基于GSM现网覆盖水平的TD－SCDMA无线网覆盖指标

李学成 常爽

（中国移动通信集团公司四川有限公司 成都 610041）

在TD-SCDMA系统中，PCCPCH信道就是主公共控制物理信道，它携带小区的广播信息，它的覆盖范围决定了小区覆盖的范围。PCCPCH RSCP的覆盖门限和覆盖率是一项重要的仿真终止条件。在中国移动TD二期工程中，PCCPCH RSCP的覆盖门限和覆盖率分别设置为-95dBm和95%。

当前，中国移动通信集团公司提出了TD无线网覆盖达到2G水平的要求。但是TD和GSM是两种不同的无线系统，如何在规划仿真中设置TD室外宏基站的覆盖指标，以便指导规划仿真工作开展，使得宏站布局满足上述要求？另外，TD网络将建设大量的室内覆盖，室内覆盖建设规模已经大于宏站，如何在室外宏站的规划中体现室内覆盖的贡献也是一个需要考虑的问题。本文将介绍一种基于GSM现网覆盖水平，计算TD无线网PCCPCH RSCP的覆盖指标的算法，并参考现网情况，给出了新的覆盖指标取值。

1 覆盖指标计算原理

无线通信系统的覆盖门限通常设置为公共控制信道的某接收信号强度值，它需要满足两方面的要求，一方面是信道正确解调的要求，包括公共控制信道（GSM网络为BCCH信道，TD网络为PCCPCH信道），以及上、下行业务信道解调的要求，另一方面是信号衰落储备的要求，它是在建筑物和地物阴影的影响下为确保通信而预留的信号储备。根据通信理论，覆盖率与慢衰落余量的取值有着对应关系，慢衰落余量取值越大，覆盖质量越好，覆盖率越高。

经过了10余年的建设，中国移动的GSM网络已经积累了很高的慢衰落余量，确保了2G网络优良的质量。因此，慢衰落余量的取值应该根据GSM现网实际测试结果，这样才能反映现网的覆盖水平。在获取现网的慢衰落余量后，可以计算出GSM的覆盖门限，同时算出对应的覆盖率。要求TD达到2G覆盖水平，也就意味着TD规划中的慢衰落余量的取值应该与GSM现网实际一致。利用GSM网络的慢衰落余量，可以算出TD的PCCPCH RSCP覆盖门限，并要求TD的覆盖率与GSM的覆盖率保持一致，由此形成了PCCPCH RSCP的覆盖指标。

另外，作为仿真终止条件的覆盖率通常考虑了建筑物穿透损耗，是一个综合考虑了室外、室内覆盖效果的覆盖率。室内覆盖是中国移动GSM和TD网络的重要组成部分，因此，在计算现网GSM系统的覆盖率时，应该考虑室内覆盖系统的贡献。

2 GSM覆盖门限和覆盖率计算

2.1 GSM覆盖门限计算方法

GSM的覆盖门限应该同时满足BCCH信道和上、下行语音业务信道正确解调的要求，以及一定的衰落储备的要求。下面将分别推导满足上述3种要求的覆盖门限，并取其中的最大的计算结果作为覆盖门限。

2.1.1 GSM的最大容许路径损耗计算

覆盖门限的计算以GSM的链路预算为理论基础。根据GSM网络上、下行链路预算计算公式，可以算出GSM网络上、下行链路预算表如表1所示。

由上表计算结果可以看出，上行最大允许路径损耗为150.5－M(dBm)，下行最大允许路径损耗为152-M(dBm)。由此可见，GSM系统为上行受限系统。

2.1.2 满足终端解调BCCH信号的GSM覆盖门限

终端正常解调BCCH信令所需的解调门限，是在接收机灵敏度基础上，综合考虑人体穿透损耗、慢衰落余量和干扰余量之后，形成的一个门限值，其计算公式如下。在GSM系统中，对干扰余量的取值为0dB，慢衰落余量作为自变量保留。

表1 GSM上、下行链路预算表

GSM覆盖门限（终端BCCH解调）=终端灵敏度+干扰余量+人体吸收损耗+衰落余量＝-104＋0＋3＋M＝-101＋M（dBm）

2.1.3 满足上、下行业务信道解调的GSM覆盖门限

覆盖门限的设置需要满足终端上、下行业务信道解调的要求。

为满足GSM网络上、下行业务正确解调，对基站导频覆盖门限要求计算如下：

GSM覆盖门限（上行业务信道解调）(dBm)＝基站导频信道发射功率－上行允许的最大链路损耗＝43－150.5＋M＝-107.5＋M（dBm）

GSM覆盖门限（下行业务信道解调）(dBm)＝基站导频信道发射功率－下行允许的最大链路损耗＝43－152＋＝-109＋M（dBm）

2.1.4 计算GSM的覆盖门限

通过上述分析，取GSM覆盖门限为BCCH信道和上、下行语音业务信道解调的门限要求中的大者，即：

GSM覆盖门限(dBm)＝max{GSM覆盖门限(终端BCCH解调), GSM覆盖门限（上行业务信道解调),GSM覆盖门限（下行业务信道解调)}＝-101＋M（dBm）

通过上述分析，选择信号要求较高的终端信号解调门限－101＋M（dBm）作为GSM的覆盖门限，并以此作为后续计算GSM网络覆盖率的基础。

2.2 GSM覆盖率计算方法

覆盖率是某区域内接收信号场强大于覆盖门限的面积占整个区域面积的比值。考虑到TD室外宏基站的仿真中，覆盖预测通常要考虑建筑物的穿透损耗，因此，在覆盖率的指标计算式，应该考虑室内覆盖的贡献。对于室内、外综合覆盖率的计算公式如下：

Ps＝Pin×Rb＋Pout×(1 －Rb)

其中，

Ps：覆盖率，考虑了室内覆盖贡献的综合覆盖率；

Pin：室内覆盖率；

Pout：室外覆盖率；

Rb：建筑物面积占比，Rb＝(建筑物面积-已建室内覆盖的建筑物面积)/市区总面积。

上式中的室内和外覆盖率，可以根据GSM路测数据进行计算。GSM路测时，天线一般放置在车内，因此路测的场强数据考虑了8dB的车辆穿透损耗值。在进行室外和室内覆盖率计算时，需要对数据进行处理，具体方法如下。

用于计算室外覆盖率的数据，可以将路测数据补偿8dB的车体穿透损耗来得到。用于计算室内覆盖率的数据，我们可以采用路测数据模拟室内接收信号场强的方法得到，也即是将路测结果减去建筑物穿透损耗和车辆穿透损耗的差值，考虑密集城区和一般城区建筑物穿透损耗为20dB和18dB，其与车辆穿透损耗的差值分别取为12dB和10dB。

通过上述处理，室内、外的覆盖率可以按照如下方法计算：

P＝大于覆盖门限的样本点数量/总样本点数量

其中P为室内覆盖率Pin或者室外覆盖率Pout。

2.3 计算GSM现网的慢衰落余量计算

2.3.1 慢衰落余量简介

在移动传播环境下，接收信号功率电平将受到建筑物等阴影的影响，使得接收信号电平成为一个随机变量。当接收信号电平采用dB表示时，一般服从均值为x、方差为σ的正态分布，如图1所示。

图1 信号电平对数正太分布示意图

为了保证基站以一定的概率覆盖小区边缘，基站必须预留一定的发射功率以克服阴影衰落，这些预留的功率就是慢衰落余量（阴影衰落余量）。慢衰落余量取决于覆盖概率和标准差，按以下公式计算：

2.3.1.1 边缘覆盖概率

达到指定边缘覆盖概率所需的慢衰落余量为：

其中：

x：接收信号功率；

x0：接收功率目标门限值；

Px：接收信号x大于门限x0的概率；

σ：阴影衰落的对数标准差；

M：阴影衰落余量，M＝x－x0。

2.3.1.2 面积覆盖概率

式中，μ为路径损耗指数，其它参数与边缘覆盖率计算公式定义相同。表2给出了计算出了边缘覆盖率、面覆盖率和慢衰落余量之间的关系。

表2 面覆盖概率、边缘覆盖概率与慢衰落余量对应关系

从城区进行的传播模型校正结果来看，σ通常为8dB，μ取值为4。

2.3.2 GSM网络的慢衰落余量计算方法

从2.3.1可以看到，在信号的方差和路径损耗指数确定的情况下，面覆盖概率Pa决定于慢衰落余量M的取值。从文章我们可以看到，基于现网路测数据，GSM的覆盖率P决定于GSM的覆盖门限，而GSM的覆盖门限又取决于慢衰落余量M。因此，将二者联合求解，可以计算出GSM现网的慢衰落余量M。

由于上述求解非常复杂，在工程中可采用查表的方法来计算，具体方法说明如下。

由表2可以看出，对应不同的面覆盖率，有不同的慢衰落余量要求，结合上一章分析得到的GSM覆盖门限计算方法，可以得到不同面覆盖率要求下的GSM网络覆盖门限，具体情况如表3所示。

表3 GSM覆盖门限与面覆盖率对应关系

根据不同的覆盖门限，利用前面介绍的覆盖率计算方法，可以计算出一组对应的覆盖率，如表4所示。

寻找Pi（i＝1，2，3，4）与对应的面覆盖率最接近的一组，将该组的慢衰落余量作为现网的慢衰落余量。

表4 慢衰落余量和覆盖率对应表

2.3.3 GSM网络的慢衰落余量计算示例

以现网某城市为例计算GSM网络的衰落余量。我们对该城市三环内建筑物面积进行了统计，整个三环内的建筑物面积占比为23.83%。大约有7%的建筑已经建设了室内覆盖，因此，考虑了室内覆盖后的建筑物面积占比为20%。

按照不同面覆盖率要求下的慢衰落余量，可以计算出不同的GSM的覆盖门限。利用现网GSM网络路测数据，根据前面介绍的综合覆盖率计算方法，可以算出不同面覆盖率下对应的GSM覆盖率。计算结果如表5所示。

表5 不同慢衰落余量要求下，GSM网络综合覆盖率情况

由表5可以看出，在面覆盖率要求98%情况下，GSM现网综合覆盖率为98.44%，他们二者之间吻合度较好，因此认为GSM现网覆盖情况达到了98%的面覆盖率和11.8dB的慢衰落余量要求，因此，该城市的GSM现网的慢衰落余量取值为11.8dB。

3 TD-SCDMA无线网的PCCPCH RSCP覆盖门限我你和覆盖率计算

TD的覆盖门限将采用与GSM的覆盖门限相似的方法计算，为了保证TD达到2G覆盖水平，其中环境参数取值相同，取GSM现网的慢衰落余量。

3.1 PCCPCH RSCP覆盖门限计算

TD-SCDMA的覆盖门限应该同时满足PCCPCH信道和上、下行语音业务信道正确解调的要求，以及一定的衰落储备的要求。下面将分别推导满足上述3种要求的覆盖门限，并取其中的最大的计算结果作为覆盖门限。

3.1.1 TD-SCDMA的链路预算简介

覆盖门限的计算将以TD-SCDMA的链路预算为理论基础。以下为TD-SCDMA系统AMR12.2k业务的上、下行链路预算表，各项取值如表6所示。慢衰落余量为M。

表6 AMR12.2k业务上、下行链路预算表

由表6计算结果可以看出，上行最大允许路径损耗为153.5－M(dBm），下行最大允许路径损耗为155.8－M(dBm）。由此可见，TD-SCDMA系统为上行受限系统。

3.1.2 满足上、下行业务信道解调的TD覆盖门限

考虑TD的AMR12.2k业务与GSM语音业务保持同覆盖，因此，只按照AMR12.2k业务来计算TD的覆盖门限。

TD覆盖门限（AMR业务上行）(dBm)＝PCCPCH发射功率－上行最大允许链路损耗＝47－153.52＋M＝-106.52＋M(dBm）

TD覆盖门限（AMR业务下行）(dBm)＝PCCPCH发射功率－下行最大允许链路损耗＝47－155.82＋M＝-108.82＋M (dBm）

取慢衰落余量为11.8dB，带入可得：

TD覆盖门限（AMR业务上行）=-94.7（dBm）

TD覆盖门限（AMR业务下行）=-97.0（dBm）

3.1.3 满足终端解调PCCPCH信号的TD覆盖门限

在保证业务信道有效接收门限时，还要保证终端正常解调控制信道信令所需的解调门限，终端信号解调门限是在接收机灵敏度基础上，综合考虑人体穿透损耗、落余量和干扰余量之后，形成的一个门限值。其计算公式如下：

TD覆盖门限（终端导频信号解调）[dBm]＝终端灵敏度＋下行干扰余量＋人体吸收损耗＋慢衰落余量＝-107＋1＋3＋M＝-103＋M (dBm)

3.1.4 计算TD的覆盖门限

通过上述分析，取TD覆盖门限为BCCH信道和上、下行语音业务信道解调的门限要求中的大者，也即：

TD覆盖门限(dBm)＝max{TD覆盖门限（终端PCCPCH解调），TD覆盖门限（AMR12.2k上行业务信道解调），TD覆盖门限（AMR12.2k下行业务信道解调)}＝-103＋M (dBm)

3.1.5 TD覆盖门限计算示例

根据前一节所算，该城市GSM网络的慢衰落余量为11.8dBm，带入3.1.4中公式，可得TD覆盖门限为-91dBm，该取值较原定的覆盖门限（-95dBm）有4dB的提升。

另外，通过相同的计算方法还发现，若要保证CS64k业务连续覆盖，TD的覆盖门限还需进一步增高到-87dBm（计算过程略）。

3.2 TD覆盖率取值

TD的覆盖门限和GSM的覆盖门限采用相同的方法计算，其中环境参数取值相同，二者具有可比性。因此，使用GSM的覆盖率作为TD的覆盖率。

以前述城市为例，根据上节确定的GSM网络覆盖率98%，将TD的覆盖率设置为98%（覆盖门限为-91dB），因此，为了达到2/3G网络同覆盖率的目标，进行TD室外宏基站仿真时，建议将该城市城区仿真终止条件中PCCPCH的RSCP覆盖门限和覆盖率分别设置为-91dB和98%（该覆盖率指标考虑了建筑物的穿透损耗）。

4 结束语

本文围绕TD达到2G相同覆盖水平这一建网目标，提出了一种基于GSM现网分析的PCCPCH RSCP覆盖门限和覆盖率的计算方法，并给出了新的覆盖指标（PCCPCH RSCP大于-91dBm的百分比在98%以上）。该指标较前期要求的（大于-95dBm的百分比在95%以上）更加严格。当前该研究成果已经应用到TD网络规划中，为室外宏基站的规划仿真提供指导。本文提出的方法也为其它无线网络规划的覆盖指标设置提供了参考。

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