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    網絡快報

    TD-SCDMA頻率資源在無線組網規劃中的應用

    2010-06-0715:20

    ????????????????????????? 四川郵電職業技術學院 韋澤訓 文英

    摘 要

    隨著TD-SCDMA網絡的快速發展,用戶數和業務量不斷擴大,如何充分發揮TD-SCDMA標準TDD的技術優勢、提高頻率利用率,具有重要的現實意義。本文首先分析和介紹了TD-SCDMA頻率資源情況;然后介紹了同頻組網和異頻組網的方法;著重分析了N頻點組網規劃方式;介紹了引入A頻段后,使用AB頻段進行N頻點組網規劃的應用。

    關鍵詞:頻段 載頻 組網 同頻干擾

    1 概述

    2000年5月ITU正式接納TD-SCDMA為3G標準之一,TD-SCDMA成為我國具有自主知識產權的第三代移動通信標準,因此,從誕生之初就受到了產業界的積極響應和支持。2009年1月工業和信息化部發放了中國移動基于TD-SCDMA的3G牌照,可以預見,TD-SCDMA在我國必將得到迅速發展。頻率資源是移動通信的重要基礎,TD-SCDMA無線接口采用了TDD時分雙工模式,具有頻率利用率較高的技術優勢,但隨著TD網絡的規模組建,掌握TD-SCDMA頻率資源、研究TD-SCDMA無線頻率使用規劃,對充分發揮TD-SCDMA優勢具有重要的現實意義。

    2 TD-SCDMA頻率資源

    頻譜1900MHz~1920MHz和2010MHz~2025MHz 是國際電聯規定的TDD制式3G核心頻段,1880MHz~1900MHz和2300MHz~2400MHz是TDD擴展頻段。在3GPP(3G合作伙伴組織)規范中,TD-SCDMA使用的1900MHz~1920MHz與2010MHz~2025MHz頻段被共稱為A頻段。

    在我國共有155MHz頻譜劃歸TD-SCDMA使用,習慣上將3G TDD的155MHz可用頻段稱為A/B/C共3段。頻段A:1880MHz~1920MHz,按照每波道1.6MHz可提供25個頻道;頻段B:2010MHz~2025MHz,按照每波道1.6MHz可提供9個頻道;頻段C:2300MHz~2400MHz,按照每波道1.6MHz可提供62個頻道。實際上,在3GPP規范中,定義的UARFCN(UTRA絕對無線頻率信道號)定標值為Nt=5F,即TD-SCDMA射頻信道編號與載波頻率之間的關系是Nt=5F,如TD-SCDMA使用的B頻段頻率范圍為2010MHz~2025MHz,信道號ARFCN是10050MHz~10125MHz,共計15MHz的頻率可以支持9個頻點。

    對于A頻段,其中的1900MHz~1920MHz頻段,從1998年起至今,被屬于TDD的小靈通PHS系統實際使用。2009年2月工業和信息化部發文,1900MHz~1920MHz頻段無線接入系統應在2011年底前完成清頻退網工作,以確保不對1880MHz~1900MHz頻段TD-SCDMA系統產生有害干擾。這為TD-SCDMA采用A頻段進行網絡建設和業務發展提供了頻率基礎保障。

    對于B頻段,是現網規劃和部署使用的主要頻段,可用頻點有9個,分別是:f1=2010.8MHz、f2=2012.4MHz、f3=2014.0MHz、f5=2017.4MHz、f6=2019.0MHz、f7=2020.8MHz、f8=2022.4MHz和f9=2024.0MHz。隨意修改頻道中心頻率參數會導致網絡中出現干擾現象,導致網絡營運指標的下降。B頻段9個頻點,使用時可規劃為室外6個,室內使用3個。

    對于更高頻率的C頻段,目前尚無設備商提供同時支持A+B+C頻段的產品,暫未使用。

    3 GSM、TD-SCDMA

    ? 與WCDMA無線規劃的異同

    頻率規劃是整個TD-SCDMA網絡建設中一個重要的環節。在全球3G藍圖的規劃和演進中,主要由歐洲提出的WCDMA技術是基于GSM系統升級演進而來的。我國具有自主知識產權的TD-SCDMA,在3GPP的體系框架下,核心網方面與WCDMA采用了完全相同的標準規范,包括核心網與無線接入網之間采用相同的Iu接口;即使在空中接口上,空中接口的高層協議棧二者也完全相同。不同的是TD-SCDMA采用TDD方式,而GSM/WCDMA采用FDD方式。正是在雙工方式上的差別,使得它們在空中接口的物理層上不同,從而導致頻率規劃的差異性。因此,GSM、TD-SCDMA和WCDMA網絡規劃有很多相似之處,但在頻率規劃方面又有較大的不同。

    WCDMA各業務的擴頻因子不同,因此,各業務的覆蓋半徑也不同,通常語音業務覆蓋半徑小,而數據業務覆蓋半徑大,采用不同半徑的同心圓覆蓋。而TD-SCDMA系統各業務覆蓋半徑基本相同,與GSM一樣屬于“同徑覆蓋”,與WCDMA的規劃不同。

    4 TD-SCDMA組網頻率規劃

    在TD-SCDMA系統中,默認每一個載頻區為一個獨立的小區。對于無線資源的操作、配置,Uu接口是針對一個載頻進行的。在Iub接口小區建立過程中,一個載頻只配置一個絕對載頻號。如果是多載頻,則每個載頻被當作一個邏輯小區。例如,S3/3/3的3扇區3載頻情況,則認為有9個邏輯小區,針對每個小區完成獨立的操作,即9個小區發送各自的導頻和廣播信息,且需配置9套完整的公共信道,其中BCH、FACH和PCH為全向信道。因此,在傳統小區模式下,對于多載頻配置,比較典型的有同頻組網和異頻組網兩種方式。

    (1)同頻組網

    由于TD-SCDMA采用TDD工作方式,對頻率的利用率較高,可以實現單載波和多載波同頻組網。圖1、圖2分別為單載波和多載波的同頻組網方式。

    如果全網采用同頻組網,同頻干擾會影響系統性能。從系統容量的角度考慮,如果對每時隙都進行滿碼道規劃,可以在容量上最大限度滿足系統的要求。但如果在兩相鄰同頻小區間存在大量用戶,兩相鄰小區智能天線波束方向都指向同一區域,此時會引起嚴重的鄰小區干擾。這種鄰小區干擾需要鄰小區聯合檢測技術實現或DCA(動態信道分配)解決,但目前鄰小區聯合檢測技術并不成熟,而DCA也由于滿碼道配置而沒有可以利用的信道資源進行信道分配,從而造成系統性能惡化。

    為了解決以上同頻干擾的問題,一個方案是在系統容量規劃時考慮一定冗余,對每時隙不進行滿碼道規劃。這樣由于存在預留信道資源,可以有效利用DCA優勢,從而在一定程度上解決同頻干擾對系統性能的影響。在實際操作中,就是以犧牲容量為代價換取系統性能的改善。在規劃中每時隙碼道數的數目與系統同頻干擾程度相關聯,同頻干擾大,每時隙碼道數就需要取小一點;反之,同頻干擾小,每時隙碼道數就可以取大一點。

    (2)異頻組網

    為解決同頻干擾,另一解決方案是采用不同扇區不同載波頻率的異頻組網方式。圖3、圖4為單載波和多載波的異頻組網方式。

    采用異頻組網可以有效地減少鄰小區同頻干擾的影響,并可以進行滿碼道系統容量規劃。這種異頻組網方式三個小區都工作在不同的頻點,鄰區干擾很小,因此,網絡性能較好,網絡規劃和優化的實施也比較容易。但缺點也比較突出,不同小區分別占用一個(一組)頻點資源,15MHz帶寬可支持的最大配置僅為S/3/3/3。頻率利用率降低,且當需要支持多個載頻以提供更大的容量時,就很難滿足要求了。

    從頻譜利用率的角度看,同頻組網最優,但不易解決鄰小區同頻干擾問題,需要損失容量換性能。異頻組網雖然解決了鄰小區同頻干擾的問題,但頻率利用率低,需要占用更多的頻率資源。在網絡建設初期,可以考慮異頻組網;但隨著用戶數量的增加,系統容量要求更大,頻譜資源有限,就需要考慮向同頻組網過渡。

    (3)N頻點組網

    針對同頻組網和異頻組網的問題,也可以采用N頻點組網方式。N頻點組網就是在一個扇區內,分配N個載頻,在這些載頻中確定一個作為主載頻,其余的頻點為輔載頻。在扇區內僅在主載頻上發送DwPTS(下行引導時隙)和廣播信息,多個頻點共用一個廣播信息。

    所謂主載頻是指承載PMHz~CCPCH(主公共控制物理信道)的載頻,不承載PMHz~CCPCH信道的載頻為輔載頻。一個扇區有且只有一個主載頻,所有公共信道均配置在主載頻的TS0時隙上;輔載頻僅配置業務信道(或有條件地配置部分公共信道,如UE切換時可以在輔載頻上使用UpPCH、FPACH進行上下行同步建立)。各UE(用戶終端)通過檢測主載頻信息接入網絡;同一UE所占用的上下行業務時隙配置在同一載頻上。如圖5所示為多頻點信道配置示意圖,其中切換點可以根據業務情況在TS1~TS6之間靈活設置。

    主載頻因TS0含有導頻與廣播信息,需向全小區用戶發射,因此發射采用的是全向賦形天線,從而不及智能天線的抗干擾特性,使小區間主載頻干擾增大,故N頻點組網主載頻需有效規劃分配以降低干擾。所以,采用N頻點組網,在無線網絡規劃時遵循“主載頻異頻、輔載頻可同頻”的原則組網。通常可以采用“三小區N頻點同頻組網”和“三小區N頻點異頻組網”方式,但都遵循“主載頻異頻、輔載頻可同頻”的原則。如圖6、圖7所示。

    由于公共控制信道配置在主載頻上,減少了公共控制信道的載頻間干擾,提高了系統性能。同時由于業務載頻可以配置在輔載頻上,使得小區吞吐量得到增強。但帶來的問題是,引入N頻點方案需要合理配置多頻點小區的主載頻頻點,以降低干擾、改善系統性能、提升頻譜利用率。

    5 主載頻規劃分析

    TD-SCDMA建網初期僅有B頻段,N頻點組網主載頻的規劃主要考慮減少鄰小區同頻干擾,因此,室外多采用6頻點S/3/3/3按“三小區N頻點異頻組網”;室內多采用3頻點○3配置組網。

    TD-SCDMA建網初期采用B頻段組網,因此,同期開發的終端僅支持2010MHz~2025MHz頻段,主設備射頻系統也工作在該頻段。在引入A頻段后,A+B頻段組網主載頻的規劃顯得尤為重要。為實現前向兼容,可考慮以下兩種規劃方案。

    (1)B頻段作主載頻,A+B頻段共主載頻的混合組網方式

    選取B頻段作為每個小區主載頻頻點,其余頻點和A頻段作為輔載頻。這樣同時保證了所有小區都有B頻段業務信道,從而使只支持B頻段終端的得以繼續使用,但系統設備需要同時支持A、B頻段。

    在現階段PHS未完全退網時,B頻段有9個頻點,A頻段有12個頻點可用。規劃時可以采取室外B6+A6頻點按“三小區N頻點異頻組網”;室內B3+A6頻點配置組網的方式配置,如圖8所示。

    (2)A、B頻段均可作主載頻,B頻段實現連續覆蓋,A頻段單獨小區補充高業務地域的重疊覆蓋方式

    首先選取B頻段作為每個小區主載頻頻點,進行室內外無縫覆蓋;然后,在熱點高業務量的區域,選取A頻段作主載頻頻點來補充熱點區域的覆蓋,實際就是熱點地區A、B頻段分別作主載頻的重疊覆蓋。這種方式實現了系統設備和用戶終端的前向兼容,如圖9所示。

    6 結束語

    隨著3G建設步伐加快,TD-SCDMA網絡迅速發展,用戶容量不斷擴大,業務流量持續增長,頻率資源成為緊缺資源,頻率使用規劃尤為重要。進一步做好TD-SCDMA無線網絡規劃和優化工作,可以充分發揮TD-SCDMA標準TDD的技術優勢,提高頻率利用率,增加系統容量。

    參考文獻

    [1]段紅光,畢敏等.TD-SCDMA網絡規劃與優化方法與案例.人民郵電出版社,2008

    [2]張鵬,趙訓威等.TD-SCDMA A+B頻段組網的考慮及其解決方案.電信科學,2009(7)

    (來源:中國無線電    作者:韋澤訓 文英)

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