TD-SCDMA系统覆盖能力分析

与其他两个标准相比，TD-SCDMA在世界上还没有商用网经验可供借鉴。不过理论和实测表明，TD-SCDMA具备独立组网的技术条件。

    近一段时间以来，TD-SCDMA商用化产品开发的突破性进展不断见诸报端，系统设备已具备商用化能力，终端及芯片在产品稳定性、功耗、待机时间以及对多媒体业务的支撑能力等各个方面也有了质的发展。随着TD-SCDMA产业链各环节的完善和TD-SCDMA产业化专项测试的完成，TD-SCDMA商用化进程大大加快， TD-SCDMA系统的网络和业务应用也正成为各方关注的焦点。

    TD-SCDMA是由CATT于1998年代表中国向ITU提交的3G无    线传输方案；2000年5月，TD-SCDMA被ITU接纳为3G主流标准之一；2001年3月16日，3GPP将TD-SCDMA列为3G标准之一。不过，一些业内外人士对其独立组网条件特别是无线网覆盖能力不甚了解，有的没有与其他标准进行深入比较，就怀疑TD-SCDMA的覆盖能力差，并由此又认为TD-SCDMA不适合单独组网。 事实怎么样呢？

    网络覆盖能力是TD－SCDMA商用的基础

    TD-SCDMA是一个全新的移动通信系统，它采用TDD模式，并同时采用了同步CDMA、智能天线、软件无线电、接力切换和动态信道分配等一系列高新技术。相对于WCDMA和CDMA2000，TD-SCDMA具有不需要成对频带、频谱利用率高、灵活性强、非常适合于非对称数据业务、系统设备成本低等明显优点。

    对移动运营商来说，系统所能提供的服务质量是其最关心的问题之一，其中覆盖范围是体现服务质量的重要方面。网络覆盖作为衡量网络质量的重要指标，也成为TD－SCDMA能否商用化的焦点之一。根据以往移动运营商建网的经验，在移动网络建网的不同阶段，对无线接入网的覆盖范围、容量等指标有不同的要求。

    通常在建网初期，为了实现快速部署网络，扩大覆盖范围，需要提供广覆盖移动网络解决方案。随着移动通信的发展、用户的不断增加，为了提高系统容量，通过增加频点来满足不同时期和不同情况下的容量和业务需求，通过“异频加站”的方式来优化覆盖盲点。

    另外，中国地域广阔，地形复杂，覆盖需求也千差万别，TD-SCDMA要能够商用并能单独组网，除考虑市区以外，也要考虑对郊区和农村地区等边际覆盖。尤其在建网初期，运营商通常会要求建设一张具有广覆盖、低话务和收益投资比高的“薄网”，这就要求在建设边际网时，要用尽可能少的载频覆盖尽可能大的区域，优先满足覆盖需求，提高移动网络的收益投资比。

    按照3G标准来看，TD-SCDMA独立组网的关键是该技术的移动性和移动性之下的数据业务速率，系统能否独立组网，首先要验证其是否达到网络的容量要求，是否实现了对语音业务和数据业务的容量要求，是否比2G网络运营更有效、更经济；其次，在移动状态下，网络的切换干扰覆盖能否达到3G移动网络的要求。

    TD-SCDMA系统的覆盖半径主要取决于两方面的因素：一是与TD-SCDMA　TDD方式有关的上下行切换保护时隙的长度，二是系统的发射电平及接收灵敏度。

    从帧结构看TD-SCDMA的覆盖能力

    蜂窝无线网的覆盖能力的大小是通过系统链路预算得出的，它需要链路仿真和系统仿真互相初步确认，再通过实际建站和电测最终确认。即一般在网络规划中，首先确定覆盖、容量、质量三大目标，包括所要覆盖的区域、每个区域所支持的业务类型和业务量、每个区域内每种业务所要达到的覆盖概率等等。初始布局阶段，根据具体要求和覆盖区内的无线传播环境，进行各有关链路预算，以估计基站间距离，可以从覆盖受限方面估计基站站点的大致数目。

    TD-SCDMA系统独特的帧结构，采用智能天线和联合检测、接力切换等新技术，相比WCDMA系统的链路预算有较大区别，从这些关键点进行链路预算分析，才能把握TD-SCDMA的覆盖能力。

    从技术角度讲，TD-SCDMA标准充分考虑了独立组网的广域覆盖问题，从它的帧结构可以看到，LCR的子帧由7个业务时隙和3个特殊时隙组成，这3个特殊时隙是TDD HCR所不具备的，它们决定了HCR只能做小范围热点覆盖，而TD-SCDMA(LCR)却能做到十几公里，甚至几十公里的覆盖。

    3个特殊时隙分别是96个码片的下行导频时隙DwPTS，96个码片长的主保护间隔GP，及160个码片长的上行导频时隙UpPTS。其中，主保护间隔就形成了固定的下/上行切换点，由于它的存在，可以避免用户间由于上行同步要求的提前发送可能导致的干扰。由于终端下行接收有延时，不会对上行信号产生干扰，所以TD-SCDMA技术可以用做大范围覆盖；下行导频时隙是用于下行同步和初始小区搜索；上行导频时隙的作用主要是随机接入过程中终端与基站的初始同步。

    图 1 TD-SCDMA (LCR)帧结构
由于TD-SCDMA技术对上行同步的要求，基站侧信号的接收与发射必须同步，因此，终端的发射必须提前实施。如果终端接收到的下行信号有C的延迟，那么它发射的上行信号就要提前C，终端的接收与发射就有2C的延迟。当2C小于等于GP（75ms）时，DwPTS与UpPTS之间不会产生干扰，因此小区无干扰的覆盖半径可达11.25km。

    如果小区覆盖半径继续扩大，UpPTS会对DwPTS产生干扰，但不会对TS0产生干扰，此时，在此区域内的发起随机接入申请的用户会对它附近做初始小区搜索的用户产生干扰 ，但由于这种事件概率很小，且初始小区搜索每5ms即可重试，因此只是略微增大了UE初始小区的搜索时间, 对系统质量影响不大，这样，能够接受的2C达到了(96+96)chips, 小区覆盖半径可以从11.25km扩展到22.5km的距离。

    进一步地，如果用户需要，TD-SCDMA基站理论上的覆盖距离仍可进一步扩大，通过DCA来锁住第一个上行时隙，能够接受的2C达到了(96+864)chips, 这种情况下最大支持的小区半径达到了112.5km。

    综上所述，从帧结构上分析，TD-SCDMA的理论覆盖能力完全满足3G移动通信网络的部署要求。

    从链路预算看TD-SCDMA的覆盖能力

    采用TD-SCDMA系统独立组网实际能够达到的覆盖范围，和其他的3G系统一样，取决于链路预算。而链路预算的结果取决于信号的发射功率、接收机灵敏度、干扰及噪声强度、天线增益、处理增益等因素。以下分别给出了TD-SCDMA系统独立组网下AMR语音业务和广播的链路预算结果。通常，基站的覆盖范围主要由上下行链路的最大允许损耗和无线传播环境决定。在工程上一般通过上下行链路预算，来估算基站的覆盖范围，步骤如下：

    ● 计算出某种业务在一定的假设条件下的最大允许路径损耗（即链路预算）。

    ● 根据最大允许路径损耗计算出业务的小区覆盖面积。

    TD-SCDMA网络能同时满足对通信质量和业务量具有不同要求的各种业务，包括简单的话音业务和传输率达2Mbps的分组数据业务。TD-SCDMA的覆盖取决于负荷、干扰、QoS等，而这些因素又与应用有关。本文以最为常用也最为典型的12.2k AMR语音业务来分析TD-SCMDA的网络覆盖能力。

    经计算一般环境下AMR 12.2k语音的覆盖距离如表所示。

    实际测试结果

    TD－SCDMA在外场测试中共配置4个基站，地点是在北京海淀北三环附近，在此环境下，智能天线赋形功能打开，同频相邻小区模拟加载50%，AMR 12.2kbps语音业务覆盖半径约为2.3km;而在智能天线赋形功能打开异频相邻小区模拟加载50%，AMR 12.2kbps语音业务覆盖半径约为2.5km。

    9月14日，第三代移动通信技术试验办公室正式公布“TD-SCDMA研究开发和产业化项目”技术实验结果：TD-SCDMA已具备独立组网能力。

    为了推动中国自主知识产权3G标准TD-SCDMA的技术成熟和产业发展，信息产业部牵头组织了“TD-SCDMA研究开发和产业化项目”，并于2004年年底开始实施的“TD-SCDMA研究开发和产业化项目”技术试验，以完善和发展TD-SCDMA标准、验证TD-SCDMA研发和产业化中的关键技术问题，推动TD-SCDMA技术和产品成熟为目的，力求充分验证TD-SCDMA系统和终端设备的功能、性能、互操作、业务应用以及TD-SCDMA无线网络性能和组网能力。希望通过试验，带动国内、吸引国外设备制造商研发生产TD-SCDMA系统和终端，促进TD-SCDMA完备的产业链；形成多厂家供货的环境，实现TD-SCDMA产业的整体突破。

    经过半年多的试验，项目专家组得出以下测试结论：TD-SCDMA终端实现了大部分3G功能和业务；TD-SCDMA终端与系统之间实现了基本电信业务的互操作性以及不同品牌终端间的互通；在外场实际无线环境下，测试了语音和各种数据业务的容量和覆盖等网络性能，各种已测业务的单小区TD-SCDMA容量测试结果达到理论值；在外场实际无线环境下，还验证了智能天线、接力切换、硬切换、非对称隙等TD-SCDMA关键无线技术对网络性能的作用，可以支持各种移动环境的应用，初步验证了TD-SCDMA技术可以同频组网。

    综上所述，从以上理论分析结果和现场实测结果可以看到，采用TD-SCDMA系统组网，从覆盖能力上看，完全可以满足密集城区、城区、郊区和农村等各种地理场景下的覆盖要求，因此从覆盖的角度证明了TD-SCDMA独立组网的可行性。

    观点

    TD-SCDMA应实现产业化

    TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000共同构成3G三大国际标准，无论是混合组网还是单独组网，在技术上都具有可行性。拥有自主知识产权的TD-SCDMA能否在3G标准中占一席之地，能否和其他标准实现混合组网，主要还是取决于TD-SCDMA自身的产业化进程。 TD-SCDMA标准要想发扬光大，首先要在我国落地生根，实现产业化发展。

    TD-SCDMA之类的TDD技术本身具有广阔的上升空间，在TD-SCDMA的芯片方面，需要进一步加强研发专用芯片的力度，实现高技术含量与低成本；在终端方面，目前TD-SCDMA已经初步开发出商用终端，但是还需要不断推陈出新；在系统方面，TD-SCDMA在大规模组网方面需要就单独组网与混合组网进一步进行试验。

    目前，不论在系统还是终端方面，TD-SCDMA的产品成熟度都落后于WCDMA和cdma2000。专门为TD-SCDMA准备的主要专项测试于今年6底结束，这是TD-SCDMA标准逼近商用的最后一道技术关卡，参加测试的9家系统厂商中，其中5家已经完成了产品开发，分别是大唐、中兴、普天、鼎桥以及上海贝尔阿尔卡特，这5家厂商的系统设备基本已经可以进行规模实验；而芯片中，最重要的是基带芯片，目前参与测试的5家芯片厂商中，已经有4家基本完成产品开发，分别是T3G、展讯、凯明和美国模拟器件公司（ADI）。14家参与测试的终端厂商中，其中技术水平相对靠前的有大唐、三星、海信、波导等。令人欣喜的是，大唐移动等多家厂商最近表示整个TD-SCDMA系统已经具备商用条件：基站现在已经达到商用，芯片预计今年3季度可以提供商用，终端预计年底提供商用，而明年初基本可以批量下线。