TD-SCDMA系统介绍及室内分布设计分析.doc

TD SCDMA系统介绍及室内分布设计分析系统介绍及室内分布设计分析 V1 0 拟制拟制 Prepared By 单击单击此此处处键键入入姓姓名名 日期 日期 Date 2007 6 7 审核审核 Reviewed By 单击单击此此处处键键入入姓姓名名 日期 日期 Date 单击此处键入日期单击此处键入日期 批准批准 Approved by 单击单击此此处处键键入入姓姓名名 日期 日期 Date 单击此处键入日期单击此处键入日期 产品行销部 版权所有版权所有 侵权必究侵权必究 All rights reserved TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 2 页 共 40 页 文件更改履历表文件更改履历表 序号修改页码及条款修改人审核人批准人更改日期 1V1 02007 6 7 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 3 页 共 40 页 目 录 1引言引言 5 1 1文档目的文档目的 5 1 2阅读对象阅读对象 5 1 3微缩语微缩语 5 2TD SCDMA 系统概述系统概述 6 2 1TD SCDMA 系统逻辑结构系统逻辑结构 6 2 2TD SCDMA 频率划分及帧结构频率划分及帧结构 7 2 3TD SCDMA 的关键技术的关键技术 8 2 3 1时分双工 8 2 3 2智能天线 8 2 3 3联合检测 9 2 3 4同步 CDMA 10 2 3 5软件无线电 10 2 3 6接力切换 10 3TD SCDMA 设备介绍设备介绍 11 3 1TD SCDMA 拉远方式对比拉远方式对比 11 3 2RRU 介绍介绍 12 3 3微蜂窝介绍微蜂窝介绍 13 3 4TD SCDMA 直放站介绍直放站介绍 13 3 4 1TD SCDMA 同步技术 14 3 4 2干放工作原理 14 3 4 3无线直放站工作原理 15 3 4 4光纤直放站工作原理 15 4TD SCDMA 室内覆盖设计分析室内覆盖设计分析 16 4 1TD SCDMA 室内覆盖设计特点及基本原则室内覆盖设计特点及基本原则 16 4 1 1TD SCDMA 覆盖特点 16 4 1 2基本原则 17 4 2设计指标设计指标 17 4 2 1信号覆盖电平 17 4 2 2移动台最大发射功率 17 4 2 3上下行误块率 BLER 17 4 2 4切换成功率 17 4 2 5接通率 17 4 2 6掉话率 17 4 2 7信号外泄 17 4 2 8上行噪声电平 17 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 4 页 共 40 页 4 3室内覆盖场景室内覆盖场景 18 4 4信源选择信源选择 19 4 5TD SCDMA 话务模型及容量分析话务模型及容量分析 20 4 5 1话务模型 20 4 5 2室内话务的信源配置估算方法 22 4 6TD SCDMA 室内覆盖传播模型及链路预算室内覆盖传播模型及链路预算 23 4 6 1自由空间的电磁波传播 23 4 6 2室内电磁波传播模型 24 4 6 3覆盖区场强预测方法 25 4 7TD SCDMA 室内覆盖干扰分析室内覆盖干扰分析 26 4 7 1杂散干扰分析 26 4 7 2互调干扰分析 27 4 7 3阻塞干扰分析 28 4 7 4多系统兼容干扰消除方法 28 4 8TD SCDMA 系统频率规划和码规划系统频率规划和码规划 28 4 8 1TD SCDMA 频率规划 28 4 8 2TD SCDMA 码规划 30 5TD SCDMA 室内分布改造分析室内分布改造分析 30 5 1方案设计的差异分析方案设计的差异分析 30 5 1 1业务需求的差异 30 5 1 2系统容量设计上的差异 31 5 1 3无线信号传输的差异 31 5 2GSM 室内分布的双网改造思路分析室内分布的双网改造思路分析 32 5 2 1系统改造的面临的问题 32 5 2 2进行系统改造的策略 32 6TD SCDMA 室内分布引入干放影响分析室内分布引入干放影响分析 37 6 1干放引入时延对系统的影响干放引入时延对系统的影响 37 6 2多径时延对系统的影响多径时延对系统的影响 38 6 3上下行时延不平衡的影响上下行时延不平衡的影响 38 6 4引入干放后对基站底噪抬升的影响分析引入干放后对基站底噪抬升的影响分析 38 6 5上下行增益不平衡对接入和切换的影响上下行增益不平衡对接入和切换的影响 39 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 5 页 共 40 页 1引言引言 1 11 1文档目的文档目的 本文介绍了 TD SCDMA 系统构成 对各种信源设备以及直放站产品进行了介绍 通过对室内分布系 统设计的分析 希望能够提高工程人员对于 TD SCDMA 与各种的设备的认识 提升 TD SCDMA 工程设 计能力 1 21 2阅读对象阅读对象 工程设计督导 市场销售推广人员 1 31 3微缩语微缩语 3G 3GMS 3rd Generation Mobile Communications System 第三代移动通信系统 BER Bit error ratio 误码率 BLER Block error ration 误块率 C I 载干比 CS Circuit Switch 电路交换域 DwPCH Downlink Pilot Channel 下行导频信道 Ec Io 导频干扰功率比 FDD Frequency Division Duplex 频分双工 Node B UMTS 基站 PS Packet Switched domain 分组交换域 P CCPCH Primary CCPCH 主公共控制物理信道 RNC Radio Network Controller 无线网络控制器 基站控制器 RRU 光纤拉远设备 SIR Signal to Interference Ratio 信干比 TCH Traffic CHannel 业务信道 TCP IP Transmission Control Protocol Internet Protocol 传输层控制协议 网间协议 TDD Time Division Duplex 时分双工 TDMA Time Division Multiple Access 时分多址 TD SCDMA 时分同步码分多址系统 UARFCN UTRA absolute radio frequency channel number UTRA 绝对无线频率信道号 UE User Equipment 用户设备 如 3G 手机 UpPCH Uplink Pilot Channel 上行导频信道 RSCP receive signal code power 接收信号码片功率 ISCP Interference on Signal Code Power 干扰信号码功率 RSSI Receive Signal Strength Indicator of this TS 当前时隙的信号强度 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 6 页 共 40 页 2TD SCDMA 系统概述系统概述 2 12 1TD SCDMATD SCDMA 系统逻辑结构系统逻辑结构 UMTS Universal Mobile Telecommunication System 通用移动通信系统与第二代移动通信系统在逻 辑结构方面基本相同 如果从功能上看 可以分成一些不同功能的子网 subnetwork 主要包括核心网 Core Network CN 和无线接入网 Radio Access Network RAN 两部分 核心网主要处理 UMTS 系统内 部所有的话音呼叫 数据连接和交换 以及与外部其它网络的连接和路由选择 无线接入网完成所有与 无线有关的功能 这两个子网与用户终端设备 User Equipment UE 一起构成了完整的 UMTS 系统 其结 构如图所示 其中多个 RNS 和 UE 共同构成了 RAN RNC 指无线网络控制器 NodeB 指基站 UE 指用 户终端 NodeB 和终端之间通过 Uu 空中接口连接 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 7 页 共 40 页 2 22 2TD SCDMATD SCDMA 频率划分及帧结构频率划分及帧结构 我国时分双工 TDD 方式主要工作频段 1880 1920MHz 2010 2025MHz 补充工作频段 2300 2400MHz 与无线电定位业务共用 均为主要业务 共用标准另行制定 目前实验网中规划采用 2010 2025MHz 中 9 个频点的前三个作为室外覆盖 中间三个频点作为室内 覆盖用 TD SCDMA 的物理信道采用四层结构 超帧 无线帧 子帧和时隙 码 时隙用于在时域和码域上区 分不同用户信号 具有 TDMA 的特性 图中给出了物理信道的帧格式 无线帧 10ms 时隙 0 675ms 子帧 2i 子帧 2i 1 子帧 5ms DwPTS 75us G 75us UpPTS 125us 帧 i 帧 i 1 TS6 TS5 TS4 TS2 TS3 TS1 TS0 转换点 转换点 图 TD SCDMA 的物理信道帧格式 一个超帧长 720ms 由 72 个无线帧组成 一个无线帧长 10ms 它又分为两个 ms 的子帧 每个子帧由 7 个主时隙 长度 675us 和 个特殊时隙 下行导引时隙 wPTS 上行导引 时隙 UpPTS 和保护时隙 GP 构成 在 个主时隙中 Ts0 一般用于下行 作为小区广播使用 Ts1 一般用于上行 物理信道是由频率 时隙 信道码和无线帧分配来定义的 小区使用的扰码和基本 midamble 是广播 的 而且可以是不变的 建立一个物理信道的同时 也就给出了它的起始帧号 物理信道的持续时间可 以无限长 也可以定义资源分配的持续时间 上行时隙和下行时隙之间由转换点分开 在 TD SCDMA 系统中 每个 5ms 的子帧有两个转换点 UL 到 DL 和 DL 到 UL 通过灵活的配置上下行时隙的个数 使 TD SCDMA 适用于上下行对称及非 对称的业务模式 下行导频时隙 DwPTS 每个子帧中的 DwPTS 是作为下行导频和同步而设计的 该时隙是由长为 64chips 的 SYNC DL 序列和 32chips 的保护间隔组成 其结构如图所示 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 8 页 共 40 页 75us GP 32chips SYNC DL 64chips 图 DwPTS 的突发结构 SYNC DL 是一组 PN 码 用于区分相邻小区 系统中定义了 32 个码组 每组对应一个 SYNC DL 序 列 SYNC DL PN 码集在蜂窝网络中可以复用 DwPTS 的发射 要满足覆盖整个区域的要求 因此不采 用智能天线赋形 将 DwPTS 放在单独的时隙 一个是便于下行同步的迅速获取 再者 也可以减小对其 他下行信号的干扰 上行导频时隙 UpPTS 每个子帧中的 UpPTS 是为建立上行同步而设计的 当 UE 处于空中登记和随 机接入状态时 它将首先发射 UpPTS 当得到网络的应答后 发送 RACH 这个时隙由长为 128chips 的 SYNC UL 序列和 32chips 的保护间隔组成 其结构如图所示 SYNC UL 128chips GP 32chips 125us 图 UpPTS 的突发结构 SYNC UL 是一组 PN 码 用于在接入过程中区分不同的 UE 保护时隙 GP 即在 Node B 侧 由发射向接收转换的保护间隔 时长为 75us 96chips 可用于确定基 本的小区覆盖半径为 11 25 公里 同时 较大的保护时隙 可以防止上下行信号互相之间干扰 还可以允 许终端在发出上行同步信号时进行一些时间提前 2 32 3TD SCDMATD SCDMA 的关键技术的关键技术 TD SCDMA 采用时分双工 TDD TDMA CDMA 多址方式工作 基于同步 CDMA 智能天线 软件 无线电 联合检测等技术 2 3 1时分双工 在 TDD 模式下 TD SCDMA 采用在周期性重复的时间帧里传输 TDMA 突发脉冲的工作模式 通过 周期性转换传输方向 在同一载波上交替进行上下行链路传输 该方案的优势是 1 根据不同业务 上下行链路间转换点的位置可任意调整 在传输对称业务时 可选用对称的转 换点位置 在传输非对称业务时 可在非对称的转换点位置范围内选择 2 TD SCDMA 采用不对称频段 无需成对频段 系统采用 1 28Mchip s 的低码片速率 这样可以 降低多用户检测器的复杂度 灵活满足 3G 要求的不同数据传输速率 3 TDD 上下行工作于同一频率 对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术 可达到提 高性能 降低成本的目的 4 TDD 系统设备成本低 无收发隔离的要求 成本比 FDD 系统低 20 50 2 3 2智能天线 随着社会信息交流需求的急剧增加 个人移动通信的迅速普及 频谱已成为越来越宝贵的资源 在 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 9 页 共 40 页 已有的时分多址 TDMA time division multiple access 频分多址 FDMA frequency division multiple access 或码分多址 CDMA code division multiple access 复用方式基础上 智能天线 SA smart antenna 技术引入了第四维多址复用方式 空分多址 SDMA space division multiple access 方式 使得用户在相同时隙 相同频率或者相同地址码情况下 仍可以根据其空间传播路径来加以区分 从而 成倍地扩展了移动通信系统的容量 智能天线是一种由多个天线单元组成的阵列天线 它通过调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变 阵列的天线方向图 从而抑制干扰 提高信干比 广义地说 智能天线技术是一种天线和传播环境与用 户和基站的最佳空间匹配技术 智能天线系统能有效产生多波束赋形 每个波束指向一个特定终端 并 能自动跟踪移动终端 在接收端 通过空间选择性分集 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 在发送端 智能空间选择性波束成形 传送 降低输出功率要求 减少同信道干扰 提高下行容量 智能天线改进了小区覆盖 智能天线阵的 辐射图形完全可用软件控制 在网络覆盖需要调整等使原覆盖改变时 均可通过软件非常简单地进行网 络优化 智能天线可以运用于移动通信系统的基站或者终端 它具有如下几大作用 天线波束赋形的结果等效于增大了天线增益 对于 N 元天线阵列 天线增益最大可能增加 10lgN dB 天线波束赋形的结果使得多址干扰大大降低 只有来自主瓣方向和较大副瓣方向的多径才对有 用信号带来干扰 天线阵可以对来波方向进行精确计算 来波方向可以用于用户定位和越区切换 智能天线和单天线相比 可以用多个小功率的线性功率放大器来代替单一的大功率的线性功率 放大器 因为线性功率放大器的价格与功率值不成线性关系 使用智能天线大大降低了接收机 的成本 智能天线提高了系统的设备冗余度 任何一台收发信机的损坏并不影响系统的工作 智能天线能够补偿信号衰落 智能天线提高了系统容量 2 3 3联合检测 在 CDMA 系统中 用户通过不同的扩频序列之间的正交性来区分和检测 但是对于移动通信环境 空间的无线信道带来了用户信号的时延扩展和频域扩展 破坏了用户信号之间的正交性 引入了码间干 扰和多址干扰 此外 还有路径损耗和衰落带来的 远近效应 这些都严重影响了系统容量 传统的 CDMA 检测算法把多址干扰看作热噪声处理 分离地检测出各个用户的信号 导致系统容量下降 考虑 到多址干扰中含有许多先验信息 如确知的用户扩频序列 因此 如果能利用这些干扰 把所有用户的 检测看作一个统一的信号检测过程 必然提高系统的容量 这类检测方法称为多用户检测 根据对多址 干扰的处理方法不同 多用户检测方法分为干扰抵消和联合检测两种 通常 干扰抵消技术具有相对较 小的计算量 而联合检测技术具有相对较好的性能 干扰抵消技术的基本思想是判决反馈 它对多址干扰信号进行估计 再生 然后从接收信号中减去 最后再用传统接收机接收 为了有效地抵消多址干扰 可以采用多阶抵消 从结构来看 干扰抵消器可 以分为串行干扰抵消和并行干扰抵消 从信号再生方式来看 干扰抵消器可以分为软判决干扰抵消和硬 判决干扰抵消 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 10 页 共 40 页 联合检测技术的基本思想是利用和多址干扰相关的先验信息 结合信道估计的结果 同时把所有用 户的信号检测出来 从理论上来说 联合检测可以完全抵消多址干扰和码间干扰的影响 克服 远近效 应 大大提高系统的抗干扰能力 但是 在实际系统中 考虑可实现性 尤其是实际的信道估计的影响 不能完全消除多址干扰的影响 2 3 4同步 CDMA 同步CDMA指上行链路各终端信号在基站解调器完全同步 它通过软件及物理层设计实现 这样可使 使用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 大大提高CDMA系 统容量 提高了频谱利用率 还可简化硬件 降低成本 2 3 5软件无线电 软件无线电是利用数字信号处理软件实现无线功能的技术 能在同一硬件平台上利用软件处理基带信 号 通过加载不同的软件 可实现不同的业务性能 其优点是 1 通过软件方式 灵活完成硬件功能 2 良好的灵活性及可编程性 3 可代替昂贵的硬件电路 实现复杂的功能 4 对环境的适应性好 不会老化 5 便于系统升级 降低用户设备费用 对 TD SCDMA 系统来说 软件无线电可用来实现智能天 线 同步检测和载波恢复等 2 3 6接力切换 接力切换 Baton Handover 是 TD SCDMA 移动通信系统的核心技术之一 其设计思想是利用智能天 线和上行同步等技术 在对 UE 的距离和方位进行定位的基础上 根据 UE 方位和距离信息作为辅助信息 来判断目前 UE 是否移动到了可进行切换的相邻基站的临近区域 如果 UE 进入切换区 则 RNC 通知该 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 TD SCDMA 系统既支持频率内切换 也 可支持频率间切换 具有较高的准确度和较短的切换时间 它可动态分配整个网络的容量 也可以实现 不同系统间的切换 图 1 图 2 和图 3 是接力切换前后的场景示意图 绿色链路表示 UE 要接收数据的下行链路 红色链 路表示 UE 要发送数据的上行链路 需要指出的是 在图 2 中 基站 B 目标小区 和基站 A 源小区 在各自的下行链路上发送相同的数据 但是此时 UE 只在基站 A 的下行链路上接收数据 Node B ANode B B 图 1 UE 收到切换命令前的场景 上下行均与源小区连接 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 11 页 共 40 页 Node B ANode B B 图 2 UE 收到切换命令后执行接力切换的场景 利用开环预同步和功率控制 首先只将上行链转移到目标小区 而下行链路仍与源小区通信 Node B ANode B B 图 3 UE 执行接力切换完毕后的场景 经过 N 个 TTI 后 下行链路转移到目标小区 完成接力切换 3TD SCDMA 设备介绍设备介绍 TD SCDMA 与其它移动通信系统的最大区别之一是 TD SCDMA 系统的设备类型更丰富 主要包括 宏蜂窝 微蜂窝 RRU 直放站 为了弥补机房至塔顶的线缆损耗过大 TD 将射频放大部分放到了塔顶 天线位置处 引入智能天线技术使得远端放大部分有不同的通道数量 对主设备进行细分有 宏蜂窝 微蜂窝 RRU 宏蜂窝根据建设时期的不同分为 射频拉远型宏蜂 窝 中频拉远型宏蜂窝和基带拉远型宏蜂窝 RRU 又可分为 单通道 四通道 六通道 八通道等类型 3 13 1TD SCDMATD SCDMA 拉远方式对比拉远方式对比 TD SCDMA 系统中 智能天线的使用大大提升了系统性能 同时也带来了工程实施复杂度的增加 传统的集中式宏基站已经无法满足 TD SCDMA 大规模组网的要求 也无法满足各种场景的无线覆盖要求 TD SCDMA 基站由集中式基站发展到分离式基站 就是将基站的基带部分 中频部分以及射频功放分离 成两部分 分力出来的基带部分为 BBU Base Band Unit 设备 另一部分为 RRU Remote Radio Unit 设备 BBU 和 RRU 之间通过电缆或光纤连接 由于 TD SCDMA 系统自身的特点和低成本的建网需求 TD SCDMA 基站在设计时考虑了采用拉远 方式和分布式的技术 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 12 页 共 40 页 接 口 单 元 基带单元中频单元 GPS 同步单元 射频单元 PA LNA 接 口 单 元 基带单元中频单元 GPS 同步单元 中 频 远 端 射 频 单 元 PA LNA 接 口 单 元 基带单元基带接口 GPS 同步单元 基 带 远 端 中 频 单 元 射 频 单 元 PA LNA 天 线 天 线 天 线 基基站站主主体体拉拉远远模模块块 射射频频 拉拉远远 中中频频 拉拉远远 基基带带 拉拉远远 Iub Iub Iub 三三种种拉拉远远技技术术结结构构图图 射频拉远射频拉远主要是将功放和低噪声放大器置于拉远模块 业界称 TPA 中 中频拉远中频拉远是在射频拉远基础上 将射频收发信机从室内基站主体中移至拉远模块中 基带拉远基带拉远是在中频拉远的基础上 将中频单元从室内基站主体中移至拉远模块 业界称 RRU 中 这三种拉远基站在组网应用中的不同在于 射频拉远和中频拉远由于在拉远连接线上传输的分别是 射频和中频信号 故只能使用电缆来实现拉远 拉远距离分别为 100 米和 300 米左右 所以只能实现本 地拉远 即其机房和天面位于同一个站点 而基带拉远由于在拉远连接线上传输的是数字信号 故可以 使用光纤进行拉远 传输距离一般可达 5km 以上 故除了可以实现远端拉远 即指机房和天面不在同一 个站点 3 23 2RRURRU 介绍介绍 RRU 技术是采用数字拉远技术 把数字中频推到前端 室内和室外采用高速光纤连接 室内单元和塔顶单元之间采用光纤连接 传输数字基带信号 每个扇区仅需要一对光纤即可 大大 降低了工程施工和维护的难度 由于室内单元主要做基带处理 因此称为基带池 BBU 而室外单元称作 RRU RRU 的主要功能如下 1 通道收 发信功能 2 能够支持 8 6 4 1 天线扇区模式 3 智能 天线的校准 4 RRU 的级联 5 和 BBU 的通讯功能 6 远程操作维护功能 目前各系统设备厂家的 RRU 功率为每通道 1W 2W 与 BBU 配合可用于室外或室内覆盖等多种场景 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 13 页 共 40 页 RRU 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 3 33 3微蜂窝介绍微蜂窝介绍 微蜂窝基站是基站系列化产品中重要产品之一 微蜂窝基站与宏蜂窝基站相比 具有覆盖范围小 传输功率低以及安装方便灵活等 因此微蜂窝可以作为宏蜂窝的补充和延伸 微蜂窝的应用主要有两方 面 一是提高覆盖率 应用于一些宏蜂窝很难覆盖到的盲点地区 如地铁 地下室 二是提高容量 主 要应用在高话务量地区 如繁华的商业街 购物中心 体育场等 微蜂窝基站内部主要由射频子系统 数字子系统 模块电源板和 GPS 选项 如果 GPS 共用则不安 装 组成等 外部主要有天馈和防雷部件等组成 一般输出 2W 安装时必须考虑 GPS 天线的安装与到 微蜂窝之间的射频电缆走线 一般要求 1 2 馈线不长于 150m TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 14 页 共 40 页 3 43 4TD SCDMATD SCDMA 直放站介绍直放站介绍 FDD 通信系统直放站通常采用双工器将上行和下行放大链路隔离并合并 TDD 通信系统直放站必须采 用环行器和开关方式来隔离并合路上行和下行放大链路 TD SCDMA 直放站与传统 2G 直放站主要区别 在于时分方式下的收发同步切换控制 3 4 1TD SCDMA 同步技术 TD 直放站类产品的同步目前主要有 3 种方式 1 GPS 同步同步 GPS 解码同方式是利用 GPS 提取与 TD SCDMA 基站相同的 GPS 同步号 从而实现干线放大器上下 行切换 达到和网络同步的目的 优点 和基站相同的同步信号 稳定可靠 可应用于各类直放站设备 缺点 成本高 安装地点受 GPS 天线限制 2 检波同步检波同步 RF 包络检波同步方式就是通过对 TD SCDMA 系统 RF 信号的检测 将 RF 信号转换成数字电路能够 识别的信号 然后将此信号与 TD SCDMA 系统帧结构进行比较 从而找到 DwPTS 时隙 完成干放的同 步功能 优点 成本较低 缺点 抗干扰能力较弱 3 终端同步终端同步 基带解调方式采用终端的基带处理模块对接收到的信号进行处理 输出一个周期为 5ms 的脉冲 然后经 过与检波类似的电路处理 得到最终的同步控制信号 优点 同步与网管共用终端 成本较低 安装不受 GPS 天线制约 缺点 信号较弱的地点难同步 3 4 2干放工作原理 TD SCDMA 干线放大器的核心技术是同步处理技术 通过对同步处理来控制上下行链路的开关 TD SCDMA 同步处理可以从系统帧结构的特点着手 通过 RF 包络检波或基带解码的同步处理方式找到 同步触发信号 继而解析出上下行时隙转换点的具体信息 控制上下行链路模块中射频开关和 RF 器件的 开启和关闭 使干线放大器根据系统要求在上下行模式间不断切换工作 达到与整个 TD SCDMA 系统的 同步 TD SCDMA 干线放大器系统整机主要由干放模块 同步模块 驻波检测模块 滤波器 监控单元 电源单元 MODEM 及各种配件组成 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 15 页 共 40 页 TD SCDMA 干线放大器系统框图 3 4 3无线直放站工作原理 设备上下行链路的工作原理如下 设备通过空间耦合基站信号 当同步模块检测不到发射功率时 基站处于接收状态 接收通道 即上行通道 打开 下行通道关闭 下行功放停止工作 当同步模块检 测到发射功率时 基站处于发射状态 开关快速接通发射通道 即下行通道 此时上行接收通道关闭 TD SCDMA 无线选带室外直放站系统框图如下 重 发 天 线 电源同步模块监控单元 下行 低噪 选频 选频 上行 功放 下行 功放 上行 低噪 滤 波 器 滤 波 器 功率检 测模块 驻波检 测模块 驻波检 测模块 施 主 天 线 TD SCDMA 无线选带室外直放站系统框图 3 4 4光纤直放站工作原理 TD SCDMA 光纤直放站由接入端和覆盖端组成 接入端引入基站信号 覆盖端完成无线信号的覆盖 可通过基站直接耦合方式或无线信号空间耦合方式从基站引入下行信号进入接入端经同步自适应处理后 进行电 光转换将其调制到光信号上 可经过光分 合路器将信号分成多路 每一路通过光纤传送到覆盖 地点 覆盖端机经过光 电转换 从光信号上解调出射频信号进行同步自适应处理后对该信号进行放大 再通过功率放大后输出 最后通过重发天线发射给移动台 反向进行上行传输 从而实现了信号的中继 转发 延伸覆盖等功能 TD SCDMA 直接耦合光纤直放站系统框图如下 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 16 页 共 40 页 同步 驻波检测滤波器光纤开关 光收发 模块 波分复用 波分复用光收发 模块 LNA DP 滤波器 同步 功率 检测 光光纤纤传传输输链链路路 环行器 重 发 天 线 驻波检测 TD SCDMA 光纤直放站系统框图 4TD SCDMA 室内覆盖设计分析室内覆盖设计分析 4 14 1TD SCDMATD SCDMA 室内覆盖设计特点及基本原则室内覆盖设计特点及基本原则 4 1 1TD SCDMA 覆盖特点 TD SCDMA 作为 3G 的主流标准之一 采用 TDD 时分双工 方式 引入了智能天线 联合检测 接 力切换 同步 CDMA 软件无线电等技术 具有频谱利用率高 适合非对称数据业务等特点 我国对 TDD 的频谱划分共有三段 1880 1920MHz 2010 2025 MHz 2300 2400MHz 共 155MHz 这三个频段分布在 2GHz 左右 无线电磁波的传播能力比传统 2G 网络较弱 尤其是对建筑物覆盖时楼体 一般都是钢筋混凝土结构 室外信号难以穿透多个墙体 多种新技术的应用和频谱的分配决定了 TD SCDMA 网络覆盖有其独有的特性和要求 对其覆盖及 特点简单分析归类如下 工作在 2GHz 频段 无线电磁波空间传播能力较弱 穿透损耗大 深度覆盖难度大 上下行链路采用相同频率 传播环境一致 覆盖平衡设计更合理 公共信道和专用信道独立覆盖 需要分别规划两者的覆盖并达到网络覆盖及质量要求 覆盖效果一定程度上与干扰 容量相关 但呼吸效应不明显 无太大的不同业务类型的覆盖差 别 室外采用智能天线 联合检测降低干扰 改善了小区覆盖 室内覆盖分布系统信源无智能天线 干扰抑制能力减弱 信号源功率受限 室内覆盖分布时需要引入更多的中继设备 要求系统内各基站采用帧同步定时 移动台上行同步 对覆盖中继设备提出了系统同步相关的 更多要求 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 17 页 共 40 页 可通过上下行时隙比例灵活分配 高效支持非对程数据业务 但要详细规划避免时隙交叉干扰 对网络造成影响 TD SCDMA 分布系统在进行网络兼容设计时需要根据其特点并结合共覆盖网络的特性进行匹配 选 择合适的解决方案 才能做到优质的覆盖效果 4 1 2基本原则 结合建网覆盖和成本要求 合理选择信源类型 建设一个容量和覆盖范围都尽可能大的无线网络 能兼容 2G 网络 并适应未来网络发展和扩容的要求 CCCQ 最优原则 C Cost C Coverage C Capacity Q Quality 4 24 2设计指标设计指标 4 2 1信号覆盖电平 1 有 HSDPA 高速数据业务需求区域 95 以上的位置 P CCPCH 电平 RSCP 80dBm C I 5dB 2 有可视电话业务需求区域 95 以上的位置 P CCPCH 电平 RSCP 85dBm C I 3dB 3 只有语音需求的区域 95 以上的位置 P CCPCH 电平 RSCP 90dBm C I 0dB 4 2 2移动台最大发射功率 目标覆盖区域内 95 以上位置 语音业务移动台发射信号总功率在地下层应不超过 15dBm 其它区 域应不超过 10dBm 数据业务移动台发射信号总功率不超过 20dBm 4 2 3上下行误块率 BLER 1 对于 12 2kbps 的语音业务 BLER 1 2 对于 64kbps 的 CS 数据业务 BLER 0 1 3 对于 PS 数据业务 BLER 10 4 2 4切换成功率 1 室内不同信源之间 切换成功率 98 2 室外与室内之间 切换成功率 95 3 电梯内与电梯外之间 切换成功率 95 4 2 5接通率 保证覆盖区域内信号强度基本均匀分布 目标覆盖区域内 98 的位置 99 的时间移动台可接入网 络 4 2 6掉话率 忙时话务统计掉话率 1 5 4 2 7信号外泄 室内基站泄漏至室外 10 米以外的导频信号强度应不高于 95dBm 室内覆盖系统不得过度覆盖室外 距建有室内覆盖系统的建筑物 10 米以外 室内信号的电平比室外信号的低 9dB 以上 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 18 页 共 40 页 4 2 8上行噪声电平 在基站接收端位置收到的上行噪声抬升值小于 3dB 4 34 3室内覆盖场景室内覆盖场景 室内分布系统是针对信号覆盖情况差或者话务量大 通信质量要求高的建筑内部采用的覆盖策略 按建筑物单层面积对覆盖场景进行了分类 分类情况如下 大型建筑物 单层 6000m2以上 机场 体育场馆 火车站 大型商场超市 会展中心 地铁 大型停车场 中型建筑物 单层 1000 6000m2以上 写字楼 高层公寓楼 宾馆酒店 中型停车场 娱乐 场所 小型建筑物 单层 1000m2以下 老式公房 国内 平房区 商业街门店 迪厅酒吧 综合考虑了建筑物结构 电磁波传播环境和容量需求方面的因素 可将室内分布场景细分为以下几 类 商务写字楼 类建筑多为全钢或钢筋混凝土结构外加玻璃幕墙 楼层内的墙壁多采用复合吸音材料 穿透损耗较 小 该环境下高端用户比重较大 室内覆盖需要考虑一定数量用户的数据业务需求 大型购物商场 建筑多为钢筋混凝土框架结构外加玻璃幕墙 层内一般无阻挡或是简单的装修隔档 穿透损耗小 层间穿透损耗较大 30dB 以上 用户业务主要考虑语音业务 高峰时段的话务密度较大 会展中心 会议中心 室内体育场馆 这类场景在建筑特点上有很多相似之处 室内无线传播条件比较理想 信号为视距传输 能量以直 达径为主 另外 会议中心和体育场馆与室外的隔离度比较高 所以其室内覆盖系统对室外宏基站的影 响基本不用考虑 这些场景在话务模型上也有相似之处 用户的话务主要以事件为触发 平时几乎没有话务量 但是 有展览 会议 赛事举行的时候 话务量会出现高峰 所以容量估算应该以高峰时计算 另外 这类场 景中的新闻中心会有大量的数据业务覆盖需求 在规划时需要区别考虑 民航机场 火车站 民航机场建筑物结构一般采用全钢骨架 玻璃幕墙 不锈钢铁皮屋顶 候机楼内的房间举架高 面 积大 基本无阻挡 传播环境比较简单 信号视距传输 能量以直达径为主 机场高端用户 漫游用户比例较高 数据业务在总的业务中占的比重相对较高 其中候机大厅 VIP 候机厅要保证数据业务的覆盖 城市的火车站 汽车站 码头等区域具有与民航机场相类似的特点 宾馆酒店 该场景建筑物结构多为钢筋混凝土结构 楼层内布局结构复杂 走廊狭长 隔墙厚且多 穿透损耗 较大 该环境下高端用户比重较大 语音业务和数据业务量相对较大 娱乐场所 在大中型城市 娱乐场所数量非常多 主要集中在楼宇底层 少部分位于地下 由于地形的阻隔 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 19 页 共 40 页 建筑物墙体的影响以及娱乐场所内复杂的隔档结构影响 使得该种场景一般都需要加装室内分布系统 该类站点的特点是 室内面积小 高端用户多 话务需求不高 场所数量众多且分布不集中 地下停车场 建筑结构多为加强的钢筋混凝土结构 封闭情况很好 虽然高端用户比重较大 但话务量较小 且 以语音业务为主 4 44 4信源选择信源选择 信源方式与分布系统的选取 我们需综合考虑覆盖面积 建筑结构 信源特点等因素的影响 最终 采用即可达到所需的覆盖要求又可合理控制成本的分布系统 室内宏蜂窝 特点 话务容量大 扩容方便 增加载波 输出功率高 需要传输光纤资源 需要安装GPS 对电源要求高 对机房环境要求高 建设周期长 建设成本高 应用场景 主要应用在高话务量区域 覆盖区域大 基站选址容易的高档写字楼 大型商场 星级 酒店 奥运体育场管等重要场所 在大型的奥运场管 由于区域大 采用溃线传输线损大 可采用 宏蜂窝加光纤直放站方式进行覆盖 重点酒店 办公楼等采用宏蜂窝加干放方式进行覆盖 室内微蜂窝 特点 话务容量较大 扩容不太方便 输出功率较小 需要安装GPS 需要传输光纤资源 应用场景 应用在话务量较高区域 基站选址不太容易的写字楼 商场 酒店等重要场所 采用微 蜂窝加干放方式进行覆盖 RRU 特点 能将富裕话务容量进行拉远 有效利用资源 需要有富裕的基站基带板资源 输出功率较小 需要传输光纤资源 对电源要求不高 对机房环境要求不高 应用场景 应用在话务量较高区域 基站选址难的写字楼 商场 酒店等重要场所 光纤直放站 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 20 页 共 40 页 特点 能将富裕话务容量进行拉远覆盖 有效利用资源 需要传输的光纤资源 建设成本低 周期短 对安装环境和电源要求低 方便物业选址 应用场合 主要应用在覆盖区域分散 覆盖面积广的小区 补盲覆盖的电梯 地下室 小面积办公区 域 交通要道 郊区村落等场所 可用在建网初期 重点考虑覆盖问题 先采用光纤直放站进行覆盖 可提高建网效益 在后期话务需求大时再换为蜂窝信源 无线直放站 特点 能将富裕话务容量扩大覆盖 有效利用资源 不需要传输的光纤资源 建设成本低 周期短 对安装环境和电源要求低 方便物业选址 应用场合 主要应用在覆盖区域分散的小区 补盲覆盖的电梯 地下室 小面积办公区域 交通要 道 郊区村落 应急通信等场所 4 54 5TD SCDMATD SCDMA 话务模型及容量分析话务模型及容量分析 4 5 1话务模型 和 2G 系统的室内分布不同的是 在 TD 系统的室内分布系统中 需要考虑室内用户的数量 业务类 型以及单用户话务量 以便采用相应的设备吸收室内话务 减少宏基站负担 提高用户满意度 同时降 低运营商投资 由于室内分布是针对精品区域的重点覆盖 与广覆盖的室外场景相比 主要有以下区别 业务分布方面 室内分布场景的高端用户比例较高 数据业务需求相对较大 用户密度方面 室内分布的用户密度普遍高于 70000 用户 km2 对应于室外密集城区的最高情况 用户渗透率 室外用户渗透率在 5 农村 34 密集城区 之间 室内分布的用户渗透率在 30 50 之间 同样高于室外密集城区的一般情况 表中给出了不同室内场景下的人口密度和用户密度的估算方法 其数据参考了国外提供的资料和国 内的工程经验并统一按高峰时段给出 这里的用户指 TD 用户 室内情况下的人口密度与用户密度室内情况下的人口密度与用户密度 场景场景总人数计算总人数计算 3G 渗渗 透率透率 TD 渗渗 透率透率 人口密度 人人口密度 人 1000 平米 平米 用户密度用户密度 用户 用户 1000 平米 平米 备注备注 写字楼 建筑面积 75 1 5 40 35 15021建筑面积 商场超市建筑面积30 35 18820 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 21 页 共 40 页 75 50 1 2 会展中心 建筑面积 80 50 1 3 50 35 13323 会议中心 建筑面积 80 50 1 50 35 39969 室内体育 场馆 建筑面积 80 50 1 50 35 39969 民航机场 建筑面积 80 50 1 5 50 35 8014 宾馆酒店客房数 2 40 50 35 81 4人 10 客房 娱乐场所 建筑面积 70 1 3 40 35 23333 地下停车 场 建筑面积 50 1 20 40 35 254 375 由于 TD CDMA 网络是多业务并存的网络 对小区容量的估算不能再简单沿用纯语音网络的估算方 法 这是因为不同业务的业务速率和所需的 Eb No 不同 因此对系统负荷产生的影响和消耗的码道资源 也不同 混合业务容量估算的一个思路就是在不同业务之间进行等效 下面介绍混合业务估算的 Campbell 方法 Campbell 方法的基本原理是将所有业务按一定原则等效成一种虚拟业务 并计算此虚拟业务的总话 务量 erl 然后计算满足此话务量所需的虚拟信道数 进而折算出满足网络容量的实际信道数 Campbell 模型的等效原理如下 2 i variance meani i i i i i i erl c erl mean OfferedTraffic c 公式 1 c aC Capacity ii 式中 c 是容量因子 variance 是混合业务方差 mean 是混合业务均值 是业务 i 的等效强度 ii 是业务 i 需要的信道数 i C OfferedTraffic 是虚拟业务的业务量 Capacity 是满足虚拟业务量所需的虚拟信道数 下面举例说明 TD SCDMA 系统介绍及室内分布设计分析 内部资料 注意保密 Copyright 2007 Shenzhen Co Ltd 第 22 页 共 40 页 假设业务 1 和业务 2 是网络提供的两种业务 其中 业务 1 每个连接占用 1 个信道资源 共 12erl 业务 2 每个连接占用 3 个信道资源 共 6erl 业务 1 的等效强度 i1 1 业务 2 的等效强度 i2 3 混合业务