摘要 TD-SCDMA系统由于采用了时分码分的多址方式、智能天线、联合检测、接力切换、动态信道分配等一系列新型关键技术和无线资源算法，为网络规划带来了很多新特点。本文就在TD网络规划中遇到的一些问题所形成的几个观点、看法做一介绍，包括覆盖能力、容量受限因素以及可变切换点等相关内容。
1、引言
移动通信网络的规划由网络规模预测、无线网络规划、传输系统规划、核心网络规划、电源配套规划、无线系统规划几大部分组成，其中，无线网络规划是移动通信系统规划中最为关键的部分，关系着整个移动通信网络建设的成败。TD标准作为中国自主研发3G标准，与3G的其他标准尤其是WCDMA相比，TD-SCDMA技术仍有许多“尚显稚嫩”的地方。不过，随着中国3G牌照发放的日益临近，作为国家大力扶持的TD-SCDMA技术也日趋成熟，因此，TD无线网络规划作为网络建设之前的关键步骤，其内容应随着TD技术的不断成熟而日趋完善。
2、覆盖能力问题
（1）链路预算仍为TD-SCDMA系统覆盖能力的关键指标
从覆盖角度分析TD-SCDMA的特点来看，由于TD-SCDMA系统采用了其他两种3G制式所没有的TDD（时工双分）方式，因此其覆盖能力主要取决于两方面的因素：一是与TD-SCDMA TDD方式有关的上下行切换保护时隙的长度；二是链路预算。
从TD-SCDMA系统的帧结构可以看到，采用低码片速率（LCR）的子帧由7个业务时隙和3个特殊时隙组成，如图1所示。3个特殊时隙分别是96 chip的下行导频时隙（DwPTS），96 chip的主保护间隔（GP）时隙及160 chip的上行导频时隙（UpPTS）。其中，主保护间隔时隙形成了固定的上下行。由于TD-SCDMA技术对上行同步的要求，基站侧信号的接收与发射必须同步，因此，终端的发射必须提前实施。如果终端接收到的下行信号有τ的延迟，那么它发射的上行信号就要提前τ，终端的接收与发射就有2τ的延迟。从图2可以看出，当2τ小于等于保护间隔时隙时长75μs（等于GP码数/码片速率）时，DwPTS与UpPTS之间不会产生干扰，因此小区无干扰的覆盖半径可达11.25 km（等于光速xGP时长/2）。如果允许DwPTS对UpPTS的影响（略微增大了UE初始小区的搜索时间）能够接受的2τ达到了（96+96）chip，小区覆盖半径从11.25 km扩展到22.5 km，进一步地，TD-SCDMA基站理论上的覆盖距离仍可扩大，通过DCA（dynamic channel allocation）来锁住第一个上行时隙，能够接受的2τ达到了（96+864）chip，这种情况下最大支持的小区覆盖半径达到112.5 km。
图1 TD-SCDMA无线子帧结构
图2 TD-SCDMA终端接收和发射的延迟
从帧结构上分析，TD-SCDMA的理论覆盖能力完全满足3G网络部署要求，因此，采用TD-SCDMA系统实际能够达到的覆盖范围取决于链路预算，而链路预算的结果则与信号的发射功率、接收机灵敏度、干扰及噪声强度、天线增益、处理增益等因素密切相关。
目前我国已进行的TD试验网测试中，一些厂商已实现上行导频时隙后延整个Ts1时隙的技术，即UpPTS shifting，使得保护间隔时隙扩大至960 chip，且在系统中可通过开关键的设置来启用或取消shifting操作，因而在TD系统大规模商用时，和3G其他制式一样，在网络规划中首先通过预定上行小区负荷，结合TD系统独特的智能天线、TDD双工方式、接力切换等关键技术在链路预算中的各种取值，通过链路预算获得各覆盖环境分区下的初步覆盖半径。
（2）多频点技术提升TD-SCDMA系统的下行覆盖能力
从图1可以看出导频信道和广播信道工作在独立的时隙，它们的干扰情况与业务时隙不同，同时，导频信道和广播信道需向全小区用户发射，因此这些公共信道发射采用的是全向赋形，而没有业务信道那样有智能天线的赋形增益，由此造成下行覆盖可能受限于公共信道的情况，因此公共信道的覆盖规划是覆盖规划时必须重点考虑的问题。
目前作为厂商极力推荐的TD-SCDMA小区多载频系统。除了可以提供系统更高容量及降低小区间干扰外，在覆盖方面，也提升了公共信道与业务信道覆盖匹配性，有效改善了公共信道下行覆盖受限的情况，其相关规范在中国通信标准化协会（CCSA）获得通过，并已报批国家3G技术行业标准。
TD-SCDMA多载频小区配置如图3所示，一个小区可配置N个载频（N=3），仅在小区/扇区的一个载频上发送DwPTS和广播信息（Ts0），多个频点使用一个共同广播。针对每一小区，从分配到的多个频点中确定一个作为主载频，其他为辅载频。在同一个小区内，仅在主载频上发送DwPTS和广播信息，辅载频仅发射业务信道，辅载频原先的公共信道空置。
图3 TD-SCDMA多载频小区配置
从图3可以看出，由于业务信道在3个载频共享发射功率，而公共信道仅在主载频上发射，因此可以独享发射功率，并可以弥补由于未采用智能天线而导致的赋形增益损失（当载频数量等于3时，相当于业务信道增加了5 dB的附加增益），提升了与业务信道覆盖匹配性，从而提高了下行覆盖的能力。
3、容量受限问题
3.1 码道资源受限容量分析
从图1可以看出，TD载频分为7个时隙，其中时隙0为下行公共时隙，以12.2 kbit/s语音业务为例，由于12.2 kbit/s语音业务为上下对称业务，因此时隙1、2、3为上行业务时隙，时隙4、5、6为下行业务时隙。每个码道的速率为：
其中：B是TD的码片速率，为1.28 Mchip/s；T时隙是TD的时隙长度，为0.675 ms；Kc为信道码数；R为编码效率；Q为每符号码片数，当采用QPSK时，Q=2，T子帧为TD的子帧长度等于5 ms。
所以当Kc=16时：R取1/3，码道速率为7.2 kbit/s；R取1/2，码道速率为10.8 kbit/s。如果进行12.2 kbit/s的语音业务，需要两个码道，因此单时隙最大支持12.2 kbit/s的语音用户数为8个，考虑到上行时隙2需要配置随机接入信道、上行共享信道等公共信道，需要占用一定码道资源。从码道资源角度看，实际单时隙支持的最大用户数会更少。
3.2 干扰受限容量分析
用户个数的增加导致了在基站每个用户受到的总干扰增加，为了维持一定的信号干扰比以保证通话质量，每个用户必须增大发射功率，在用户处于最大发射功率条件下，导致用户个数无法再增加，此时的容量称为干扰受限极限容量。
TD-SCDMA采用联合检测技术和智能天线技术相结合，能够增加系统的容量，TD-SCDMA在多小区情况下，小区的上行单时隙极限容量可表示为式（2）：
其中K为用户信噪比和业务激活因子的乘积；β为多用户检测因子，目前厂商推荐值为0.8左右；j为小区外干扰和小区内干扰之比。
如果考虑多系统的干扰且假定系统完全同步，在宏蜂窝环境下，j的取值在TDD方式下比FDD（频分复用）略高，本文定为0.75，因此当语音业务Eb/No为8 dB时。通过式（2）计算可得上行极限容量为2.57，式（2）中没有考虑智能天线的赋形增益，假定智能天线带来6 dB增益，相当于Eb/No为2 dB时，上行极限容量为9.62，高于码道数所限制的单时隙8个语音用户的极限容量。
高速率业务下极限码道容量更少，在联合检测和智能天线发挥较好的情况下，同样可以得到码道受限的结果，确切地说，在联合检测和智能天线技术保障下，TD-SCDMA容量表现为码道资源受限。
干扰受限的系统在具体网络规划中，主要体现在链路预算中干扰余量的预留。考虑到TD系统为码道资源受限，而非干扰受限系统，一般上下行小区负荷采用厂商推荐值。分别采用37%和50%的负荷因子，对应地，干扰受限的WCDMA系统上下行分别为50%和75%的负荷因子。此外，TD系统的小区呼吸效应不明显，使得无线规划可将覆盖和容量分开考虑，类似于GSM系统，可实现多次规划、分层建设。
4、可变切换点问题
由于TD-SCDMA系统支持不对称业务，6个业务时隙可以根据上下行的负荷，规划上下行时隙的切换点，一般而言对于语音业务为主或者数据业务负荷较少的地区，采用3：3的上下行时隙比例，而对于不对称数据业务较多的地区，采用2:4或者1:5的上下行时隙比例。
如图4所示，当设在区域A（语音业务为主）中采用3:3的上下行业务时隙配置方式，而相邻区域B（数据下载类业务为主）中采用2:4的上下行业务时隙配置方式，区域A中的小区a与区域B中的小区b相邻，不难看出在业务时隙Ts3处，小区b的Node B在发送信号时。小区a的Node B正处于接收信号状态，因此小区b的Node B的发送信号必会对其邻小区a的Node B的接收机产生干扰；同样在业务时隙Ts3处，小区a的用户设备在发送信号时，小区b的用户设备正处于接收信号状态，则小区a的用户设备的发送信号势必也会对小区b的用户设备的接收机产生干扰，在上述两种干扰情形下，由于小区b的Node B的发送信号功率为其所有下行链路信号功率之和，且若小区a的某一用户设备与小区b的另一用户设备均处于小区a与小区b的交界处，则上述两种干扰均为强干扰。
图4 非对称切换点配置
针对上述问题，在网络规划中，可以将两相邻小区中的任一小区对业务时隙Ts3的使用禁止，而两相邻小区中另一小区的上下行业务时隙配置方式保持不变，从而避免了所述不同区域中的相邻小区之间因此而产生干扰。进一步地，即便对于这些切换点不一致的相邻小区，也可以不禁止Ts3，而采用无线资源管理的方法，通过终端和网络的实时测量，得到该时隙的干扰信息，从而由网络来决定是否将用户分配到该时隙。
5、引入HSDPA后的TD网络规划考虑
HSDPA技术是3GPP在无线部分的增强与演进，其数据速率远超IMT2000的2 Mbit/s的要求，被视为超3G的3.5G技术。它不但支持高速率不对称数据服务。而且在增大网络容量的同时还能使运营商成本最小化。从无线帧结构来看，HSDPA所引入的TDMA+CDMA思想和TD系统不谋而合，同时通过在新增的业务信道上采取扩频因子固定、多码并行传输的方式来提供不同等级的数据速率，并且自适应编码调制技术（AMC）、混合自动重传（HARQ）和快速资源调度算法来代替功控技术，并将重传与资源调度从RNC移植入Node B中新增的MAC-hs功能实体上[1]，从而尽可能地提高下行分组数据速率和减少处理时延的目的。
引入HSDPA后的TD-SCDMA网络规划的影响首先应当考虑其与R4网络的合/分载频设置的选择，规划时通常通过上下行负荷计算来判定载频的配置方案，参考文献[2]上给出了较为详尽的分析方法。但是，引入HSDPA的TD不仅仅是网络负荷的提升，还会涉及到TD系统所独具的多频点、上下行时隙转换点配置问题。TD-HSDPA的引入可采取“分步实施、平滑升级”的演进策略，首先在话务热点区域启用TD-HSDPA与R4 TD-SCDMA的合载频设置，同时依据语音及数据的业务量需求配置合适的上下行切换点，而在数据业务激增阶段，多频点的引入及两者间分载频设置更为可取，此时需要注意的是为避免异频间的上下行时隙交叉干扰，各自载频的上下行时隙转换点最好设为一致。但它的弊端是数据和语音上下行容量需求不一，若单纯以某一业务为各载频上下行时隙配置依据，则会造成另一业务的受限，系统资源利用也非最佳，因此，实际TD-SCDMA引入HSDPA后的网络规划模式还需结合具体网络情况作进一步调整。图5为网络初期和数据业务激增的网络成熟期建议采用的合/分载频方案。
图5 R4和TD-HSDPA合/分载频建议配置
参考文献
1 3GPP Technical Report 25.848.Physical layer aspects of UTRA high speed downlink packet access，version 4.0.0，March 2001
2 梅琼.金亮等.HSDPA无线网络合/分载频规划方案的研究(上/下).邮电设计技术，2006(4/5)
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