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摘要：TD-SCDMA技术是中国具有自主知识产权的3G技术主流标准，TD-SCDMA无线网络规划与设计的目标是在满足业务需求的前提下，平衡网络覆盖、质量和成本之间的关系，这对TD-SCDMA无线网络的预规划和详细规划都提出了严格的要求。
关键词：TD-SCDMA系统；预规划；详细规划
中图分类号：TN929文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)28-0088-04
TD-SCDMA Wireless Network System Planning and Design
GUO Peng-cheng
(School of Integration Circuit,Southeast University,Nanjing 100028,China)
Abstract: The Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access (TD-SCDMA) technology is one of the mainstream standards for the 3G technology where China is granted with the intellectual property rights .The TD-SCDMA wireless network planning aims at achieving a balanced effect among the network coverage, quality, and cost, under the precondition of satisfying the service demands, and correspondingly, it has strict requirements for the TD-SCDMA preplanning and detailed planning.
Key words:TD-SCDMA system;preplanning;detailed planning
1 引言
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。
TD-SCDMA采用了集FDMA、TDMA、CDMA和SDMA为一体的技术，用1.6MHz的载波带宽提供高达2Mbit/s的数据速率。无线网络规划指根据网络建设的整体要求，设计无线覆盖目标及为实现该目标进行的基站位置和配置的设计。TD-SCDMA网络规划与其他无线网络规划一样，需考虑多种因素，网规流程基本一致；但由于其特殊的技术特点，其无线网规又有不同的内容和特点。
2 TD-SCDMA技术
3G各主流技术的差异在于空中接口和无线传输等方面，TD-SCDMA接入方案是直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)。
2.1 TD-SCDMA主要技术参数
1） 载频带宽间隔：1.6MHz
2） 码片速率：1.28Mc/s
3） 双工方式：TDD
4） 帧长：10ms （子帧5ms）
5） 信道编码方式：1/2、1/3卷积编码、Turbo编码
6） 扩频技术：正交可变扩频因子（OVSF）码
7） 调制方式：QPSK/8PSK
8） 功率控制：开环＋快速闭环
9） 功率控制速率：200次/s
10） 基站同步：同步（GPS或其他方式）
11） 检测方式：联合检测
12） 信道估计：DwPCH、UpPCH、midamble
13） 数据传输速率：12.2kbit/s、64 kbit/s、144 kbit/s、384 kbit/s、2M kbit/s
14） 多址接入方式：FDMA/TDMA/CDMA/SDMA
15） 系统频谱（155M）： 2010-2025MHz：一阶段频段，可支持9个频点
1880-1920MHz：二阶段频段
2300-2400MHz：补充频带
2.2 TD-SCDMA关键技术
2.2.1 时分双工
TDD(Time Division Duplexing)技术是指接收和发送是在同一频率信道的不同时隙，在时间上来分离接收和发送信道。
TDD系统有其他系统不可比拟的优势：
1） 提高系统的频谱利用率；
2） 降低对功率控制的要求；
3） 提高终端的接收性能；
4） 适合采用智能天线技术；
5） 更容易实现低功耗的多模小终端。
TDD系统的主要问题在于：
1） 小区的覆盖范围受到限制；
2） 干扰问题；
3） 同步要求高；
4） 移动速度目前难以与FDD模式相比。
2.2.2 智能天线
SA(Smart Antenna)技术是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。
智能天线的使用对TD-SCDMA系统的性能在以下几个方面作出了改进：
1） 减少了小区间和小区内的干扰，且降低了多径干扰；
2） 提高了基站发射机的等效发射功率，降低了基站的成本，更加环保；
3） 提高了基站接收机的灵敏度；
4） 改进了小区的覆盖；
5） 提高了系统的容量。
2.2.3 同步CDMA
同步CDMA即上行同步(UpPCH Shifting)技术是指使用同一时隙的处于不同位置的用户发送的上行信号同时到达基站，同步的精度一般要求在1/8～1chip。
精确的上行同步使TD-SCDMA显示了更多的优势：
1） 可以有效定位联合信道冲击响应；
2） 可以保证接收到的CDMA码道扩频码保持正交，有效的减少码道间干扰并消除时隙间干扰，大大提高系统容量，并降低基站接收机的复杂度，简化硬件，降低成本；
3） UE动态调整发往基站的发射时间，可以进行距离估算，有助于波束赋形和切换判决。
2.2.4 联合检测
JD(Joint Detection)技术充分利用多址干扰MAI，可在一步之内将所有用户的信号分离。
联合检测对TD-SCDMA系统性能在以下方面有所改进：
1） 提高系统容量，增加用户数量，增大覆盖范围；
2） 降低UE的发射功率，缓解功控精度要求；
3） 有效克服“远近效应”；
4） 减弱上行呼吸效应。
2.2.5 接力切换
RS(Relay Switch)技术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，将其作为辅助信息来判断目前UE是否移动到可进行切换的相邻基站的临近区域（精确知道UE位置，只需对与UE移动方向一致或靠近UE一侧少数几个小区进行测量）。若UE进入切换区，则RNC通知该基站做好切换准备。
2.2.6 动态信道配置
DCA(Dynamic Channel Allocation)技术技术可灵活分配或调整信道所使用的频率、时隙或码道等信道资源，可分为频域、时域、码域、空域等四个方面。
DCA的技术优势包括：
1） 能尽量把相同方向上的用户分散到不同时隙中，把同一时隙内的用户分布在不同方向上，充分发挥智能天线的空分功效，使多址干扰降至最小；
2） 适应3G业务的需要，尤其是高速率的上下行不对称的数据业务和多媒体业务。
2.2.7 软件无线电
软件无线电技术利用数字信号处理软件实现无线通信功能，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，实现不同的业务性能。
3 预规划
无线网络预规划是在简化的条件下对基站数量、配置、传输和RNC需求的粗略估计，其输出结果是候选站址选取和详细规划的重要依据。
3.1 区域划分
1） 区域分类
依据无线传播环境（地理环境特点）和业务分布（用户业务分布）两方面特征，网络覆盖主要由无线环境决定，网络容量与质量主要由用户业务分布决定。
依据无线传播环境，区域可分为密集市区、一般市区、郊区、农村；
依据用户业务分布，区域可分为高话务密度区、中话务密度区、低话务密度区。
2） 区域面积统计
根据区域分类标准使用地理信息系统软件在二维数字地图上将服务区划分为区域块，并为其分别标注名称、区域类型和面积，并对区域面、线、点分类结果进行归类统计，得到各类区域的面积。
3） 业务量分解
业务量分解的任务是在用户和业务预测的基础上解决业务总量在规划区内如何分布的问题，根据一定的原则将用户和业务预测总量按比例分配到服务区内，得到各类区域的用户和业务的地理分布密度。
3.2 无线网络规划基础参数
TD-SCDMA无线网络预规划需要多个基础参数，并需要给出这些基础参数的参考值。
1） 覆盖率。指在无线覆盖区内或边缘，终端与基站通信质量达到规定要求的概率。
2） 服务等级。话音业务和可视电话业务通过拥塞率来表示；数据业务通过平均吞吐率来表示。
3） 激活因子。AMR话音业务取0.67，数据业务取1。
4） 功率配置。一个业务信道所能发射功率的最大值。通常情况下，上行终端最大最小发射功率分别为24dBm和－56 dBm；下行基站最大最小发射功率分别为31dBm和1 dBm。
5） 天馈线参数。包括基站和终端天线增益以及馈线损耗。终端天线增益为0dBi；基站定向单天线增益通常为15 dBi，全向单天线增益通常取10 dBi。TD-SCDMA链路预算中，馈线损耗通常取1 dB。
6） 赋形增益。根据系统仿真测试结果，8单元智能天线上行可获得7 dB的赋形增益；下行除此7 dB外，还得到9 dB的阵列增益。
7） 设备参数。包括各业务要求的基站的Eb/N0、终端的Ec/I0、BLER等。基站和终端的噪声系数参考值分别为5dB和7dB。
8） 阴影衰落（慢衰落功控）余量。平均接收场强因为一些建筑物或隔阻而发生衰落现象，称为阴影衰落（慢衰落）。为保证基站以一定的概率覆盖小区边缘，基站必须预留一定的发射功率以克服阴影衰落，此预留的功率就是阴影衰落余量。不同地形地貌区域阴影衰落余量不同。
9） 快衰落（功控）余量。用于抵抗高速移动中的UE产生的快衰落（瑞利衰落）的功控。以50km/h的移动速度为界，对于慢速移动的终端，功控余量取1dB，对于中高速移动的终端，不需考虑预留功控余量。
10） 穿透损耗。信号穿过建筑物或车体造成的损耗。不同传播环境下的穿透损耗分别为：密集市区20dB，一般市区15 dB，郊区12 dB，农村6 dB。
11） 人体损耗。人体对近距离信号的阻塞和吸收引起的损耗，数据业务为0 dB，话音业务为3 dB。
12） 干扰余量。是为系统容量预留的干扰储备量。
13） 切换增益。一般认为接力切换没有切换增益。
14） 处理增益。处理增益与扩频因子、编码方式、调制方式有关。
3.3 链路预算
链路预算要做的就是在保证通话质量的前提下，确定基站和终端之间的无线链路所能允许的最大路径损耗。只要确定了传播模型，从最大允许路径损耗即可计算出小区的有效覆盖半径。
在CDMA系统中，一般覆盖受限于上行，容量受限于下行。因为终端的发射功率不可能做得很大，所以通常基站覆盖半径由上行链路决定；小区内所有用户同时分享基站功率，其功率分配要使小区内所有在线用户服务都能满足相关业务的QoS指标，因此基站的容量通常由下行链路决定。
TD-SCDMA系统基站与终端之间的链路预算模型如下：
移动台发射功率
关键词：TD-SCDMA系统；预规划；详细规划
中图分类号：TN929文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)28-0088-04
TD-SCDMA Wireless Network System Planning and Design
GUO Peng-cheng
(School of Integration Circuit,Southeast University,Nanjing 100028,China)
Abstract: The Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access (TD-SCDMA) technology is one of the mainstream standards for the 3G technology where China is granted with the intellectual property rights .The TD-SCDMA wireless network planning aims at achieving a balanced effect among the network coverage, quality, and cost, under the precondition of satisfying the service demands, and correspondingly, it has strict requirements for the TD-SCDMA preplanning and detailed planning.
Key words:TD-SCDMA system;preplanning;detailed planning
1 引言
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。
TD-SCDMA采用了集FDMA、TDMA、CDMA和SDMA为一体的技术，用1.6MHz的载波带宽提供高达2Mbit/s的数据速率。无线网络规划指根据网络建设的整体要求，设计无线覆盖目标及为实现该目标进行的基站位置和配置的设计。TD-SCDMA网络规划与其他无线网络规划一样，需考虑多种因素，网规流程基本一致；但由于其特殊的技术特点，其无线网规又有不同的内容和特点。
2 TD-SCDMA技术
3G各主流技术的差异在于空中接口和无线传输等方面，TD-SCDMA接入方案是直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)。
2.1 TD-SCDMA主要技术参数
1） 载频带宽间隔：1.6MHz
2） 码片速率：1.28Mc/s
3） 双工方式：TDD
4） 帧长：10ms （子帧5ms）
5） 信道编码方式：1/2、1/3卷积编码、Turbo编码
6） 扩频技术：正交可变扩频因子（OVSF）码
7） 调制方式：QPSK/8PSK
8） 功率控制：开环＋快速闭环
9） 功率控制速率：200次/s
10） 基站同步：同步（GPS或其他方式）
11） 检测方式：联合检测
12） 信道估计：DwPCH、UpPCH、midamble
13） 数据传输速率：12.2kbit/s、64 kbit/s、144 kbit/s、384 kbit/s、2M kbit/s
14） 多址接入方式：FDMA/TDMA/CDMA/SDMA
15） 系统频谱（155M）： 2010-2025MHz：一阶段频段，可支持9个频点
1880-1920MHz：二阶段频段
2300-2400MHz：补充频带
2.2 TD-SCDMA关键技术
2.2.1 时分双工
TDD(Time Division Duplexing)技术是指接收和发送是在同一频率信道的不同时隙，在时间上来分离接收和发送信道。
TDD系统有其他系统不可比拟的优势：
1） 提高系统的频谱利用率；
2） 降低对功率控制的要求；
3） 提高终端的接收性能；
4） 适合采用智能天线技术；
5） 更容易实现低功耗的多模小终端。
TDD系统的主要问题在于：
1） 小区的覆盖范围受到限制；
2） 干扰问题；
3） 同步要求高；
4） 移动速度目前难以与FDD模式相比。
2.2.2 智能天线
SA(Smart Antenna)技术是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。
智能天线的使用对TD-SCDMA系统的性能在以下几个方面作出了改进：
1） 减少了小区间和小区内的干扰，且降低了多径干扰；
2） 提高了基站发射机的等效发射功率，降低了基站的成本，更加环保；
3） 提高了基站接收机的灵敏度；
4） 改进了小区的覆盖；
5） 提高了系统的容量。
2.2.3 同步CDMA
同步CDMA即上行同步(UpPCH Shifting)技术是指使用同一时隙的处于不同位置的用户发送的上行信号同时到达基站，同步的精度一般要求在1/8～1chip。
精确的上行同步使TD-SCDMA显示了更多的优势：
1） 可以有效定位联合信道冲击响应；
2） 可以保证接收到的CDMA码道扩频码保持正交，有效的减少码道间干扰并消除时隙间干扰，大大提高系统容量，并降低基站接收机的复杂度，简化硬件，降低成本；
3） UE动态调整发往基站的发射时间，可以进行距离估算，有助于波束赋形和切换判决。
2.2.4 联合检测
JD(Joint Detection)技术充分利用多址干扰MAI，可在一步之内将所有用户的信号分离。
联合检测对TD-SCDMA系统性能在以下方面有所改进：
1） 提高系统容量，增加用户数量，增大覆盖范围；
2） 降低UE的发射功率，缓解功控精度要求；
3） 有效克服“远近效应”；
4） 减弱上行呼吸效应。
2.2.5 接力切换
RS(Relay Switch)技术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，将其作为辅助信息来判断目前UE是否移动到可进行切换的相邻基站的临近区域（精确知道UE位置，只需对与UE移动方向一致或靠近UE一侧少数几个小区进行测量）。若UE进入切换区，则RNC通知该基站做好切换准备。
2.2.6 动态信道配置
DCA(Dynamic Channel Allocation)技术技术可灵活分配或调整信道所使用的频率、时隙或码道等信道资源，可分为频域、时域、码域、空域等四个方面。
DCA的技术优势包括：
1） 能尽量把相同方向上的用户分散到不同时隙中，把同一时隙内的用户分布在不同方向上，充分发挥智能天线的空分功效，使多址干扰降至最小；
2） 适应3G业务的需要，尤其是高速率的上下行不对称的数据业务和多媒体业务。
2.2.7 软件无线电
软件无线电技术利用数字信号处理软件实现无线通信功能，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，实现不同的业务性能。
3 预规划
无线网络预规划是在简化的条件下对基站数量、配置、传输和RNC需求的粗略估计，其输出结果是候选站址选取和详细规划的重要依据。
3.1 区域划分
1） 区域分类
依据无线传播环境（地理环境特点）和业务分布（用户业务分布）两方面特征，网络覆盖主要由无线环境决定，网络容量与质量主要由用户业务分布决定。
依据无线传播环境，区域可分为密集市区、一般市区、郊区、农村；
依据用户业务分布，区域可分为高话务密度区、中话务密度区、低话务密度区。
2） 区域面积统计
根据区域分类标准使用地理信息系统软件在二维数字地图上将服务区划分为区域块，并为其分别标注名称、区域类型和面积，并对区域面、线、点分类结果进行归类统计，得到各类区域的面积。
3） 业务量分解
业务量分解的任务是在用户和业务预测的基础上解决业务总量在规划区内如何分布的问题，根据一定的原则将用户和业务预测总量按比例分配到服务区内，得到各类区域的用户和业务的地理分布密度。
3.2 无线网络规划基础参数
TD-SCDMA无线网络预规划需要多个基础参数，并需要给出这些基础参数的参考值。
1） 覆盖率。指在无线覆盖区内或边缘，终端与基站通信质量达到规定要求的概率。
2） 服务等级。话音业务和可视电话业务通过拥塞率来表示；数据业务通过平均吞吐率来表示。
3） 激活因子。AMR话音业务取0.67，数据业务取1。
4） 功率配置。一个业务信道所能发射功率的最大值。通常情况下，上行终端最大最小发射功率分别为24dBm和－56 dBm；下行基站最大最小发射功率分别为31dBm和1 dBm。
5） 天馈线参数。包括基站和终端天线增益以及馈线损耗。终端天线增益为0dBi；基站定向单天线增益通常为15 dBi，全向单天线增益通常取10 dBi。TD-SCDMA链路预算中，馈线损耗通常取1 dB。
6） 赋形增益。根据系统仿真测试结果，8单元智能天线上行可获得7 dB的赋形增益；下行除此7 dB外，还得到9 dB的阵列增益。
7） 设备参数。包括各业务要求的基站的Eb/N0、终端的Ec/I0、BLER等。基站和终端的噪声系数参考值分别为5dB和7dB。
8） 阴影衰落（慢衰落功控）余量。平均接收场强因为一些建筑物或隔阻而发生衰落现象，称为阴影衰落（慢衰落）。为保证基站以一定的概率覆盖小区边缘，基站必须预留一定的发射功率以克服阴影衰落，此预留的功率就是阴影衰落余量。不同地形地貌区域阴影衰落余量不同。
9） 快衰落（功控）余量。用于抵抗高速移动中的UE产生的快衰落（瑞利衰落）的功控。以50km/h的移动速度为界，对于慢速移动的终端，功控余量取1dB，对于中高速移动的终端，不需考虑预留功控余量。
10） 穿透损耗。信号穿过建筑物或车体造成的损耗。不同传播环境下的穿透损耗分别为：密集市区20dB，一般市区15 dB，郊区12 dB，农村6 dB。
11） 人体损耗。人体对近距离信号的阻塞和吸收引起的损耗，数据业务为0 dB，话音业务为3 dB。
12） 干扰余量。是为系统容量预留的干扰储备量。
13） 切换增益。一般认为接力切换没有切换增益。
14） 处理增益。处理增益与扩频因子、编码方式、调制方式有关。
3.3 链路预算
链路预算要做的就是在保证通话质量的前提下，确定基站和终端之间的无线链路所能允许的最大路径损耗。只要确定了传播模型，从最大允许路径损耗即可计算出小区的有效覆盖半径。
在CDMA系统中，一般覆盖受限于上行，容量受限于下行。因为终端的发射功率不可能做得很大，所以通常基站覆盖半径由上行链路决定；小区内所有用户同时分享基站功率，其功率分配要使小区内所有在线用户服务都能满足相关业务的QoS指标，因此基站的容量通常由下行链路决定。
TD-SCDMA系统基站与终端之间的链路预算模型如下：
移动台发射功率