TD-SCDMA系统频率规划创新方法研究

徐德平

（中国移动通信集团设计院有限公司 北京 100080）

1 研究背景

1.1 降低同频干扰提高网络质量

网络质量决定TD-SCDMA的发展，而同频干扰是当前影响网络指标最主要的、也是最难以解决的要因。因此，降低同频干扰、提升网络服务质量是当前推进TD-SCDMA建设和经营中的一项十分重要的任务。

通常降低同频干扰、提高网络质量的方式主要有以下几种：

（1）网络优化：受各种建设条件的影响，网络建成的后期通过网络优化来提升网络质量的效果变得越来越不明显；

（2）优化RRM算法：继续优化RRM算法会增加复杂度，提升空间较小且不同RRM算法均有特定的适用场景；

（3）提高联合检测能力：难度大、代价高，增益有限；

（4）增加频点数量：减少TD-SCDMA同频干扰最直接、最有效和最简单的手段,同时还可以提高网络的容量。

若采用前3种方式，短期内无法明显提高网络质量、且难度较大；通过增加频点数量采用异频组网方式虽然能够明显的改善网络质量，但是需要更多的频率资源。

目前能够规模应用的A频段（2010～2025MHz）仅15MHz频段，资源较紧张，虽然国家已经分配了F频段（1880～1920MHz）中的（1880～1900MHz）前20MHz部分，但是PHS的干扰较严重、终端产业化滞后等原因造成了F频段无法规模应用和部署。

因此，需要在质量好、规模应用的A频段内部进行挖掘，通过必要和可行的方法，进一步提高系统的频谱利用率，更好地发展TD-SCDMA业务、减少与竞争对手的差距。

1.2 压缩载波间隔增加载波数量

在3GPP标准形成的同时，讨论了载波间隔的相关问题，在3GPP 25.105中定义了1.28Mchip/s TDSCDMA系统的信道间隔为1.6MHz，但在一些特殊组网场景下可以通过调整载波间隔来优化性能。

因此，若能够根据TD-SCDMA实际运营场景和具体组网要求，在满足网络质量的情况下，通过压缩TD-SCDMA载波间隔、增加载波数量的方式可以显著提高频谱利用率。按照1.4MHz载波间隔进行频率规划时，A频段可提供10个载波。

通过TD-SCDMA载波间隔压缩方式，在相同频率资源条件下，提供了更多的载波数量，提高了无线资源的频谱利用率，必将带来巨大的经济效益。

2 理论分析

2.1 载波间隔的规范情况

对于同属于码分系统的各种3G制式均存在码片速率和载波带宽两个物理层指标，标准不同其要求也不同。

（1）3GPP标准：3GPP标准中规范两者间的关系如下计算公式：

载波带宽=(1+滚降系数)×码片速率。

（2）3GPP2标准：未涉及。

各3G制式的两个指标具体参见表1所示。

表1 各3G制式的两个指标

2.2 TD-SCDMA载波间隔可压缩的原因

对于cdma2000系统，其载波间隔与码片速率接近，主要是以下两个因素：窄带系统，未按照多运营商之间邻频共存组网要求考虑；若存在多运营商组网需求，根据具体情况其间可能隔出一个频点。

对于TD-SCDMA系统，与cdma2000同为窄带CDMA系统；在中国仅有中国移动独立运营，不存在多运营商之间频点间隔的相关考虑。

通过上述分析，在中国移动独立运营TD-SCDMA网络情况下，若仍按照标准的1.6MHz载波间隔进行频点配置，会造成较低的频率使用效率，对宝贵的无线频率资源造成一定程度的“浪费”。

参考cdma2000标准，理论上TD-SCDMA载波间隔在中国移动独立运营下是可以适度压缩的。

2.3 TD-SCDMA载波间隔压缩原则

TD-SCDMA载波间隔压缩应遵循以下具体原则：

邻道指标的下降不应影响网络性能；不对现有主设备及终端造成任何影响（频点号按照200kHz的倍数考虑）；安排频点尽可能多。

综合以上各种因素，TD-SCDMA载波间隔建议按照1.4MHz考虑。

2.4 TD-SCDMA载波间隔压缩的影响

TD-SCDMA载波间隔由1.6MHz压缩至1.4MHz后，邻道间隔变小，因此，必然引起邻道指标的恶化，主要表现为ACIR和EVM两个指标。

2.4.1 ACIR指标的影响分析

系统干扰包括同频干扰、邻道干扰以及噪声3部分，载干比计算公式如下：

根据理论分析、系统仿真以及统计数据均充分表明了TD-SCDMA系统同频干扰的严重性，因此，邻道干扰对网络的影响远远小于TD-SCDMA自身同频干扰的影响。

ACIR（Adjacent Channel Interference Ratio，邻道干扰比），与载波的频率间隔有关。

ACIR表现为发射端邻道泄漏比（ACLR）和接收端邻道选择灵敏度（ACS）的综合效果，具体计算公式如下：

2006年8月，无线通信技术工作委员会WG8 #13会议讨论了TD-SCDMA系统间干扰保护相关内容，研究文稿中给出了系统仿真结果，通过仿真结果看出，上行满足25dB、下行满足15dB是运营商内部TDSCDMA组网的最低要求。

根据某主设备厂家及某主流芯片厂家的实验室测试的初步结果看出，TD-SCDMA载波间隔压缩至1.4MHz后邻道指标虽有恶化，但ACIR指标仍能够满足TD-SCDMA系统独立运营下的最低要求。

2.4.2 EVM指标的影响分析

EVM（Error Vector Magnitude，误差矢量幅度），是指测量波形与理想波形之间的矢量差，用平均误差矢量信号功率和平均参考信号功率之比的均方根来表示。

协议要求主设备应小于12.5%，目前各主设备厂家的设备在1.6MHz载波间隔下基本在3%左右，压缩至1.4MHz后，将恶化至7%左右，仍可以满足指标要求。

3 测试验证

3.1 实验室测试

3.1.1 开机驻留时延和呼叫接续时延

具体测试结果如表2所示（均为10次测试平均值），两种载波间隔配置下，开机驻留时延和呼叫建立时延完全一致。

表2 测试结果

3.1.2 R4业务的容量和性能

单时隙均能接入8个用户，且未出现掉话现象，具体空口性能如表3所示。两种载波间隔下的空口性能完全一致。

表3 具体空口性能

3.1.3 HSDPA业务速率

具体测试结果如表4所示（2个HSDPA业务时隙）。两种载波间隔下HS系统速率一致。

3.1.4 实验室测试小结

通过开机驻留、业务呼叫等功能测试、以及R4/HSDPA等业务的性能测试初步验证了TD-SCDMA载波间隔压缩1.4MHz的可行性。

表4 测试结果

3.2 外场测试

3.2.1 测试场景

测试环境：

（1）室内环境：选择汇都国际大厦，代表商务办公楼环境；

（2）室外环境：呈贡县县城，代表一般市区环境。

选点要求：近点-60～-65dBm，中点-70dBm，中远点-75dBm，远点-80dBm。

频点配置：

（1）室内：F1～F3（1.6M：10055/10063/10071；1.4M：10056/10063/10070）。

（2）室外：F4～F6（1.6M：10080/10088/10096；1.4M：10081/10088/10095）。

测试内容如表5所示。

3.2.2 室内测试

3.2.2.1 HSDPA容量测试

通过下行容量和上行干扰两个方面进行对比和说明。

（1）下行测试结果和分析

每测试点均测试5次，并求数学均值（单位Mbit/s），具体如表6所示。

综合远、中、近三个测试点的数据，两种载波间隔下HSDPA速率是一致的。

（2）上行测试结果和分析

测试结果具体如表7所示（单位：dBm），两种载波间隔下上行伴随信道各种情况的ISCP均值是完全一致的。

表5 测试内容

表6 测试结果

表7 测试结论

3.2.2.2 R4容量测试

（1）相同时隙容量下性能测试，测试结果如表8所示。相同时隙容量下1.4MHz载波间隔的指标不差于1.6MHz载波间隔的指标。

（2）相同网络容量下性能测试，测试结果如表9所示。1.4MHz载波间隔下接入6用户在空口质量上比1.6MHz载波间隔接入7个用户的性能更优，主要原因是在邻道干扰对网络的影响可以忽略的同时，中间频点接入用户较少，同频干扰较小，因此，总体性能更优。

表8 测试结果

表9 测试结果

3.2.2.3 KPI性能测试

对比两种载波间隔下的接入成功率、掉话率等KPI指标的差异；仅在远点测试。通过两种业务的测试，两种载波间隔下KPI指标是完全一致的。

3.2.3 室外测试

3.2.3.1 HSDPA容量测试

周围6个邻区采用模拟加载方式，具体如图1所示。

图1 HSDPA加载示意图

每测试点均测试3次，并求数学均值（单位Mbit/s），具体如表10所示。两种载波间隔下HSDPA的速率是一致的。

表10 测试结果

3.2.3.2 R4容量测试

真实加载3个小区，周围9个邻区采用模拟加载方式，具体如图2所示。

图2 R4加载示意图

相同时隙容量下测试结果表明，两种载波间隔R4业务在整体性能是基本一致的。

在相同网络容量下性能测试结果表明，1.4MHz载波间隔下接入6用户在空口质量上比1.6MHz载波间隔接入7个用户的性能更优，主要原因是在邻道干扰对网络的影响可以忽略的同时，中间频点接入用户较少，同频干扰较小，因此，总体性能更优。

3.2.3.3 KPI性能测试

对比两种载波间隔下网络总体性能测试业务为R4、HSDPA，采用长呼、短呼测试方法。

测试结果如表11所示，1.4MHz载波间隔下的KPI指标不差于1.6MHz下的KPI指标。

测试中接入失败和掉话共出现10次，具体如表12所示。

接入失败和掉话主要发生在同频干扰较大的区域，因此，可以看出同频干扰是造成KPI指标下降的原因，而与载波间隔本身的调整无关。

3.2.3.4 两种载波间隔边界性能测试

针对可能会存在两种载波间隔混合组网的场景，验证其性能。将路测路线中的10个小区的载波间隔进行间隔配置，即测试沿线小区中1、3、5、7、9为1.4MHz载波间隔，2、4、6、8、10为1.6MHz载波间隔。

两种载波间隔下，终端均可进行重选和驻留。

两种载波间隔下，端到端拨打测试中语音质量均正常，且均无杂音现象。

在DT路线图起始点进行端到端呼叫，语音保持正常后驱车进行长呼测试，KPI指标满足TD-SCDMA商用网络的相关要求，对于两种载波间隔混合组网的场景，在不同载波间隔的边界区域下，终端可以进行正常的驻留、呼叫、切换等行为，不会对现网KPI产生影响。具体如表13所示。

3.2.4 外场测试小结

通过对不同的测试场景（室内和室外）、不同的测试方式（定点和路测）、不同的测试业务（R4和HSDPA）、不同的测试指标（上行和下行）等各种用例的测试和对比分析，证明了TD-SCDMA载波间隔压缩至1.4MHz后，不会对现网指标造成影响。

4 研究总结

通过理论研究、系统仿真、实验室测试以及外场测试等多方面工作，验证了在不修改协议、不对现网主设备和终端进行修改的前提下，TD-SCDMA系统的载波间隔由1.6MHz压缩至1.4MHz是可行的。

表11 测试结果

表12 测试结果

表13 测试情况

通过压缩载波间隔、增加频点的方法，可以减少同频干扰，改善网络质量；也可以增加系统容量，提高无线资源频谱利用率，现网应用后必将带来巨大的经济效益。