TD-SCDMA与WCDMA混合组网的网络规划

    作者：胡咏来  殷茜  邓华阳  重庆邮电大学重庆信科设计有限公司

    【摘要】3G网络商用方案在逐步敲定的过程中，对于网络规划的要求也就越来越高。

    在中国特有的国情下，WCDMA与TD-SCDMA混合组网的方案也渐渐浮出水面。文章从网络规划的角度阐述了TD-SCDMA与WCDMA混合组网方案的具体内容与可行性。

    【要害词】3G网络规划WCDMATD-SCDMA 混合组网

    1、技术标准对比

    目前，中国的3G通讯网络即将进入商用化应用阶段，对技术标准的取舍选择也成为移动运营商需要仔细考虑的问题。

    WCDMA和TD-SCDMA在技术上各有千秋，从目前的情况来看，不会出现哪种标准“一统江湖”的局面，而至于谁能在3G时代占据更大的市场份额，要害是看哪个技术标准更符合市场需求和竞争的需要。

    而需要注重的是，虽然cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA同属3G的主流技术标准，但是仍然可以将其分为两类：cdma2000、WCDMA并作一类，TD-SCDMA则和前两者分开讨论。之所以可以这样做，是因为在技术上cdma2000和WCDMA是UMTS的FDD标准，而TD-SCDMA则是UMTS一个的TDD标准。

    1.1、WCDMA

    WCDMA技术指标支持：高速数据传输(高速移动最高速率为384kb/s，而室内最高速率为2Mb/s)，异步BS技术，同时也支持可变速传输，WCDMA每帧帧长10ms，码片速率3.84Mb/s。

    WCDMA主要特点：

    （1）基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，组网方便、灵活；

    （2）调制方式：上行为BPSK，下行为QPSK；

    （3）解调方式：导频辅助的相干解调；

    （4）接入方式：DS-CDMA直序列扩频码码分多址方式；

    （5）三种编码方式：在话音信道采用卷积码(R=1/3，K=9)进行内部编码和Veterbi解码，在数据信道采用ReedSolomon编码，在控制信道采用卷积码(R=1/2，K=9)进行内部编码和Veterbi解码;适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源，同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比(对于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的业务)和多码并行传送(对于高于128kb/s的业务)的方式来实现；

    （6）上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰，提高了系统容量，同时也降低了传输的功率；核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性；BTS之间无需同步因BS可收发异步的PN码，即BS可跟踪对方发出的PN码，同时MS也可用额外的PN码进行捕捉与跟踪，因此可获得同步，来支持越区切换及宏分集，而在BTS之间无需进行同步；

    （7）支持软切换和更软切换，切换方式包括三种，即：扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。

    WCDMA的发起者主要是欧洲和日本标准化组织和厂商，WCDMA继续了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利，网络运营商可以通过在GSM网络上引入GPRS网络设备和新业务，培育数据业务消费群体，从EDGE逐步平稳过渡到3G。

    1.2、TD－SCDMA

    TD-SCDMA的主要技术特点为：

    （1）信号带宽为1.23MHz，码片速率为1.28Mchip/s；

    （2）采用智能天线技术，提高了频谱效率；

    （3）采用同步CDMA技术，降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度；

    （4）接收机和发射机采用软件无线电技术；

    （5）采用联合检测技术，并配合智能天线技术，降低多址干扰；

    （6）多时隙，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据业务的开展，采用接力切换，降低掉话率，提高切换的效率；

    （7）语音编码：AMR与GSM兼容；

    （8）核心网络CN基于GSM/GPRS/EDGE网络开展“R99-R4-R5-R6”的演进策略，并保持与它们的兼容性，基站间采用GPS或者网络同步方式，降低基站间干扰。

    1.3、TD－SCDMA和WCDMA系统的差异分析

    TD-SCDMA与WCDMA系统相比，具有以下的特点和优势：

    (1)频谱利用率高：TD-SCDMA将TDD时分双工、CDMA码分多址和TDMA时分复用相结合，在传输中易于针对不同类型的业务设置上、下行链路转换点，因而使总的频谱效率更高。

    (2)支持多种通信接口：TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、Iur、Uu多种接口要求，基站子系统既可作为2G和2.5G的GSM基站的扩容，又可作为3G网中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和未来长远的发展。

    (3)频谱灵活性强：TD-SCDMA第三代移动通信系统频谱灵活性强，仅需单一1.6M的频带就可提供速率达2M的3G数据业务需求，而且非常适合非对称业务的传输。

    (4)系统性能稳定：TD-SCDMA收发在同一频段上，上行链路和下行链路的无线环境一致性很好，更适合使用新兴的智能天线技术，利用了CDMA和TDMA结合的多址方式，更利于联合检测技术的采用，这些技术都能减少了干扰，提高系统的性能稳定性。

    (5)与传统系统兼容性好：TD-SCDMA支持现存的覆盖结构，信令协议可以后向兼容，网络不必引入新的呼叫模式，能够实现从现存的通信系统到下一代移动通信系统的平滑过渡。

    (6)系统设备成本低:TD-SCDMA上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新的要害技术，这也可达到降低成本的目的。在无线基站方面，TD-SCDMA的设备制造成本也比较低。

    (7)支持与传统系统间的切换功能:TD-SCDMA技术支持多载波直序列扩频系统，可以再利用现有的框架设备、小区规划、操作系统、账单系统等，在所有环境下支持对称或不对称的数据速率。

    当然，与WCDMA比起来，TD-SCDMA也有尚显稚嫩的地方。比如，在对CDMA技术的利用方面，TD-SCDMA因要与GSM的小区兼容，小区复用系数为3，降低了频谱利用率。又因为TD-SCDMA频带宽度窄，不能充分利用多径，降低了系统效率，实现软切换和软容量能力较困难。另外，TD-SCDMA系统要精确定时，小区间保持同步，对定时系统要求高。而WCDMA则不需要小区间同步，可同时适应室内外甚至地铁等不同无线传播环境的应用。另外，WCDMA对移动性的支持更加优质，适合宏蜂窝、蜂窝、微蜂窝组网，尤其是在从GSM网向3G的过渡过程中，WCDMA的优势更加明显。

    1.4、TD－SCDMA与WCDMA系统混合组网的需求分析

    国内运营商基于技术、经济、政治等多方面因素的考虑，对TD-SCDMA与WCDMA系统混合组网都有考虑，也就是捆绑产业化。

    2、混合组网原则

    在进行TD-SCDMA建网时，考虑到现有的WCDMA预规划，建议采用如下混合组网原则：

    在3G网络建设初期，TD-SCDMA网络无法进行独立组网形成全国性连续覆盖网络的前提下，建议使用WCDMA/TD-SCDMA双模终端，这样既可以充分借用WCDMA网络，避免覆盖盲区，同时又能保证用户可以很好的享受高端业务的服务；

    依靠WCDMA网络规划资源，结合其实际布网情况，利用TD-SCDMA网络做重点局部（密集城区、城区的室外和重点楼层的室内）地区覆盖，实现热点地区的业务需求；

    由于WCDMA语音业务和数据业务覆盖半径差别很大，不能保持良好的网络拓扑结构，影响网络性能。TD-SCDMA以补充实现高速数据业务的连续覆盖为规划目标，在大城市的商业区室外保证高速数据业务的连续覆盖；在大城市的办公楼、酒店等商业价值高的楼盘,室内实现高速数据业务的覆盖；

    网络规划要充分利用资源，在满足网络性能和网络结构的情况下，尽可能结合两种制式的优势，各尽所长，降低建设费用和加快建设速度；

    TD-SCDMA覆盖边缘选择应尽可能选在话务量较低的区域，边界处WCDMA信号要覆盖很好，同时TD-SCDMA覆盖边缘的信号避免出现深衰落；

    混合组网异系统的切换区域应设置在话务量较低的区域，不是所有地方都可以实现系统间切换，这样可以避免服务质量和系统性能的明显下降。

    3、TD－SCDMA与WCDMA混合组网互干扰分析

    3.1、互干扰分析

    图1  互干扰分析图

    如图1所示，在1920MHz频点四周，TD-SCDMA系统工作于上下行，WCDMA系统工作于上行。WCDMA下行频段和1920MHz频点有190MHz的频率间隔（3GPPTS25.141规范要求UTRA/FDD能够支持190MHz的收发间隔），TD-SCDMA对WCDMA下行的干扰和WCDMA下行对TD-SCDMA的干扰主要是杂散辐射，但由于有190MHz频率保护带，其干扰问题不是本文的研究内容。因此在1920MHz频点处，考虑TD-SCDMA系统和WCDMA系统共存时，干扰分为四大类：

    (1)TD-SCDMA上行干扰WCDMA上行（TD-SCDMAUE－WCDMABS）

    (2)TD-SCDMA下行干扰WCDMA上行（TD-SCDMABS－WCDMABS）

    (3)WCDMA上行干扰TD-SCDMA上行（WCDMAUE－TD-SCDMABS）

    (4)WCDMA上行干扰TD-SCDMA下行（WCDMAUE－TD-SCDMAUE）

    通过仿真得到以下结论：

    通过附加的频率保护间隔可部分消除TD-SCDMABS与WCDMABS间的干扰。

    可以通过提高WCDMAUEACLR要求或3.3MHz的频率保护间隔抑制WCDMA UE对TD-SCDMA BS的干扰。

    良好的工程规划可降低两系统共存的射频参数要求，但不能有效消除两系统间的干扰。两系统BS间距的增大导致WCDMAUE对TD-SCDMABS干扰的增大，BS间距的减小导致TD-SCDMABS对FDD BS干扰的增大。两系统BS间距位于（0，R/2）区间范围内能够较好的协调WCDMA UE干扰TD-SCDMA BS及TD-SCDMA BS干扰WCDMA BS的ACIR要求。

    3.2、互干扰解决方案

    在工程上，通过空间隔离、频带隔离和工程技术等方法，可一定程度地解决TD-SCDMA和WCDMA系统混合组网时互干扰的问题。

    4、混合组网

    4.1、组网方式

    组网方式一：考虑到TD-SCDMA话务吸收能力，混合组网时考虑在WCDMA网络下，以TD-SCDMA网络覆盖高速率业务的热点地区网络，即图2中的蓝色区域。

    图2  组网方式一

    组网方式二：空间上的分区组网：不同地区，利用WCDMA和TD-SCDMA系统分别组网，其中TD-SCDMA负责解决热点地区的覆盖，即图3中的蓝色区域。

    (1)宏蜂窝分区覆盖；

    (2)宏蜂窝和微蜂窝结合分区覆盖——主要将TD-SCDMA网络应用到室内覆盖中去；

    图3  组网方式二

    4.2、组网策略可行性分析

    (1)混合组网的技术原理分析

    在3GPP的协议标准中，TD-SCDMA与WCDMA的不同之处主要在于UTRAN部分，即无线接入网络部分，在核心网中无大的差别。因此，对应TD-SCDMA的RNC与WCDMA的RNC在高层协议处理过程上大部分是相同的，只有几个协议过程有区别。

    从技术层面上说，进行TD-SCDMA和WCDMA的混合组网是可行的。

    (2)混合组网的移动性治理策略分析

    网络选择和接入策略

    用户可以有多种网络选择方式，分别是优选WCDMA网络、优选TD-SCDMA网络和无优先级。我们建议对混合组网方式一，用户采用优选WCDMA网络的方式；对混合组网方式二，用户采用无优选方式。

    采用优选网络的方式，可以使用户在覆盖区域内始终驻留在原制式网络中，减轻不必要的切换给网络带来的额外负荷；当系统判定由于容量、覆盖或干扰等原因，原网络制式无法接入的情况下需要发起定向重试，通过系统间切换或小区重选等方式，将移动终端接入到另一种制式网络中，保持业务的正常接入。

    在网络运营的初期，网络容量充裕的情况下，完全可行；至于中后期，用户增长迅速，容量受限的情况下，运营商可以充分利用TD-SCDMA的优势，采取增加载频、多用户检测、智能天线、小区分裂等技术增加相应的容量。即使在容量一时无法增加时，也可利用接入定向重试、系统间负荷均衡或基于测量的系统间切换等技术将WCDMA系统可承担的业务切换到TD-SCDMA系统，以保证系统的服务质量和平稳运行。

    小区重选策略

    对于混合组网方式一，基于WCDMA的用户应该尽可能的驻留在WCDMA网络中，在WCDMA网络负荷正常的情况下，只要网络质量能满足最低业务速率接入的需要，即可以驻留。出于同样的考虑，在TD-SCDMA网络中WCDMA小区重选门限应该高于TD-SCDMA小区的重选门限，使驻留在TD-SCDMA网络中的用户减少异系统间切换。

    负荷分担策略

    当WCDMA网络负荷偏高时，网络应该有能力对小区选择门限进行调整，适当调高WCDMA小区的选择门限，使部分WCDMA用户选择到TD-SCDMA站点中以减轻WCDMA站点的负荷。该过程根据网络负荷自动执行并且可逆。同时在网络规划当中，要考虑RNC的负荷分担。

    切换策略

    当一个用户在WCDMA系统中进行了呼叫并移动到TD-SCDMA系统的边缘，此时其无线质量变差，对于混合组网方式一，假如用户驻留的WCDMA小区有同覆盖的TD-SCDMA小区，则不需要打开测量，通过盲切换实现WCDMA到TD-SCDMA的切换。而对于混合组网方式二，则通过打开压缩模式和系统间测量实现WCDMA到TD-SCDMA的切换。

    在进行系统间切换时还需要考虑切换业务特点：两种制式提供的CS域业务服务质量基本相同，由于CS域掉话用户感受明显，所以CS域业务对切换成功率要求较高；而PS域业务掉话用户感受不明显，且PS域业务掉话后会自动重新进行连接。因此在切换策略各有侧重点，CS域业务以尽可能保证切换成功率为主，PS域业务以尽可能保证用户的带宽为主，即用户从共同覆盖区向其中一种制式覆盖区移动时，CS域切换发生较早，PS域切换发生较晚。

    (3)混合组网的网络规划策略分析

    频点规划策略

    由于TD-SCDMA频率资源丰富，而WCDMA通常采用同频组网，因此，对于频点的规划要考虑：

    1）相邻TD-SCDMA小区之间采用异频组网；

    2）相邻TD-SCDMA和WCDMA小区之间增大频带隔离度。

    码资源规划

    TD-SCDMA与WCDMA混合组网的网络规划过程中不存在扰码规划的问题。

    呼吸效应解决策略

    对于混合组网方式一，WCDMA产生的呼吸效应应该由WCDMA系统自身来解决。

    对于混合组网方式二，在仅有WCDMA覆盖下的地区，产生的小区呼吸效应应由WCDMA自身规划时解决。由于TD-SCDMA系统呼吸效应不明显，因此在与TD-SCDMA网络相邻的WCDMA小区发生呼吸效应时，可考虑由TD-SCDMA系统分担一部分WCDMA小区边缘用户的接入要求，提高系统的整体容量。

    (4)混合组网对UE终端的要求

    进行TD-SCDMA和WCDMA两种网络的混合组网时，终端要求必须支持双模制式。

    5、结束语

    TD-SCDMA与WCDMA混合组网的网络规划方案，实际上是对设备商的RNC设备性能提出了新的要求，使其具备TD-SCDMA和WCDMA的RNC相融合的能力。考虑到混合组网过程中两种系统的NodeB可能共站址，设备商必须根据现有试验网的测试分析，采用抑制互干扰技术，使TD-SCDMA与WCDMA系统可以共站址。

    通过上述理论分析和仿真验证，充分说明了利用TD-SCDMA与WCDMA之间的继续性、采用统一软硬件平台、从技术上支持混合组网的可行性。但是，考虑到混合组网存在的诸多技术瓶颈问题，现阶段并不大力推行和建议使用混合组网的网络规划方案。

    参考文献

    【1】HenryL.Bertoni著，顾金星等译.《现代无线通信系统电波传播》[M].北京：电子工业出版社.

    【2】李建业著，杨大成等译.《CDMA系统设计与优化》[M].北京：电子工业出版社.

    【3】3GPPTS25.102v4.2.0(2001-09)，Technical Specification，3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Radio access Networks；UE Radion transmission and Reception(TDD)(Release 4)[S].

    【4】3GPPTS25.101v4.2.0(2001-09)，Technical Specification，3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Radio Access Networks；UE Radion transmission and Reception(TDD)(Release 4)[S]. ★

    作者简介：

    胡咏来：重庆信科设计有限公司，助理工程师，项目负责人，从事通信工程咨询和勘察设计工作。

    殷茜：重庆信科设计有限公司，主任工程师，高级项目负责人，从事通信工程咨询和勘察设计工作。

    邓华阳：重庆信科设计有限公司，助理工程师，项目负责人，从事通信工程咨询和勘察设计工作。