摘要　在給定話務模型以及合理假設的情況下，給出不同業務占用信道資源的情況，以及TD-SCDMA基站單載波情況下所能提供的話務量及數據吞吐量。

0、前言

　　2006年1月20日，TD-SCDMA[1]正式成為中國3G行業標準。作為中國具有自主知識產權的3G標準，TD-SCDMA成為國家標準后，中國的整個通信產業鏈都會受到良性的促進和刺激。畢竟，TD-SCDMA對中國電信界的意義已經超越了這項技術本身，它是中國電信史上第一個完整的通信技術標準，它的出現打破了歐美在高技術領域內的標準壟斷。其成功與否直接關系到中國在未來國際高技術領域的發言權。

　　然而，TD-SCDMA目前的發展仍存在一些問題，主要可以總結為：產業鏈需要進一步完善、國際化有待進一步努力，以及沒有成熟的規模商用網絡。直接原因在于TD-SCDMA的技術研發進程比其他3G通信系統，如WCDMA、CDMA2000要晚許多。這也使得當前業界對于TD-SCDMA設備技術能力不了解。以致于TD-SCDMA的商用進程嚴重受到影響。

　　基于這種情況，本文從覆蓋和容量兩方面全面分析了TD-SCDMA基站的能力，為TD-SCDMA后期大規模的試驗及商用提供理論指導依據。而智能天線、聯合檢測等關鍵技術大大降低了TD-SCDMA系統的干擾，從而使得TD-SCDMA小區呼吸效應不像WCDMA系統這樣明顯。相對于WCDMA的覆蓋和容量關系緊密，TD-SCDMA在覆蓋和容量上相對獨立，兩者相互關聯性較弱，因此，在分析基站能力時，完全可以單獨考慮TD-SCDMA的覆蓋能力及容量大小。

1、覆蓋能力分析

　　TD-SCDMA基站覆蓋能力跟鏈路預算指標息息相關，鏈路預算也是無線網規劃的一個重要環節。鏈路預算分為上行和下行，下行鏈路預算非常復雜，從無線電波傳輸的角度來看，一般基站的發射功率遠大于手機的發射功率，因而小區的有效覆蓋半徑一般都取決于上行鏈路的最大允許路徑損耗，所以一般通過計算上行鏈路來確定小區覆蓋半徑。因此，本文只給出TD-SCDMA的上行鏈路預算，以作為TD-SCDMA的覆蓋能力依據。

　　1.1　基站設備參數[2]

　　先給出TD-SCDMA基站的一些設備參數。

　　a）解調門限（見表1）。

　　b）最大發射功率：2 W。

　　c）基站噪聲系數：4 dB。

　　d）基站接收天線增益。

表1　基站設備解調門限

業務類型AMR12.2CS64PS64PS128PS384
Eb/No值（dB）10.515131313

　　考慮到實際情況，取定向智能天線的增益為14 dBi，全向智能天線的增益為8 dBi。

　　1.2　終端設備參數[3]

　　a）最大發射功率。數據業務：24 dBm，話音業務：21 dBm

　　b）終端天線增益：取0 dBi。

　　c）噪聲系數：取7 dB。

　　1.3　損耗余量

　　a）穿透損耗。穿透損耗與具體的建筑物類型、電波入射角度等因素有關。在鏈路預算中假設穿透損耗服從對數正態分布，用穿透損耗均值及標準差描述。建議按表2取值。

表2　典型區域的穿透損耗均值

區域類型穿透損耗均值（dB）
市區15
郊區農村6

　　b）人體損耗。語音業務的人體損耗取3 dB，由于使用數據業務時UE距離人體較遠，故數據業務取0 dB。

　　c）饋纜損耗。包括從功放到天線接頭之間跳線、連接器的損耗，取值為1 dB。

　　d）干擾余量。TD-SCDMA也是同頻碼分系統，聯合檢測無法消除小區外其他用戶干擾。干擾余量取值為1 dB。

　　e）功控余量（快衰落余量）：1 dB。

　　f）陰影衰落余量。陰影衰落符合對數正態分布，陰影衰落標準差與電磁波傳播環境相關，根據電測結果和覆蓋概率要求，建議按表3取值。

表3　陰影衰落標準差

區域類型陰影衰落標準差（dB）面積覆蓋概率（%）陰影衰落余量（dB）
市區8958.3
郊區農村8750.0

　　1.4　其他參數

　　a）波束成形增益。TD-SCDMA 8天線波束賦形增益最大9 dB，一般取6-8 dB。

　　b）處理增益。TD-SCDMA處理增益由編碼增益與擴頻增益兩部分組成。
　　
　　式中：

　　RC——信道編碼速率

　　M——擴頻調制方式

　　PL——打孔限制

　　SF——擴頻因子

　　1.5　鏈路預算

　　市區不同數據業務的上行鏈路預算如表4所示。與市區不同環境鏈路預算參數的農村差異如表5所示。不同環境和速率下的最大允許路徑損耗和最大覆蓋半徑如表6所示。

表4　市區上行鏈路預算表

參數AMR12.2CS64PS64PS128PS384
噪聲功率譜密度（dBm/Hz）-174-174-174-174-174
碼片速率（Kcps）12801280128012801280
底噪（dBm）-113-113-113-113-113
Eb/No（dB）10.515131313
業務速率（Kbit/s）12.26464128384
處理增益（dB）1312121212
基站噪聲系數（dB）55555
接收靈敏度（dBm）-110.5-105-107-107-107
終端天線增益（dBi）00000
基站天線增益（dBi）1414141414
賦形增益（dB）77777
所有增益（dB）2124242424
饋線損線（dB）11111
人體損耗（dB）30000
穿透損耗（dB）1515151515
面積覆蓋概率（%）9898989898
陰影衰落余量（dB）8.38.38.38.38.3
快衰落余量（dB）11111
干擾余量（dB）11111
所有損耗+余量（dB）29.326.326.326.326.3
移動臺發射功率（dBm）2124242424
最大允許路徑損耗（dB）123.2126.7128.7128.7128.7

表5　不同環境鏈路預算參數差異

差異參數市區郊區農村
穿透損耗（dB）156
面積覆蓋概率（%）9075
陰影衰落余量（dB）8.30

表6　不同環境和速率下的最大上行鏈路表

上行鏈路預算市區郊區農村
覆蓋要求室內室內車內車內
基站小區配置三扇區全向三扇區全向
基站掛高（m）3550
最大允許路徑損耗（dB）話音12.2 kbit/s123.2117.2140.5134.5
CS64 kbit/s126.7120.7144138
PS64 kbit/s128.7122.7146140
PS128 kbit/s128.7122.7146140
PS384 kbit/s128.7122.7146140
最大覆蓋半徑（km）話音12.2 kbit/s0.400.272.551.70
CS64 kbit/s0.510.343.241.94
PS64 kbit/s0.580.393.722.22
PS128 kbit/s0.580.393.722.22
PS384 kbit/s0.580.393.722.22

2、容量能力分析

　　根據碼分多址（CDMA）系統特征，影響系統容量的因素非常多，比如，當傳播環境和業務模型發生變化時，將直接影響系統的容量大小。由于CDMA系統是自干擾系統，當系統的質量要求降低時，相當于系統允許干擾在某種程度上的增加，因此也會影響系統的容量。另外，用戶分布情況也影響智能天線賦形和聯合檢測的效果，從而影響系統容量。

　　因此，嚴格意義上說來，很難用一個簡單的公式來計算TD-SCDMA系統的容量。建網初期，在沒有完善的業務模型作為支撐的情況下，即使運用系統仿真的手段，也不可能完全正確地預測出系統容量，而且仿真結果不具有普遍意義，無法直接運用到其他規劃中。在工程中，為了便于計算和容量控制，對TD-SCDMA容量估算做簡化處理。

　　a）TD-SCDMA采用的多項技術使得其上下行容量接近碼道極限。

　　b）系統無線資源按理想方式調配，不浪費任何時隙和碼道的無線資源。

　　c）在某一片區域內，TD-SCDMA系統上下時隙分配可以進行靈活的設置。

　　d）TD-SCDMA各種業務對資源的占用是以時隙和碼道為單位的。定義一個時隙的擴頻因子為16的碼道為一個BRU，所有業務對資源的占用都用BRU來衡量。

　　本文對容量分析做下述假設：

　　a）按用戶使用數據業務的需求和行為的不同將需要覆蓋的區域進行劃分。

　　b）取定各區域/模型中可能使用數據業務（使用64k CS/PS、128k PS、384k PS）的用戶比例Ka，該值與數據用戶的滲透率有關。

　　c）取定可能使用數據業務的用戶在忙時實際使用非語音的比例Kb，該值取決與用戶的行為。

　　d）由于下行數據業務的用戶行為通常較易于描述，因此先取定用戶使用下行64k CS/PS、128k PS、384k PS RAB的比例Kc1～Kc4。

　　e）市區部分區域能夠提供PS384kbit/s數據業務，其他區域最大只支持PS64kbit/s數據業務。

　　f）上下行數據業務比例為1:4。

　　g）上下行時隙分配方式為3:3。

　　h）為了確保系統容量和網絡安全，數據業務按實時業務處理。數據業務分為實時與非實時兩種，其中非實時數據業務業務是以“盡力而為”的方式進行傳送的，在容量估算時可以不為非實時業務預留系統容量。

　　i）多載波基站中，同一扇區不同載頻之間的干擾可以忽略。

　　j）為了確保系統容量和網絡安全，市區話務容量按照網絡負荷70%設計，郊區道路話務容量按照網絡負荷50%設計。

　　將區域類型分為市區和郊區道路兩種，業務模型如表7所示。

表7　典型區域業務模型

區域/模型市區郊區道路
Ka80%20%
kb10%1%
kc1（64k CS）30%80%
kc2（64k PS）50%20%
kc3（128k PS）19%0%
kc4（384k PS）1%0%

　　根據TD-SCDMA無線資源分配原理，當上下行時隙分配為3:3時，每一種業務的資源占用情況如表8所示。

表8　單業務資源占用情況

業務CS12.2 kbit/sCS64 kbit/sPS64 kbit/sPS128 kbit/sPS384 kbit/s
數據速率（kbit/s）12.26464128384
上下行BRU總數量48 BRU
下行公共信道消耗2 BRU
下行單業務BRU使用量2 BRU8 BRU8 BRU16 BRU40 BRU
下行單業務負荷0.0430.1740.1740.3470.870
上行單業務BRU使用量2BRU8 BRU8 BRU16 BRU40 BRU
上行單業務負荷0.0420.1670.1670.3330.833

　　注：所有數據業務中，上行只支持64 kbit/s數據業務

　　由于上下行業務非對稱性，在3:3的正常時隙分配情況下，導致系統下行資源首先受限，基站容量按照下行資源受限進行計算。根據每一種業務無線資源占用情況和假定的業務模型，可以得到典型區域的單載扇信道容量（見表9）。

表9　典型區域單載扇信道容量

單載扇業務市區（下行）郊區（下行）
話務模型話音12.2 Kbit/s（%）92.0099.80
CS64 Kbit/s（%）2.400.16
PS64 Kbit/s（%）4.000.04
PS128 Kbit/s（%）1.520.00
PS384 Kbit/s（%）0.080.00
設計負荷（%）70.0050.00
話務信道12.2511.41
數據吞吐率（Kbit/s）62.031.46

　　多載波多扇區基站的數據吞吐量和載扇數具有線性比例關系，話務信道數則根據Erl B表得到各種站型的話音容量（見表10）。

表10　典型區域單載扇業務容量

單扇區載波數/區域容量市區郊區
忙時擁塞率（%）2.005.00
單載波話音容量（Erl）6.157.44
數據吞吐量（Kbit/s）77.541.83
雙載波話音容量（Erl）15.6017.90
數據吞吐量（Kbit/s）155.093.66
三載波話音容量（Erl）25.7034.23
數據吞吐量（Kbit/s）232.635.49

3、結束語

　　通過仔細分析TD-SCDMA基站的能力，可以發現TD-SCDMA設備在覆蓋及容量存在的優勢及不足。為了提高TD-SCDMA基站的覆蓋能力，可以考慮降低TD-SCDMA基站的底噪、提高其處理增益和智能天線的賦形增益。而為了提高基站的數據吞吐量，可以考慮引入多載波或者一些新技術，比如N頻點等。

　　對TD-SCDMA基站能力有了定性的了解以后，也可以為今后TD-SCDMA的無線規劃提供強有力的保證，為促進TD-SCDMA的產業化，加快3G網絡在我國的實施添磚加瓦。

　　參考文獻

　　1　彭木根，王文博等.TD-SCDMA移動通信系統.北京：機械工業出版社，2005

　　2　TD-SCDMA基站設備無線收發性能技術規范》中華人民共和國信息產業部

　　3　TD-SCDMA用戶終端無線收發性能技術規范》中華人民共和國信息產業部