网络快报

TD-SCDMA频率资源在无线组网规划中的应用

2010-06-0715:20

                          四川邮电职业技术学院 韦泽训 文英

摘 要

随着TD-SCDMA网络的快速发展,用户数和业务量不断扩大,如何充分发挥TD-SCDMA标准TDD的技术优势、提高频率利用率,具有重要的现实意义。本文首先分析和介绍了TD-SCDMA频率资源情况;然后介绍了同频组网和异频组网的方法;着重分析了N频点组网规划方式;介绍了引入A频段后,使用AB频段进行N频点组网规划的应用。

关键词:频段 载频 组网 同频干扰

1 概述

2000年5月ITU正式接纳TD-SCDMA为3G标准之一,TD-SCDMA成为我国具有自主知识产权的第三代移动通信标准,因此,从诞生之初就受到了产业界的积极响应和支持。2009年1月工业和信息化部发放了中国移动基于TD-SCDMA的3G牌照,可以预见,TD-SCDMA在我国必将得到迅速发展。频率资源是移动通信的重要基础,TD-SCDMA无线接口采用了TDD时分双工模式,具有频率利用率较高的技术优势,但随着TD网络的规模组建,掌握TD-SCDMA频率资源、研究TD-SCDMA无线频率使用规划,对充分发挥TD-SCDMA优势具有重要的现实意义。

2 TD-SCDMA频率资源

频谱1900MHz~1920MHz和2010MHz~2025MHz 是国际电联规定的TDD制式3G核心频段,1880MHz~1900MHz和2300MHz~2400MHz是TDD扩展频段。在3GPP(3G合作伙伴组织)规范中,TD-SCDMA使用的1900MHz~1920MHz与2010MHz~2025MHz频段被共称为A频段。

在我国共有155MHz频谱划归TD-SCDMA使用,习惯上将3G TDD的155MHz可用频段称为A/B/C共3段。频段A:1880MHz~1920MHz,按照每波道1.6MHz可提供25个频道;频段B:2010MHz~2025MHz,按照每波道1.6MHz可提供9个频道;频段C:2300MHz~2400MHz,按照每波道1.6MHz可提供62个频道。实际上,在3GPP规范中,定义的UARFCN(UTRA绝对无线频率信道号)定标值为Nt=5F,即TD-SCDMA射频信道编号与载波频率之间的关系是Nt=5F,如TD-SCDMA使用的B频段频率范围为2010MHz~2025MHz,信道号ARFCN是10050MHz~10125MHz,共计15MHz的频率可以支持9个频点。

对于A频段,其中的1900MHz~1920MHz频段,从1998年起至今,被属于TDD的小灵通PHS系统实际使用。2009年2月工业和信息化部发文,1900MHz~1920MHz频段无线接入系统应在2011年底前完成清频退网工作,以确保不对1880MHz~1900MHz频段TD-SCDMA系统产生有害干扰。这为TD-SCDMA采用A频段进行网络建设和业务发展提供了频率基础保障。

对于B频段,是现网规划和部署使用的主要频段,可用频点有9个,分别是: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。随意修改频道中心频率参数会导致网络中出现干扰现象,导致网络营运指标的下降。B频段9个频点,使用时可规划为室外6个,室内使用3个。

对于更高频率的C频段,目前尚无设备商提供同时支持A+B+C频段的产品,暂未使用。

3 GSM、TD-SCDMA

  与WCDMA无线规划的异同

频率规划是整个TD-SCDMA网络建设中一个重要的环节。在全球3G蓝图的规划和演进中,主要由欧洲提出的WCDMA技术是基于GSM系统升级演进而来的。我国具有自主知识产权的TD-SCDMA,在3GPP的体系框架下,核心网方面与WCDMA采用了完全相同的标准规范,包括核心网与无线接入网之间采用相同的Iu接口;即使在空中接口上,空中接口的高层协议栈二者也完全相同。不同的是TD-SCDMA采用TDD方式,而GSM/WCDMA采用FDD方式。正是在双工方式上的差别,使得它们在空中接口的物理层上不同,从而导致频率规划的差异性。因此,GSM、TD-SCDMA和WCDMA网络规划有很多相似之处,但在频率规划方面又有较大的不同。

WCDMA各业务的扩频因子不同,因此,各业务的覆盖半径也不同,通常语音业务覆盖半径小,而数据业务覆盖半径大,采用不同半径的同心圆覆盖。而TD-SCDMA系统各业务覆盖半径基本相同,与GSM一样属于“同径覆盖”,与WCDMA的规划不同。

4 TD-SCDMA组网频率规划

在TD-SCDMA系统中,默认每一个载频区为一个独立的小区。对于无线资源的操作、配置,Uu接口是针对一个载频进行的。在Iub接口小区建立过程中,一个载频只配置一个绝对载频号。如果是多载频,则每个载频被当作一个逻辑小区。例如,S3/3/3的3扇区3载频情况,则认为有9个逻辑小区,针对每个小区完成独立的操作,即9个小区发送各自的导频和广播信息,且需配置9套完整的公共信道,其中BCH、FACH和PCH为全向信道。因此,在传统小区模式下,对于多载频配置,比较典型的有同频组网和异频组网两种方式。

(1)同频组网

由于TD-SCDMA采用TDD工作方式,对频率的利用率较高,可以实现单载波和多载波同频组网。图1、图2分别为单载波和多载波的同频组网方式。

如果全网采用同频组网,同频干扰会影响系统性能。从系统容量的角度考虑,如果对每时隙都进行满码道规划,可以在容量上最大限度满足系统的要求。但如果在两相邻同频小区间存在大量用户,两相邻小区智能天线波束方向都指向同一区域,此时会引起严重的邻小区干扰。这种邻小区干扰需要邻小区联合检测技术实现或DCA(动态信道分配)解决,但目前邻小区联合检测技术并不成熟,而DCA也由于满码道配置而没有可以利用的信道资源进行信道分配,从而造成系统性能恶化。

为了解决以上同频干扰的问题,一个方案是在系统容量规划时考虑一定冗余,对每时隙不进行满码道规划。这样由于存在预留信道资源,可以有效利用DCA优势,从而在一定程度上解决同频干扰对系统性能的影响。在实际操作中,就是以牺牲容量为代价换取系统性能的改善。在规划中每时隙码道数的数目与系统同频干扰程度相关联,同频干扰大,每时隙码道数就需要取小一点;反之,同频干扰小,每时隙码道数就可以取大一点。

(2)异频组网

为解决同频干扰,另一解决方案是采用不同扇区不同载波频率的异频组网方式。图3、图4为单载波和多载波的异频组网方式。

采用异频组网可以有效地减少邻小区同频干扰的影响,并可以进行满码道系统容量规划。这种异频组网方式三个小区都工作在不同的频点,邻区干扰很小,因此,网络性能较好,网络规划和优化的实施也比较容易。但缺点也比较突出,不同小区分别占用一个(一组)频点资源,15MHz带宽可支持的最大配置仅为S/3/3/3。频率利用率降低,且当需要支持多个载频以提供更大的容量时,就很难满足要求了。

从频谱利用率的角度看,同频组网最优,但不易解决邻小区同频干扰问题,需要损失容量换性能。异频组网虽然解决了邻小区同频干扰的问题,但频率利用率低,需要占用更多的频率资源。在网络建设初期,可以考虑异频组网;但随着用户数量的增加,系统容量要求更大,频谱资源有限,就需要考虑向同频组网过渡。

(3)N频点组网

针对同频组网和异频组网的问题,也可以采用N频点组网方式。N频点组网就是在一个扇区内,分配N个载频,在这些载频中确定一个作为主载频,其余的频点为辅载频。在扇区内仅在主载频上发送DwPTS(下行引导时隙)和广播信息,多个频点共用一个广播信息。

所谓主载频是指承载PMHz~CCPCH(主公共控制物理信道)的载频,不承载PMHz~CCPCH信道的载频为辅载频。一个扇区有且只有一个主载频,所有公共信道均配置在主载频的TS0时隙上;辅载频仅配置业务信道(或有条件地配置部分公共信道,如UE切换时可以在辅载频上使用UpPCH、FPACH进行上下行同步建立)。各UE(用户终端)通过检测主载频信息接入网络;同一UE所占用的上下行业务时隙配置在同一载频上。如图5所示为多频点信道配置示意图,其中切换点可以根据业务情况在TS1~TS6之间灵活设置。

主载频因TS0含有导频与广播信息,需向全小区用户发射,因此发射采用的是全向赋形天线,从而不及智能天线的抗干扰特性,使小区间主载频干扰增大,故N频点组网主载频需有效规划分配以降低干扰。所以,采用N频点组网,在无线网络规划时遵循“主载频异频、辅载频可同频”的原则组网。通常可以采用“三小区N频点同频组网”和“三小区N频点异频组网”方式,但都遵循“主载频异频、辅载频可同频”的原则。如图6、图7所示。

由于公共控制信道配置在主载频上,减少了公共控制信道的载频间干扰,提高了系统性能。同时由于业务载频可以配置在辅载频上,使得小区吞吐量得到增强。但带来的问题是,引入N频点方案需要合理配置多频点小区的主载频频点,以降低干扰、改善系统性能、提升频谱利用率。

5 主载频规划分析

TD-SCDMA建网初期仅有B频段,N频点组网主载频的规划主要考虑减少邻小区同频干扰,因此,室外多采用6频点S/3/3/3按“三小区N频点异频组网”;室内多采用3频点○3配置组网。

TD-SCDMA建网初期采用B频段组网,因此,同期开发的终端仅支持2010MHz~2025MHz频段,主设备射频系统也工作在该频段。在引入A频段后,A+B频段组网主载频的规划显得尤为重要。为实现前向兼容,可考虑以下两种规划方案。

(1)B频段作主载频,A+B频段共主载频的混合组网方式

选取B频段作为每个小区主载频频点,其余频点和A频段作为辅载频。这样同时保证了所有小区都有B频段业务信道,从而使只支持B频段终端的得以继续使用,但系统设备需要同时支持A、B频段。

在现阶段PHS未完全退网时,B频段有9个频点,A频段有12个频点可用。规划时可以采取室外B6+A6频点按“三小区N频点异频组网”;室内B3+A6频点配置组网的方式配置,如图8所示。

(2)A、B频段均可作主载频,B频段实现连续覆盖,A频段单独小区补充高业务地域的重叠覆盖方式

首先选取B频段作为每个小区主载频频点,进行室内外无缝覆盖;然后,在热点高业务量的区域,选取A频段作主载频频点来补充热点区域的覆盖,实际就是热点地区A、B频段分别作主载频的重叠覆盖。这种方式实现了系统设备和用户终端的前向兼容,如图9所示。

6 结束语

随着3G建设步伐加快,TD-SCDMA网络迅速发展,用户容量不断扩大,业务流量持续增长,频率资源成为紧缺资源,频率使用规划尤为重要。进一步做好TD-SCDMA无线网络规划和优化工作,可以充分发挥TD-SCDMA标准TDD的技术优势,提高频率利用率,增加系统容量。

参考文献

[1]段红光,毕敏等.TD-SCDMA网络规划与优化方法与案例.人民邮电出版社,2008

[2]张鹏,赵训威等.TD-SCDMA A+B频段组网的考虑及其解决方案.电信科学,2009(7)

(来源:中国无线电    作者:韦泽训 文英)

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