2006-09-30 12:01:15 来源： 泰尔网
摘要 TD-SCDMA是我国自主研发的第三代移动通信标准，与cdma2000和WCDMA等其他制式相比有许多优点和特点，这些优点和特点使得TD-CDMA在网络规划方面有着宽广的理论研究和实际应用前景。本文对FDD和TDD两种网络的规划方法的异同点进行了比较，重点讨论了TD-SCDMA网络规划的难点与关键技术，同时也对TD-SCDMA网络规划工具的开发进行了论述。
TD-SCDMA于1998年提出技术提案后，便在国际上引起强烈反响，并在2000年5月伊斯坦布尔WARC会议上正式通过，与WCDMA、cdma2000并列为国际公认的第三代移动通信系统3大主流标准。经过几年的发展，TD-SCDMA在产业化方面取得了令人鼓舞的重大进展，从芯片、终端到网络设备等各方面均达到了商用化的要求。虽然与WCDMA和cdma2000相比，TD-SCDMA在技术成熟度和产业链规模上要落后一些，但是，TD-SCDMA得到了中国政府各部门的大力支持。除了安排研究经费外，2002年中国无线电管理部门还为TD-SCDMA规划了一个155MHz的可用频段。随着外场测试的完成，TD-SCDMA即将进入网络规划阶段，网络建设的各个环节已经成为马上必须考虑的问题。
1、网络规划的主要内容
移动通信是一项高投入的产业，一旦选择了某种移动电话技术，就必须投入巨大的成本。我国3G商用化的初期，各大移动业务运营商选择哪个标准主要受技术驱动，甚至是政府驱动。但是，最后运营的成功与否，还是由市场决定。为了在竞争中求生存，移动业务的运营商必须拥有一定规模的用户群，并尽量提高用户的满意度和ARPU值，得到最好的投入产出比。要解决这些问题，就要做好网络建设前的整体规划和网络建设后的优化工作。网络规划是无线网络建设运营之前的关键步骤，主要从“覆盖、容量、服务质量(QoS)”三个网络指标对网络进行宏观设置。
一个移动通信网络的规划由网络规模预测、传输系统规划设计、核心网络规划设计、电源配套规划设计、无线系统规划设计几大部分组成。其中无线网络规划是移动通信系统规划中最为关键的部分，其设计成败关系着整个移动通信网络建设的成败。本文讨论的网络规划主要是指无线网络规划。无线网络规划的目标并不是单纯使覆盖或者容量最大化，而是追求覆盖、容量、服务质量、设备利用率和经济性之间的平衡。但是，无线网络规划并不是万能的。网络规划只是对移动网络的宏观设置，可以使网络建设者对网络的建设情况有一个大体的把握。无线环境是随机的、动态的，有了这样一个设计结果，还不足以保证一定能建设成一个品质优良的网络，还需要在网络的使用过程中不断进行优化。即使是最理想的网络规划方案也不能取代优化，网络的建设需求和性能指标最终需要通过不断的优化才能达到。实际上，网络规划也可以称为预优化，其设计质量极大地制约着后期优化的难度、最终性能和投资。
网络规划大致分为前期准备、预规划和详细规划阶段，内容大致包括传播模型校正、业务流量预测、站址规划、天馈系统规划、仿真分析等，如图1所示。
图1
传统的无线网络规划的第一步是进行传播模型校正。因为无线网络规划的设计方案，需要通过规划软件来进行模拟预测，以提高规划设计的合理性和精确度。而仿真分析的准确性很大程度上依赖于所使用的传播模型是否能准确地反映当地的无线传播环境。由于无线电波的传播非常复杂，找不到一个可以全世界通用的传播模型。因此在进行网络规划时，必须首先在当地进行传播模型校正。传播模型校正时采用的测试数据多通过CW(连续波)测试来获取，信号源为未调制连续波信号。这种获取数据的方法需要专门的收、发设备，自行架设模拟发射机，测试工作量非常大，一般只能对有限个站点进行测试。而实际上，无线电波传播的差异性很大，在规划软件中通常要为每个小区单独设置传播模型。根据地形(高山、丘陵、平原等)、建筑物数量、植被特征等因素的不同，可以分为多个传播类型区域。而为了使预测更为准确，还要根据建筑物密度、区域内各种地形的比例和远近等对传播区域类型进一步细化分类。这样，一个地区或城市按电波传播环境可以划分成多达几十个区域。要通过CW测试在这么多的区域内采集足够的数据，工作量非常大，将严重影响工程进度，可行性不高。在2G网络已经成熟的前提下，测试数据可以通过测试已开通基站连续发射的具有固定功率值的公共信道(如cdma2000
1x的导频信道)的功率来获取。这种方法无需自行架设发射机，工作量要小得多。
无线网络规划的另一个重要方面是业务预测。以往的业务预测主要是收集现有资料，了解各地区的人口组成和分布、各运营商的用户数量，运用统计学原理对业务量的增长趋势和分布进行预测。然而，仅仅对业务的宏观预测是不够的，为了准确地进行仿真，还需要对微观的业务模型和用户行为进行准确预测，这在TD-SCDMA中尤为重要。3G的一个特点是数据业务的接入能力得到大大增强，能以更低的成本满足种类更为丰富的业务。传统的以电路型语音业务为主的网络，将逐渐被以分组型数据业务为主的网络所取代。在分组网络里，最重要的是对业务微观模型的预测。
网络规划的核心环节是进行仿真分析。但是仿真工具只能给出全网在统计意义上认为是准确的结果，不能保证地理上每一个具体位置的结果的绝对准确。进行仿真的目的，不应该是得到网络建成后各地理位置的具体的覆盖质量，而是网络的总体服务指标。
未来的移动通信网络以其自身技术和业务的特点，给传统的无线网络规划带来了新的挑战，总的来说，可以从以下几个方面概括：
●数据业务接入能力增强。未来的移动通信网络是为多媒体通信而设计的，通过系统提供的高质量图像和视频，使人与人之间的通信能力进一步增强。目前TD-SCDMA所支持的最高传输速率为384kbit/s，3GPP在Re15引入了HSDPA技术，单载波的峰值速率可以达到2.8Mbit/s。这样高的传输速率使业务的接入能力大大增强了，支持类型更为广泛的业务，包括各种视频和音频业务。为了满足不同业务的QoS要求，传统的电路交换方式逐渐被分组交换方式取代。这对业务模型的规划带来了挑战，对业务模型估计的准确度将影响网络的性能。
●协议结构更复杂。传统的移动网络主要为实时的语音业务而设计，网络的承载能力较差，协议相对比较简单。未来的移动网络的数据承载能力大大提高，调制技术也更加复杂，必须适应各种业务不同的传输速率、时延、误码率等要求，协议栈设计更为复杂，信道类型更丰富，配置更灵活。
●更灵活的无线资源管理算法。针对分组数据业务的特点，借助于不同的承载信道，接纳控制、负载控制、切换控制、分组调度等无线资源管理算法更加灵活，能适应各种业务的不同QoS要求。
●新的无线传输技术不断涌现，大大提高了频谱效率。无线传输技术发展很快，几乎每年都会有新的技术提出。无线通信技术的研究目的是提高频谱效率，在有限的带宽内提供更大的容量、更高的速率、更好的通信质量和更大的覆盖范围。目前属于研究热点的技术主要有：智能天线、多入多出(MIMO)系统、正交频分复用(OFDM)、混合自动重传请求(HARQ)、软件无线电等。
●网络规划的自由度更大。未来移动通信系统的标准通常只是制定各模块和各网元之间的接口，对模块内部的算法实现并未做统一规定。许多无线资源管理算法通常由设备商自行实现。未来移动通信系统的协议留给网络规划很大的自由度，实际网络的频谱效率很大程度上取决于规划质量的好坏。
2、FDD和TDD网络规划的比较
3G系统在空中接口方面都采用了码分多址的方式，所有用户共享同一频率，容量较2G有了很大提高。但不同的3G系统之间，又有着各自不同的技术特点。与其他两种3G系统相比，TD-SCDMA最根本的区别是双工模式的不同。WCDMA和cdma2000都工作在FDD模式下，需要分配上下行对称的频谱；TD-SCDMA工作在TDD模式下，在同一载波上进行上下行链路传输，资源分配上更灵活。由于技术上的差异性，FDD和TDD在网络规划方面也存在着一些异同点。
FDD和TDD网络规划的相似之处包括以下几个方面：
以传播模型为基础。在进行无线网络规划设计时，必须借助计算机软件进行仿真预测。计算机仿真的方法对传播模型的准确性要求很高，预测的精度和准确性受传播模型使用的限制。一般来说，对某个地区进行网络规划时，必须首先进行传播模型校正，使传播模型能准确反映当地的传播环境。为保证传播模型的正确性，进行校正时，要按各种地物比例、建筑物密度等情况将当地细分为多个不同的子区域来测试。传统的测试方法是用CW测试来进行的，这种方法工作量大，只能对少数区域进行测试。当测试区域的划分数目较多时，庞大的工作量往往使CW测试的可行性不高。在已有2G网络基站的情况下，可以利用现网站址进行测试，测试后的结果再用路径损耗与频率差的关系来校正。校正完传播模型并不意味着所有问题都解决了，为每个小区分配合理的传播模型也是保证仿真准确性的重要步骤。每个小区的无线环境是不同的，必须为不同环境的小区分配正确的传播模型。实际上，由于无线电波的传播是随机的，即使是一个经过完美校正的传播模型，也不可能达到点对点预测的绝对无偏差。如果将传播模型的预测值与某一次实际测试结果进行比较，在一定的地理区域内，如果误差的均值接近0，标准差在8dB以下，那么这个传播模型在工程上就可以认为是正确的。
建立准确的业务模型。网络规划的最终目的是使最终建成的网络能够满足用户的业务需求。无论是FDD系统还是TDD系统，传输速率都较以往得到大大提升，业务种类繁多。从一定程度上可以说，对业务的支持程度，是网络运营成败的关键。网络性能的不确定性是由所承载的多种业务的不确定性造成的。在网络规划阶段，只有建立准确的业务统计概率模型，才能保证规划设计方案的仿真结果的正确性，把握网络性能的变化情况。
网络规划工具贯穿整个规划过程的始终。随着技术复杂性的增加，规划的难度增大。3G系统提供多样性的业务，码分多址的空中接口又使系统的覆盖、容量和质量相互关联，许多因素的变化都会直接影响网络规划的结果。传统的以经验为主的规划方法已不能完全适用于新系统，从需求阶段到详细设计阶段，直至以后的优化阶段，都需要借助网络规划工具进行辅助设计。规划设计结果对网络规划工具的依赖性很强。
与其他两种系统相比，TD-SCDMA网络规划的差异之处在于：
链路预算的差异。与TD-SCDMA相比，WCDMA的码速率更高，在扩频和软切换上能得到更大的增益。而TD-SCDMA的带宽更窄，噪声较低，并且在智能天线赋形和干扰余量等方面能得到更大的增益。
业务覆盖半径不同。WCDMA和cdma2000的各种覆盖半径差异比较明显，越高的速率覆盖半径越小，在多种业务混合规划的时候，要使高速业务无缝覆盖，低速业务将受到较大的干扰。而从链路预算的结果来看，TD-SCDMA的各种业务覆盖半径差异不大，多业务的规划更易于操作。
系统内干扰不同。在FDD模式下，所有用户在同一时刻发射，容量主要受限于系统内部的干扰，是典型的自干扰系统。在TDD模式下，通过空分(智能天线的波束赋形)和时分(在不同的时隙分配信道)的方式，可以使系统的自干扰非常轻，系统容量主要受限于码字。
小区呼吸现象。小区呼吸是FDD网络的典型现象，当用户数增加时，干扰加大，小区半径收缩，小区边缘的用户有可能处于覆盖盲区或弱区。这种现象使规划变得非常困难，难以有效解决轻负载时的干扰和重负载时的小区边缘无信号的矛盾。在TDD模式下，新增的用户通过智能天线赋形和发射时隙的分隔，减轻对已激活用户的干扰，小区呼吸作用不明显。
切换区规划。不中断业务的软切换给FDD系统带来了软切换增益，但软切换区域需要仔细规划，过大的软切换浪费系统资源，过小的软切换容易使小区边缘的用户掉话。FDD系统的软切换区域随系统负荷而变化，规划时难以准确地确定软切换区域。TD-SCDMA的小区覆盖范围比较稳定，接力切换区域不易受系统负荷影响，一旦确定了切换区域不容易产生变化。
无线资源管理。与FDD相比，时分、空分、码分方式使TD-SCDMA的无线资源模型发生了变化，无线资源管理更灵活、更复杂，传统的无线资源管理算法并不完全适用于TD-SCDMA网络。
频谱规划。FDD网络需要上下行对称的频谱，规划时必须找到符合要求的对称频段，而TDD网络只需要一个载波，可以在任何空闲频带上部署，频谱设置更简单、灵活。
3、TD-SCDMA网络规划的难点与关键技术
TD-SCDMA网络的技术特征决定了它的网络规划的特点，与其他两种3G系统相比，在某些方面，它使网络规划变得更容易了。由于TD-SCDMA的干扰不易受用户数影响，小区的覆盖半径、切换区规划相对FDD网络要变得容易许多。同时，TD-SCDMA主要是一个码字受限的网络，这也使得容量规划简单了。另外，根据理论分析，TD-SCDMA网络对于各种业务的覆盖半径差别不大，这使得多业务规划要更容易操作。但是，从另一些方面来看，TD-SCDMA的网络规划的难度仍然很大，表现为以下几个方面：
●与FDD网络不同，目前世界上没有真正得到公认的TDD网络规划的成熟技术和工具，这给网络规划带来了不小的难度。工具的缺乏将导致规划设计方案得不到验证，对一些TDD特有的规划要求不能很好地把握。
●TDD方式成为国际标准的时间不长，因此把它从基本的技术原理上升为可以支持实际应用的实用技术需要时间。一个技术成熟的网络转变为一个实际运营成功的网络是需要很长一段实践期的。WCDMA和cdma2000在系统层方面，与2G的IS95有很多的相似之处，可以借鉴IS95的规划经验，因此，在规划设计上要容易许多。
●天线规划难度加大。在网络规划中，天线的性能和作用要在系统级反映，天线的算法和参数是在物理层验证和调整的，而目前采用的性能评估技术是物理层和系统级分离的，这对智能天线性能的评估带来了不小的难度。
●扰码规划难度加大。WCDMA的扰码和cdma2000的导频码的序列长度比较大，即使由于传播时延产生了位移，其相关性能仍然可以保持得很好。而TD-SCDMA的扰码长度只有16chip，码序列比较短，当产生位移后，容易产生相关性能的恶化。因此，在扰码规划上，TD-SCDMA更容易出现问题。
●TD-SCDMA的一些具体技术在标准中并未明确规定，这也给网络规划增加了难度。例如，在设计时如何考虑不同的资源调度算法带来的增益等。
要对TD-SCDMA无线网络进行良好的规划，应把握好以下几个关键技术：
●资源调度技术。资源调度算法是标准和技术规范中没有具体规定的内容，TD-SCDMA的无线资源模型发生了变化，无线信道可以时分、空分、码分、频分，资源调度算法更加灵活，也更复杂。具体的资源调度算法通常由网络设备商来实现，在规划时需要对各种算法进行正确的评估。
●上下行时隙分配。TD-SCDMA无线网络的一个重要特点是支持上下行不对称业务，通过调整具体的时隙分配，实现上下行不同的业务流量。但在时隙分配时，不能仅仅从业务流量的角度出发，还要考虑小区之间的干扰。仅仅为了满足各小区的上下行业务流量比例而进行的时隙规划，有时会增加小区之间的干扰；而仅从干扰的角度出发统一全网的时隙分配，有时会牺牲容量。具体分配要从多方面综合考虑，看主要矛盾是什么。
●干扰估计。由于智能天线的空分作用和TDD模式的时分作用，很多情况下，理论上系统的干扰接近0，干扰不是TDD网络的主要矛盾。但是，随着用户数的增加，空分方式有时并不能完全隔离掉干扰。同时，由于传播时延和上下行时隙分配问题，可能相邻小区之间会产生比较大的干扰。有时，在某些特殊情况下，干扰也许会成为TDD网络的主要矛盾之一。
●站址规划。网络建设初期，在资金相对较少的情况下，规划的基站数目比较少。随着用户数的增加，扩容是不可避免的。在规划初期，应利用TD-SCDMA覆盖半径比较稳定的特点，充分考虑扩容加站的位置，来设计初期的站址和站型，使总的投资最少。在扩容的时候，由于我国分配给TD-SCDMA的频率资源比较丰富，可以采用异频加站的方式扩容，减小对原有网络的干扰。
●业务模型。人们对数据业务的需求日益增长，提供丰富的数据业务应用是运营商吸引用户的重要因素，TD-SCDMA网络在支持数据业务方面，比其他两种3G系统更灵活。在传统的网络规划中，对业务模型的准确性不太重视。在3G的网络规划中，应尽可能保证业务模型预测的准确性。对于实时性要求不高的业务，规划的重点是提高网络和单个用户的吞吐量；对于实时性要求高的业务，规划的重点是缩短信道重分配的时间。
4、TD-SCDMA网络规划工具的需求
目前，在规划工具市场上，还没有出现公认的比较成熟的TD-SCDMA规划工具。而对于TD-SCDMA这样一个技术性很强的通信系统，没有一个好的计算机软件来辅助设计是无法做好的。与WCDMA和cdma2000相比，TD-SCDMA的规划软件工具的开发要更困难。
首先，规划工具必须贯穿整个规划设计过程的始终。在前期准备阶段，规划工具提供传播模型校正、业务预测等功能；在预规划阶段，提供链路预算和容量估算等功能；在详细规划阶段，提供仿真分析等功能。特别地，TD-SCDMA规划工具还要提供上下行时隙规划和扰码规划等功能。
其次，规划工具必须适应大计算量的要求。在现实的网络中，基站和用户的数目是非常大的，这使得仿真分析的计算量很大，同时，输出高精度分析图的需求也使得规划软件必须面对海量计算的要求。另外，TD-SCDMA的智能天线赋形和分时隙规划的要求，也给规划软件的计算量带来了非常大的负担。庞大的计算量对TD-SCDMA规划工具的开发是一个巨大的挑战。
天线模型的建立也是TD-SCDMA规划工具的一个难点。传统的天线，只需给出水平增益和垂直增益，即可近似算出空间任意一点的增益。所以天线模型比较简单，不同厂家的天线只要给出水平增益图和垂直增益图即可为其建立天线模型。而智能天线是一种自适应的天线，其空间的增益与用户的具体位置、天线的自适应调整算法等有关，是一个动态模型。不同厂家的实现方法可能会不一样。规划软件应该建立一个智能天线的备品库和算法库，当一种新的智能天线推出时，必须将其相关信息录入到规划软件中。
关于业务模型，根据QoS要求和数据流特征，目前标准建议分为四类：会话类、浏览类、流类、后台类。TD-SCDMA的一个优势在于对数据业务的支持非常灵活。随着应用的深入，新兴的业务会不断涌现。规划工具除了能支持目前划分的四类业务模型外，还应具有以下特点：良好的扩展性，使用户在无需修改代码的基础上简单、快捷地加入新的业务模型；灵活的配置性，提供方便地修改和定制新的业务模型的途径；准确地反映具体业务的特征，要求对每个具体业务都能够定义出与其实际情况相符的QoS和GoS需求及具体业务特征。
对规划软件工具的一个新要求是具有开放式的软件结构。如前所述，对于TD-SCDMA移动通信系统，一些技术和算法在标准中并未规定，具体的实现多由网络设备商和运营商来决定。不同的技术实现方法直接影响最后的规划结果。规划软件应该具有开放式的软件结构，使用户可以自己定制一些诸如无线资源管理等方面的算法模块。
对规划软件工具的另外一个重要要求是要有友好的操作界面。规划软件的使用贯穿整个规划过程，使用者众多，水平不等，友好的操作界面是规划软件得以推广的重要条件。目前，开发规划软件的厂家比较多，不同的规划软件使用方法不一样。规划是一个复杂的过程，规划软件的操作流程通常也比较复杂，没有友好的操作界面和操作规范，很容易导致软件操作不当，从而产生不正确的规划结果。
5、结束语
本文论述了TD-SCDMA无线网络规划的特点、难点和关键技术。TD-SCDMA网络的技术特征决定了它的网络规划的特点。与其他两种3G系统的网络规划相比，在某些方面(如覆盖半径、切换区规划等)，TD-SCDMA无线网络规划的难度降低了，而在另一些方面(如天线、规划工具等)，却又使规划难度增加了。作为一种新兴的移动通信系统，其网络规划技术还有待在实践中逐步积累和验证。
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