TD-SCDMA覆盖与容量分析难点.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_V2.0思考题：见每章节的后面目 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 智能天线对网络规划的影响91.5.2 TD-SCDMA系统呼吸效应不明显91.5.3 TD-SCDMA建网策略10第2章 网规流程中的覆盖容量分析122.1 TD-SCDMA网规流程122.2 规模估算122.2.1 基于覆盖的规模估算122.2.2 基于容量的规模估算132.3 站型与面积的关系13第3章 TD-SCDMA链路预算153.1 链路预算公式153.2 链路预算参数解析163.2.1 热噪声密度与热噪声功率163.2.2 噪声系数173.2.3 信噪比、载噪比173.2.4 信噪比、Eb/N0183.2.5 扩频183.2.6 处理增益183.2.7 干扰余量193.2.8 基站接收机灵敏度193.2.9 基站天线增益193.2.10 无线传播损耗203.2.11 人体损耗213.2.12 馈线损耗213.3 基于覆盖的估算方法223.4 传播模型223.5 TD与W链路预算差异23第4章 3G业务模型244.1 3G业务分类244.2 3G业务模型244.2.1 电路域业务模型244.2.2 分组域业务模型254.3 用户密度274.4 单用户话务量与话务总量274.4.1 CS业务话务密度274.4.2 PS业务话务密度284.4.3 话务总量28第5章 TD-SCDMA容量估算295.1 TD-SCDMA容量分析295.1.1 按码道受限分析295.1.2 按干扰受限分析295.1.3 相关结论325.2 混合业务容量估算325.2.1 Equivalent Erlang方法325.2.2 post Erlang-B方法335.2.3 Campbell方法34-36-第5章 TD-SCDMA容量估算第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，每个无线正常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。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。根据TD-SCDMA物理层帧结构定义，每个突发应具有两个转换点，第一个转换点是由下行DwPTS转到上行UpPTS的保护时隙Gp；第二个转换点根据业务数据不对称性需要灵活设置。为了实现时间同步，远端用户UpPTS必须提前发射才能确保和近端用户UpPTS同时到达基站接收端，而由此引发的问题是提前发射的UpPTS信号会对正在接收DwPTS信号的用户产生严重的干扰。为解决以上问题，在DwPTS和UpPTS两者之间设置保护时隙GP（96 chips），这就意味着小区边缘用户最多可以提前48个chip提前发送，每个chip为0.78125us，所以，小区的半径应为11.25km。在广大的农村地区，低容量、广覆盖的覆盖特点，使得更大的覆盖范围成为对基站和系统的首要要求。那么，在TD系统中，若牺牲部分容量则可换来更大的覆盖半径，最大可达40公里。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。所谓扩频就是用高于数据比特速率的数字序列与信道数据相乘，相乘的结果扩展了信号的带宽，将比特速率的数据流转换成了具有码片速率的数据流。扩频处理通常也叫做信道化操作，所使用的数字序列称为信道化码，这是一组长度可以不同但仍相互正交的码组。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/5ms(1s5 ms)17600比特/秒采用8PSK时，一个BRU能承载的数据速率为132个/5ms(1s5ms)26400比特/秒1.5 TD-SCDMA网规特点1.5.1 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。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了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；而WCDMA则可以实现电下倾和机械下倾。1.5.2 TD-SCDMA系统呼吸效应不明显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。在TDSCDMA系统中，FDMA、TDMA对干扰的隔离使产生呼吸效应的因素显著降低。单时隙内多个（最多8个12.2Kbps语音）用户是产生呼吸效应的唯一可能，但由于采用了先进的智能天线和联合检测等技术，最大限度的克服了小区呼吸效应。CDMA系统同频干扰主要包括两部分：一部分来自本小区内部用户之间的干扰，另一部分是来自相邻小区的干扰（通常假设为本小区干扰的40）。智能天线和联合检测技术的引入极大的降低了本小区内部的干扰，从而弱化了小区呼吸现象。智能天线技术利用天线阵列的波束的汇成和指向控制，可以自适应的调整其方向图以跟踪信号的变化，从而利用信号的空间特性分开用户信号，降低用户间的干扰。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。1.5.3 TD-SCDMA建网策略国内3G市场的启动已经成为业界关注的焦点，网络建设的各个环节已经成为桌面考虑的问题，TD-SCDMA是我国自主研发的第三代移动通信标准，与其他制式相比有许多优点和特点，这些优点和特点使得TD-SCDMA在组网方面有着不可抗拒的优势。首先，TD-SCDMA系统能同时保证各业务的连续覆盖。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”，这给它的网络规划带来了很大的麻烦，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，相互之间会存在严重的干扰。TD-SCDMA的系统设计使得其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。其次，TD-SCDMA系统的无线资源丰富。我国为TDD划分了155MHz的频率带宽，而TD-SCDMA单载波仅占用1.6MHz的带宽，这就意味着TD-SCDMA将有93个频点可以分配，所以说TD-SCDMA有着丰富的频率资源。TD-SCDMA共有32个下行同步码（码资源）用以识别小区，传统的规划方式需要19个下行同步码进行复用，其余13个下行同步码可以作为备用，所以说TD-SCDMA有着丰富的码资源。同时，丰富的无线资源也使得TD-SCDMA的组网可以采用全向或定向、单载频或多载频、同频组网或异频组网等不同的组合方式，以适应不同的环境和业务需求。TD-SCDMA系统特点：各业务的覆盖半径差别不大、网络的拓扑结构简单、频率资源丰富、码资源充足。充分考虑以上特点，提出了“一次规划，分期建设”的组网理念。在初期建网时，按照同频的覆盖半径进行半径规划，在频率规划时采用异频以减少干扰，随着网络用户的增加，逐渐过渡到混频、同频。提出TD-SCDMA的网络优化原则：“软优化”。软优化是指：TD-SCDMA通过“异频加站”的策略来优化覆盖盲点和增加的容量。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网规流程需求分析规模估算无线网络勘察拓扑结构设计规划报告详细仿真无线参数规划无线环境分析天线选型图2-1 TD-SCDMA网规流程2.2 规模估算在做网络规划前，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链路预算容量估算之后，大致确定基站数量和基站密度。再根据覆盖确定需要的Node B数量的时候，计算反向覆盖可以得到小区覆盖半径。根据各个业务区的面积可以粗略计算需要的Node B数量。然后根据用户容量确定需要的Node B数量。二者之间取大即为所需要的Node B数量。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 基于覆盖的规模估算覆盖估算要做到如下几步： 无线传播模型确定； 使用链路预算工具，在校正后传播模型基础上，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。2.2.2 基于容量的规模估算因为TD-SCDMA网络是多业务并存的网络，对小区容量的估算不能简单沿用纯语音网络中对小区容量的估算方法，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也不同。在本网络规划中，容量估算是基于Campell理论的混合业务容量估算方法。将不同业务对系统负荷产生的影响等效为多个语音信道对系统负荷产生的影响，计算混合业务条件下规划区域的虚拟业务总量；确定单小区可支持的语音信道数，根据公式得到对应的虚拟信道数，查Erlang B表，得到单小区的虚拟业务量；用单小区的虚拟业务量除虚拟业务总量，即得到所需的小区数，进而得到小区半径；分别计算上行容量和下行容量，确定小区容量规模和小区半径。2.3 站型与面积的关系在上述两点规模估算中，为了得到最终的基站数，需要得到覆盖半径和覆盖面积之间的对应关系，下面是常用的几种站型。图2-2 站型与面积的关系示意图表2-1 站间距与面积全向站定向站（65度，三扇区）定向站（90度，三扇区）站间距面积思考问题：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。定义：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。链路预算的目的是为了进行覆盖预测。一般来说上行是功率受限，下行是功率容量受限。而基站输出功率大于终端输出功率，因此一般只做上行链路预算，但当小区负荷加大时，也有可能出现下行链路受限的情况。上下行链路之间的平衡，要借助规划软件进行迭代计算。先对上行做覆盖预测，再对下行做功率分配，如总功率没有超出基站最大发射功率，则链路平衡；如下行所要求的总功率超出基站最大发射功率，则须减少覆盖面积，重新做下行功率分配，直至总功率小于等于基站最大发射功率。3.1 链路预算公式上行链路预算公式：允许的最大路径损耗(上行)=移动台最大发射功率+移动台天线增益+基站单天线增益+赋形增益-人体损耗-馈缆损耗-(基站接收机噪声功率+基站接收所需的Eb/N0 -处理增益)-干扰余量-快衰落余量-阴影衰落-穿透损耗表3-1 上行链路预算过程参 数符 号 运 算UE最大发射功率(dBm)AUE天线发射增益(dBi)B人体损耗(dB)CUE实际每信道最大发射功率(dBm)D=ABC环境热噪声功率谱密度(dBm/Hz)E环境热噪声功率(dBm)F=E10lg(1.28*106)接收机噪声系数(dB)G接收机噪声(dBm)H=FG干扰余量(dB)I处理增益(dB)J上行信号品质要求Eb/No(dB)K基站接收灵敏度(dBm)LHIJK基站天线增益(dBi)M基站馈线损耗(dB)N阴影衰落裕量(dB)O快衰落余量(dB)P穿透损耗(dB)Q最大损耗(dB)PLDLMNOPQ下行链路预算公式：允许的最大路径损耗(下行)=基站单码道发射功率+基站单天线增益+赋形增益+移动台天线增益-人体损耗-馈线损耗-(移动台接收机噪声功率+移动台接收所需的Eb/N0 -处理增益)-干扰余量-快衰落余量-阴影衰落-穿透损耗表3-2 上行链路预算过程参 数符 号 运 算基站单码道最大发射功率(dBm)A基站天线增益(dBi)B馈线损耗(dB)C基站有效发射功率(dBm)D=ABC环境热噪声功率谱密度(dBm/Hz)E环境热噪声功率(dBm)F=E10lg(1.28*106)接收机噪声系数(dB)G接收机噪声(dBm)H=FG干扰余量(dB)I处理增益(dB)J下行信号品质要求Eb/No(dB)K终端接收灵敏度(dBm)LHIJK终端天线增益(dB)M人体损耗(dB)N阴影衰落裕量(dB)O快衰落余量(dB)P穿透损耗(dB)Q最大损耗(dB)PLDLMNOPQ3.2 链路预算参数解析3.2.1 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。 3.2.2 噪声系数 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： Si/Ni是输入信噪比，So/No为输出载噪比，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，信号经过该设备后载噪比发生了变化，这个变化量即为接收机的噪声系数。KPSi/NiSo/NoNA图3-1 接收机示意图3.2.3 信噪比、载噪比定义：信噪比（S/N）：传输信号平均功率与加性噪声平均功率之比；载噪比（C/N）：已调信号平均功率与加性噪声平均功率之比；区别：载噪比中的已调信号的功率包括传输信号的功率和调制载波的功率；信噪比中仅包括传输信号的功率；对同一个传输系统而言，载噪比要比信噪比大，相差一个载波功率；载波功率与传输信号功率相比通常很小，因此载噪比与信噪比数值上很接近；在调制传输系统中，一般采用载噪比指标；在基带传输系统中，一般采用信噪比指标。3.2.4 信噪比、Eb/N0 Eb：每比特能量，N0：单边带高斯白噪声功率谱密度； S：信号功率，N：噪声功率， E：信号能量，T：信号脉宽； Rb：比特速率；B：信号带宽； Rb/B体现为信道传输效率，Eb/N0去除了效率因素； Eb/N0 BER曲线可以比较系统综合性能： 对相同BER、相同SNR条件下， Eb/N0越小，频谱效率越高； 对相同Eb/N0 ，相同SNR条件下，BER越小，系统性能越优。 3.2.5 扩频香农公式：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 说明，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。3.2.6 处理增益处理增益与扩频因子、编码方式、调制方式有关，根据规范3GPP TR25.928：Rc：信道编码器速率(取决于服务) M：数据符号表的大小 B：用户带宽 Q：每符号码片数 Tc：码片时长若考虑CS12.2k话音业务，B1.6M，M=4，Tc=0.78125us，Rc=0.3971，Q=8，则处理增益为11dB；3.2.7 干扰余量在链路预算中，为克服其他用户对目标用户产生干扰所留的余量值被称作干扰余量。在TD-SCDMA系统中，由于采用了智能天线和联合检测等技术，大大地减少用户间的干扰，因此，干扰余量取值应该小于WCDMA系统，暂取1dB。3.2.8 基站接收机灵敏度无线传输的接收灵敏度类似于人们沟通交谈时的听力，是指接收机输入端为保持所需要的误帧率而必须达到的功率；随着传输距离的增加，接收信号变弱，提高接收机的接收灵敏度可使设备具有更强的捕获弱信号的能力，基站的接收灵敏度与系统噪声、干扰、业务速率和Eb/N0有关不同业务，其BLER目标值不同，所需要的Eb/N0也不同，再加上业务速率以及干扰和噪声的影响，其所要求的基站端接收灵敏度也不同，最终导致不同的业务有不同的覆盖范围。基站接收灵敏度=热噪声功率+噪声系数+干扰余量+ Eb/N0-处理增益3.2.9 基站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、圆周或平面等距排列，每个阵元为全向天线；图3-2 智能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元智能天线：上行9dB的分集增益，下行9dB赋形增益。表3-3 智能天线增益单天线增益dBi赋形增益dB广播信道增益dB8元线阵150度：9154元线阵150度：6158元圆阵8783.2.10 无线传播损耗包括三部分：自由空间损耗、阴影衰落损耗、快衰落损耗。v 阴影衰落 由于在电波传输路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其变化率较慢故又称为慢衰落； 一般服从对数正态分布；v 阴影衰落余量 链路预算中，为了克服衰落的变化、保证通讯的可靠性而预留出来的余量称为阴影衰落余量，与一定的小区边缘覆盖率和慢衰落标准差相对应。 实际工程中，常常提到面积覆盖率。面积覆盖效率定义为在半径为的圆形区域内，接收信号强度大于接收门限的位置占总面积的百分比，边缘和面积覆盖概率可按下列对应关系转换：，式中-面积覆盖概率； -小区边缘处的边缘覆盖概率； -要求达到的接收信号门限值； -处的接收信号均值； -阴影衰落余量； -路径损耗指数； -阴影衰落标准差。其中函数的定义是：表3-4 各类城区的阴影衰落余量区域类型阴影衰落标准差(dB)整网覆盖率(%)边缘覆盖率(%)阴影衰落余量(dB)密集城区1095%88%11.6一般城区1095%88%11.6郊区895%86%8.7农村895%86%8.7v 快衰落 主要由于多径传播而产生的衰落，由于移动体周围有许多散射、反射和折射体，引起信号的多径传输，使到达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度和相位随移动台的运动表现为快速的起伏变化，它反映微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其变化率比慢衰落快，故称它为快衰落； 空间选择性衰落、频率选择性衰落、时间选择性衰落； 一般服从瑞利分布；v 快衰落余量 用于抵抗快衰落的功控波动范围，在链路预算中设为1dB。假设手机的灵敏度是A dBm，如果没有阻挡，没有多径衰落，即只有自由空间的衰落，自由空间衰落的损耗为B dB，则基站需要发射的功率是A+B dBm；但是实际上手机会受到快慢衰落的影响，假设快衰落的损耗为C dB，而慢衰落的损耗为D dB，那么基站就需要增加C+D dB的功率，即基站的功率为A+B+C+D dBm，才能满足手机的灵敏度需要，这个C+D就是快慢衰落储备。3.2.11 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，一般我们取3dB。3.2.12 馈线损耗馈缆损耗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1dB。3.3 基于覆盖的估算方法经过链路预算，可以得到不同场景下的最大允许路损，在校正后传播模型基础上，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。3.4 传播模型Planet提供了多种宏小区传播模型，在进行TD网络仿真时，建议选择标准的宏小区传播模型，其通用表达式为：上式中：接收功率；发射功率；基站与移动终端之间的距离；移动终端的高度；基站距离地面的有效天线高度；Diffraction 绕射损耗；参考点损耗常量；地物坡度修正因子；有效天线高度增益；绕射修正因子；奥村哈塔乘性修正因子；移动台天线高度修正因子；移动台所处的地物损耗。利用该模型校正的方法是：首先选定一个模型并设置各参数值，通常可选择该频率上的缺省值进行设置，也可以是其它地方类似地形的校正参数，然后以该模型进行无线传播预测，并将预测值与路测数据比较，得到一个差值，再根据所得差值的统计结果反过来修改模型参数，经过不断的迭代处理，直到预测值与路测数据的均方差及标准差达到最小，则此时得到的模型各参数值就是我们所需的校正值。假设在TD系统中，按2000MHz计算，移动台的天线高度取1.5米，基站天线高度选取与环境有关系，在农村取60米，郊区取50米，一般城区取40米，密集城区取30米，得到不同环境下的公式为： L(密集城区) = 140.8 + 35.2*log10 dkm L(一般城区) = 136.1 + 34.4*log10 dkm L(郊区) = 121.9 + 33.8*log10 dkm L(农村) = 101.1 + 33.3*log10 dkm3.5 TD与W链路预算差异比较TD-SCDMA和WCDMA的上行专用信道链路预算，可得主要存在如下差异：扩频带宽、基站接收机的热噪声系数、基站接收机的干扰余量、基站接收机的处理增益、基站接收机所需的Eb/N0、基站接收机的天线增益、基站接收机的馈线损耗、快衰落余量、切换增益。扩频带宽TD-SCDMA为1.28MHz，WCDMA为3.84MHz；基站接收机的热噪声系数协议最差要求TD-SCDMA为9dB，WCDMA为7dB；基站接收机的干扰余量从仿真结果看，联合检测技术可消除90的本小区干扰。因此通常认为，TD-SCDMA干扰余量小于WCDMA；基站接收机的处理增益随不同业务而不同，TD-SCDMA要综合考虑调制增益、编码增益、扩频增益，WCDMA主要考虑扩频带来的增益；基站接收机所需的Eb/N0随不同业务，不同的Case环境下取不同的值；基站接收机的天线增益TD-SCDMA全向站8dBi、定向站15dBi，WCDMA全向站11dBi、定向站17dBi，此外TD-SCDMA在非公共信道上还有9dB赋形增益；基站接收机的馈线损耗TD-SCDMA取1dB，WCDMA取3dB；快衰落余量即功控余量，考虑在多径环境下功率控制能否跟踪信道的变化。认为TD-SCDMA功控余量取值要小于WCDMA；切换增益WCDMA存在软切换增益，TD-SCDMA不存在切换增益。TD-SCDMA各业务覆盖半径近似相同；WCDMA上行覆盖随业务速率增加而减小。CS12.2k、CS/PS64k及PS128k业务，TD-SCDMA覆盖半径均略小于WCDMA。思考问题：1.链路预算的目的是什么？2.链路预算的过程？涉及到那些参数？分别是什么含义？3.TD与W在链路预算方面有何差异？第4章 3G业务模型4.1 3G业务分类对各种业务特性进行分析研究是开展3G多业务网络规划的基础。一般来说，3G业务特性研究至少包括以下内容：l 提供哪些种类的业务；l 每种业务有多少人使用；l 某业务的使用者使用该业务的频繁程度；l 从数据传输的角度，每种业务的特性；l 用户使用某业务时期望的服务质量。按业务数据的QOS特征可分为：会话类、流类、交互类和后台类，其中会话类和流类承载实时业务，交互类与后台类业务承载非实时业务。表4-1 3G业务分类业务分类业务特征代表业务会话业务类（Conversational）较小的延迟容限；要求数据速率的对称。语音业务、电视会议流业务类（Streaming）单向性业务；对误差容限有较高的要求；对速率有较高的要求。音频流、视频流交互业务类（Interactive）对误差容限有较高的要求；对延迟容限的要求相对低一些；只有一个方向要求由较高的数据速率。Web浏览、网络游戏背景业务类（Background）有较小的延迟约束；要求实现无差错传送。电子邮件4.2 3G业务模型4.2.1 电路域业务模型对于语音业务来说，关键因子包括：表4-2 语音业务关键因子关键因子解释平均业务会话时长（s）指用户每次业务的持续时间的统计平均忙时平均会话次数指在话务忙时，开通该业务的用户每小时发生该类业务的会话次数的统计平均。用户平均话务量（Erl）=平均业务会话时长忙时会话次数/3600业务速率（bps）业务所需信道的传输速率，在3G网络中，一般语音呼叫的速率为12.2Kbps，可视电话的速率为64Kbps。激活因子扩展激活因子=实际业务平均速率/传输信道速率。例如一般语音的平均速率为7.3Kbps，则扩展激活因子=7.3/12.2=60%平衡因子平衡因子上行业务平均速率/下行业务平均速率，对于语音业务来说平衡因子为1。下面是典型网络的业务模型因子：表4-3 典型的语音业务因子关键因子语音业务可视电话平均业务会话时长（s）6060忙时平均会话次数1.50.36单用户平均话务量（Erl）00250006业务速率（bps）12.2K64K激活因子0.61平衡因子11 ：典型2G网络参数，单用户语音业务话务量在0.020.03Erl之间，这里按取均值，按照0.025Erl计算。 ：可视电话业务模型来自于天津移动的3G网络规划。：语音业务的激活因子业界一般按照60计算，这里也按照60计算。4.2.2 分组域业务模型图4-1 分组域业务模型对于数据业务来说，关键因子包括：表4-4 数据业务的关键因子关键因子解释Packet size（byte）该业务的每个传送数据包的大小下行单次业务平均流量（Kbyte）每次业务下行数据流量BHSA忙时业务发生次数忙时单用户下行数据吞吐速率（bps）下行单次业务平均流量BHSA10008/3600业务速率（bps）业务承载信道的传输速率。传输效率因子数据业务的传输效率因子=TCP/UDPIPRLCPHY激活因子数据业务的扩展激活因子接近1平衡因子平衡因子上行业务平均速率/下行业务平均速率，对于数据业务业务来说平衡因子一般1。数据业务根据应用可以分成以下类型：表4-5 数据业务分类业务类型业务特征承载方式(上行速率/下行速率)图铃下载交互式业务64K/128KWAP浏览交互式业务64K/128KWWW浏览交互式业务64K/128K音频流流业务64K/128K视频流流业务64K/384KEMAIL背景类业务64K/64KMMS背景类业务64K/64K信息服务背景类业务64K/64K注：对于图铃下载，WAP浏览，WWW浏览，音频流，视频流上行可以采用32K承载，由于目前32K业务的仿真还没有完成，暂时按照64K承载计算。流业务也可采用64K/128K来承载。在话务模型计算中，我们选择最典型的几类业务进行分析，在各种业务模型中，由于业界对各业务的了解的深度不同，有些业务可以给出所有的参数，有些业务只能给出单次的平均流量，对于给出单次的平均流量的业务，传输效率按照典型的业务的传输效率计算，统计得到各种业务的关键因子：表4-6 典型的数据业务因子关键因子图铃下载WAP浏览WWW浏览音频流视频流EMAILMMS信息服务Packet size（byte）480480150015001500480480480下行单次业务平均流量（Kbyte）90400120064011521926424BHSA20.080.080.080.120.24忙时单用户下行数据吞吐速率（bps）24.00 106.67 320.00 113.78 204.80 34.13 17.07 12.80 传输效率因子0.920.920.920.970.970.920.920.92激活因子11111111平衡因子0.11 0.25 0.10 0.02 0.01 1.00 1.00 0.50 注：数据来源于天津移动的3G网络话务规划报告，关于packet size，目前只有沃达丰现网的统计资料，下行平均包的大小为1280Byte。4.3 用户密度用户预测是确定移动通信建设规模的重要依据，决定了工程建设的投资规模及建成投产后的经济效益.用户预测可以根据下列因素确定：l 当前固定电话和移动电话的装机量、话务量l 人口密度l 收入水平l 消费习惯l 经济发展前景根据下列参数，确定用户密度：l 不同地貌环境所占比例l 不同应用环境中人口分布比例l 移动用户普及率l 3G用户普及率l 运营商占有率4.4 单用户话务量与话务总量4.4.1 CS业务话务密度TD-SCDMA提供的CS业务包括如下两种：12.2kbps语音业务；64kbps可视电话业务。输入参数：l 业务渗透率：l 忙时使用比例：l BHCA：l Call Duration(s)：l 平均业务速率：输出单用户话务量：4.4.2 PS业务话务密度TD-SCDMA提供的PS业务包括如下三种：64/64数据业务（MMS和Email）；64/128数据业务（Internet）；64/384数据业务（流媒体、ftp）。输入参数：l 业务渗透率：l 忙时使用次数：l 上下行比例（下行流量/上行流量）：l 业务平均数率：数据业务忙时每次的吞吐量，64/64业务取0.28kbps/次；64/128业务取1.12kbps/次；64/384业务取4.78kbps/次。输出单用户话务量：4.4.3 话务总量思考问题：1.3G业务可分为哪几类？ 2.电路域业务模型的关键因子有那些？ 2.分组域业务模型的关键因子有那些？Error! 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