TD-SCDMA系統(tǒng)多頻點組網(wǎng)研究25545

1、 TD-SCDMA系統(tǒng)多頻點組網(wǎng)研究Study of N-Frequency Networking in TD-SCDMA Systems金明/JIN Ming 王文博/WANG Wenbo彭木根/PENG Mugen（北京郵電大學(xué)泛網(wǎng)無線通信教育部重點實驗室 北京 100876）(Key Lab of Universal Wireless Comm., Ministry of Education, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)中圖分類號：TN929.5 文獻標(biāo)志碼：A 文章

2、編號：1009-6868 (2010) 03-0000-00摘要：文章首先介紹了時分同步碼分多址(TD-SCDMA)系統(tǒng)的特點，然后結(jié)合其自身特點分析比較TD-SCDMA系統(tǒng)的幾種多頻點組網(wǎng)方式和組網(wǎng)方案，并對5 MHz頻帶3個頻點的組網(wǎng)方式建模，進行頻率規(guī)劃，通過仿真給出該頻點分配方式的性能結(jié)果，進而分析得出這種組網(wǎng)方式的優(yōu)缺點，對未來其他組網(wǎng)方式的研究提供參考和借鑒。關(guān)鍵字：TD-SCDMA；多頻點組網(wǎng)；仿真；頻率規(guī)劃；N頻點Abstract：This paper introduces the characteristics of TD-SCDMA, and analyzes some n

3、etworking schemes and methods of N-frequency. In particular, it examines a frequency planning scheme on the 5MHz bandwidth containing 3 frequencies and builds a simulation model to validate the performance of this scheme. Finally, this paper analyzes the advantages and disadvantages of this scheme,

4、and proposes some directions for the future study of networking planning.Key words: TD-SCDMA; N-frequency networking; simulation; frequency planning; N-frequency簡介在無線通信領(lǐng)域，系統(tǒng)容量和干擾一直是人們比較關(guān)心的話題，他們相對立而存在，隨著無線通信的發(fā)展，如何解決他們的這種對立關(guān)系，并從中找到一個合適的切入點，就成為我們未來無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化的一個重要任務(wù)。其中系統(tǒng)的具體組網(wǎng)技術(shù)作為一個重要的指標(biāo)越來越受到人們的重視，如何提供一個合理

5、的組網(wǎng)方案，可以在盡量避免或減小干擾的情況下最大限度的增加現(xiàn)有的系統(tǒng)容量和性能，逐漸成為研究中的一個焦點。1多頻點組網(wǎng)方式時分同步碼分多址(TD-SCDMA)作為我國提出的一個3G標(biāo)準(zhǔn)，是頻分多址/時分多址/碼分多址/空分多址(FDMA/TDMA/CDMA/SDMA)相結(jié)合混合多址方式的技術(shù)，使用了智能天線，聯(lián)合檢測等新技術(shù)，采用時分雙工(TDD)雙工模式，不需要對稱的頻段，具有較高的頻譜利用率，可以靈活支持非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。其系統(tǒng)載波帶寬是1.6 MHz，相對于寬帶碼分多址(WCDMA)5 MHz帶寬而言，相同帶寬上可以提供3個頻點，所以相對于其他3G系統(tǒng)，TD-SCDMA系統(tǒng)更容易進行頻率

6、規(guī)劃，使用多頻點進行組網(wǎng)。下面我們將對TD-SCDMA系統(tǒng)下的多頻點組網(wǎng)方式進行一個簡單介紹。為了能夠更清楚地闡明各種組網(wǎng)方案的差異，首先簡單介紹一下傳統(tǒng)小區(qū)的概念。在TD-SCDMA系統(tǒng)里，默認(rèn)每一個載波扇區(qū)為一個獨立的小區(qū)。用戶設(shè)備和全球陸上無線接入間的接口(Uu接口)對于無線資源的操作、配置都是針對一個載頻進行的，在Iub接口小區(qū)建立的過程中一個信元只配置了一個絕對頻點號；如果是多載頻，則每個載頻被當(dāng)作一個邏輯小區(qū)。例如，對于三扇區(qū)三載頻的情況，則認(rèn)為有9個邏輯小區(qū)，針對每個小區(qū)完成獨立的操作，也即9個小區(qū)發(fā)送各自的導(dǎo)頻和廣播信息，9個載頻都必須配置9套完整的公共信道，而其中的廣播信道(

7、BCH)、前向接入信道(FACH)和尋呼信道(PCH)都為全向信道。因此傳統(tǒng)小區(qū)模式中，對于多載頻配置，比較典型的有同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)2種方式1。1.1同頻組網(wǎng)同頻組網(wǎng)指的是每個小區(qū)都相同的頻點數(shù)，并且這些頻點也相同，每個頻點作為一個獨立的邏輯小區(qū)，有自己的公共控制信道、下行導(dǎo)頻信道及獨立的廣播信道。比如10 MHz帶寬上，TD-SCDMA系統(tǒng)最大支持6個頻點，進行同頻組網(wǎng)頻點配置如圖1所示：圖1 同頻組網(wǎng)方式下的頻點分配同頻組網(wǎng)可以最大提高系統(tǒng)的頻帶利用率，在15 MHz帶寬內(nèi)支持9個頻點，可以配成S9/9/9的站型，但是這樣同一物理環(huán)境下存在多個邏輯小區(qū)。在業(yè)務(wù)信道上，我們可以通過智能天線

8、和聯(lián)合檢測等先進技術(shù)，保證業(yè)務(wù)的質(zhì)量，但是廣播信道是全向發(fā)射，載頻間干擾嚴(yán)重，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能和容量。1.2異頻組網(wǎng)相對于同頻組網(wǎng)，異頻組網(wǎng)指的是相鄰小區(qū)的頻點采用異頻組網(wǎng)的方式。如15 MHz帶寬時，對于TD-SCDMA系統(tǒng)包含9個頻點，但最大也只能組成S3/3/3站型。如圖2所示：圖2 異頻組網(wǎng)方式下的頻點分配異頻組網(wǎng)可以盡量將同頻點用戶分開，增加頻點的復(fù)用距離，從而減小頻率間干擾，提高系統(tǒng)性能以及容量。它在建網(wǎng)初期用戶數(shù)較少時，有利于提高用戶的服務(wù)質(zhì)量，但是隨著用戶數(shù)的增加，它極低的頻譜利用率不利于系統(tǒng)的擴容，而現(xiàn)在頻率資源是一個相對比較稀缺的資源，最大限度提高頻譜利用率是一個不可避

9、免的問題。1.3 N頻點技術(shù)基于上面的2種組網(wǎng)方式存在的缺陷，后來人們提出了N頻點技術(shù)：若有多個載頻存在就從分配到的N個頻點中選擇一個作為小區(qū)的主頻點，其他作為小區(qū)的輔頻點。N頻點技術(shù)下的小區(qū)劃分和傳統(tǒng)小區(qū)劃分有所不同：同一個扇區(qū)的N個載頻同屬于一個邏輯小區(qū)。主載頻和輔載頻使用相同的擾碼和訓(xùn)練序列碼，這樣可以保證在同一個小區(qū)內(nèi)的多個頻點具有同小區(qū)的身份標(biāo)志；公共控制信道配置在主載頻上，也就是說輔載頻上沒有公共控制信道，主載頻和輔載頻上都配置有業(yè)務(wù)信道；用戶的多時隙業(yè)務(wù)應(yīng)配置在同一載頻上，這一特征可以最大程度地減小終端實現(xiàn)的復(fù)雜性；同一用戶的上下行配置在同一載頻上；主載頻和輔載頻的上下行轉(zhuǎn)換點配

10、置一致，這一限制是由基站的收發(fā)信機特性造成的，如果主載頻和輔載頻的上下行轉(zhuǎn)換點配置不一致，必定有一些時隙并需要基站的收發(fā)信機既發(fā)射又接收，這樣以來基站的發(fā)射信號被該基站接收，造成基站不能正常接收。因為它接收的自己的發(fā)射信號將比從遠處來的同頻終端上行信號大很多，從而將正常的上行信號淹沒。在同一扇區(qū)內(nèi)僅在主頻點內(nèi)發(fā)送下行導(dǎo)頻信息和廣播信息，多個頻點共用一個導(dǎo)頻信道。這樣可以減小公共信道的載頻間干擾，提高了系統(tǒng)性能，終端初始搜索準(zhǔn)確、快速，系統(tǒng)接入、切換成功率顯著提高。因此，引入N頻點方案，可在較大程度上改善系統(tǒng)的性能并提升頻譜利用率。N頻點技術(shù)可以有2種不同的實現(xiàn)模式：多載波同頻異頻聯(lián)合組網(wǎng)方式和

11、多載波同頻組網(wǎng)方式。每種組網(wǎng)方式有15 MHz、10 MHz、5 MHz 3種頻率規(guī)劃方案2。1.3.1多載波同頻異頻聯(lián)合組網(wǎng)方式這種組網(wǎng)方式代指的是相鄰小區(qū)的主頻點采用異頻組網(wǎng)的方式，輔頻點采用同頻組網(wǎng)的方式。如15 MHz帶寬時，選擇3個作為主頻點，其他6個為輔頻點。這時，最大可組成S7/7/7站型。如圖3所示，紅色代表主頻點，黑色代表剩余的6個輔頻點。圖3 同頻異頻聯(lián)合組網(wǎng)1.3.2多載波同頻組網(wǎng)方式這種組網(wǎng)方式可最大程度地提高頻譜利用率，指的是相鄰小區(qū)的主頻點采用異頻組網(wǎng)的方式，輔頻點也采用異頻組網(wǎng)的方式，相鄰小區(qū)的主頻點交叉包含在輔載頻中。如15 MHz帶寬時，最大可組成S9/9/9

12、站型。如圖4所示：圖4 多載波同頻組網(wǎng)1.3.3分層次進行頻點規(guī)劃多頻點組網(wǎng)時，頻點規(guī)劃也是一個重要部分。合理的頻點規(guī)劃方案對于多頻點組網(wǎng)系統(tǒng)來說可以最大程度提高系統(tǒng)的性能?；诙噍d波同頻組網(wǎng)的N頻點技術(shù)和同心圓技術(shù)，為了更大的提高系統(tǒng)性能，有效減小業(yè)務(wù)信道上的同頻干擾，可以采用分層次進行頻點規(guī)劃的方案。其主要思想是將小區(qū)由中心到邊緣分成幾層（例如2層），每一層采用不同的頻點分配方案。相鄰小區(qū)主頻點采用異頻組網(wǎng)的方式，且有導(dǎo)頻信道的主頻點實現(xiàn)全小區(qū)覆蓋，其業(yè)務(wù)信道優(yōu)先服務(wù)于外層用戶；其他頻點稱為輔載波，相對于主頻點收縮，業(yè)務(wù)信道優(yōu)先服務(wù)于內(nèi)層用戶，這樣相鄰小區(qū)包含相同頻點的輔頻點就得到一定的隔

13、離，相鄰小區(qū)的交叉區(qū)域小區(qū)外層也屬于異頻干擾，這樣同頻干擾降低，系統(tǒng)性能得到提高3-4。圖5 相鄰小區(qū)通信如圖5所示，黃色區(qū)域是輔載波收縮區(qū)域小區(qū)內(nèi)層，白色區(qū)域是小區(qū)外層，采用輔載波收縮的N頻點技術(shù)，進行分層次頻點規(guī)劃后，相鄰小區(qū)交叉區(qū)域的用戶受到的同頻干擾減小，這樣它們的切換成功率，服務(wù)質(zhì)量(QOS)等性能指標(biāo)都會有一定的提高。2仿真驗證2.1仿真假設(shè)我們以5MHz頻帶，3個頻點進行分層規(guī)劃的方案建模，采用通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)30.03中定義的經(jīng)典模型環(huán)列，每個小區(qū)有3個頻點，相鄰小區(qū)主頻點不同，交叉包含在輔載頻中5。如圖6所示，紅色圓環(huán)將小區(qū)分成兩層，每個小區(qū)的輔頻點收縮到內(nèi)層首先

14、為內(nèi)層用戶提供資源；外層用戶首先接入主頻點，這樣相鄰小區(qū)采用異頻切換，同頻用戶得到有效隔離。圖6 小區(qū)頻點規(guī)劃仿真中采用移動模型（移動速率為12 km/h，其他參考協(xié)議規(guī)定）。切換采用基于電平的切換，切換冗余取1 dB，開啟開環(huán)，閉環(huán)，外環(huán)功控，開啟負(fù)載控制。2.2主要仿真參數(shù)下行鏈路上行鏈路發(fā)射功率 (峰值)(dBm)基站最大發(fā)射功率：30最大發(fā)射功率：21 接收天線增益(dBi)0智能天線賦形增益：7 (全向)發(fā)射天線增益(dBi)智能天線賦形增益：7 (全向)0所需的載波干擾比(dB)-2.5（語音業(yè)務(wù)）-2.5熱噪聲功率(dBm)-104 -106對數(shù)正態(tài)衰落(dB)基站用戶體驗：10

15、功控模式基于載波干擾比基于載波干擾比多用戶因子00.78非正交因子0.20表1 仿真假設(shè)仿真中放置900個用戶，每個用戶都持續(xù)通話200s，其他主要參數(shù)如表1所示。3 性能結(jié)果3.1性能比較經(jīng)過仿真采用不采用該方案的2種情況，我們得到主要的性能結(jié)果如表2所示：測量項目舊方案新方案測量項目舊方案新方案掉話率7.5%0.22%接入成功率100%100%基站下行發(fā)射功率(dBm)16.77.25手機上行發(fā)射功率(dBm)11.4-0.94下行ISCP(dBm)-74.8-88.31上行ISCP(dBm)-79.8-93.9下行BLER36.71%1.56%上行BLER23.65%3.46%ISCP：

16、綜合業(yè)務(wù)控制點BLER：塊誤碼率表2 新舊方案性能結(jié)果對比舊方案指的是不采用頻率分層規(guī)劃的方案，在一個小區(qū)內(nèi)，沒有內(nèi)外層的劃分，用戶隨即接入任意一個有資源的頻點。新方案是采用輔載波收縮的分層次頻率規(guī)劃方案，外層用戶優(yōu)先接入主頻點，內(nèi)層用戶接入輔載頻。由表2我們可以看到：采用新方案后系統(tǒng)的發(fā)射功率和接受干擾都有所下降掉話率減小，系統(tǒng)性能有了較大的提升。并且輔載波收縮的區(qū)域范圍不同，即內(nèi)層半徑取不同值時，采用新方案后的系統(tǒng)性能也有差別。隨著內(nèi)層半徑收縮，同頻點復(fù)用距離增加，用戶同頻干擾減小，用戶的發(fā)射功率，系統(tǒng)的掉話率等都將有很大改善，仿真驗證結(jié)果如表3所示：測量項目333366400500掉話率

17、0.22%0.44%1.5%7.5%基站下行發(fā)射功率(dBm)7.259.810.716.65下行ISCP(dBm)-88.31-84.60-81.38-74.8手機上行發(fā)射功率(dBm)-0.941.495.5911.37上行ISCP(dBm)-93.89-91.61-85.49-79.75上行BLER3.46%4.46%9.91%23.65%下行BLER1.56%4.02%11.26%36.71%ISCP：綜合業(yè)務(wù)控制點BLER：塊誤碼率表3 不同內(nèi)層區(qū)域半徑下的性能分析3.2新算法改進雖然采用分層次頻點規(guī)劃的組網(wǎng)方式進行仿真，系統(tǒng)性能有了一定的提高，但是，當(dāng)用戶多處于小區(qū)邊緣或小區(qū)外層時

18、，用戶將首先接入主頻點，直至主頻點沒有資源提供，這樣會使主頻點重負(fù)載，輔頻點輕負(fù)載或無負(fù)載，新算法性能優(yōu)勢無法體現(xiàn)，甚至?xí)霈F(xiàn)掉話的后果。所以需要找到一種可以解決用戶特殊分布場景時的改進方案5?；谶@種考慮，我們對新算法做了進一步改進，在輔載波中另外選取1個頻點作為中間頻點，在主頻點資源較多時，中間頻點作為正常輔頻點，收縮于內(nèi)層小區(qū)；當(dāng)主頻點剩余資源很少，過多用戶接入會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響時，中間頻點可以作為主頻點的補充為外層用戶提供資源接入。這樣既可以保證同頻干擾得到有效隔離，又同時可以保證在一些特殊用戶分布情況下的系統(tǒng)性能。假設(shè)仿真條件是兩個相對的小區(qū)，小區(qū)半徑為500米，R4時隙最大發(fā)射功

19、率30dBm。每個小區(qū)3個頻點，只在小區(qū)外層各放置40個用戶。仿真結(jié)果見表4：測量項目改進新方案新方案測量項目改進新方案新方案基站下行發(fā)射功率(dBm)-1.58-1.2295手機上行發(fā)射功率(dBm)-3.34-3.06下行ISCP(dBm)-101.2-100.931上行ISCP(dBm)-103.0-102.7ISCP：綜合業(yè)務(wù)控制點表4 改進新方案后的對比當(dāng)然對于改進的新方案，相鄰小區(qū)中間頻點的選擇是關(guān)鍵，它要求相鄰小區(qū)的中間頻點盡量遵循有效隔離同頻干擾的原則。從仿真結(jié)果可以看出，合理的中間頻點的選擇將有效提高系統(tǒng)性能，節(jié)約功率！4結(jié)論由上所述，通過對輔載波收縮，進行分層次頻點規(guī)劃的組網(wǎng)方式仿真，我們可以看到，有效隔離同頻干擾后，系統(tǒng)性能會有較大的提升。這對未來多頻點組網(wǎng)方式的研究和實際系統(tǒng)組網(wǎng)方案設(shè)計都有一定的參考和借鑒意義！當(dāng)然不同區(qū)域的地理環(huán)境，用戶分布的各不相同，對于輔載波收縮，進行分層次頻點規(guī)劃的組網(wǎng)方案都有不同的影響，這就需要我們在以后的工作研究中，按照理論分析并根據(jù)實際情況確定適合當(dāng)?shù)厍闆r的方案。5參考文獻1 段敏. TD-SCDMA頻率規(guī)劃和組網(wǎng)模式J. 電信技術(shù), 2006(11):98-101.2 解輝, 朱春江, 許汝鵬. TD-SCDMA無限網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃J. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2006(10):53-56. 3