TD-SCDMA室内覆盖解决方案.docx

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1、TD-SCDMA室内覆盖解决方案2007年8月16日 16:52 电信技术作者：鼎桥通信技术有限公司 李磊 宋晓勤 1 引言 蜂窝通信的迅速发展使得室内的业务需求量迅速上升，特别是许多大城市高楼密集，建筑物内的移动用户相对较多的地方，业务量需求更大，单靠室外宏蜂窝基站已经不能满足TD-SCDMA系统对网络覆盖、容量和业务质量的要求。 （1）覆盖效果。一方面，TD-SCDMA网络工作在2GHz频段，与工作在900MHz的GSM网络相比，其穿透能力和绕射能力相对较差；另一方面，现代建筑大量采用混凝土和金属材料，对无线电信号造成了屏蔽和衰减，容易产生信号的弱区或盲区，如在建筑物电梯间、地下停车场和地

2、铁等。 （2）容量要求。由于大量数据业务发生在用户相对静止或慢速移动的情况下，因此室内环境对容量的要求较高。不同类型的室内场所对TD-SCDMA业务量的要求也不相同，例如，在大型商场、超市、会议中心等建筑物内，由于用户密度大，会出现局部网络拥塞现象。 （3）业务质量。由于同频干扰、CDMA系统的自干扰、导频污染、边缘场强过低等因素，容易引起接收信号不稳定以及频繁切换的乒乓效应等，使得业务质量下降。 为了解决上述问题，有必要对TD-SCDMA系统制定合理的室内覆盖解决方案，以扫除盲区，提高业务接入能力，改善业务质量，从而提高TD-SCDMA网络的整体服务水平。以下重点讨论采用鼎桥通信技术有限公司

3、的TBBP510+RRU作为信号源的室内覆盖解决方案，主要涉及对室内覆盖进行设计的一些基本原则和分析方法。 2 室内覆盖的拓扑结构 单通道TD-SCDMA室内覆盖的核心思想是将基站（NodeB）的基带处理部分和射频部分相分离，基带处理单元（BaseBandProcessing Unit，BBU）集中放置在室内，通过光纤与分布在建筑物内或附近的远端射频单元（Remote Radio Unit，RRU）相连，再通过IDS（Indoor Distributed System， 室内分布系统）实现室内覆盖。室内分布系统包括干线放大器、功分器、宽频多系统合路器/分路器、耦合器、分布式天线、电缆等。采用射

4、频拉远的BBU+RRU接IDS的方案，具有站点选择灵活，馈线损耗小，对承重能力要求低，施工简便等优势，因此成为TD-SCDMA室内覆盖产品的主流。 3 室内分布系统的参数设计要求 3.1P-CCPCH最大发射功率 P-CCPCH的最大发射功率应该从两方面考虑：一是控制信道与业务信道的链路平衡角度；二是TS0时隙所能允许的最大发射功率。 从链路平衡角度，即在P-CCPCH的覆盖与业务信道的覆盖相平衡的情况下，P-CCPCH双码道的最大功率为26dBm，这是基于UE的最大发射功率（24dBm）以及业务信道和控制信道的接收灵敏度计算得到的。此处需要注意的是，由于不能采用智能天线，与室外宏蜂窝产品相比

5、，用于室内分布的信号源产品的上行接收灵敏度要差很多。 TS0时隙所能允许的最大发射功率与产品的能力相关。如果在TS0时隙配置如下控制信道：2个码道P-CCPCH、4个码道S-CCPCH、2个码道PICH和1个码道FPACH，P-CCPCH和FPACH信道的功率设置为绝对值，S-CCPCH和PICH信道的功率设置为2个码道P-CCPCH的相对值。根据链路平衡得到双码道P-CCPCH功率最大为26dBm。根据上述配置，TS0时隙的总发射功率为33.4dBm（2.18W）。考虑到并不是所有信道连续发送，从控制信道所在时隙TS0所要求的总功率来看，室内信号源产品的功率放大器至少需要2 W。 从上述分析

6、引申出两个问题：一是，如果信号源功率2W，是不是P-CCPCH功率可以配置的更大？二是，何时增加干线放大器？对于第一个问题，信号源功率增加主要是基于容量需要的考虑，P-CCPCH的最大功率是基于控制面和业务面的平衡考虑，因此单纯的增加下行控制信道的功率而没有改善上行，会造成某些区域的UE虽然能够接收到P-CCPCH信号，但是不能建立业务连接。对于第二个问题，严格地讲，根据分布系统实际传输损耗计算出来的P-CCPCH功率，若26dBm，就需要采用干线放大器或RRU予以解决。实际中可以放宽1dB，即可以26 dBm的P-CCPCH功率配置在以27 dBm设计的IDS的合路上使用。 3.2边缘接收场

7、强 室内边缘接收场强是指在室内覆盖边缘UE接收端所要求的最小接收场强。边缘接收场强过低，则会在窗口、建筑物入口等室内外覆盖交叠处造成大量的乒乓切换或频繁的小区重选，容易引起掉话或接入失败，并降低系统性能以及增加优化的难度。室内覆盖的边缘接收场强见公式（1）。 MinRxLevSensitivityUEslow fading interference margin OutdoorToIndoor（1） 其中：OutdoorToIndoor是室内覆盖与室外覆盖的隔离要求。 由公式（1）可知，室内覆盖的边缘接收场强仅需要考虑接收机的灵敏度和余量，与NodeB的发射功率无关。根据该公式，可以计算出室内

8、P-CCPCH的边缘场强为85dBm。 3.3最小耦合损耗手机和基站之间的最小耦合损耗（MinimumCouplingLoss，MCL）可以表示为： MCL手机到天线的自由空间损耗天线到基站接收机的天馈系统损耗 手机到天线的最小空间损耗通常取1m处的自由空间损耗，典型值为38.4dB。天馈系统损耗主要包括馈线传输损耗、器件分配损耗等。 考虑到基站噪声系数，TD-SCDMA基站底噪为108dBm，UE的最小发射功率为49 dBm，那么，当MCL49（108） =59 dB时，处于天线近端（1 m）的UE，在发射功率降至49 dBm时，内环功率控制已经无法再进一步降低其发射功率，此时该UE将导致基

9、站的底噪抬升，还会降低基站的灵敏度，并引起该小区内其他UE的发射功率的抬升。基站底噪抬升对灵敏度的影响见表1。表1 基站底噪抬升对灵敏度的影响 由于在TD-SCDMA系统中采用了联合检测技术，基站能够消除大部分UE发射所引起的底噪抬升。若取联合检测的干扰消除因子为0.9（即90的干扰被消除），基站灵敏度下降的要求为0.8dB，则取MCL56dB（当UE为49dBm发射时，到达基站的底噪为491056115 dBm）。 为验证TD-SCDMA系统联合检测技术可以降低室内设计中MCL的要求，在某个建筑物的楼层搭建一个室内系统的试验环境。测试结果表明，即便在传输损耗（10dB）传播损耗（1m处为38

10、.4 dB）MCL（56 dB）的情况下，ISCP几乎没有变化（在接近天线1 m处，UE以高功率发射的情况下），远端UE的发射功率也几乎没有变化。与WCDMA系统不同，TD-SCDMA的系统性能、容量和RRM算法与ISCP（而不是RTWP）相关，得益于TD-SCDMA系统联合检测技术，90%以上的小区内部干扰可被消除。因此，尽管在MCL小于要求与近端UE的发射功率远远高于49 dBm的情况下，ISCP并没有因此抬升，处于小区边界的UE的发射功率也没有受到影响。 3.4最大允许传输损耗 室内分布系统最大允许传输损耗计算是基于控制信道的发射功率、边缘接收场强、空间传播损耗和余量估算出来的。 通常室

11、内分布单天线的覆盖范围为1520m，根据室内传播模型Keenan-Motley可以估算出空间传播损耗，室内链路余量包括SlowFading、BodyLoss和干扰余量。最大允许传输损耗（MATL）的计算见公式（2）。 MATLPP-CCPCH G1antenna MinRxLevPropagation Loss G2antenna Margins （2） 其中：G1antenna为信号源侧天线增益；G2antenna为UE侧天线增益。 假设希望室内分布天线的覆盖距离为15m，根据公式（2）和室内传播模型，可以计算出最大允许传输损耗为32dB，即室内分布系统最大可用的损耗是32dB。 3.5天线

12、口功率要求 当UE离天线口的距离d为1m时，假设在不引入干线放大器的情况下，P-CCPCH信道功率为26dBm，则室内天线口最大发射功率Part必须满足以下要求：MCL=38.4dB+（26Part）56 dB，则天线口P-CCPCH信道功率Part8.4 dBm。 国家电磁辐射标准规定室内天线口功率15dBm（总功率），在TD-SCDMA系统中，室内天线口导频功率不能超过7dBm。综合考虑，TD-SCDMA室内系统的天线口P-CCPCH信道功率Part7dBm。 按照3.4节计算的最大传输损耗设计并实施的IDS，其天线口P-CCPCH信道的功率为26326dBm。 3.6多系统共存的隔离度要

13、求 与其他网络共用IDS时，为了减小不同网络之间的干扰，需要保证足够的多系统合路器隔离度，具体要求见表2。例如，GSM对TD-SCDMA的干扰隔离度为33dB，它是通过GSM在TD-SCDMA带外的杂散辐射值-85dB减去TD-SCDMA系统热噪声功率108dB再加上10 dB（假设底噪抬升小于0.4 dB）得到的。表2 多系统共存隔离度要求 4 室内覆盖系统的设计 TD-SCDMA的室内覆盖可以单独布网，对于已经存在IDS的建筑物，从节约施工成本的角度，可以通过适当改造，对现有IDS进行复用。TD-SCDMA的室内覆盖设计可分为新建、利旧以及IDS属于有源系统或无源系统大致分为以下三大类。

14、4.1新建TD-SCDMA网络 对于新建的TD-SCDMA网络，如果以CS12.2kbit/s为连续覆盖的目标业务，需要满足以下要求： lP-CCPCH双码道的发射功率26dBm； l接收信号边缘场强RSCP85dBm。 IDS可以设计成由宽频功分器、耦合器、分布式天线和电缆等组成的无源系统，此时直接将信号源TBBP510+RRU接IDS即可实现覆盖。为提高覆盖范围，若设计中要求的双码道P-CCPCH功率26dBm时，则需要在IDS中增加干线放大器。此时IDS成为有源系统。 4.2兼容现有的无源系统 若现有无源系统要求的信号源P-CCPCH信道的功率远大于26dBm，如为36dBm，则需要通过

15、多系统合路器将信号源TBBP510+RRU接入系统，并对现有的IDS进行改造，在适当位置加入TD-SCDMA干线放大器，以补偿链路损耗。 4.3兼容现有的有源系统 有源系统可分为WCDMA系统和非3G系统两类。对于WCDMA有源系统来说，若要求的信号源输出功率为27dBm，根据3.1节所述，TD-SCDMA信号可以通过多系统合路器直接接入现有的IDS；若要求的信号输出功率27dBm（30dBm 或33 dBm），则TD-SCDMA的信号合路后，需要在原有的IDS中加入干线放大器。对于非3G的有源系统，如果IDS支持宽带接入，则增加TD-SCDMA信号源的方法与上述采用WCDMA系统的两种情况相同；如果IDS未经过宽带改造，则需要重新设计TD-SCDMA的室内覆盖网络，方法同4.1节中描述的新建TD-SCDMA网络。 5 结束语 TD-SCDMA系统的室内覆盖对于系统能否成功商用至关重要，由于室内覆盖系统融合了系统分类设计、链路预算、工程实施等诸方面的因素，因此设计时应统筹兼顾，联合优化。