4.TD-SCDMA各种业务处(1).doc

TD-SCDMA各种业务处理增益及无线链路预算（苏华鸿2007.07.09 ） 摘要： 介绍TD-SCDMA处理增益的计算方法，对各种业务的编码、交织及物理信道映射过程进行举例及无线链路的预算并键词：TD-SCDMA、处理增益、信道编码、物理信道映射、无线链路预算引 言近期很多人发表文章介绍TD-SCDMA无线链路预算，结果千差万别，归纳起来，主要差别是各种参数取值存在较大不同，如处理增益、Eb/No、智能天线的上、下行赋形增益干扰储备等都有较大差别。本文着重在处理增益取值方面，较为详细介绍，并从各种业务的编码、交织及物理信道映射过程的举例来加深对处理增益计算时相关参数取值的理解。并举例链路预算中各参数的选取。一、各种业务处理增益公式引出依据参考文献1，3GTR25.928，射频信号载干比 式(1)依据式(1) 很多文章作者推出处理增益PG公式为： 式(2)RC信道编码器速率（取决于服务）M数据符号表的大小（调制方法QPSK时M=4，8PSK时M=8）B用户带宽（取单载带宽1.28MHz）Q扩频系数（1.2.4.8.16）TC码片时长(将各种业务相关的参数代入式（2），发现只适用上行业务信道处理增益的计算，下行处理增益与本业务在该时隙内DPCH占用的专用信道数有关，这就是参考文献2介绍的TD-SCDMA处理增益计算公式： 式(3)在式(3)中：DPCHnum为同一时隙本业务占用信道数。从公式（3）可看出TD-SCDMA的处理增益与编码、扩频、时隙内的码道等等相关。参考文献3认为公式（2）比较复杂，采取了等效算法，在WCDMA计算处理增益的基础上再考虑TD-SCDMA中时隙的特点，其处理增益计算公式为：PG=10lg 式（4）如话音PG=10lg=10.62dB其中6400为5ms子帧包含的码片数目，3522为一个时隙中数据部分的码片数目。如果将式（4）和时隙联系起来，可将式（4）表示为PG=10lg 式（5）式（5）中，R表示不同业务速率，nTs表示选用的时隙数，如Ps64kbit/s业务可以选用1、2、4不同时隙传输业务，其处理增益是不同的。大家知道，对于TD-SCDMA系统，处理增益与扩频因子、编码方式、调制方式有关，这就是式（2）.(3).体现的计算过程。但是作为工程技术人员，要掌握各种业务的编码方式还是有一定难度，参考文献4 比较全面介绍了各种业务参数，其中列举了上、下行的信道编码速率RC和处理增益的取值供工程技术人员参考。二、各种业务参数表（参考文献4）各种业务参数表1业务类型Kbit/s上行编码速率RC下编码速率RC上行调制方式下行调制方式上行扩频因子下行扩频因子CS12.20.39710.397144816CS640.48340.483444216PS16/640.30380.514544416PS32/640.27540.514544216PS64/640.51450.514544216PS64/1280.51450.467244216PS64/1440.51450.49344216PS64/2560.51450.48634421PS64/3840.51450.494448（4）21各种业务参数表2业务类型Kbit/s上行码道数下行码道数上行时隙数下行时隙数CS12.21211CS641811PS16/641811PS32/641811PS64/641811PS64/12819（8.5）12PS64/1441912PS64/2561112PS64/3841113TD-SCDMA处理增益和极点容量的计算结果（上行）表3业务类型Kbit/sEb/No(dB)处理增益极点容量(用户数)(单时隙)满码道工作时的干扰余量5M带宽下的极点容量12.2kps7.5010.011514.46(1.85)130.1464kpsCS7.503.11422.21(3.30)19.8864kpsPS6.002.88572.87(2.20)25.83128kpsPS6.000.02881.62(1.45)7.27384kpsPS6.000.051.62(1.44)4.87TD-SCDMA处理增益和极点容量的计算结果（下行）表4业务类型Kbit/sEb/No(dB)处理增益极点容量(用户数)(单时隙)满码道工作时的干扰余量5M带宽下的极点容量12.2kps7.510.011514.461.94130.1464kpsCS9.53.11421.498.9013.4364kpsPS7.22.88572.243.7720.18128kpsPS6.83.04172.512.9011.30384kpsPS7.50.051.233.283.68三、计算处理增益PG1参考文献2， 按式（3）计算PG值（各种参数从表1和表2取值），得出PG结果列于表5.式（3）中，当B=1.28MHZ，TC =0.78125us,B TC =I, 式（3）成为： 式（6）PG计算值表5上行PG下行PGCS1210lg=10.031dB10lg=10.031dBCS6410lg=3.157dB10lg=3.157dBPS16/6410lg=8.184dB10lg=2.886dBPS32/6410lg=5.6dB10lg=2.886dBPS64/6410lg=2.886dB10lg=2.886dBPS64/12810lg=2.886dB10lg=3.04dBPS64/14410lg=2.886dB10lg=2.56dBPS64/25610lg=2.886dB10lg=0.12dBPS64/38410lg=2.886dB10lg=0.05dB2.近似的处理增益计算参考文献3，按式（5）计算近似PG值，见表6PG近似值表6业务类型选用时隙数nTs处理增益PG（dB）CS12.2kbit/s110.6CS64kbit/s13.4PS16/64k49.4PS32/64k26.4PS64/64k13.4PS64/128k23.4PS128/128k10.04PS64/384k63.4PS96/384k41.7PS128/384k30.04四、各种业务的物理信道映射过程举例了解各种业务的编码、交织及物理信道映射过程，可以帮助理解文中提到的信道编码速率RC，数据符号表的大小M，扩频系数Q，以及同一时隙本业务的码道数DPCHnum，下面将用4个例子展示这些过程。例1、广播信道BCH物理信道映射过程表7 BCH参数Transport block size/传输块大小246 bitsCRC/循环冗余校验16 bitsCoding /编码CC, coding rate = 1/3 编码率1/3TTI/传输时间间隔20 msMidamble/训练序列码144 chipsCodes and time slots/扩频因子码和时隙SF = 16 2 codes x 1 time slot 2码/1时隙TFCI/传输格式组合指示0 bitL1 control signals/第1层控制信令0 bit下图1是将业务速率为12.3kbit/s（传输块246bits）广播信道BCH映射到Tso时隙的过程。采用卷积编码速率R=1/3，扩频因子Q（SF16）=16，调制方式M=4（log2M=2），在Tso（没有功率控制码片的时隙）内用2个SF16 DPCH码道传输。无线帧#I+1无线帧#i子帧2子帧1子帧2子帧1物理信道映射第二次交织无线子帧分割速率匹配无线帧分割第一次交织无线帧均衡卷积编码附加CRC和尾比特传输块图1 BCH业务物理信道映射过程图例2 12.2kbps下行数据物理信道映射过程注：本例也适合AMR话音表8 12.2kbps数据参数表Number of TrChs传输信道个数3Transport block size传输块大小81bits(TrCh#1)最重要比特103bits(TrCh#2)重要比特60bits(TrCh#3)不重要比特CRC/循环冗余校验12(Only for TrCh#1)只在Trch#1附加Coding 编码CC, coding rate = 1/2, class B, C/B,C级编码率1/2CC, coding rate = 1/3, class A /A级编码率1/3TTI传输时间间隔20 msMidamble中间码144 chipsCodes and time slots码道和时隙SF = 16 2 codes x 1 time slots/2码1时隙TFCI传输格式组合指示16bits (8 bits in each subframe)/在每1子帧8bitsL1control signals第1层控控制信令4bits下图2列出话音12.2kbps AMR，原始比特为244个分为3个传输块，最重要采用R=1/3编码速率，其余2个传输块采用R=1/2编码速率。在图3中，将12.2kbps数据与2.4kbps数据进行复合，子帧分割，物理信道映射，扩频因子Q（SF16）=16，调制方式M=4（44=22log2M，M=4）。在1个Ts时隙内有2个扩频因子为16的DPCH码道。传输块附加CRC速率匹配附加尾比特卷积编码无线帧均衡第一次交织无线帧分割去传输信道复用图2 12.2kbps AMR信道编码图子帧分割传输信道复用第2次交织物理信道映射子帧1子帧2子帧1子帧2无线帧#i无线帧#I+1图3 12.2kbps和2.4kbps复合物理信道映射过程图例3 384kbps下行分组数据物理信道映射过程表9 384kbps分组数据参数表The number of TrChs传输信道数1Transport block set size传输块大小3840*B bits(B=0,1,2)Segmentation C码分割1 (B = 0, 1) or 2 (B = 2)CRC循环冗余校验16 bitsCoding 编码Turbo coding, coding rate = 1/3(Turbo编码)TTI传输时间间隔20 msMidamble中间码144chipsCodes and time slots码和时隙SF = 16 16 codes x 4 time slotsTFCI传输格式组合指示16bitsL1 signals第一层信令4 bits无线帧分割速率匹配第2次交织物理信道映射子帧1子帧2子帧1子帧2无线帧#i无线帧#I+1时隙#K时隙#K+1时隙#K+2时隙#K+3第1次交织无线帧分割编码块级联附加尾比特Turbo 编码码块分割传输块级联关附加CRC传输块图4 384kbps分组数据物理信道映射过程图例4 2Mbps下行分组数据物理信道映射过程注：2Mbps业务仅用一些特殊环境如室内表10 2Mbps分组数据参数表Transport block size传输块大小20480*B bits(B=0,1)CRC循环冗余校验24 bitsCoding 编码noTTI传输时间间隔10 msMidamble中间码144 chipsCodes and time slots码与时隙SF = 1 1 codes x 5 time slots/1码5时隙TFCI传输格式组合指示24bitsL1control signals第1层控制信令6bits下图5看出，对于2Mbps分组数据没有进行编码，扩频因子Q（SF1）=1，采用8PSK调制，M=8（352log2M=1056，M=8），在一个子帧中占用了5个常规时隙。352log28子帧分割速率匹配第2次交织物理信道映射子帧#1子帧#2码块级联码块分割附加CRC传输块图5 2Mbps分组数据物理信道映射图六、 不同业务的接入Eb/No在3GPP中规定了3种多径衰落信道建模参数，不同衰落信道类型对业务的上行接入Eb/No有着重要的影响，如下表所示： 表11 . 3GPP信道模型参数Case 1, 3km/hCase 2, 3km/hCase 3, 120km/h相对时延 ns相对平均功率 dB相对时延 ns相对平均功率 dB相对时延 ns相对平均功率 dB0000002928-1029280781-31200001563-62344-9 根据3GPP TS25.105的性能要求，导出不同速率业务用户在不同信道特征下的Eb/N0值：（1） 单用户，AWGN，理想时延信道估计 表12. AWGN条件下的处理增益以及Eb/N0业务类型链路类型BLER要求Eb/N0（dB）处理增益Gp（dB）目标CIR（dB）单用户占用RU数12.2kps语音UL0.015.010.01-5212.2kps语音DL0.015.810.01-4.2264kps CSUL0.0014.03.110.9864kps CSDL0.0014.73.111.6864kps PSUL0.052.72.89-0.2864kps PSDL0.053.72.890.88128kps PSUL0.050.0316128kps PSDL0.053.13.040.18.5384kps PSUL0.050.0516384kps PSDL0.053.60.053.616 （2） 单用户，Case 3 50Km/h，理想时延信道估计 表13. CASE 3条件下的处理增益以及Eb/N0业务类型链路类型BLER要求Eb/N0（dB）处理增益Gp（dB）目标CIR（dB）单用户占用RU数12.2kps语音UL0.019.010.01-1212.2kps语音DL0.018.910.01-1.1264kpsCSUL0.0018.93.115.8864kpsCSDL0.001113.117.9864kpsPSUL0.057.32.894.4864kpsPSDL0.058.72.895.88128kpsPSUL0.057.80.037.816128kpsPSDL0.058.33.045.38.5384kpsPSUL0.057.50.057.516384kpsPSDL0.0590.05916 注：1. Case1和Case2两种信道环境不常见，也不具备代表性，因此这边没有这方面仿真结果。2. Case3信道环境是一种比较恶劣的信道环境，实际室外多径环境要比Case3信道环境效果好得多而PS 64K业务采用Q=2，CIR门限为4.4dB。由表13可知，语音业务的覆盖范围要大于CS 64K业务和PS 64K业务。PS 64K的覆盖范围要大于CS 64K业务，但差别不大。七、 不同速率业务覆盖范围计算为了简便起见，我们这里取三种典型业务：12.2K语音业务，CS64K业务以及PS 64K数据业务。传播环境选取密集城区、一般市区以及郊区环境，传播模型选取Cost 231 Hata模型，C的取值与传播环境有关： （7）而 （8） 工作频段定在2000Hz，移动台高度为Hm =1.5m，基站接收天线为Hb=35m，这样上式变为 （9）代入地区校正因子C，则L= （10）八 、 无线链路预算 表14. 12.2k语音业务的链路预算表格发射端上行下行承载类型Kbps12.212.2单天线最大发射功率dBm2428用户每天线最大发射功率dBm24 19 （1TS 8USER）发射天线数18用户多天线最大发射功率dBm24 28 发射天线增益dBi015发射天线馈线、接头和合路器损耗dB01人体损耗dB20发射天线赋形增益dB07等效全向辐射功率(EIRP)dBm22 49 接收端接收天线增益dBi150接收天线馈线和接头损耗dB10接收天线赋形增益dB70人体损耗dB02接收端总增益dB21-2热噪声密度dBm/Hz-174-174噪声系数dB57处理增益dB10.03 10.03 要求的Eb/(N0+I0)dB55.75接收机灵敏度dBm-112.96 -110.21 干扰储备dB1.81 3.00 切换增益dB00快衰落储备dB00最小接收电平dBm-132.15（ -105.21 路径损耗基站天线高度米35工作频率MHz2,010.00标准偏差dB8.7传播模型Cost231边缘通信概率%75.00%阴影储备dB5.87室外最大允许路径损耗dB148.28 148.34 室外最大覆盖距离（公里）密集城区1.75 1.76 表15. CS 64k业务的链路预算表格发射端上行下行承载类型Kbps6464单天线最大发射功率dBm2428用户每天线最大发射功率dBm24 25 发射天线数18用户多天线最大发射功率dBm24 34 发射天线增益dBi015发射天线馈线、接头和合路器损耗dB01人体损耗dB00发射天线赋形增益dB07等效全向辐射功率(EIRP)dBm24 55 接收端接收天线增益dBi150接收天线馈线和接头损耗dB10接收天线赋形增益dB70人体损耗dB00接收端总增益dB210热噪声密度dBm/Hz-174-174噪声系数dB57处理增益dB3.11 3.11要求的Eb/(N0+I0)dB3.44.4接收机灵敏度dBm-107.64 -104.64干扰储备dB1.372.65 切换增益dB00快衰落储备dB00最小接收电平dBm-127.27 -101.99路径损耗基站天线高度米35工作频率MHz2,010.00标准偏差dB8.7传播模型Cost231边缘通信概率%75.00%阴影储备dB5.87室外最大允许路径损耗dB145.40 151.14 室外最大覆盖距离（公里）密集城区1.45 2.11 表16. PS 64/64k业务的链路预算表格发射端上行下行承载类型Kbps6464单天线最大发射功率dBm2428用户每天线最大发射功率dBm24 25 发射天线数18用户多天线最大发射功率dBm24 34 发射天线增益dBi015发射天线馈线、接头和合路器损耗dB01人体损耗dB00发射天线赋形增益dB07等效全向辐射功率(EIRP)dBm24 55 接收端接收天线增益dBi150接收天线馈线和接头损耗dB10接收天线赋形增益dB70人体损耗dB00接收端总增益dB210热噪声密度dBm/Hz-174-174噪声系数dB57处理增益dB2.88 2.88 要求的Eb/(N0+I0)dB2.753.7接收机灵敏度dBm-108.06 -105.11 干扰储备dB1.32 2.20 切换增益dB00快衰落储备dB00最小接收电平dBm-127.74 -102.91 路径损耗基站天线高度米35工作频率MHz2,010.00标准偏差dB8.7传播模型Cost231边缘通信概率%75.00%阴影储备dB5.87室外最大允许路径损耗dB145.87 152.06 室外最大覆盖距离（公里）密集城区1.49 2.24 表17. PS 64/128k业务的链路预算表格发射端上行下行承载类型Kbps64128单天线最大发射功率dBm2428用户每天线最大发射功率dBm24 26 发射天线数18用户多天线最大发射功率dBm24 35 发射天线增益dBi015发射天线馈线、接头和合路器损耗dB01人体损耗dB00发射天线赋形增益dB07等效全向辐射功率(EIRP)dBm24 56 接收端接收天线增益dBi150接收天线馈线和接头损耗dB10接收天线赋形增益dB70人体损耗dB00接收端总增益dB210热噪声密度dBm/Hz-174-174噪声系数dB57处理增益dB2.88 2.79 要求的Eb/(N0+I0)dB2.753.05接收机灵敏度dBm-108.06 -105.67 干扰储备dB1.32 2.20 切换增益dB00快衰落储备dB00最小接收电平dBm-127.74 -103.47 路径损耗基站天线高度米35工作频率MHz2,010.00标准偏差dB8.7传播模型Cost231边缘通信概率%75.00%阴影储备dB5.87室外最大允许路径损耗dB145.87 153.14 室外最大覆盖距离（公里）密集城区1.49 2.41 表18. PS 64/384k业务的链路预算表格发射端上行下行承载类型Kbps64384单天线最大发射功率dBm2428用户每天线最大发射功率dBm24 28 发射天线数18用户多天线最大发射功率dBm24 37 发射天线增益dBi015发射天线馈线、接头和合路器损耗dB01人体损耗dB00发射天线赋