摘 要：作為3G的增強(qiáng)型技術(shù)的HSDPA已經(jīng)越來越受到重視，在WCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中HSDPA的規(guī)劃方法研究的較多。由于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較晚，對(duì)應(yīng)其引入HSDPA后的規(guī)劃還不太成熟。本文分別闡述了兩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基本方法，分析探討了其中的異同，從而更好地指導(dǎo)下一步TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：TD-SCDMA;HSDPA;覆蓋;容量

中圖分類號(hào)：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0506603

Analysis of Capacity and Coverage in TD-SCDMA and WCDMA System and HSDPA

ZHANG Hang

(Southwest Jiaotong University，Chengdu，610031，China)

Abstract：As an advanced technology of 3G，HSDPA has been treated more and more important.There are many ways to study the network planning of WCDMA system introducing HSDPA.Since the standard of TD-SCDMA is brought up later，it is not as completable as WCDMA.This paper elaborates the basic method of network planning in TD-SCDMA and WCDMA respectively.It also analyzes the differences between them in order to direct the next step of network planning of TD-SCDMA system introducing HSDPA.

Keywords：TD-SCDMA;HSDPA;capacity;coverage

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是以CDMA技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營(yíng)期間的規(guī)劃、優(yōu)化，以及關(guān)鍵技術(shù)研究等方面提出了更高的要求。合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以滿足運(yùn)營(yíng)商對(duì)覆蓋、容量和質(zhì)量的需求，以WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA為代表的第三代移動(dòng)通信發(fā)展對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來了全方位的沖擊，隨著HSDPA的引入，從話務(wù)模型、網(wǎng)規(guī)方案、優(yōu)化手段到網(wǎng)絡(luò)KPI等都發(fā)生了很大變化，本文分別闡述了兩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基本方法，并分析探討了其中的異同。

1 覆蓋分析

覆蓋規(guī)劃的前提就是通過計(jì)算業(yè)務(wù)的最大允許損耗，可以求得一定傳播模型下的小區(qū)覆蓋半徑?？梢钥闯鲆M(jìn)行覆蓋規(guī)劃需要知道業(yè)務(wù)的最大允許損耗和傳播模型。

1.1 傳播模型

在傳播模型方面都使用cost 231-Hata模型，用于1 500~2 000 MHz宏蜂窩預(yù)測(cè)。使用的公式為:

其中Lb為城市市區(qū)的基本傳播損耗中值；d為UE到基站天線的距離，單位km；f為工作頻率，單位MHz;hb，hm為基站，UE天線有效高度，單位m；a(hm)，Cm為修正因子。

在傳播模型上面TD-SCDMA和WCDMA是相同的。

1.2 鏈路預(yù)算

通常覆蓋需要從上行和下行兩個(gè)方向進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)上下行鏈路的平衡。一般而言，基站發(fā)射功率都是滿足下行覆蓋需求的，覆蓋往往是受限于上行終端最大發(fā)射功率，因此覆蓋以上行鏈路為主。

鏈路預(yù)算是覆蓋規(guī)劃的前提，是通過考慮天線的功率，接收機(jī)的靈敏度，以及系統(tǒng)的一些余量等眾多參數(shù)估算出鏈路上最大允許損耗的過程。

1.3 WCDMA鏈路預(yù)算

在WCDMA鏈路預(yù)算中需要用到的基本參數(shù)如下：

發(fā)射/接收機(jī)功率;人體損耗;發(fā)射/接收天線增益;饋線損耗;接收機(jī)靈敏度（由接收機(jī)噪聲，業(yè)務(wù)解調(diào)品質(zhì)Eb/N0，處理增益決定）;干擾余量;軟切換增益;功率控制余量;穿透損耗;陰影衰落余量。

通過鏈路預(yù)算可求得UE與基站之間最大允許的路徑損耗后，結(jié)合無線傳播模型，即可估算基站覆蓋半徑。事實(shí)上，無線傳播模型描述的正是路徑傳播損耗和覆蓋距離之間的關(guān)系。獲得小區(qū)覆蓋半徑R后，可以求出基站的覆蓋面積S，S= K×R2，K根據(jù)基站扇區(qū)取值不同而不同。用規(guī)劃區(qū)域面積除以單站覆蓋面積就可以得到覆蓋該區(qū)域內(nèi)滿足覆蓋要求大致需要的站點(diǎn)數(shù)。

圖1是下行覆蓋基站的距離與滿足鏈路預(yù)算后的基站信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系圖，這里取了合適的參數(shù)。

參數(shù)設(shè)置如下:

發(fā)射機(jī)功率:最大43 dBm(20w);發(fā)射天線增益:15 dBi;人體損耗:3 dB;饋線損耗:3 dB;接收機(jī)噪聲系數(shù):6 dB;Eb/No業(yè)務(wù)解調(diào)信噪比要求:5 dB;業(yè)務(wù)速率:3 840 000 chip/s;干擾余量:3 dB;接收機(jī)天線增益:15 dBi;接收饋線損耗:3 dB;接收人體損耗:3 dB;功率控制余量:3 dB;軟切換增益:2 dB;陰影衰落余量:0;穿透損耗:20 dB;f:1 800 m;基站高度:50 m;UE高度:2 m;d:待求;Cm:3 dB。

從圖1中可以看出覆蓋半徑為7-5 km。

1.4 HSDPA鏈路預(yù)算

HSDPA在R99基礎(chǔ)上引入了HS-PDSCH，HS-SCCH下行信道，以及HS-DPCCH上行信道，這些都會(huì)對(duì)原有的鏈路預(yù)算產(chǎn)生一定的影響。

這體現(xiàn)在上行HS-DPCCH功率開銷影響，下行HSDPA功率分配，下行干擾余量攀升，功率控制和切換等參數(shù)上面。

一般情況下小區(qū)20 W功率，公共信道開銷4 W，HS-SCCH功率開銷2 W，剩下的R99業(yè)務(wù)配置2~8 W ，HS-PDSCH配置4~8 W。

在接收靈敏度上面，由于引入了HARQ重傳軟合并增益，即使不提高Eb/N0，也可以在重傳時(shí)正確接收，所以采用Es/N0來衡量其解調(diào)性能。

Ec/N0表示每碼片能量與干擾功率譜密度之比，I0包含了噪聲和干擾兩部分，根據(jù)實(shí)際情況是干擾起主導(dǎo)還是噪聲起主導(dǎo)近似表示為Ec/I0或Ec/N0。Es/N0表示每符號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比，1個(gè)符號(hào)被擴(kuò)為多個(gè)碼片進(jìn)行發(fā)送。而Eb/N0表示每比特用戶數(shù)據(jù)能量與噪聲功率譜密度之比。

相對(duì)于WCDMA系統(tǒng)的軟切換，HSDPA沒有軟切換，因此該部分增益為0 dB。HSDPA依靠AMC而非快速功率控制來克服信道快衰落，因此其功率控制余量為0 dB。

上行鏈路預(yù)算方面ACK/NACK/CQI對(duì)保持HSDPA通信至關(guān)重要，因此HS-DPCCH對(duì)誤碼率要求較苛刻，需要占用一定的UE發(fā)射功率來確保NodeB接收正確，從理論分析和測(cè)試結(jié)果看出引入HSDPA原有規(guī)劃不會(huì)發(fā)生上行覆蓋受限。

下行鏈路預(yù)算方面，其采用AMC技術(shù)不斷調(diào)整其吞吐率以適應(yīng)無線環(huán)境，因此對(duì)HSDPA進(jìn)行鏈路預(yù)算需要和邊緣吞吐率緊密結(jié)合。HSDPA沒有固定下行服務(wù)速率，鏈路預(yù)算需要確定需求從而確定Es/N0。Es/N

下面分析TD-SCDMA的鏈路預(yù)算：在發(fā)射/接收天線增益，接收機(jī)噪聲，處理增益，切換增益等方面和WCDMA是有所區(qū)別的。

TD基站采用智能天線，對(duì)不同的信道其增益是不同的，上行業(yè)務(wù)信道基站接收天線增益由兩部分組成：天線增益和賦形增益，對(duì)下行廣播信道（PCCPCH），由于全扇區(qū)輻射就沒有賦形增益了，對(duì)于下行業(yè)務(wù)信道當(dāng)承載較高速業(yè)務(wù)時(shí)也存在賦形增益。

接收機(jī)噪聲由熱噪聲功率譜密度，噪聲系數(shù)和系統(tǒng)帶寬決定。TD的噪聲系數(shù)取7 db（BS）9 db（UE），系統(tǒng)帶寬為1-28 MHz。處理增益也是如此，Gp=(B×Q×Tc)/(Rc×log2M)這和WCDMA都是不一樣的，B為用戶帶寬，Q為擴(kuò)頻因子，Tc為單位碼片持續(xù)時(shí)間，Rc為編碼器速率，M為調(diào)制方式符號(hào)表大小。

TD采用接力切換，實(shí)質(zhì)上面屬于硬切換，但是又不同于傳統(tǒng)上面的硬切換，具有高切換的成功率較小的上行干擾。因此與WCDMA不同不存在軟切換增益。

從上面的分析比較可以看出來，HSDPA和TD-SCDMA的鏈路預(yù)算的基本方法還是和WCDMA是一樣的，都可以按照上述例子算出最大允許損耗從而得到覆蓋半徑，不過由于其特有的技術(shù)和特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)算時(shí)的參數(shù)還是會(huì)有一些不同，這在對(duì)其進(jìn)行覆蓋規(guī)劃時(shí)是必須要考慮到的。

2 容量分析

2.1 WCDMA 容量估算

容量估算的目的是根據(jù)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)模型和業(yè)務(wù)量需求，估算出滿足容量大致所需的基站數(shù)目。同鏈路預(yù)算一樣，容量估算也應(yīng)從上行和下行兩個(gè)方向進(jìn)行。WCDMA系統(tǒng)容量在上行方向主要受限于干擾，在下行方向主要受限于基站發(fā)射功率。上下行分別由兩個(gè)公式所決定。

上行方面，當(dāng)基站接入一個(gè)呼叫，Pj表示用戶j信號(hào)，Itotal 接收總功率（包括熱噪聲在內(nèi)總的寬帶接收功率），W碼片速率3-84 Mchip/s，Vj用戶j激活因子，該呼叫業(yè)務(wù)解調(diào)要求(Eb/N0)j

在這里ηUL為上行鏈路負(fù)荷因子，通常給定為50%，所以在設(shè)定用戶(Eb/N0)j等參數(shù)后，可以求出用戶數(shù)N，進(jìn)而求出小區(qū)所能提供的信道數(shù)，進(jìn)而求出滿足上行容量需求的總基站數(shù)。

下行方面，當(dāng)一個(gè)基站使其全部用戶正常運(yùn)行而發(fā)送的總功率超過基站額定功率，下行鏈路就達(dá)到功率受限容量上限。UE總接收功率Itotal=(1-γ)P+Pother+PN，P為基站總發(fā)射功率，Pother為小區(qū)外總干擾功率，PN為UE熱噪聲功率，γ為下行鏈路正交因子，為1對(duì)應(yīng)完全正交用戶。參考上行，下行負(fù)荷因子為:

總的基站發(fā)射功率BS[CD#*2]TxP=NrfWL∑Nj=1(Eb/N0)jRjvjW1－ηDL，其中都取均值，L是各個(gè)用戶Lj路徑損耗均值，Nrf=KT+NF是UE接收前端噪聲功率譜密度。在單一業(yè)務(wù)情況下，通過上式可以求出最大允許發(fā)射功率下每個(gè)小區(qū)所能提供的信道數(shù)，進(jìn)而求出滿足下行容量需求所需要的總基站數(shù)。

2.2 TD-SCDMA 容量估算

智能天線，聯(lián)合檢測(cè)大大降低了TD-SCDMA系統(tǒng)內(nèi)干擾，從而使得TD-SCDMA小區(qū)系統(tǒng)呼吸效應(yīng)不像WCDMA系統(tǒng)那樣明顯，相對(duì)于WCDMA覆蓋和容量間緊密關(guān)系，TD-SCDMA在覆蓋和容量上的相互關(guān)聯(lián)性較弱，可以單獨(dú)分析。TD-SCDMA干擾分三部分:小區(qū)內(nèi)，小區(qū)間，熱噪聲。這里主要考慮上行方面。下式就說明了基站側(cè)目標(biāo)用戶接收功率S0和用戶數(shù)M之間的一個(gè)關(guān)系。

P0為熱噪聲功率，Ior為本小區(qū)所有用戶信號(hào)的總的歸一化功率譜密度，Ioc為其他小區(qū)用戶信號(hào)到達(dá)本小區(qū)基站接收機(jī)時(shí)的歸一化噪聲譜密度，(Eb/N0)req為所需解調(diào)門限，PG為處理增益。對(duì)于某一業(yè)務(wù)，(Eb/N0)req在一定信道條件下確定，PG由編碼調(diào)制確定，P0由噪聲功率譜密度和載波帶寬計(jì)算，IocIor根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況確定。代入(Eb/N0)reqPG=14-42，IocIor=0.55，可得圖2。

可以看出當(dāng)M接近某個(gè)值時(shí)基站接收到的用戶信號(hào)功率S0趨于無窮大，因此手機(jī)發(fā)射功率也趨于無窮大，這時(shí)M接近值就是用戶峰值容量。

2.3 HSDPA網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算

在HSDPA網(wǎng)絡(luò)中，由于多個(gè)用戶之間的共享特性使得接入用戶數(shù)越多，用戶所得平均吞吐量越小，因此HSDPA網(wǎng)絡(luò)容量的衡量指標(biāo)應(yīng)該是給定中斷概率條件下的系統(tǒng)吞吐量。影響HSDPA容量的因素有上行鏈路傳輸速率，終端移動(dòng)速率，多徑環(huán)境，小區(qū)結(jié)構(gòu)，發(fā)射功率，終端能力以及HS-SCCH信道功率。由于HSDPA的AMC，HARQ等復(fù)雜特性，目前還不存在很好的HSDPA容量估算公式可以使用，因此關(guān)于這方面的估算多是通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)得到的仿真數(shù)據(jù)來獲得。

目前HSDPA多采用混合組網(wǎng)，下面以R99+HSDPA組網(wǎng)方案為例。原來承載在PS128k，PS384k上的大部分?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)均轉(zhuǎn)用HSDPA承載，其他少量低速數(shù)據(jù)仍采用R99承載，見表1。

HSDPA業(yè)務(wù)的上行承載仍采用傳統(tǒng)的R99 PS64k承載，因此在做上行容量估算時(shí)，還需考慮HSDPA上行流量的影響。由于HSDPA用戶在上行方向一般用PS64k上行業(yè)務(wù)，考慮到將HS-DPCCH的影響與R99 PS64k業(yè)務(wù)估算相結(jié)合，相當(dāng)于原有R99 PS64k業(yè)務(wù)的Eb/N0目標(biāo)值有所上升，到達(dá)與CS64k相同水平。這樣根據(jù)匯總上行容量需求，計(jì)算出滿足該區(qū)域的上行容量需求，即需求的小區(qū)數(shù)，基站數(shù)。接下來將基于下行R99業(yè)務(wù)量計(jì)算滿足下行R99容量需要的基站數(shù)，由于HSDPA與R99共載波混合組網(wǎng)，需要分配部分功率給HSDPA使用，因此在進(jìn)行R99的下行容量估算時(shí)，需要預(yù)留部分功率給HSDPA。預(yù)留的比例不同，對(duì)R99 下行容量估算產(chǎn)生不同影響。

從技術(shù)角度來看，與WCDMA HSDPA相同，TD-SCDMA HSDPA也是通過引入高速下行共享信道（HS-DSCH）來增強(qiáng)空中接口的傳輸能力，并且需要在UTRAN中增強(qiáng)相應(yīng)的功能實(shí)體。從協(xié)議、網(wǎng)元來看，兩者非常一致，差異多是物理層結(jié)構(gòu)上面。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文從網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的鏈路預(yù)算，覆蓋分析，容量分析的角度對(duì)WCDMA系統(tǒng)、TD-SCDMA系統(tǒng)以及HSDPA做了一個(gè)比較，可以看出關(guān)于WCDMA的規(guī)劃以及結(jié)合HSDPA的應(yīng)用的分析方法比較成熟，但是關(guān)于TD-SCDMA在結(jié)合HSDPA的研究還需要進(jìn)行大量的仿真工作才能得到一個(gè)更科學(xué)的分析方法。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>