TD-SCDMA广覆盖思路探讨

摘要　TD-SCDMA独立组网是关乎我国自主产权移动通信标准商用的重大事情，而广覆盖则是TD-SCDMA系统发展过程中必须考虑的一个重要环节。文章从TD-SCDMA实现广覆盖的技术能力、广覆盖规划以及广覆盖优化3个角度阐述了TD-SCDMA广覆盖的一些思路，为今后TD-SCDMA运营商在网络建设方面提供了很好的指导。

1、前言

　　随着对移动通信业务的日益依赖，人们期望在不久的将来能够实现无论何时何地都可以快捷、方便地与任何人通信。运营商也在从城市向农村，甚至向边远地区不断地拓展其业务范围。在过去，当无线业务主要集中在人口稠密区时，人们主要关心的是市区传播模型、郊区传播模型和开阔地传播模型，而对广覆盖，如海面、草原、戈壁以及沙漠等特殊的无线传播环境研究较少。随着经济的发展。沿海渔业、草原旅游业、沙漠绿化等产业也迅速发展，对移动通信的需求量日渐增加，这些用户日后必将成为运营商争夺的重点。

　　TD-SCDMA系统作为3大3G标准之一，相对于2G系统，能够更好地适应未来移动通信的发展，尤其是数据通信的需要。TD-SCDMA系统除了在容量上比2G系统有较大提升外，在覆盖能力方面也不逊于2G系统。本文针对海面、草原等广域覆盖场景，给出一些针对性的思路。

2、技术能力

　　TD-SCDMA为时分系统，可以从其帧结构来考虑实现不同距离的覆盖。TD-SCDMA的无线帧结构[1]如图1所示。

 

图1　TD-SCDMA无线帧结构

　　由于无线信号的空间传播延迟，TD-SCDMA终端侧在接收下行导频信号时帧头相对于NodeB的帧头会有一定的滞后，而终端在发送上行导频信号时为补偿空间传播延迟需要提前发送，为避免时隙干扰，TD-SCDMA终端只能通过压缩保护时隙（GP）来准确收发信号，如图2所示。

 

图2　TD-SCDMA中GP时隙的压缩

　　此时，TD-SCDMA的最大双向时延为GP时隙的长度（96 chip），而无线信号在空间的传播速度接近光速。因此一般理解的TD-SCDMA最大覆盖半径为（其中C为光速）：

　　

　　增加TD-SCDMA的覆盖半径可以采取以下方式：

　　方式一，压缩UpPTS中的GP时隙，不会对TS1造成任何影响，但可增加32 chip的双向时延，如图3所示。

 

图3　压缩UpPTS中的GP时隙

　　此时，TD-SCDMA的覆盖半径增加为

　　

　　这种增加无须改动NodeB、UE和空口协议，目前可以提供。

　　方式二，闭塞整个TS1时隙，NodeB对SYNC_UL的搜索范围可以进一步扩大到TS1时隙中，如图4所示。

 

图4　闭塞整个TS1时隙

　　此时，TD-SCDMA的覆盖半径增加为

　　

　　此时，SYNC-UL最晚到达点，必须在UpPTS起始后128 chip。所以这种覆盖里程的增加需要NodeB的实现支持，而UE、空口协议保持不动，只影响TS1时隙。

　　方式三，闭塞整个TS1时隙，并修改UE的UpPTS提前发射时间至GP时隙前的32 chip，即DwPTS的GP时隙，此时，TS-SCDMA的覆盖半径增加为

　　

　　此时，牺牲了整个TS1时隙，并且UpPTS的发射时间需要提前。所以，这种覆盖里程的增加需要修改UE，且由于压缩了DwPTS，缩小了GP时隙，UE对DwPTS会形成一定的干扰。

　　方式四，闭塞整个TS1时隙，把UpPTS扩大至TS1，并预留32 chip的下行时隙间隔，如图5所示。此时TD-SCDMA的覆盖半径增加为

　　

 

图5　闭塞整个TS1时隙并把UpPTS扩大至TS1

　　其中128 chip是SYNC-UL需要占用的，需要保留。这种覆盖范围的增加需要修改Uu空中接口中的UpPTS字段。

　　值得注意的是，增加TD-SCDMA基站的覆盖范围如果涉及到NodeB、UE和空口协议的更改，将会是以牺牲系统容量为代价的，在目前TD-SCDMA设备研发中尚未完全实现。在实现远距离覆盖时，可以根据具体情况选用合适的站型。

3、TD-SCDMA广覆盖规划

　　3.1　传播模型

　　无线电波在海平面、沙漠等环境传播时，传播路径主要是通过空气传播的直达波和经过海面或地面的反射波。由于传播损耗很小，信号可以传播到很远的地方。此时，地球不能再看作平面，而应把它看作球面，即地球曲率对信号的传播产生影响。另外，处于传播路径上的岛屿、沙丘等也会对信号传播产生阴影效应。在链路预算时，可采用农村开阔地模型,并在此基础上减小约3 dB进行计算。

　　3.2　无线视距

　　根据参考文献[2]，在超高频和甚高频频段无线电波的地对地传播模型中，地球影响的大小是依赖于路径的长短。在视距路径上，地球的主要影响在于引起反射波，从而在接收机内部对直射电波产生消极或积极的干扰。对于超视距的路径，由于电波的衍射及散射的存在，信号传播可能会超过视距。

　　在视距的情况下，随着距离的增加，信号强度的衰减比在非视距的情况下慢。而根据TD-SCDMA基站灵敏度、站侧的天线增益、天馈线损耗、人体损耗、正态衰落余量就可以得到最大允许的空间损耗。如果传播信号在视距范围内的损耗小于最大允许的空间损耗，那么信号将进入非视距范围继续传播，但站点的覆盖半径主要取决于视距范围大小。

　　无线视距与发射台高度和移动台高度的关系式如下：

　　

　　其中，Hb为天线挂高（m），Hm为移动台高度（m），d为站点覆盖半径（km）。

　　由于非视距范围一般都在数公里以内，对于海面、平原等超远覆盖来讲，该站点的覆盖半径基本上等于该站址的视距。

　　3.3　站址规划

　　在海平面、沙漠、沙漠等区域进行站址规划时，关键在于根据目标覆盖区来选择合适高度的站点。相关的实际测试结果表明：

　　●对要求覆盖半径在30 km左右，通常选择在比较平坦的地方建塔，塔高一般在50 m左右。

　　●对要求覆盖半径在45-70 km，通常选择比较高的山丘、沿海边山顶的地方建塔，塔高在100-200 m。

　　●对覆盖半径在70 km的范围，通常塔高选择在200 m以上。

　　3.4　天线选择

　　广覆盖设备一般采取宏蜂窝基站的方式，配备扇区化的智能天线。由于需要尽可能地增大覆盖范围，在天线的增益方面一般选择高增益的天线。海面及沙漠覆盖一般要求天线具有比较宽的水平波瓣宽度，而对天线的垂直波瓣宽度则要求较窄，这样能保证良好的水平覆盖面，并提供足够的增益满足远覆盖距离的要求。在进行海面和沙漠覆盖时，由于要考虑地球球面曲率的影响，所以一般天线架设会超过100 m，在近端容易形成盲区，因此建议选择具有零点填充的天线，可以改善覆盖，提高服务质量。

4、TD-SCDMA广覆盖优化

　　TD-SCDMA广覆盖的优化工作[3]比一般网络的优化工作更具挑战性，相关信息的获取也更加困难，但大体上还是可以从开通后的RF优化和日常维护优化两方面来考虑。

　　4.1　RF优化

　　开通后的RF优化可以从市场推广方面收集渔民、牧民等作业主要活动范围，对每个地市相关管理部门进行专访，掌握第一手资料，列出相关重要作业区域。根据基站信息对这些区域进行理论计算，从而判断是否处于覆盖范围之内，之后制定出相应的改善方案。

　　要改善重要作业区域的覆盖，可以从调整天线方位角、下倾角、增加智能天线挂高、更换大增益的天线、优化后台参数等方面来考虑。

　　4.2　日常维护优化

　　开通后的RF优化侧重于覆盖方面的优化，而日常维护优化涉及的内容则比较广，包括基站设备故障的处理，传输和供电等问题的解决，基站的资源利用情况及性能指标的统计分析等。

　　随着广覆盖网络用户的不断增加以及作业时间和范围的不断改变，某些基站有可能出现信道、功率等资源不足的情况，这都需要在日常维护优化的过程中进行观察、跟踪和统计，以便及时地进行调整和扩容。

　　需要注意的是，对于广覆盖基站的使用，应该保证TD-SCDMA系统上行接收的灵敏度。确保上行覆盖和上下行链路平衡。

5、结束语

　　TD-SCDMA广覆盖是一项艰巨的工作，尤其作为我国提出的一个第三代移动通信标准，如果今后需要独立组网，且获得运营商的青睐，则海洋渔民、草原牧民以及戈壁沙漠覆盖工程都是很重要的，其潜在市场前景也十分广阔。目前，TD-SCDMA正处于着由信息产业部主导的规模网络技术应用试验测试中，在这基础上尽早地提出适应于TD-SCDMA广覆盖的应用策略，无疑能够加快TD-SCDMA标准的商用进程，为TD-SCDMA产业化贡献一份力量。

　　参考文献

　　1　李世鹤.TD-SCDMA第一代移动通信标准.北京：人民邮电出版社，2003

　　2　Jhong Sam Lee，Leonard E Miller.CDMA系统工程手册.北京：人民邮电出版社.2001

　　3　彭木根，王文博等.TD-SCDMA移动通信系统.北京：机械工业出版社.2005