TD-SCDMA系统多频点组网研究

    在无线通信领域，系统容量和干扰一直是人们比较关心的话题，他们相对立而存在，随着无线通信的发展，如何解决他们的这种对立关系，并从中找到一个合适的切入点，就成为我们未来无线网络规划优化的一个重要任务。其中系统的具体组网技术作为一个重要的指标越来越受到人们的重视，如何提供一个合理的组网方案，可以在尽量避免或减小干扰的情况下最大限度的增加现有的系统容量和性能，逐渐成为研究中的一个焦点。

1多频点组网方式
    时分同步码分多址(TD-SCDMA)作为我国提出的一个3G标准，是频分多址/时分多址/码分多址/空分多址(FDMA/TDMA/CDMA/SDMA)相结合混合多址方式的技术，使用了智能天线，联合检测等新技术，采用时分双工(TDD)双工模式，不需要对称的频段，具有较高的频谱利用率，可以灵活支持非对称数据业务等。其系统载波带宽是1.6 MHz，相对于宽带码分多址(WCDMA)5 MHz带宽而言，相同带宽上可以提供3个频点，所以相对于其他3G系统，TD-SCDMA系统更容易进行频率规划，使用多频点进行组网。下面我们将对TD-SCDMA系统下的多频点组网方式进行一个简单介绍。

    为了能够更清楚地阐明各种组网方案的差异，首先简单介绍一下传统小区的概念。在TD-SCDMA系统里，默认每一个载波扇区为一个独立的小区。用户设备和全球陆上无线接入间的接口(Uu接口)对于无线资源的操作、配置都是针对一个载频进行的，在Iub接口小区建立的过程中一个信元只配置了一个绝对频点号；如果是多载频，则每个载频被当作一个逻辑小区。例如，对于三扇区三载频的情况，则认为有9个逻辑小区，针对每个小区完成独立的操作，也即9个小区发送各自的导频和广播信息，9个载频都必须配置9套完整的公共信道，而其中的广播信道(BCH)、?前向接入信道(FACH)和寻呼信道(PCH)都为全向信道。因此传统小区模式中，对于多载频配置，比较典型的有同频组网和异频组网两种方式[1]。

1.1同频组网
    同频组网指的是每个小区都相同的频点数，并且这些频点也相同，每个频点作为一个独立的逻辑小区，有自己的公共控制信道、下行导频信道及独立的广播信道。比如10 MHz带宽上，TD-SCDMA系统最大支持6个频点，进行同频组网频点配置如图1所示。

    同频组网可以最大提高系统的频带利用率，在15 MHz带宽内支持9个频点，可以配成S9/9/9的站型，但是这样同一物理环境下存在多个逻辑小区。在业务信道上，我们可以通过智能天线和联合检测等先进技术，保证业务的质量，但是广播信道是全向发射，载频间干扰严重，将严重影响系统的性能和容量。

1.2 异频组网
    相对同频组网，异频组网指的是相邻小区的频点采用异频组网的方式。如15 MHz带宽时，对于TD-SCDMA系统包含9个频点，但最大也只能组成S3/3/3站型。如图2所示。

    异频组网可以尽量将同频点用户分开，增加频点的复用距离，从而减小频率间干扰，提高系统性能以及容量。它在建网初期用户数较少时，有利于提高用户的服务质量，但是随着用户数的增加，它极低的频谱利用率不利于系统的扩容，而现在频率资源是一个相对比较稀缺的资源，最大限度提高频谱利用率是一个不可避免的问题。

1.3 N频点技术
    基于上面的2种组网方式存在的缺陷，后来人们提出了N频点技术：若有多个载频存在就从分配到的N个频点中选择一个作为小区的主频点，其他作为小区的辅频点。N频点技术下的小区划分和传统小区划分有所不同：同一个扇区的N个载频同属于一个逻辑小区。主载频和辅载频使用相同的扰码和训练序列码，这样可以保证在同一个小区内的多个频点具有同小区的身份标志；公共控制信道配置在主载频上，也就是说辅载频上没有公共控制信道，主载频和辅载频上都配置有业务信道；用户的多时隙业务应配置在同一载频上，这一特征可以最大程度地减小终端实现的复杂性；同一用户的上下行配置在同一载频上；主载频和辅载频的上下行转换点配置一致，这一限制是由基站的收发信机特性造成的，如果主载频和辅载频的上下行转换点配置不一致，必定有一些时隙并需要基站的收发信机既发射又接收，这样以来基站的发射信号被该基站接收，造成基站不能正常接收。因为它接收的自己的发射信号将比从远处来的同频终端上行信号大很多，从而将正常的上行信号淹没。在同一扇区内仅在主频点内发送下行导频信息和广播信息，多个频点共用一个导频信道。这样可以减小公共信道的载频间干扰，提高了系统性能，终端初始搜索准确、快速，系统接入、切换成功率显著提高。因此，引入N频点方案，可在较大程度上改善系统的性能并提升频谱利用率。N频点技术可以有2种不同的实现模式：多载波同频异频联合组网方式和多载波同频组网方式。每种组网方式有15 MHz、10 MHz、5 MHz 3种频率规划方案[2]。

1.3.1多载波同频异频联合组网方式
    这种组网方式代指的是相邻小区的主频点采用异频组网的方式，辅频点则采用同频组网的方式。如使用15 MHz带宽时，选择3个作为主频点，其他6个作为辅频点。这时，最大可组成S7/7/7站型。如图3所示，红色代表的是主频点，黑色则代表剩余的6个辅频点。

1.3.2多载波同频组网方式
    这种组网方式可最大程度地提高频谱利用率，指的是相邻小区的主频点采用异频组网的方式，辅频点也采用异频组网的方式，相邻小区的主频点交叉包含在辅载频中。如使用15 MHz带宽时，最大可组成S9/9/9站型，如图4所示。

1.3.3分层次进行频点规划
    多频点组网时，频点规划也是一个重要部分。合理的频点规划方案对于多频点组网系统来说可以最大程度提高系统的性能。基于多载波同频组网的N频点技术和同心圆技术，为了更大的提高系统性能，有效减小业务信道上的同频干扰，可以采用分层次进行频点规划的方案。此规划方案的主要思想是将小区由中心到边缘分成几层（例如2层），每一层采用不同的频点分配方案。相邻小区主频点采用的是异频组网的方式，且有导频信道的主频点实现全小区覆盖，其业务信道优先服务于外层用户；其他频点称为辅载波，相对于主频点收缩，业务信道优先服务于内层用户。这样相邻小区包含相同频点的辅频点就得到一定的隔离，相邻小区的交叉区域——小区外层也属异频干扰，同频干扰降低，系统性能得到提高[3-4]。

    如图5所示，黄色区域是辅载波收缩区域——小区内层，白色区域是小区外层，采用辅载波收缩的N频点技术，进行分层次频点规划后，相邻小区交叉区域的用户受到的同频干扰减小，这样它们的切换成功率，服务质量(QOS)等性能指标都会有一定的提高。

2 仿真验证

2.1 仿真假设
    我们以5MHz频带，3个频点进行分层规划的方案建模，采用通用移动通信系统(UMTS)30.03中定义的经典模型环列，每个小区有3个频点，相邻小区主频点不同，交叉包含在辅载频中[5]。如图6所示，红色圆环将小区分成两层，每个小区的辅频点收缩到内层首先为内层用户提供资源；外层用户首先接入主频点，这样相邻小区采用异频切换，同频用户得到有效隔离。

    仿真中采用移动模型（移动速率为12 km/h，其他参考协议规定）。切换采用基于电平的切换，切换冗余取1 dB，开启开环，闭环，外环功控，开启负载控制。

2.2 主要仿真参数
    仿真中放置900个用户，每个用户都持续通话200s，其他主要参数如表1所示。

3 性能结果

3.1 性能比较
    经过仿真采用不采用该方案的2种情况，我们得到主要的性能结果如表2所示。

    旧方案指的是不采用频率分层规划的方案，在一个小区内，没有内外层的划分，用户随即接入任意一个有资源的频点。新方案是采用辅载波收缩的分层次频率规划方案，外层用户优先接入主频点，内层用户接入辅载频。由表2我们可以看到：采用新方案后系统的发射功率和接受干扰都有所下降掉话率减小，系统性能有了较大的提升。

    并且辅载波收缩的区域范围不同，即内层半径取不同值时，采用新方案后的系统性能也会因此有所差别。随着内层半径收缩，同频点复用距离也随之增加，用户同频干扰减小，用户的发射功率，系统的掉话率等都将有很大的改善，仿真验证结果如表3所示。

3.2 新算法改进
    虽然采用分层次频点规划的组网方式进行仿真，系统性能有了一定的提高，但是，当用户多处于小区边缘或小区外层时，用户将首先接入主频点，直至主频点没有资源提供，这样会使主频点重负载，辅频点轻负载或无负载，新算法性能优势无法体现，甚至会出现掉话的后果。所以需要找到一种可以解决用户特殊分布场景时的改进方案[6]。基于这种考虑，我们对新算法做了进一步改进，在辅载波中另外选取1个频点作为中间频点，在主频点资源较多时，中间频点作为正常辅频点，收缩于内层小区；当主频点剩余资源很少，过多用户接入会对系统性能产生影响时，中间频点可以作为主频点的补充为外层用户提供资源接入。这样既可以保证同频干扰得到有效隔离，又同时可以保证在一些特殊用户分布情况下的系统性能。

    假设仿真条件是两个相对的小区，小区半径为500米，R4时隙最大发射功率30 dBm。每个小区3个频点，只在小区外层各放置40个用户。仿真结果见表4。

    当然对于改进的新方案，相邻小区中间频点的选择是关键，它要求相邻小区的中间频点尽量遵循有效隔离同频干扰的原则。从仿真结果可以看出，合理的中间频点的选择将有效提高系统性能，节约功率！

4 结论
    由上所述，通过对辅载波收缩，进行分层次频点规划的组网方式仿真，我们可以看到，有效隔离同频干扰后，系统性能会有较大的提升。这对未来多频点组网方式的研究和实际系统组网方案设计都有一定的参考和借鉴意义！当然不同区域的地理环境，用户分布的各不相同，对于辅载波收缩，进行分层次频点规划的组网方案都有不同的影响，这就需要我们在以后的工作研究中，按照理论分析并根据实际情况确定适合当地情况的方案。

5 参考文献
[1] 段敏. TD-SCDMA频率规划和组网模式[J]. 电信技术, 2006(11):98-101.
[2] 解辉, 朱春江, 许汝鹏. TD-SCDMA无限网络规划[J]. 电信工程技术与标准化, 2006(10):53-56.
[3] 王卓,宋立军,余顺勇. TD-SCDMA系统频率规划方法分析[J]. 电信技术, 2006(5):119-123.
[4] 彭木根, 王文博, 等. TD-SCDMA移动通信系统[M]. 北京:机械工业出版社, 2006.
[5] UMTS 30.03 v3.20. Selection Procedures for the Choice of Radio Transmission Technologies of the UMTS[S]. 1998.
[6] 任融. TD-SCDMA组网方式分析[J]. 电信技术, 2005(11):29-32.

收稿日期：2010-05-31

[摘要] 文章首先介绍了时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统的特点，然后结合其自身特点分析比较TD-SCDMA系统的几种多频点组网方式和组网方案，并对5 MHz频带3个频点的组网方式建模，进行频率规划，通过仿真给出该频点分配方式的性能结果，进而分析得出这种组网方式的优缺点，对未来其他组网方式的研究提供参考和借鉴。

[关键词] TD-SCDMA；多频点组网；仿真；频率规划；N频点

[Abstract] This paper introduces the characteristics of TD-SCDMA, and analyzes some networking schemes and methods of N-frequency. In particular, it examines a frequency planning scheme on the 5MHz bandwidth containing 3 frequencies and builds a simulation model to validate the performance of this scheme. Finally, this paper analyzes the advantages and disadvantages of this scheme, and proposes some directions for the future study of networking planning.

[Keywords] TD-SCDMA; N-frequency networking; simulation; frequency planning; N-frequency