋形增益；从外场测试的结果表明，智能天线能有效地降低小区内及小区间的干扰，因此提高了系统容量。智能天线的使用代价是增加了系统的复杂度。目前TD-SCDMA使用的智能天线，不管是圆阵还是线阵，都不能电调下倾，只能预制下倾角，线阵可以机械下倾。1.5.7 小区呼吸效应弱所谓小区呼吸效应是指随着业务量的增加（或减小），小区覆盖半径收缩（或扩大）的动态平衡现象。由于CDMA系统的每个用户信号能量被分配在整个频带范围内，经过编码、扩频之后，一个用户对于其他用户而言就是宽带噪声。接收机利用一个与扩频信号相同的信号来识别和解调用户信息，而将其他信号视为宽带干扰滤掉。每增加一个用户，对于其他用户而言，干扰电平就会增加，干扰电平随着用户数量的增加而提高。为了保证各自呼叫继续进行，每个用户都适当的提高自己的发射功率，形成了一种功率攀升的恶性循环，直到新的用户无法使基站接受到符合解调门限的信号为止，此时系统达到容量极限。TD-SCDMA系统能有效的抑制自干扰，这是由于系统采用了TDD技术，把多用户分配到了不同的时隙，降低了单时隙的用户数，导致干扰提升较低，同时智能天线和联合检测等先进技术对干扰抑制作用明显，因此当负载增大时，上行覆盖半径变化不明显，即呼吸效应弱，所以TD-SCDMA系统自干扰水平较弱。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发生变化，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以及SDMA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，在单时隙中采用CDMA技术来提高容量，使得单时隙中多个用户之间的干扰成为产生呼吸效应的唯一原因，而这部分干扰通过联合检测和智能天线技术（体现为SDMA）也基本上被克服了，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，覆盖半径基本不随用户数的增加而变化，即呼吸效应不明显。TD-SCDMA小区呼吸现象不明显的原因：l TD-SCDMA系统各种多址技术使产生呼吸效应的因素显著降低l 智能天线和联合检测技术最大限度的克服了小区呼吸效应，联合检测技术给系统带来较大增益，使小区内干扰因子下降；智能天线波束赋形进一步减少小区内和小区间干扰；仿真结果也显示随小区用户数增加，性能损失很小。l TDD系统特有的上/下行干扰问题可以借助动态信道分配部分克服，新增用户的接入会导致其它用户业务质量的下降，通过适当的时隙安排，可以减少该影响；对于已经接入的用户，由于无线传播环境的变化导致的业务质量的下降，也可以通过小区内或波束间的信道切换，减小用户增加带来的影响；动态信道分配算法会尽量地把来自同一方向上的用户分散到不同的时隙中，使得多址干扰降至最小。1.6 TD-SCDMA无线网络规划特点1.6.1 TD-SCDMA网规原则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。图 1-8 一次规划，分期建设1.6.2 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）。 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设计基站类型，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。 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。 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，设计频点的分配；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。思考问题：1.TD系统有那些基本特点？2.TD的时隙结构是怎样的？为什么会限制覆盖的最大距离？3.TD的建网策略是什么？第2章 网规流程中的覆盖容量分析2.1 TD-SCDMA网规流程图2-1 TD-SCDMA网规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。图2-1 是TD-SCDMA无线网络规划的简要流程，本节介绍无线网络规划各步骤流程，详细介绍请参考其他相关课程。（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：根据拓扑结构设计结果，到实地对候选站址进行勘察和筛选；（6）无线网络详细设计：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。2.2 网络规模估算的定义TD-SCDMA网络规模估算，是指根据需求分析和无线环境分析，给出规划区域所需要的基站数目，是无线网络预规划中的重要组成部分。在做网络规划前，可以预先估计网络的规模，如整个网络需要多少基站，多少小区等。网络规模估算就是通过对规划区域无线传播环境的测试，得到当地的传播模型（这一工作在无线环境分析中完成），对覆盖距离进行合理的预测（即进行链路预算）；根据人口分布以及客户对重点覆盖区域的要求，合理预测话务量的分布；在此基础上，参考已有站点和地形地物，决定满足覆盖和容量的站点分布。网络规模直接由两个方面决定，一是由于覆盖受限而必须要的小区数目，二是由于小区容量受限而必须要的小区数目。网络规模估算包括两部分，一部分是基于覆盖的规模估算，一部分是基于容量的规模估算。2.2.1 覆盖受限的定义一方面通过规划区域的传播模型和链路预算，得到单小区覆盖半径，再经过面积的折算，获得规划区域所需要的基站数目，定义为NCoverage。另一方面根据规划区域的用户容量和干扰准则，确定需要的基站数目，定义为NCapacity。假设按照覆盖要求计算需要的基站数目多，即NCoverageNCapacity，则该规划区域为覆盖受限区域。通常覆盖受限区域多在郊区、农村等偏远地区，这些地区传播环境较好，用户密度较低，且多为低速语音业务，系统需要着重考虑如何以更少的基站覆盖更广阔的区域。2.2.2 容量受限的定义NCoverage和NCapacity的定义同Error! Reference source not found.节。假设按照容量要求计算需要的基站数目多，即NCoverageNCapacity，则该规划区域为容量受限区域。通常容量受限区域多在密集城区、一般城区，这些地区传播环境复杂，信号传播衰减大，而用户密度较高，且多为高速数据业务，系统需要着重考虑如何充分利用基站资源，在保证一定的干扰水平下满足更大容量的需求。2.2.3 网络规模估算的主要工作无线网络规模估算包括两部分，一部分是基于覆盖的规模估算，一部分是基于容量的规模估算。规模估算和网络拓扑结构设计阶段主要需要完成如下工作：根据无线环境分析阶段得到的传播模型，各区域相应的链路预算表以及各覆盖区域大致的建筑物高度，得到满足覆盖要求的小区半径；由于单时隙用户数不同，链路预算表也不一样，所以单时隙不同用户数的覆盖半径要分别计算；全向站和定向站分别计算。根据总的容量需求，以及需求分析阶段得到的各区域话务分布情况，对规划区域的各个片区进行容量分配；根据每个小区可带的话务量，可以得到各片区需要的小区数；根据各片区的面积，按照定向站的标准，可以得到满足容量需求的各片区的大致小区半径。最后各片区实际规划的覆盖半径，要从覆盖和容量两方面着手，达到覆盖和容量的最佳平衡。2.3 网络规模估算的流程TD-SCDMA无线网络规模估算是根据规划网络的覆盖目标、容量目标和质量目标估算满足需求所需的网络设备配置的过程。TD-SCDMA系统中，覆盖和容量的关系密切相关，相互影响。因此，TD-SCDMA网络的规模估算需要从覆盖和容量两方面着手，并且要达到覆盖与容量的最佳平衡，最终实现网络的质量目标。针对划分好的区域，规模估算的基本流程如下：2.3.1 单小区覆盖估算阶段规模估算的第一步，就是计算单时隙用户数不同时的基站覆盖半径。在TD-SCDMA系统中，由于存在传统的CDMA系统固有的呼吸效应，随着单时隙用户数的增多，用户和用户之间的干扰增加，反映到链路预算上，就是干扰余量这个参数值随着单时隙用户数的增加而递增，导致覆盖半径收缩。因此，基于覆盖的链路预算要根据单时隙用户数来分别考虑，即得到单小区覆盖半径与单时隙用户数的对应曲线。假设x量代表单时隙的用户数，y量代表单小区覆盖半径，显然，y=f(x)的函数应该是一个减函数。2.3.2 单小区容量估算阶段规模估算的第二步，就是根据当地的话务模型，并且假定单时隙的用户数发生变化，为了满足容量，计算需要的小区资源，在TD-SCDMA系统中，这种小区资源体现为码道资源，从而得到不同的单时隙用户数对应的覆盖半径。当规划区域的面积越大，用户密度越高，体现为所需要规划的容量越大，显然占用的资源就越多。特别是在城区，针对高端用户和混合业务并发的条件下，规划区域一般情况下是容量受限，因此对容量的规划显得更为重要。对于TD-SCDMA系统，由于使用了智能天线和联合检测技术，使得系统的干扰水平较传统的CDMA系统低。通过系统仿真，TD-SCDMA系统是一个资源受限的系统，因此对于容量估算可以有几种方法选择。详见4.3节容量估算方法。2.3.3 规模估算结果调整阶段规模估算的第三步，就是根据网络设计的原则，达到容量与覆盖的最佳平衡，使得规模估算即满足覆盖的要求，也满足容量的需求。因此，在规模估算结果的调整阶段，需要寻找一个平衡点，该点满足：此时单时隙用户数一定，容量与覆盖所需半径相差最小，成本最低。如果不存在这样的交点，则以覆盖半径小的为准。最后通过单小区覆盖半径，再根据不同的站型，得到基站覆盖面积。用规划区域的总面积除以小区覆盖面积，得到基站规模。2.4 站型与覆盖面积的关系站型，一般包括全向站和三扇区定向站。在规模估算中，根据广播信道水平3dB波瓣宽度的不同，常用的定向站有水平3dB波瓣宽度为65度和90度两种。Error! Reference source not found.标识的是不同站型扇区半径和基站面积的计算示意图。图2-2 常用站型图示表2-1站型与面积的关系示意表全向站定向站（广播信道65度，三扇区）定向站（广播信道90度，三扇区）站间距面积一般情况下，在密集城区和一般城区大多采用广播信道水平3dB波瓣宽度65度的三扇区定向站来计算，郊区、农村大多采用广播信道水平3dB波瓣宽度90度的三扇区定向站或者全向站来计算。因此在做基站面积计算的时候，可以按照这样的原则来进行估算。实际情况要根据现场环境和需求来调整。思考问题：1.TD系统有那些基本特点？2.TD的时隙结构是怎样的？为什么会限制覆盖的最大距离？3.TD的建网策略是什么？第3章 TD-SCDMA覆盖估算方法3.1 覆盖估算的流程蜂窝系统中，在基站扇区的覆盖范围内，接收端（基站或终端）应有足够的信号电平来满足业务要求。一定传播环境下，小区的覆盖范围直接取决于收发端所允许的最大路径损耗，而链路预算可确定无线链路的最大允许路径损耗。链路预算中的最大允许路径损耗可大致用下列公式定性表示：最大允许路径损耗有效发射功率接收增益接收机灵敏度余量链路预算时，根据计算得到的允许的最大路径损耗（MAPL），利用合适的传播模型，可得到对应环境下基站的覆盖半径。根据规划区域的无线传播环境，网络规划工程师可以直接运用一些已有模型，或根据测试数据校正得到的模型，来预测传播损耗和基站的覆盖半径。覆盖估算要做到如下几步： 链路预算中使用的传播模型的确定； 使用链路预算工具，在已获取的传播模型基础上，分别计算满足上下行覆盖要求条件下各个区域的小区半径； 根据站型计算小区面积； 用区域面积除以小区面积就得到所需的基站个数。3.2 TD-SCDMA链路预算简单地说，链路预算是对一条通讯链路上的各种损耗和增益的核算。3.2.1 链路预算的定义所谓链路预算，是通过对系统中上、下行信号传播途径中各种影响因素的考察和分析，对系统的覆盖能力进行估计，获得保持一定呼叫质量下链路所允许的最大传播损耗。链路预算是覆盖规划的前提，通过计算业务的最大允许损耗，可以求得一定传播模型下小区的覆盖半径，从而确定满足连续覆盖条件下基站的规模。TD-SCDMA链路预算的特点如下： 智能天线的使用在链路预算中带来了系统增益； 干扰余量相对比较小，尤其是上行，这是因为采用了良好的干扰抑制技术； 馈缆损耗比较小，是因为TD-SCDMA中的馈缆指的是从塔放的输出到天线的输入这一段 跳线。影响链路预算的因素很多，除了手机的发射功率，基站的接收灵敏度外，还有阴影衰落余量，建筑物的穿透损耗，业务的速率和业务解调门限（Eb/No）等，所以，链路预算也应该区分地理环境和业务种类进行。3.2.2 链路预算基本参数a 终端最大发射功率目前各终端厂商的设备，其话音业务和数据业务的终端最大发射功率均为+24 dBm。b 人体损耗对手持机，当位于使用者的腰部或肩部时，接收的信号比天线离开人体几个波长时要低，一般语音业务取3dB，数据业务取0dB。c UE天线增益一般取0dBi。d 业务处理增益CDMA系统是一个扩频系统，计算处理增益就是计算扩频增益。首先介绍一下什么是扩频的概念。香农（C.E.Shannon）在研究信息论时总结出著名的信道容量公式，即香农公式，表述如下：C - 信道容量(用传输速率度量) W - 信号频带宽度 S - 信号功率 N - 白噪声功率 香农公式表明了在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比S/N是可以互换的；用扩展频谱的方法换取信噪比要求的降低，是扩频通信的重要特点，采用扩频通信可以将被噪声淹没的信号正确解调出来，提高通信的抗干扰能力。直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum）系统是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息；具体说，将每一个数据比特与一个包括N个比特的码序列(码片)相乘，得到扩展后的码片速率为原来比特速率的N倍，扩频因子即为N；将信号速率乘以N相当于数据信号的带宽扩展了N倍，在相关检测中，用户的信号幅度比其它干扰系统的信号幅度平均增大了N倍。同时TD-SCDMA系统还是一个时分系统，因此不能简单的将扩频增益等效于处理增益。处理增益与扩频因子、编码方式、调制方式有关，TD-SCDMA系统的处理增益有三种计算方法。方法一：根据规范3GPP TR25.928附录B计算处理增益。3GPP TR25.928附录B 有如下定义：，其中Rc：信道编码器速率(取决于服务) ；M：符号表大小，与调制方式有关（采用QPSK为4，8PSK为8）；：扩频调制因子；Q：每符号码片数；B为用户带宽；TC为码片传递周期；BTC=1。若考虑CS12.2k话音业务，M=4，Q=8。对于12.2kbps语音业务，根据协议的基带编码方式，则有244/704=0.3466。则处理增益为：方法二：根据基带处理计算处理增益。，其中：Q是每符号的码片数，即扩频因子；PL为打孔限制（0.401.0 by step of 0.04），各种业务上下行的PL不同；Rc是信道编码速率，如卷积码（CC）1/2、1/3、Turbo码（TC）1/3；M是符号表大小，与调制方式有关（采用QPSK为4，8PSK为8）；是扩频调制因子（采用QPSK为2，8PSK为3）。表 31 各业务处理增益表编码类型调制方式PLSFG(dB)单码道CS12.2kUL30.50.7289.365137DL30.50.761612.61025CS64kUL30.50.4821.583625DL30.50.521610.96215PS64kUL30.50.4821.58362530.5124.771213DL30.50.521610.9621530.50.961613.62482PS128kDL30.50.481610.6145230.50.841613.04491PS384kDL30.50.481610.6145230.511613.80211方法三：也可以根据时隙突发的结构，考虑时隙内包含Midamble码、以及时隙与时隙之间的GP，计算处理增益：，其中：W为用户带宽：1.28MHz；R为业务比特速率；6400为TD-SCDMA系统中，5ms帧所承载的总Chip数；704为TD-SCDMA系统中，5ms帧每时隙所承载的数据部分的Chip数；k为求解每码道速率的折算因子，通常取1。例如各业务的处理增益计算如下：12.2k业务：64k业务：128k业务：384k业务：e 目标载干比目标载干比是智能天线收到的码片级载干比门限值。该值可以在实验室中测试得到。与信噪比有关的几个参数分别为：C/I（载干比）、SIR（符号信噪比）、Eb/N0（比特信噪比）。根据TD-SCDMA系统调制、扩频与解扩、解调的关系（如图 31 TD-SCDMA基带过程），得到如下公式：（Q是业务扩频增益，数值上等于10lg(SF)，即扩频因子SF的dB值）；（G是业务处理增益）。图 31 TD-SCDMA基带过程因此，在链路预算中，如果已知Eb/N0和处理增益G，就可以推算出C/I来。f 天线增益天线增益与天线的具体型号有关。智能天线的阵元通常是按直线等距、圆周等距排列，每个阵元为全向天线。 基站天线增益分两部分：单天线增益、多天线增益，对于8阵元智能天线理论上，上行有9dB的分集增益，下行有9dB赋形增益。而实际增益根据无线环境和UE相对于天线平板位置而定。通常线阵智能天线的赋形增益取79dB。圆阵智能天线的赋形增益比线阵智能天线小。g 馈线损耗馈缆损耗指的是塔放与天线接口之间的跳线损耗，它会降低接收机接收电平，从而对覆盖能力产生影响。在TD-SCDMA系统中，TMB放置在室外，馈线损耗指塔放输出至天线入口这段损耗，一般取0.51dB。h 热噪声密度与热噪声功率热噪声：热噪声是由导体中电子的热运动而产生的；在通信系统中，电阻器件噪声以及接收机产生的噪声均可以等效为热噪声；在大多数通信系统中，由于噪声带宽远远大于系统带宽，所以从直流到1012Hz的频率上，热噪声在每单位带宽上产生的噪声功率相等，即其功率谱密度在整个频率范围内都是均匀分布的，所以又称热噪声为白噪声；热噪声又被称作KTB底噪声，K=波尔兹曼常数(1.3810-23) ，T绝对温度(=摄氏温度+273.15)，B=接收器有效噪声带宽；如在温度为17(290K)时，KT(热噪声密度)为：-174dBm/Hz，考虑TD-SCDMA系统带宽为1.28MHz，因此接收机热噪声功率约-106dBm。i 基站噪声系数接收机输出的信噪比不但与噪声功率有关，还与输入信号的信噪比有关。一般系统中都用噪声系数（NoiseFigure）来表示系统的噪声性能。噪声系数通常被定义为网络输入端信号信噪比和网络输出端的信号信噪比之间的关系，值越小，说明该系统硬件的噪声控制越好，若以dB表示为：(S/N)in是输入信噪比，(S/N)out为输出信噪比，NA是接收机所产生的噪声功率，KP是设备的增益，显然有No=KP*Ni+NA，So=KP*Si，So/No=Si/(Ni+NA/KP)，不难看出，信号经过该设备后信噪比发生了变化，这个变化量即为接收机的噪声系数。图 32 噪声系数计算示意图一般基站噪声系数取3.5dB，终端噪声系数取7dB。j 干扰余量多用户发起业务后造成底噪抬升被称作干扰余量。传统的CDMA系统，小区负荷越高，容量越大，干扰就越大，导致覆盖就越小，虽然TD-SCDMA系统由于采用了联合检测和智能天线等技术，干扰余量较传统的CDMA系统而言比较小，但依然存在一定的小区呼吸现象。为了在链路预算