TD-SCDMA系統(tǒng)覆蓋能力分析

??? 近一段時間以來，TD-SCDMA商用化產(chǎn)品開發(fā)的突破性進(jìn)展不斷見諸報端，系統(tǒng)設(shè)備已具備商用化能力，終端及芯片在產(chǎn)品穩(wěn)定性、功耗、待機(jī)時間以及對多媒體業(yè)務(wù)的支撐能力等各個方面也有了質(zhì)的發(fā)展。隨著TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的完善和TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)測試的完成，TD-SCDMA商用化進(jìn)程大大加快， TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)應(yīng)用也正成為各方關(guān)注的焦點(diǎn)。

??? TD-SCDMA是由CATT于1998年代表中國向ITU提交的3G無??? 線傳輸方案；2000年5月，TD-SCDMA被ITU接納為3G主流標(biāo)準(zhǔn)之一；2001年3月16日，3GPP將TD-SCDMA列為3G標(biāo)準(zhǔn)之一。不過，一些業(yè)內(nèi)外人士對其獨(dú)立組網(wǎng)條件特別是無線網(wǎng)覆蓋能力不甚了解，有的沒有與其他標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入比較，就懷疑TD-SCDMA的覆蓋能力差，并由此又認(rèn)為TD-SCDMA不適合單獨(dú)組網(wǎng)。 事實(shí)怎么樣呢？

??? 網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力是TD－SCDMA商用的基礎(chǔ)

??? TD-SCDMA是一個全新的移動通信系統(tǒng)，它采用TDD模式，并同時采用了同步CDMA、智能天線、軟件無線電、接力切換和動態(tài)信道分配等一系列高新技術(shù)。相對于WCDMA和CDMA2000，TD-SCDMA具有不需要成對頻帶、頻譜利用率高、靈活性強(qiáng)、非常適合于非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、系統(tǒng)設(shè)備成本低等明顯優(yōu)點(diǎn)。

??? 對移動運(yùn)營商來說，系統(tǒng)所能提供的服務(wù)質(zhì)量是其最關(guān)心的問題之一，其中覆蓋范圍是體現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的重要方面。網(wǎng)絡(luò)覆蓋作為衡量網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的重要指標(biāo)，也成為TD－SCDMA能否商用化的焦點(diǎn)之一。根據(jù)以往移動運(yùn)營商建網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)，在移動網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)的不同階段，對無線接入網(wǎng)的覆蓋范圍、容量等指標(biāo)有不同的要求。

??? 通常在建網(wǎng)初期，為了實(shí)現(xiàn)快速部署網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大覆蓋范圍，需要提供廣覆蓋移動網(wǎng)絡(luò)解決方案。隨著移動通信的發(fā)展、用戶的不斷增加，為了提高系統(tǒng)容量，通過增加頻點(diǎn)來滿足不同時期和不同情況下的容量和業(yè)務(wù)需求，通過“異頻加站”的方式來優(yōu)化覆蓋盲點(diǎn)。

??? 另外，中國地域廣闊，地形復(fù)雜，覆蓋需求也千差萬別，TD-SCDMA要能夠商用并能單獨(dú)組網(wǎng)，除考慮市區(qū)以外，也要考慮對郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)等邊際覆蓋。尤其在建網(wǎng)初期，運(yùn)營商通常會要求建設(shè)一張具有廣覆蓋、低話務(wù)和收益投資比高的“薄網(wǎng)”，這就要求在建設(shè)邊際網(wǎng)時，要用盡可能少的載頻覆蓋盡可能大的區(qū)域，優(yōu)先滿足覆蓋需求，提高移動網(wǎng)絡(luò)的收益投資比。

??? 按照3G標(biāo)準(zhǔn)來看，TD-SCDMA獨(dú)立組網(wǎng)的關(guān)鍵是該技術(shù)的移動性和移動性之下的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率，系統(tǒng)能否獨(dú)立組網(wǎng)，首先要驗(yàn)證其是否達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的容量要求，是否實(shí)現(xiàn)了對語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的容量要求，是否比2G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營更有效、更經(jīng)濟(jì)；其次，在移動狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)的切換干擾覆蓋能否達(dá)到3G移動網(wǎng)絡(luò)的要求。

??? TD-SCDMA系統(tǒng)的覆蓋半徑主要取決于兩方面的因素：一是與TD-SCDMA　TDD方式有關(guān)的上下行切換保護(hù)時隙的長度，二是系統(tǒng)的發(fā)射電平及接收靈敏度。

??? 從幀結(jié)構(gòu)看TD-SCDMA的覆蓋能力

??? 蜂窩無線網(wǎng)的覆蓋能力的大小是通過系統(tǒng)鏈路預(yù)算得出的，它需要鏈路仿真和系統(tǒng)仿真互相初步確認(rèn)，再通過實(shí)際建站和電測最終確認(rèn)。即一般在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，首先確定覆蓋、容量、質(zhì)量三大目標(biāo)，包括所要覆蓋的區(qū)域、每個區(qū)域所支持的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)量、每個區(qū)域內(nèi)每種業(yè)務(wù)所要達(dá)到的覆蓋概率等等。初始布局階段，根據(jù)具體要求和覆蓋區(qū)內(nèi)的無線傳播環(huán)境，進(jìn)行各有關(guān)鏈路預(yù)算，以估計(jì)基站間距離，可以從覆蓋受限方面估計(jì)基站站點(diǎn)的大致數(shù)目。

??? TD-SCDMA系統(tǒng)獨(dú)特的幀結(jié)構(gòu)，采用智能天線和聯(lián)合檢測、接力切換等新技術(shù)，相比WCDMA系統(tǒng)的鏈路預(yù)算有較大區(qū)別，從這些關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行鏈路預(yù)算分析，才能把握TD-SCDMA的覆蓋能力。

??? 從技術(shù)角度講，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了獨(dú)立組網(wǎng)的廣域覆蓋問題，從它的幀結(jié)構(gòu)可以看到，LCR的子幀由7個業(yè)務(wù)時隙和3個特殊時隙組成，這3個特殊時隙是TDD HCR所不具備的，它們決定了HCR只能做小范圍熱點(diǎn)覆蓋，而TD-SCDMA(LCR)卻能做到十幾公里，甚至幾十公里的覆蓋。

??? 3個特殊時隙分別是96個碼片的下行導(dǎo)頻時隙DwPTS，96個碼片長的主保護(hù)間隔GP，及160個碼片長的上行導(dǎo)頻時隙UpPTS。其中，主保護(hù)間隔就形成了固定的下/上行切換點(diǎn)，由于它的存在，可以避免用戶間由于上行同步要求的提前發(fā)送可能導(dǎo)致的干擾。由于終端下行接收有延時，不會對上行信號產(chǎn)生干擾，所以TD-SCDMA技術(shù)可以用做大范圍覆蓋；下行導(dǎo)頻時隙是用于下行同步和初始小區(qū)搜索；上行導(dǎo)頻時隙的作用主要是隨機(jī)接入過程中終端與基站的初始同步。

??? 圖 1 TD-SCDMA (LCR)幀結(jié)構(gòu)
由于TD-SCDMA技術(shù)對上行同步的要求，基站側(cè)信號的接收與發(fā)射必須同步，因此，終端的發(fā)射必須提前實(shí)施。如果終端接收到的下行信號有C的延遲，那么它發(fā)射的上行信號就要提前C，終端的接收與發(fā)射就有2C的延遲。當(dāng)2C小于等于GP（75ms）時，DwPTS與UpPTS之間不會產(chǎn)生干擾，因此小區(qū)無干擾的覆蓋半徑可達(dá)11.25km。

??? 如果小區(qū)覆蓋半徑繼續(xù)擴(kuò)大，UpPTS會對DwPTS產(chǎn)生干擾，但不會對TS0產(chǎn)生干擾，此時，在此區(qū)域內(nèi)的發(fā)起隨機(jī)接入申請的用戶會對它附近做初始小區(qū)搜索的用戶產(chǎn)生干擾 ，但由于這種事件概率很小，且初始小區(qū)搜索每5ms即可重試，因此只是略微增大了UE初始小區(qū)的搜索時間, 對系統(tǒng)質(zhì)量影響不大，這樣，能夠接受的2C達(dá)到了(96+96)chips, 小區(qū)覆蓋半徑可以從11.25km擴(kuò)展到22.5km的距離。

??? 進(jìn)一步地，如果用戶需要，TD-SCDMA基站理論上的覆蓋距離仍可進(jìn)一步擴(kuò)大，通過DCA來鎖住第一個上行時隙，能夠接受的2C達(dá)到了(96+864)chips, 這種情況下最大支持的小區(qū)半徑達(dá)到了112.5km。

??? 綜上所述，從幀結(jié)構(gòu)上分析，TD-SCDMA的理論覆蓋能力完全滿足3G移動通信網(wǎng)絡(luò)的部署要求。

??? 從鏈路預(yù)算看TD-SCDMA的覆蓋能力

??? 采用TD-SCDMA系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)實(shí)際能夠達(dá)到的覆蓋范圍，和其他的3G系統(tǒng)一樣，取決于鏈路預(yù)算。而鏈路預(yù)算的結(jié)果取決于信號的發(fā)射功率、接收機(jī)靈敏度、干擾及噪聲強(qiáng)度、天線增益、處理增益等因素。以下分別給出了TD-SCDMA系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)下AMR語音業(yè)務(wù)和廣播的鏈路預(yù)算結(jié)果。通常，基站的覆蓋范圍主要由上下行鏈路的最大允許損耗和無線傳播環(huán)境決定。在工程上一般通過上下行鏈路預(yù)算，來估算基站的覆蓋范圍，步驟如下：

??? ● 計(jì)算出某種業(yè)務(wù)在一定的假設(shè)條件下的最大允許路徑損耗（即鏈路預(yù)算）。

??? ● 根據(jù)最大允許路徑損耗計(jì)算出業(yè)務(wù)的小區(qū)覆蓋面積。

??? TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)能同時滿足對通信質(zhì)量和業(yè)務(wù)量具有不同要求的各種業(yè)務(wù)，包括簡單的話音業(yè)務(wù)和傳輸率達(dá)2Mbps的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。TD-SCDMA的覆蓋取決于負(fù)荷、干擾、QoS等，而這些因素又與應(yīng)用有關(guān)。本文以最為常用也最為典型的12.2k AMR語音業(yè)務(wù)來分析TD-SCMDA的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。

??? 經(jīng)計(jì)算一般環(huán)境下AMR 12.2k語音的覆蓋距離如表所示。

??? 實(shí)際測試結(jié)果

??? TD－SCDMA在外場測試中共配置4個基站，地點(diǎn)是在北京海淀北三環(huán)附近，在此環(huán)境下，智能天線賦形功能打開，同頻相鄰小區(qū)模擬加載50%，AMR 12.2kbps語音業(yè)務(wù)覆蓋半徑約為2.3km;而在智能天線賦形功能打開異頻相鄰小區(qū)模擬加載50%，AMR 12.2kbps語音業(yè)務(wù)覆蓋半徑約為2.5km。

??? 9月14日，第三代移動通信技術(shù)試驗(yàn)辦公室正式公布“TD-SCDMA研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：TD-SCDMA已具備獨(dú)立組網(wǎng)能力。

??? 為了推動中國自主知識產(chǎn)權(quán)3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA的技術(shù)成熟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)部牽頭組織了“TD-SCDMA研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”，并于2004年年底開始實(shí)施的“TD-SCDMA研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”技術(shù)試驗(yàn)，以完善和發(fā)展TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)證TD-SCDMA研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化中的關(guān)鍵技術(shù)問題，推動TD-SCDMA技術(shù)和產(chǎn)品成熟為目的，力求充分驗(yàn)證TD-SCDMA系統(tǒng)和終端設(shè)備的功能、性能、互操作、業(yè)務(wù)應(yīng)用以及TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)性能和組網(wǎng)能力。希望通過試驗(yàn)，帶動國內(nèi)、吸引國外設(shè)備制造商研發(fā)生產(chǎn)TD-SCDMA系統(tǒng)和終端，促進(jìn)TD-SCDMA完備的產(chǎn)業(yè)鏈；形成多廠家供貨的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)的整體突破。

??? 經(jīng)過半年多的試驗(yàn)，項(xiàng)目專家組得出以下測試結(jié)論：TD-SCDMA終端實(shí)現(xiàn)了大部分3G功能和業(yè)務(wù)；TD-SCDMA終端與系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了基本電信業(yè)務(wù)的互操作性以及不同品牌終端間的互通；在外場實(shí)際無線環(huán)境下，測試了語音和各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的容量和覆蓋等網(wǎng)絡(luò)性能，各種已測業(yè)務(wù)的單小區(qū)TD-SCDMA容量測試結(jié)果達(dá)到理論值；在外場實(shí)際無線環(huán)境下，還驗(yàn)證了智能天線、接力切換、硬切換、非對稱隙等TD-SCDMA關(guān)鍵無線技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)性能的作用，可以支持各種移動環(huán)境的應(yīng)用，初步驗(yàn)證了TD-SCDMA技術(shù)可以同頻組網(wǎng)。

??? 綜上所述，從以上理論分析結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果可以看到，采用TD-SCDMA系統(tǒng)組網(wǎng)，從覆蓋能力上看，完全可以滿足密集城區(qū)、城區(qū)、郊區(qū)和農(nóng)村等各種地理場景下的覆蓋要求，因此從覆蓋的角度證明了TD-SCDMA獨(dú)立組網(wǎng)的可行性。

??? 觀點(diǎn)

??? TD-SCDMA應(yīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

??? TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000共同構(gòu)成3G三大國際標(biāo)準(zhǔn)，無論是混合組網(wǎng)還是單獨(dú)組網(wǎng)，在技術(shù)上都具有可行性。擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA能否在3G標(biāo)準(zhǔn)中占一席之地，能否和其他標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)混合組網(wǎng)，主要還是取決于TD-SCDMA自身的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)要想發(fā)揚(yáng)光大，首先要在我國落地生根，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

??? TD-SCDMA之類的TDD技術(shù)本身具有廣闊的上升空間，在TD-SCDMA的芯片方面，需要進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)專用芯片的力度，實(shí)現(xiàn)高技術(shù)含量與低成本；在終端方面，目前TD-SCDMA已經(jīng)初步開發(fā)出商用終端，但是還需要不斷推陳出新；在系統(tǒng)方面，TD-SCDMA在大規(guī)模組網(wǎng)方面需要就單獨(dú)組網(wǎng)與混合組網(wǎng)進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)。

??? 目前，不論在系統(tǒng)還是終端方面，TD-SCDMA的產(chǎn)品成熟度都落后于WCDMA和cdma2000。專門為TD-SCDMA準(zhǔn)備的主要專項(xiàng)測試于今年6底結(jié)束，這是TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)逼近商用的最后一道技術(shù)關(guān)卡，參加測試的9家系統(tǒng)廠商中，其中5家已經(jīng)完成了產(chǎn)品開發(fā)，分別是大唐、中興、普天、鼎橋以及上海貝爾阿爾卡特，這5家廠商的系統(tǒng)設(shè)備基本已經(jīng)可以進(jìn)行規(guī)模實(shí)驗(yàn)；而芯片中，最重要的是基帶芯片，目前參與測試的5家芯片廠商中，已經(jīng)有4家基本完成產(chǎn)品開發(fā)，分別是T3G、展訊、凱明和美國模擬器件公司（ADI）。14家參與測試的終端廠商中，其中技術(shù)水平相對靠前的有大唐、三星、海信、波導(dǎo)等。令人欣喜的是，大唐移動等多家廠商最近表示整個TD-SCDMA系統(tǒng)已經(jīng)具備商用條件：基站現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到商用，芯片預(yù)計(jì)今年3季度可以提供商用，終端預(yù)計(jì)年底提供商用，而明年初基本可以批量下線。