TD-SCDMA链路预算与容量估算方法.doc

TD-SCDMA链路预算与容量估算方法课程目标：l 掌握链路预算相关知识l 掌握容量估算方法23目 录第1章 链路预算 11.1 TD系统的时隙结构与覆盖范围 11.2 TD-SCDMA系统数据业务的覆盖 21.3 呼吸效应 31.4 TD系统的链路预算 3第2章 容量估算 152.1 TD-SCDMA容量分析 152.2 混合业务容量估算方法 152.2.1 Equivalent Erlang方法 162.2.2 post Erlang-B方法 172.2.3 Campbell方法 182.2.4 基于BRU需求量的混合业务容量估算方法 202.2.5 Kaufman Roberts 算法 22第2章 容量估算第1章 链路预算& 知识点l 掌握链路预算的各个参数的含义l 利用链路预算表计算小区的覆盖半径1.1 TD系统的时隙结构与覆盖范围TD-SCDMA系统采用TDD（时分双工）模式，与FDD（频分双工）方式中采用频段来分离接收和发射信道的方法不同，在TDD时分双工方式中，接收和发射是在同一频率的不同时隙，用保证时间来分离接收信道和发送信道其原理图如下：图 1.11 TDD/FDD原理图TD-SCDMA系统的帧结构如图 1.12所示。

物理信道采用4层结构：超帧、无线帧、子帧和时隙/码一个超帧长720ms，由72个无线帧组成，每个无线正常10msTD-SCDMA将每个无线帧分为两个5ms子帧，每个子帧由长度675的7个主时隙和3个特殊时隙组成3个特殊时隙分别是下行导频时隙、上行导频时隙保护时隙在这7个主时隙中，TS0总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行链路其他时隙既可以做上行链路的时隙，也可以做下行链路的时隙上行链路和下行链路之间由一个转换点分开，在TD-SCDMA的每个5ms子帧中，有两个转换点（DL到UL和UL到DL）图 1.12 TD-SCDMA系统的帧结构一个突发的持续时间就是一个时隙，下行导频时隙由64比特正交码组成，它是无线基站的导频信号，也是下行同步信号而上行导频时隙由128比特的正交码组成，它是用户终端的导频信号，主要用于上行同步保护时隙用于保护和区分上、下行时隙，使距离较远的终端能够实现上行同步，在TD-SCDMA系统中，此时隙的宽度决定了小区的最大覆盖半径因为，TD-SCDMA系统对时间同步要求极为严格，即同一小区的所有用户，无论远近，要确保其上行信号到达基站的时间相同根据TD-SCDMA物理层帧结构定义，每个突发应具有两个转换点，第一个转换点是由下行DwPTS转到上行UpPTS的保护时隙Gp；第二个转换点根据业务数据不对称性需要灵活设置。

为了实现时间同步，远端用户UpPTS必须提前发射才能确保和近端用户UpPTS同时到达基站接收端，而由此引发的问题是提前发射的UpPTS信号会对正在接收DwPTS信号的用户产生严重的干扰为解决以上问题，在DwPTS和UpPTS两者之间设置保护时隙GP（96chips），这就意味着小区边缘用户最多可以提前48个chip提前发送，每个chip为0.78125us，所以，小区的半径应为：96/2/(1.28*10)*3*105=11.25KM在广大的农村地区，低容量、广覆盖的覆盖特点，使得更大的覆盖范围成为对基站和系统的首要要求那么，在TD系统中，若牺牲部分容量则可换来更大的覆盖半径，最大可达40公里1.2 TD-SCDMA系统数据业务的覆盖TD－SCDMA系统是一个窄带系统，单载波仅占1.6MHz的带宽，上、下行使用同一个频带交替发送，12.2Kbps的语音业务使用的扩频因子是8，而384Kbps数据业务使用的扩频因子是2，在计算扩频增益时，语音业务较数据业务高4倍（即6dB）对于终端来说，语音业务发射功率是21dBm，数据业务发射功率是24dBm，同时语音业务增加了3dB的人体损耗，因此综合链路预算中的各项参数，不同业务的覆盖半径基本相同。

1.3 呼吸效应所谓小区呼吸效应是指随着业务量的增加（或减小），小区覆盖半径收缩（或扩大）的动态平衡现象由于CDMA系统的每个用户信号能量被分配在整个频带范围内，经过编码、扩频之后，一个用户对于其他用户而言就是宽带噪声接收机利用一个与扩频信号相同的信号来识别和解调用户信息，而将其他信号视为宽带干扰滤掉每增加一个用户，对于其他用户而言，干扰电平就会增加，干扰电平随着用户数量的增加而提高为了保证各自呼叫继续进行，每个用户都适当的提高自己的发射功率，形成了一种功率攀升的恶性循环，直到新的用户无法使基站接受到符合解调门限的信号为止，此时系统达到容量极限在TD－SCDMA系统中，FDMA、TDMA对干扰的隔离使产生呼吸效应的因素显著降低单时隙内多个（最多8个12.2Kbps语音）用户是产生呼吸效应的唯一可能，但由于采用了先进的智能天线和联合检测等技术，最大限度的克服了小区呼吸效应CDMA系统同频干扰主要包括两部分：一部分来自本小区内部用户之间的干扰，另一部分是来自相邻小区的干扰（通常假设为本小区干扰的40％）智能天线和联合检测技术的引入极大的降低了本小区内部的干扰，从而弱化了小区呼吸现象智能天线技术利用天线阵列的波束的汇成和指向控制，可以自适应的调整其方向图以跟踪信号的变化，从而利用信号的空间特性分开用户信号，降低用户间的干扰。

联合检测技术是利用时域均衡技术将来自其他用户的多址干扰（MAI）当作码间串扰（ISI）来处理不同于单用户检测技术那样将MAI当作噪声处理联合检测最大限度的利用MAI信息，利用相应算法（如迫零线性块均衡算法或最小均方误差块均衡算法等）消除MAI因此TD－SCDMA系统无明显的呼吸效应1.4 TD系统的链路预算链路预算是覆盖规划的前提，通过计算业务的最大允许损耗，可以求得一定传播模型下小区的覆盖半径，从而确定满足连续覆盖条件下基站的规模通常覆盖规划都是以能够达到的最大半径为基础进行计算，因为影响前向覆盖半径的不确定因素很多，如同时连接的用户数、用户分布、用户速率等，计算起来较为复杂链路预算是TD-SCDMA无线网络规划中必不可少的一步，通过它能够指导规划区内小区半径的设置、所需基站的数目和站址的分布，也是实际工程中快速进行网络建设的有力工具链路预算包括上行业务信道链路预算、下行业务信道和下行公共信道链路预算上行业务信道链路预算图 1.41 上行链路预算模型上图为上行链路预算的模型，左边用大方框圈起来的部分为发射端，中间为发射与接收之间的无线链路，右边表示接收端可以得到发射信号到达基站后的接收功率为：基站接收功率 = 移动台发射功率+移动台天线增益–人体损耗–阴影衰落余量–路径损耗–穿透损耗+切换增益+基站天线增益–基站馈线损耗 (1)无线信号到达基站后须满足一定的解调门限才能被接收机正确解调，即 (2) 假设接收信号刚好满足解调要求，那么就有接收功率=，这样综合(1)、(2)两式，就可以得到上行最大路径损耗为：上行最大路损 = 移动台发射功率+移动台天线增益–人体损耗–阴影衰落余量–穿透损耗+切换增益+基站天线增益–基站馈线损耗–C/I–背景噪声–干扰 (3)下面具体解释各参数的物理含义。

移动台发射功率指移动台所能够发射的业务信道功率最大值3GPP规定，TD UE的业务信道功率最大为24dBm需要注意的是，这里的24dBm指的是UE发射所有码道的功率之和；1． 移动台天线增益 移动台的天线是全向发射天线，天线本身为无源器件，故天线增益为0dBi；2． 人体损耗 在无线通信系统中，人体损耗指手持话机离人体很近造成的信号阻塞和吸收引起的损耗人体损耗取决于相对于人体的位置通常数据业务取0dB，语音业务取3dB；3． 阴影衰落余量 发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，从简单的视距传播，到遭遇各种复杂的地物阻挡等因此无线信道具有极度的随机性从大量实际统计数据来看，在一定距离内，本地的平均接收场强在中值附近上下波动这种平均接收场强因为一些人造建筑物或自然界阻隔而发生的衰落现象称为阴影衰落（或慢衰落）通常认为阴影衰落服从对数正态分布阴影衰落的标准差随本地环境的不同而不同 由于无线信道的随机性，我们无法使覆盖区域内的信号一定大于某个门限但是我们必须保证接收信号能以一定概率大于接收门限决定覆盖质量的一个指标就是小区的边缘覆盖概率 为保证小区边缘一定的覆盖概率，在链路预算中必须预留出一部分的余量，以克服阴影衰落对信号的影响。

如按照75%边缘覆盖率进行链路预算，取阴影衰落标准差8dB，这样就需要留出5.4dB的余量 小区边缘覆盖概率的公式为： (4) 其中， --小区边缘R处的边缘覆盖概率； ——要求达到的接收信号门限值； ——小区半径R处的接收信号均值； M——阴影衰落余量； ——路径损耗指数； ——阴影衰落标准差；图 1.42 阴影衰落余量与边缘覆盖率的对应关系从图 1.42可以看出，边缘覆盖率与阴影衰落余量密切相关，下表是常用的一些取值：表 1.41 阴影衰落余量的常用取值阴影衰落余量标准差dB边缘覆盖率681075%4.2dB5.4dB6.6dB80%5.2dB6.9dB8.5dB85%6.6dB8.5dB10.3dB90%8.5dB11.2dB13.9dB95%10.3dB13.7dB17.4dB实际工程中，常常对面积覆盖率也非常感兴趣面积覆盖率定义为在半径为R的圆形区域内，接收信号强度大于接收门限的位置占总面积的百分比边缘和面积覆盖概率可按下列对应关系转换： (5)其中图 1.43 边缘覆盖率、面积覆盖率与阴影衰落余量之间的关系表 1.42为工程上比较常用的两组数据：表 1.42 不同覆盖率衡量标准下的阴影衰落余量表阴影衰落标准差(dB)面积覆盖率(%)边缘覆盖率(%)阴影衰落余量(dB)695%84%6692%75%4895%87%10890%75%5.41095%88%11.61088%75%6.71． 穿透损耗 当人在建筑物或车内打时，信号需要穿过建筑物或车体，造成一定的损耗。

这些穿透损耗随环境、建筑物及汽车类型的不同而不同通常，对于密集城区，建筑物穿透损耗取20~25dB，对于一般的城区，取15~20dB，对于郊区和农村，取5~10dB车辆穿透损耗通常取6~10dB 这里需要注意的是，不同的建筑物材料对不同频段信号的损耗是不同的，下表中列出的取值是一种平均意义上的典型取值实际上，一堵约20厘米厚的钢筋混凝土的墙壁，其穿透损耗可能远不止20dB，但是考虑到墙体等都有窗户、门以及其他缝隙等物件的存在，会对无线信号的绕射、衍射等创造了条件，这就使得在建筑物内的UE接收到的信号强度相当于建筑物外部的信号来说大概会“衰减”了20dB左右，其中这个“衰减”是综合考虑到了信号穿透、绕射、反射、折射以及衍射等多项因素表 1.43为常用的不同无线环境下的穿透损耗取值表 1.43 穿透损耗的典型取值区域穿透损耗取值(dB)密集城区20一般城区15郊区10农村8不同频率的无线传播特性是。