TD-SCDMA系統(tǒng)頻率規(guī)劃創(chuàng)新方法研究

徐德平

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100080）

1 研究背景

1.1 降低同頻干擾提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量

網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量決定TD-SCDMA的發(fā)展，而同頻干擾是當(dāng)前影響網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)最主要的、也是最難以解決的要因。因此，降低同頻干擾、提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量是當(dāng)前推進(jìn)TD-SCDMA建設(shè)和經(jīng)營中的一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。

通常降低同頻干擾、提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的方式主要有以下幾種：

（1）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化：受各種建設(shè)條件的影響，網(wǎng)絡(luò)建成的后期通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化來提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的效果變得越來越不明顯；

（2）優(yōu)化RRM算法：繼續(xù)優(yōu)化RRM算法會(huì)增加復(fù)雜度，提升空間較小且不同RRM算法均有特定的適用場景；

（3）提高聯(lián)合檢測能力：難度大、代價(jià)高，增益有限；

（4）增加頻點(diǎn)數(shù)量：減少TD-SCDMA同頻干擾最直接、最有效和最簡單的手段,同時(shí)還可以提高網(wǎng)絡(luò)的容量。

若采用前3種方式，短期內(nèi)無法明顯提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、且難度較大；通過增加頻點(diǎn)數(shù)量采用異頻組網(wǎng)方式雖然能夠明顯的改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，但是需要更多的頻率資源。

目前能夠規(guī)模應(yīng)用的A頻段（2010～2025MHz）僅15MHz頻段，資源較緊張，雖然國家已經(jīng)分配了F頻段（1880～1920MHz）中的（1880～1900MHz）前20MHz部分，但是PHS的干擾較嚴(yán)重、終端產(chǎn)業(yè)化滯后等原因造成了F頻段無法規(guī)模應(yīng)用和部署。

因此，需要在質(zhì)量好、規(guī)模應(yīng)用的A頻段內(nèi)部進(jìn)行挖掘，通過必要和可行的方法，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的頻譜利用率，更好地發(fā)展TD-SCDMA業(yè)務(wù)、減少與競爭對(duì)手的差距。

1.2 壓縮載波間隔增加載波數(shù)量

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)形成的同時(shí)，討論了載波間隔的相關(guān)問題，在3GPP 25.105中定義了1.28Mchip/s TDSCDMA系統(tǒng)的信道間隔為1.6MHz，但在一些特殊組網(wǎng)場景下可以通過調(diào)整載波間隔來優(yōu)化性能。

因此，若能夠根據(jù)TD-SCDMA實(shí)際運(yùn)營場景和具體組網(wǎng)要求，在滿足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的情況下，通過壓縮TD-SCDMA載波間隔、增加載波數(shù)量的方式可以顯著提高頻譜利用率。按照1.4MHz載波間隔進(jìn)行頻率規(guī)劃時(shí)，A頻段可提供10個(gè)載波。

通過TD-SCDMA載波間隔壓縮方式，在相同頻率資源條件下，提供了更多的載波數(shù)量，提高了無線資源的頻譜利用率，必將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 理論分析

2.1 載波間隔的規(guī)范情況

對(duì)于同屬于碼分系統(tǒng)的各種3G制式均存在碼片速率和載波帶寬兩個(gè)物理層指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)不同其要求也不同。

（1）3GPP標(biāo)準(zhǔn)：3GPP標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范兩者間的關(guān)系如下計(jì)算公式：

載波帶寬=(1+滾降系數(shù))×碼片速率。

（2）3GPP2標(biāo)準(zhǔn)：未涉及。

各3G制式的兩個(gè)指標(biāo)具體參見表1所示。

表1 各3G制式的兩個(gè)指標(biāo)

2.2 TD-SCDMA載波間隔可壓縮的原因

對(duì)于cdma2000系統(tǒng)，其載波間隔與碼片速率接近，主要是以下兩個(gè)因素：窄帶系統(tǒng)，未按照多運(yùn)營商之間鄰頻共存組網(wǎng)要求考慮；若存在多運(yùn)營商組網(wǎng)需求，根據(jù)具體情況其間可能隔出一個(gè)頻點(diǎn)。

對(duì)于TD-SCDMA系統(tǒng)，與cdma2000同為窄帶CDMA系統(tǒng)；在中國僅有中國移動(dòng)獨(dú)立運(yùn)營，不存在多運(yùn)營商之間頻點(diǎn)間隔的相關(guān)考慮。

通過上述分析，在中國移動(dòng)獨(dú)立運(yùn)營TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)情況下，若仍按照標(biāo)準(zhǔn)的1.6MHz載波間隔進(jìn)行頻點(diǎn)配置，會(huì)造成較低的頻率使用效率，對(duì)寶貴的無線頻率資源造成一定程度的“浪費(fèi)”。

參考cdma2000標(biāo)準(zhǔn)，理論上TD-SCDMA載波間隔在中國移動(dòng)獨(dú)立運(yùn)營下是可以適度壓縮的。

2.3 TD-SCDMA載波間隔壓縮原則

TD-SCDMA載波間隔壓縮應(yīng)遵循以下具體原則：

鄰道指標(biāo)的下降不應(yīng)影響網(wǎng)絡(luò)性能；不對(duì)現(xiàn)有主設(shè)備及終端造成任何影響（頻點(diǎn)號(hào)按照200kHz的倍數(shù)考慮）；安排頻點(diǎn)盡可能多。

綜合以上各種因素，TD-SCDMA載波間隔建議按照1.4MHz考慮。

2.4 TD-SCDMA載波間隔壓縮的影響

TD-SCDMA載波間隔由1.6MHz壓縮至1.4MHz后，鄰道間隔變小，因此，必然引起鄰道指標(biāo)的惡化，主要表現(xiàn)為ACIR和EVM兩個(gè)指標(biāo)。

2.4.1 ACIR指標(biāo)的影響分析

系統(tǒng)干擾包括同頻干擾、鄰道干擾以及噪聲3部分，載干比計(jì)算公式如下：

根據(jù)理論分析、系統(tǒng)仿真以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均充分表明了TD-SCDMA系統(tǒng)同頻干擾的嚴(yán)重性，因此，鄰道干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于TD-SCDMA自身同頻干擾的影響。

ACIR（Adjacent Channel Interference Ratio，鄰道干擾比），與載波的頻率間隔有關(guān)。

ACIR表現(xiàn)為發(fā)射端鄰道泄漏比（ACLR）和接收端鄰道選擇靈敏度（ACS）的綜合效果，具體計(jì)算公式如下：

2006年8月，無線通信技術(shù)工作委員會(huì)WG8 #13會(huì)議討論了TD-SCDMA系統(tǒng)間干擾保護(hù)相關(guān)內(nèi)容，研究文稿中給出了系統(tǒng)仿真結(jié)果，通過仿真結(jié)果看出，上行滿足25dB、下行滿足15dB是運(yùn)營商內(nèi)部TDSCDMA組網(wǎng)的最低要求。

根據(jù)某主設(shè)備廠家及某主流芯片廠家的實(shí)驗(yàn)室測試的初步結(jié)果看出，TD-SCDMA載波間隔壓縮至1.4MHz后鄰道指標(biāo)雖有惡化，但ACIR指標(biāo)仍能夠滿足TD-SCDMA系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)營下的最低要求。

2.4.2 EVM指標(biāo)的影響分析

EVM（Error Vector Magnitude，誤差矢量幅度），是指測量波形與理想波形之間的矢量差，用平均誤差矢量信號(hào)功率和平均參考信號(hào)功率之比的均方根來表示。

協(xié)議要求主設(shè)備應(yīng)小于12.5%，目前各主設(shè)備廠家的設(shè)備在1.6MHz載波間隔下基本在3%左右，壓縮至1.4MHz后，將惡化至7%左右，仍可以滿足指標(biāo)要求。

3 測試驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)室測試

3.1.1 開機(jī)駐留時(shí)延和呼叫接續(xù)時(shí)延

具體測試結(jié)果如表2所示（均為10次測試平均值），兩種載波間隔配置下，開機(jī)駐留時(shí)延和呼叫建立時(shí)延完全一致。

表2 測試結(jié)果

3.1.2 R4業(yè)務(wù)的容量和性能

單時(shí)隙均能接入8個(gè)用戶，且未出現(xiàn)掉話現(xiàn)象，具體空口性能如表3所示。兩種載波間隔下的空口性能完全一致。

表3 具體空口性能

3.1.3 HSDPA業(yè)務(wù)速率

具體測試結(jié)果如表4所示（2個(gè)HSDPA業(yè)務(wù)時(shí)隙）。兩種載波間隔下HS系統(tǒng)速率一致。

3.1.4 實(shí)驗(yàn)室測試小結(jié)

通過開機(jī)駐留、業(yè)務(wù)呼叫等功能測試、以及R4/HSDPA等業(yè)務(wù)的性能測試初步驗(yàn)證了TD-SCDMA載波間隔壓縮1.4MHz的可行性。

表4 測試結(jié)果

3.2 外場測試

3.2.1 測試場景

測試環(huán)境：

（1）室內(nèi)環(huán)境：選擇匯都國際大廈，代表商務(wù)辦公樓環(huán)境；

（2）室外環(huán)境：呈貢縣縣城，代表一般市區(qū)環(huán)境。

選點(diǎn)要求：近點(diǎn)-60～-65dBm，中點(diǎn)-70dBm，中遠(yuǎn)點(diǎn)-75dBm，遠(yuǎn)點(diǎn)-80dBm。

頻點(diǎn)配置：

（1）室內(nèi)：F1～F3（1.6M：10055/10063/10071；1.4M：10056/10063/10070）。

（2）室外：F4～F6（1.6M：10080/10088/10096；1.4M：10081/10088/10095）。

測試內(nèi)容如表5所示。

3.2.2 室內(nèi)測試

3.2.2.1 HSDPA容量測試

通過下行容量和上行干擾兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比和說明。

（1）下行測試結(jié)果和分析

每測試點(diǎn)均測試5次，并求數(shù)學(xué)均值（單位Mbit/s），具體如表6所示。

綜合遠(yuǎn)、中、近三個(gè)測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)，兩種載波間隔下HSDPA速率是一致的。

（2）上行測試結(jié)果和分析

測試結(jié)果具體如表7所示（單位：dBm），兩種載波間隔下上行伴隨信道各種情況的ISCP均值是完全一致的。

表5 測試內(nèi)容

表6 測試結(jié)果

表7 測試結(jié)論

3.2.2.2 R4容量測試

（1）相同時(shí)隙容量下性能測試，測試結(jié)果如表8所示。相同時(shí)隙容量下1.4MHz載波間隔的指標(biāo)不差于1.6MHz載波間隔的指標(biāo)。

（2）相同網(wǎng)絡(luò)容量下性能測試，測試結(jié)果如表9所示。1.4MHz載波間隔下接入6用戶在空口質(zhì)量上比1.6MHz載波間隔接入7個(gè)用戶的性能更優(yōu)，主要原因是在鄰道干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響可以忽略的同時(shí)，中間頻點(diǎn)接入用戶較少，同頻干擾較小，因此，總體性能更優(yōu)。

表8 測試結(jié)果

表9 測試結(jié)果

3.2.2.3 KPI性能測試

對(duì)比兩種載波間隔下的接入成功率、掉話率等KPI指標(biāo)的差異；僅在遠(yuǎn)點(diǎn)測試。通過兩種業(yè)務(wù)的測試，兩種載波間隔下KPI指標(biāo)是完全一致的。

3.2.3 室外測試

3.2.3.1 HSDPA容量測試

周圍6個(gè)鄰區(qū)采用模擬加載方式，具體如圖1所示。

圖1 HSDPA加載示意圖

每測試點(diǎn)均測試3次，并求數(shù)學(xué)均值（單位Mbit/s），具體如表10所示。兩種載波間隔下HSDPA的速率是一致的。

表10 測試結(jié)果

3.2.3.2 R4容量測試

真實(shí)加載3個(gè)小區(qū)，周圍9個(gè)鄰區(qū)采用模擬加載方式，具體如圖2所示。

圖2 R4加載示意圖

相同時(shí)隙容量下測試結(jié)果表明，兩種載波間隔R4業(yè)務(wù)在整體性能是基本一致的。

在相同網(wǎng)絡(luò)容量下性能測試結(jié)果表明，1.4MHz載波間隔下接入6用戶在空口質(zhì)量上比1.6MHz載波間隔接入7個(gè)用戶的性能更優(yōu)，主要原因是在鄰道干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響可以忽略的同時(shí)，中間頻點(diǎn)接入用戶較少，同頻干擾較小，因此，總體性能更優(yōu)。

3.2.3.3 KPI性能測試

對(duì)比兩種載波間隔下網(wǎng)絡(luò)總體性能測試業(yè)務(wù)為R4、HSDPA，采用長呼、短呼測試方法。

測試結(jié)果如表11所示，1.4MHz載波間隔下的KPI指標(biāo)不差于1.6MHz下的KPI指標(biāo)。

測試中接入失敗和掉話共出現(xiàn)10次，具體如表12所示。

接入失敗和掉話主要發(fā)生在同頻干擾較大的區(qū)域，因此，可以看出同頻干擾是造成KPI指標(biāo)下降的原因，而與載波間隔本身的調(diào)整無關(guān)。

3.2.3.4 兩種載波間隔邊界性能測試

針對(duì)可能會(huì)存在兩種載波間隔混合組網(wǎng)的場景，驗(yàn)證其性能。將路測路線中的10個(gè)小區(qū)的載波間隔進(jìn)行間隔配置，即測試沿線小區(qū)中1、3、5、7、9為1.4MHz載波間隔，2、4、6、8、10為1.6MHz載波間隔。

兩種載波間隔下，終端均可進(jìn)行重選和駐留。

兩種載波間隔下，端到端撥打測試中語音質(zhì)量均正常，且均無雜音現(xiàn)象。

在DT路線圖起始點(diǎn)進(jìn)行端到端呼叫，語音保持正常后驅(qū)車進(jìn)行長呼測試，KPI指標(biāo)滿足TD-SCDMA商用網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)要求，對(duì)于兩種載波間隔混合組網(wǎng)的場景，在不同載波間隔的邊界區(qū)域下，終端可以進(jìn)行正常的駐留、呼叫、切換等行為，不會(huì)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)KPI產(chǎn)生影響。具體如表13所示。

3.2.4 外場測試小結(jié)

通過對(duì)不同的測試場景（室內(nèi)和室外）、不同的測試方式（定點(diǎn)和路測）、不同的測試業(yè)務(wù)（R4和HSDPA）、不同的測試指標(biāo)（上行和下行）等各種用例的測試和對(duì)比分析，證明了TD-SCDMA載波間隔壓縮至1.4MHz后，不會(huì)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)指標(biāo)造成影響。

4 研究總結(jié)

通過理論研究、系統(tǒng)仿真、實(shí)驗(yàn)室測試以及外場測試等多方面工作，驗(yàn)證了在不修改協(xié)議、不對(duì)現(xiàn)網(wǎng)主設(shè)備和終端進(jìn)行修改的前提下，TD-SCDMA系統(tǒng)的載波間隔由1.6MHz壓縮至1.4MHz是可行的。

表11 測試結(jié)果

表12 測試結(jié)果

表13 測試情況

通過壓縮載波間隔、增加頻點(diǎn)的方法，可以減少同頻干擾，改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；也可以增加系統(tǒng)容量，提高無線資源頻譜利用率，現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用后必將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。