TD-SCDMA頻率規(guī)劃和組網(wǎng)模式淺談

摘要　本文通過分析當前階段TD-SCDMA系統(tǒng)在2010-2025 MHz頻段可能采用的幾種頻率規(guī)劃方案和組網(wǎng)模式，討論了各種方案的優(yōu)劣勢。并著重介紹了基于N頻點技術(shù)的頻率規(guī)劃方案，它可有效地保障無線網(wǎng)絡(luò)快速、穩(wěn)定地建設(shè)并享受較高的頻譜利用率。

1、引言

　　中國為支持TD-SCDMA發(fā)展，劃分了155 MHz寶貴的頻譜資源以承載TD-SCDMA組網(wǎng)。其中2010-2025 MHz為一階段頻段，這段頻譜與其他系統(tǒng)的工作頻段隔離較大，干擾很小，目前系統(tǒng)廠商均基于此頻段進行設(shè)備研發(fā)。1880-1920 MHz二階段頻段為后續(xù)TD-SCDMA大規(guī)模靈活組網(wǎng)提供了有力保障，系統(tǒng)廠商均表示設(shè)備將在下一階段支持此頻段。2300-2400 MHz廣闊的100 MHz帶寬作為補充頻帶可保障TD-SCDMA系統(tǒng)的持續(xù)長期發(fā)展。

2、傳統(tǒng)的頻率規(guī)劃方案和N頻點方案

　　2010-2025 MHz頻段可以支持9個頻點，完全滿足大規(guī)模組網(wǎng)的需求。如果考慮多運營商同時使用此頻段，可能出現(xiàn)10 MHz頻段組網(wǎng)或者5 MHz頻段組網(wǎng)的情況?；诖?，本文提出在15 MHz、10 MHz、5 MHz等3種情況下的TD-SCDMA頻率組網(wǎng)模式，從技術(shù)角度和市場角度來綜合分析TD-SCDMA系統(tǒng)組網(wǎng)的多樣性、各種模式的優(yōu)劣勢及持續(xù)演進，以便更好地配合運營商的建網(wǎng)和運營策略。同時考慮到TD-SCDMA單載波的承載能力和市場潛在的容量需求，以下分析均基于基站S3/3/3或更多載波的配置方式。

　　為了能夠更清楚地闡明各種組網(wǎng)方案的差異，首先簡單介紹一下傳統(tǒng)小區(qū)的概念和N頻點方案下的多載波小區(qū)概念。

　　TD-SCDMA系統(tǒng)默認每一個載波扇區(qū)為一個獨立的小區(qū)。Uu接口對于無線資源的操作、配置都是針對一個載頻進行的，在Iub接口小區(qū)建立的過程中一個小區(qū)只配置一個絕對頻點號；如果是多載頻，則每個載頻被當作一個邏輯小區(qū)。例如，對于3扇區(qū)3載頻的情況，則認為有9個邏輯小區(qū)，針對每個小區(qū)完成獨立的操作，也即9個小區(qū)發(fā)送各自的導(dǎo)頻和廣播信息，9個載頻都必須配置9套完整的公共信道，而其中的BCH、FACH和PCH都為全向信道。因此傳統(tǒng)小區(qū)模式方式下。對于多載頻配置，比較典型的有同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)兩種方式。

　?。?）方式一：同頻組網(wǎng)

　　圖1所示是15 MHz帶寬內(nèi)，9個頻點完全同頻組網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)字代表相應(yīng)的頻點）。

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圖1　同頻組網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)

　　同頻組網(wǎng)可以充分實現(xiàn)TD-SCDMA系統(tǒng)的高頻譜利用率，其在15 MHz帶寬內(nèi)可支持S9/9/9的最大配置。但這種情況下，同一物理環(huán)境下存在多個小區(qū)覆蓋，載頻間廣播信道的干擾嚴重，導(dǎo)致系統(tǒng)性能和效率降低，需要做更多的網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工作。

　?。?）方式二：異頻組網(wǎng)

　　圖2所示是15 MHz帶寬內(nèi)，9個頻點完全異頻組網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)。

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圖2　異頻組網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)

　　這種組網(wǎng)方式的優(yōu)勢比較明顯，由于各小區(qū)工作在不同的頻點，鄰區(qū)干擾很小，網(wǎng)絡(luò)性能較好，同時網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化實施也比較容易。

　　但這種模式的缺點也很明顯。不同小區(qū)分別占用一個頻點資源，15 MHz帶寬可支持的最大配置是S3/3/3。當需要支持多個載波以提供更大的容量時，這種方式耗費頻譜資源非?？?，在多運營商建網(wǎng)運營的情況下，頻譜的使用不太經(jīng)濟。

　　針對上述兩種方案的缺陷，在CCSA（中國通信標準化協(xié)會）的大力推動下，多載波方案（N頻點方案）在接入網(wǎng)系統(tǒng)得到了實現(xiàn)。在同一覆蓋區(qū)域內(nèi)（扇區(qū)），若有多個載頻存在，從分配到的N個頻點中確定一個作為主載頻，其余頻點劃分為輔載頻。在同一個扇區(qū)內(nèi)，僅在主載頻上發(fā)送DwPTS和廣播信息。N頻點方案中，公共信道限制在主載頻上，減少了公共信道的載頻間干擾，提高了系統(tǒng)性能，使得終端初始搜索準確、快速，系統(tǒng)接入、切換成功率均顯著提高。因此N頻點方案的引入將在改善系統(tǒng)性能和提升頻譜利用率方面帶來巨大的提升。

3、基于N頻點頻率規(guī)劃的方案

　　基于N頻點的技術(shù)特點，配合當前中國通信市場的格局以及運營企業(yè)潛在的布網(wǎng)需求?？蓪⒔M網(wǎng)模式和頻率規(guī)劃方案劃分為以下幾種。

　　3.1　15 MHz頻段的頻率分配

　　15 MHz帶寬可以支持9個頻點，考慮到室內(nèi)覆蓋的特殊性和頻點資源較充裕，可預(yù)留2個頻點給室內(nèi)以滿足較高的容量需求。其余7個頻點用于室外應(yīng)用。

　　（1）方式一：多載波同頻異頻聯(lián)合組網(wǎng)

　　這種組網(wǎng)模式要求主載波異頻配置。輔載波同頻配置。基于主載波與輔載波頻點相異的原則，將剩余的7個頻點分成兩組。一組用于主載波，一組用于輔載波。為了盡可能地減少主載波上的干擾，原則上考慮將盡量多的異頻頻點分配給主載波。建議主載波組包括4個頻點，其余3個頻點包含在輔載波組?？蓸?gòu)建S4/4/4的蜂窩型網(wǎng)絡(luò)。其主載波的復(fù)用方式如圖3所示，小區(qū)頻率分配情況如圖4所示。

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圖3　15 MHz多載波同頻異頻聯(lián)合組網(wǎng)的主載波復(fù)用方式

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圖4　15 MHz多載波同頻異頻聯(lián)合組網(wǎng)的小區(qū)頻率分配

　　得益于主載波的頻點不同，工作在主載波的公共控制信道（例如BCH、FACH、FPACH）受到的干擾較小，具有較好的接收質(zhì)量和覆蓋能力。輔載波與主載波工作在不同頻點，將主、輔載波間的干擾降到了最低點。另外，輔載波上只承載業(yè)務(wù)信道，同頻配置引入的干擾會對網(wǎng)絡(luò)容量帶來一定影響，但是綜合同頻帶來的高頻譜利用率，依然可以實現(xiàn)較高的容量。

　　當然，和全系統(tǒng)同頻組網(wǎng)比較，小區(qū)內(nèi)部沒有實現(xiàn)完全的頻率重用，頻譜利用率居中。多載波同頻異頻聯(lián)合組網(wǎng)方案實現(xiàn)了以N頻點為目標結(jié)構(gòu)的頻率組網(wǎng)，是小區(qū)性能、覆蓋和頻譜利用率折衷后的一種方案。

　?。?）方式二：多載波同頻組網(wǎng)方案

　　和方式一類似，預(yù)留2個頻段作為室內(nèi)應(yīng)用，其余7個頻點可以全網(wǎng)復(fù)用，即所有7個頻點能在各個小區(qū)使用，不同小區(qū)的輔載波頻率和主載波頻率可以相同。主載波的復(fù)用原則類似于GSM網(wǎng)絡(luò)中的頻率規(guī)劃，盡可能擴大重用距離以減少干擾。最大可實現(xiàn)主載波頻率復(fù)用因子F=7。其主載波復(fù)用方式如圖5所示，小區(qū)頻率分配如圖6所示。

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圖5　15 MHz多載波同頻組網(wǎng)的主載波復(fù)用方式

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圖6　15 MHz多載波同頻組網(wǎng)的小區(qū)頻率分配

　　此方案下，主載波頻點設(shè)置相異，利用異頻的良好特性，較好地削弱了各小區(qū)間主載波的干擾。N頻點的設(shè)計思想將輔載波對主載波TSO上公共控制信道的干擾降到最低，保證了公共控制信道具有較高的接收質(zhì)量和覆蓋能力。

　　對于輔載波的頻點配置，考慮的基本原則是盡量減少輔載波對鄰小區(qū)的主載波業(yè)務(wù)信道的干擾。在建網(wǎng)初期，容量需求不大，輔載波可以配置較少數(shù)量。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以S1/1/1-S2/2/2為主，共有7個頻點資源可選擇承載。通過頻率規(guī)劃，實現(xiàn)輔載波的頻點與其他小區(qū)主載波的頻點重用距離盡可能遠。

　　當網(wǎng)絡(luò)逐漸步入成熟期，市場容量需求旺盛，同時運營企業(yè)也非常關(guān)注頻譜利用效率?；赥D-SCDMA系統(tǒng)呼吸效應(yīng)不明顯的特點，推薦使用直接增加載波的方式實現(xiàn)擴容，解決網(wǎng)絡(luò)的容量壓力。注意此時各相鄰小區(qū)的主載波頻點配置不變，而且輔載波上TSO通常不承載業(yè)務(wù)，兩方面共同確保主載波TSO時隙上的廣播信道遭受的干擾不增加。對覆蓋影響很小，保持不同時期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一致性。

　　由于不同小區(qū)的輔載波頻率和主載波頻率可以相同，實現(xiàn)了全網(wǎng)同頻，極大地提高了頻率復(fù)用。15 MHz帶寬最大支持S7/7/7的網(wǎng)絡(luò)配置。

　　上述兩種方案各有特點，但基本共同點是主載波均異頻配置。運營企業(yè)可靈活選擇組網(wǎng)模式，結(jié)合實際市場需求進行網(wǎng)絡(luò)配置。

　　初期建設(shè)階段，重點關(guān)注網(wǎng)絡(luò)覆蓋和快速布網(wǎng)能力，總體話務(wù)量需求較小，頻率資源相對豐富，考慮采用以N頻點為目標結(jié)構(gòu)的多載波組網(wǎng)模式。此時輔載波的個數(shù)可調(diào)。在大部分地區(qū)容量需求不高，輔載波配置可為零；在市區(qū)或者局部熱點地區(qū)，輔載波數(shù)量根據(jù)實際需求配置。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，用戶話務(wù)量持續(xù)增加。需要系統(tǒng)利用多載波提供更豐富的網(wǎng)絡(luò)容量?；诖似脚_，保留主載波不變，只需要增加輔載波個數(shù)（如增加N個），設(shè)備增加相應(yīng)的硬件，在保證前期規(guī)劃穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量提升N倍。平滑的網(wǎng)絡(luò)擴容和網(wǎng)規(guī)調(diào)整極大地保護了運營商的前期投資。

　　3.2　10 MHz頻段的頻率分配

　　由于一些市場因素，運營企業(yè)可能只能獲得10 MHz帶寬。支持6個頻點?？紤]到室內(nèi)覆蓋的特殊性和頻點資源的總體規(guī)劃，可預(yù)留1個頻點給室內(nèi)，其余5個頻點用于室外應(yīng)用。

　　多載波同頻異頻聯(lián)合組網(wǎng)依然適用于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的前期，受限于整體頻點減少，可采用頻率復(fù)用因子F=3來規(guī)劃主載波，其余2個頻點作為輔載波。其主輔載波復(fù)用方式如圖7所示。

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圖7　10 MHz多載波同頻異頻聯(lián)合組網(wǎng)的主輔載波復(fù)用方式

　　或者采用多載波同頻組網(wǎng)的方案，網(wǎng)絡(luò)最大支持S5/5/5的網(wǎng)絡(luò)容量。其主輔載波復(fù)用方式如圖8所示。

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圖8　10 MHz多載波同頻組網(wǎng)的主輔載波復(fù)用方式

　　3.3　5 MHz頻段的頻率分配

　　5 MHz帶寬可以支持3個頻點，頻率資源比較緊張，為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署并保證良好的網(wǎng)絡(luò)性能，全網(wǎng)采取以N頻點為目標結(jié)構(gòu)的多載波同頻組網(wǎng)方式。其主輔載波復(fù)用方式如圖9所示，小區(qū)頻率分配如圖10所示。

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圖9　5 MHz多載波同頻組網(wǎng)的主輔載波復(fù)用方式

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圖10　5 MHz多載波同頻組網(wǎng)的小區(qū)內(nèi)頻率分配

　　通過對各種頻率規(guī)劃方案的比較，本文認為基于N頻點方案的頻率規(guī)劃可以提升網(wǎng)絡(luò)的性能質(zhì)量并且實現(xiàn)高頻譜利用率，有效地確保前后期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一致性。