TD-SCDMA廣覆蓋思路探討

摘要　TD-SCDMA獨(dú)立組網(wǎng)是關(guān)乎我國自主產(chǎn)權(quán)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)商用的重大事情，而廣覆蓋則是TD-SCDMA系統(tǒng)發(fā)展過程中必須考慮的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。文章從TD-SCDMA實(shí)現(xiàn)廣覆蓋的技術(shù)能力、廣覆蓋規(guī)劃以及廣覆蓋優(yōu)化3個(gè)角度闡述了TD-SCDMA廣覆蓋的一些思路，為今后TD-SCDMA運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面提供了很好的指導(dǎo)。

1、前言

　　隨著對移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的日益依賴，人們期望在不久的將來能夠?qū)崿F(xiàn)無論何時(shí)何地都可以快捷、方便地與任何人通信。運(yùn)營商也在從城市向農(nóng)村，甚至向邊遠(yuǎn)地區(qū)不斷地拓展其業(yè)務(wù)范圍。在過去，當(dāng)無線業(yè)務(wù)主要集中在人口稠密區(qū)時(shí)，人們主要關(guān)心的是市區(qū)傳播模型、郊區(qū)傳播模型和開闊地傳播模型，而對廣覆蓋，如海面、草原、戈壁以及沙漠等特殊的無線傳播環(huán)境研究較少。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。沿海漁業(yè)、草原旅游業(yè)、沙漠綠化等產(chǎn)業(yè)也迅速發(fā)展，對移動(dòng)通信的需求量日漸增加，這些用戶日后必將成為運(yùn)營商爭奪的重點(diǎn)。

　　TD-SCDMA系統(tǒng)作為3大3G標(biāo)準(zhǔn)之一，相對于2G系統(tǒng)，能夠更好地適應(yīng)未來移動(dòng)通信的發(fā)展，尤其是數(shù)據(jù)通信的需要。TD-SCDMA系統(tǒng)除了在容量上比2G系統(tǒng)有較大提升外，在覆蓋能力方面也不遜于2G系統(tǒng)。本文針對海面、草原等廣域覆蓋場景，給出一些針對性的思路。

2、技術(shù)能力

　　TD-SCDMA為時(shí)分系統(tǒng)，可以從其幀結(jié)構(gòu)來考慮實(shí)現(xiàn)不同距離的覆蓋。TD-SCDMA的無線幀結(jié)構(gòu)[1]如圖1所示。

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圖1　TD-SCDMA無線幀結(jié)構(gòu)

　　由于無線信號的空間傳播延遲，TD-SCDMA終端側(cè)在接收下行導(dǎo)頻信號時(shí)幀頭相對于NodeB的幀頭會(huì)有一定的滯后，而終端在發(fā)送上行導(dǎo)頻信號時(shí)為補(bǔ)償空間傳播延遲需要提前發(fā)送，為避免時(shí)隙干擾，TD-SCDMA終端只能通過壓縮保護(hù)時(shí)隙（GP）來準(zhǔn)確收發(fā)信號，如圖2所示。

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圖2　TD-SCDMA中GP時(shí)隙的壓縮

　　此時(shí)，TD-SCDMA的最大雙向時(shí)延為GP時(shí)隙的長度（96 chip），而無線信號在空間的傳播速度接近光速。因此一般理解的TD-SCDMA最大覆蓋半徑為（其中C為光速）：

　　增加TD-SCDMA的覆蓋半徑可以采取以下方式：

　　方式一，壓縮UpPTS中的GP時(shí)隙，不會(huì)對TS1造成任何影響，但可增加32 chip的雙向時(shí)延，如圖3所示。

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圖3　壓縮UpPTS中的GP時(shí)隙

　　此時(shí)，TD-SCDMA的覆蓋半徑增加為

　　這種增加無須改動(dòng)NodeB、UE和空口協(xié)議，目前可以提供。

　　方式二，閉塞整個(gè)TS1時(shí)隙，NodeB對SYNC_UL的搜索范圍可以進(jìn)一步擴(kuò)大到TS1時(shí)隙中，如圖4所示。

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圖4　閉塞整個(gè)TS1時(shí)隙

　　此時(shí)，TD-SCDMA的覆蓋半徑增加為

　　此時(shí)，SYNC-UL最晚到達(dá)點(diǎn)，必須在UpPTS起始后128 chip。所以這種覆蓋里程的增加需要NodeB的實(shí)現(xiàn)支持，而UE、空口協(xié)議保持不動(dòng)，只影響TS1時(shí)隙。

　　方式三，閉塞整個(gè)TS1時(shí)隙，并修改UE的UpPTS提前發(fā)射時(shí)間至GP時(shí)隙前的32 chip，即DwPTS的GP時(shí)隙，此時(shí)，TS-SCDMA的覆蓋半徑增加為

　　此時(shí)，犧牲了整個(gè)TS1時(shí)隙，并且UpPTS的發(fā)射時(shí)間需要提前。所以，這種覆蓋里程的增加需要修改UE，且由于壓縮了DwPTS，縮小了GP時(shí)隙，UE對DwPTS會(huì)形成一定的干擾。

　　方式四，閉塞整個(gè)TS1時(shí)隙，把UpPTS擴(kuò)大至TS1，并預(yù)留32 chip的下行時(shí)隙間隔，如圖5所示。此時(shí)TD-SCDMA的覆蓋半徑增加為

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圖5　閉塞整個(gè)TS1時(shí)隙并把UpPTS擴(kuò)大至TS1

　　其中128 chip是SYNC-UL需要占用的，需要保留。這種覆蓋范圍的增加需要修改Uu空中接口中的UpPTS字段。

　　值得注意的是，增加TD-SCDMA基站的覆蓋范圍如果涉及到NodeB、UE和空口協(xié)議的更改，將會(huì)是以犧牲系統(tǒng)容量為代價(jià)的，在目前TD-SCDMA設(shè)備研發(fā)中尚未完全實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離覆蓋時(shí)，可以根據(jù)具體情況選用合適的站型。

3、TD-SCDMA廣覆蓋規(guī)劃

　　3.1　傳播模型

　　無線電波在海平面、沙漠等環(huán)境傳播時(shí)，傳播路徑主要是通過空氣傳播的直達(dá)波和經(jīng)過海面或地面的反射波。由于傳播損耗很小，信號可以傳播到很遠(yuǎn)的地方。此時(shí)，地球不能再看作平面，而應(yīng)把它看作球面，即地球曲率對信號的傳播產(chǎn)生影響。另外，處于傳播路徑上的島嶼、沙丘等也會(huì)對信號傳播產(chǎn)生陰影效應(yīng)。在鏈路預(yù)算時(shí)，可采用農(nóng)村開闊地模型,并在此基礎(chǔ)上減小約3 dB進(jìn)行計(jì)算。

　　3.2　無線視距

　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，在超高頻和甚高頻頻段無線電波的地對地傳播模型中，地球影響的大小是依賴于路徑的長短。在視距路徑上，地球的主要影響在于引起反射波，從而在接收機(jī)內(nèi)部對直射電波產(chǎn)生消極或積極的干擾。對于超視距的路徑，由于電波的衍射及散射的存在，信號傳播可能會(huì)超過視距。

　　在視距的情況下，隨著距離的增加，信號強(qiáng)度的衰減比在非視距的情況下慢。而根據(jù)TD-SCDMA基站靈敏度、站側(cè)的天線增益、天饋線損耗、人體損耗、正態(tài)衰落余量就可以得到最大允許的空間損耗。如果傳播信號在視距范圍內(nèi)的損耗小于最大允許的空間損耗，那么信號將進(jìn)入非視距范圍繼續(xù)傳播，但站點(diǎn)的覆蓋半徑主要取決于視距范圍大小。

　　無線視距與發(fā)射臺(tái)高度和移動(dòng)臺(tái)高度的關(guān)系式如下：

　　其中，Hb為天線掛高（m），Hm為移動(dòng)臺(tái)高度（m），d為站點(diǎn)覆蓋半徑（km）。

　　由于非視距范圍一般都在數(shù)公里以內(nèi)，對于海面、平原等超遠(yuǎn)覆蓋來講，該站點(diǎn)的覆蓋半徑基本上等于該站址的視距。

　　3.3　站址規(guī)劃

　　在海平面、沙漠、沙漠等區(qū)域進(jìn)行站址規(guī)劃時(shí)，關(guān)鍵在于根據(jù)目標(biāo)覆蓋區(qū)來選擇合適高度的站點(diǎn)。相關(guān)的實(shí)際測試結(jié)果表明：

　　●對要求覆蓋半徑在30 km左右，通常選擇在比較平坦的地方建塔，塔高一般在50 m左右。

　　●對要求覆蓋半徑在45-70 km，通常選擇比較高的山丘、沿海邊山頂?shù)牡胤浇ㄋ咴?00-200 m。

　　●對覆蓋半徑在70 km的范圍，通常塔高選擇在200 m以上。

　　3.4　天線選擇

　　廣覆蓋設(shè)備一般采取宏蜂窩基站的方式，配備扇區(qū)化的智能天線。由于需要盡可能地增大覆蓋范圍，在天線的增益方面一般選擇高增益的天線。海面及沙漠覆蓋一般要求天線具有比較寬的水平波瓣寬度，而對天線的垂直波瓣寬度則要求較窄，這樣能保證良好的水平覆蓋面，并提供足夠的增益滿足遠(yuǎn)覆蓋距離的要求。在進(jìn)行海面和沙漠覆蓋時(shí)，由于要考慮地球球面曲率的影響，所以一般天線架設(shè)會(huì)超過100 m，在近端容易形成盲區(qū)，因此建議選擇具有零點(diǎn)填充的天線，可以改善覆蓋，提高服務(wù)質(zhì)量。

4、TD-SCDMA廣覆蓋優(yōu)化

　　TD-SCDMA廣覆蓋的優(yōu)化工作[3]比一般網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作更具挑戰(zhàn)性，相關(guān)信息的獲取也更加困難，但大體上還是可以從開通后的RF優(yōu)化和日常維護(hù)優(yōu)化兩方面來考慮。

　　4.1　RF優(yōu)化

　　開通后的RF優(yōu)化可以從市場推廣方面收集漁民、牧民等作業(yè)主要活動(dòng)范圍，對每個(gè)地市相關(guān)管理部門進(jìn)行專訪，掌握第一手資料，列出相關(guān)重要作業(yè)區(qū)域。根據(jù)基站信息對這些區(qū)域進(jìn)行理論計(jì)算，從而判斷是否處于覆蓋范圍之內(nèi)，之后制定出相應(yīng)的改善方案。

　　要改善重要作業(yè)區(qū)域的覆蓋，可以從調(diào)整天線方位角、下傾角、增加智能天線掛高、更換大增益的天線、優(yōu)化后臺(tái)參數(shù)等方面來考慮。

　　4.2　日常維護(hù)優(yōu)化

　　開通后的RF優(yōu)化側(cè)重于覆蓋方面的優(yōu)化，而日常維護(hù)優(yōu)化涉及的內(nèi)容則比較廣，包括基站設(shè)備故障的處理，傳輸和供電等問題的解決，基站的資源利用情況及性能指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析等。

　　隨著廣覆蓋網(wǎng)絡(luò)用戶的不斷增加以及作業(yè)時(shí)間和范圍的不斷改變，某些基站有可能出現(xiàn)信道、功率等資源不足的情況，這都需要在日常維護(hù)優(yōu)化的過程中進(jìn)行觀察、跟蹤和統(tǒng)計(jì)，以便及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)容。

　　需要注意的是，對于廣覆蓋基站的使用，應(yīng)該保證TD-SCDMA系統(tǒng)上行接收的靈敏度。確保上行覆蓋和上下行鏈路平衡。

5、結(jié)束語

　　TD-SCDMA廣覆蓋是一項(xiàng)艱巨的工作，尤其作為我國提出的一個(gè)第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，如果今后需要獨(dú)立組網(wǎng)，且獲得運(yùn)營商的青睞，則海洋漁民、草原牧民以及戈壁沙漠覆蓋工程都是很重要的，其潛在市場前景也十分廣闊。目前，TD-SCDMA正處于著由信息產(chǎn)業(yè)部主導(dǎo)的規(guī)模網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)測試中，在這基礎(chǔ)上盡早地提出適應(yīng)于TD-SCDMA廣覆蓋的應(yīng)用策略，無疑能夠加快TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的商用進(jìn)程，為TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)化貢獻(xiàn)一份力量。

　　參考文獻(xiàn)

　　1　李世鶴.TD-SCDMA第一代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn).北京：人民郵電出版社，2003

　　2　Jhong Sam Lee，Leonard E Miller.CDMA系統(tǒng)工程手冊.北京：人民郵電出版社.2001

　　3　彭木根，王文博等.TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005