摘要
TD-SCDMA是由中国提出的时分双工模式的的第三代移动通信技术，已经在2000年5月的ITU全会上正式成为国际标准。TD-SCDMA采用智能天线、同步CDMA技术、多用户联合检测、动态信道分配、软件无线电、接力切换等一系列高新技术，具有高频谱利用率、低成本、上下行不对称信道可适用于不对称业务等特点。
室内分布系统建设是整个无线网络建设过程中的重要一环，不同场景对室内分布系统设计有着不同的要求，一个优秀的室内分布系统设计方案，可以避免投资浪费，也能提高网络质量从而可以更好的为用户服务，同时还可以为客户创造价值。
文章分析了TD-SCDMA技术、室内分布系统设计的流程和方法。在合理利用现有网络资源的条件下，结合TD-SCDMA基础理论，根据大型写字楼东海大厦的实际情况及网络建设规模，运用无线传播预测模型，对东海大厦组建TD-SCDMA室内网络覆盖进行了前期规划，设计了东海大厦TD-SCDMA室内网络分布系统的方案。
关键词：TD-SCDMA；室内分布；网络规划；第三代移动通信
ABSTRACT
TD-SCDMA is the third generation mobile communication technology Proposed by China, May 2000 plenary session of the ITU. It based on smart antennas, synchronous CDMA technology, multi-user joint detection, dynamic channel allocation, software radio, relay switching and a varity of be applied to business and so on.
The construction of the Indoor distribution system is an important part of the construction of the entire wireless network, different scenarios for the interior design of distributed systems excellent design of indoor distribution system, not only can avoid wasteful investment, but also can improve the network quality and thus can service customer better, and can create value for clients.
The article analysed TD-SCDMA technology, network planning process and method. In the rational use of existing cyber source conditions, combining network planning theory, according to the actual situation of Large office buildings DongHai Building and network construction scale, the use of radio propagation prediction model of Large office buildings, formation of TD-SCDMA indoor coverage for the planning and design of Large office buildings, indoor TD-SCDMA network construction scheme.
Key words: TD-SCDMA; Indoor distribution; network planning; 3G
目录
1 绪论 (1)
1.1 本论文的研究背景和意义 (1)
1.2 本论文的主要内容 (2)
1.3 本论文的结构安排 (3)
2 TD-SCDMA的关键技术 (4)
2.1 时分双工技术技术 (4)
2.2 智能天线技术 (5)
2.3 联合检测技术 (7)
2.4 功率控制 (8)
2.5 动态信道分配技术 (10)
2.6 接力切换技术 (11)
3 TD-SCDMA室内无线信号传播分析 (14)
3.1室内区域分类 (14)
3.2室内环境特点及传播机制 (16)
3.3室内环境传播模型 (19)
3.4单天线覆盖能力 (21)
4 TD-SCDMA室内分布系统规划与设计方法 (23)
4.1 室分系统规划设计目标 (23)
4.2 室内链路预算 (25)
4.3 室内容量设计 (27)
4.4 邻区、频率、扰码规划 (28)
4.5 切换设计 (31)
4.6 多系统共存设计 (34)
5 东海大厦TD-SCDMA室内分布系统设计 (38)
5.1 设计方案概述 (39)
5.2 技术指标 (41)
5.3 TD-SCDMA话务分析 (41)
5.4 信源及设备的选取 (42)
5.5设计方案可行性分析 (42)
5.6 安装说明 (44)
5.7 东海大厦室内分布系统原理图 (48)
5.8 东海大厦室内天线放置平面图 (52)
总结与展望 (60)
致谢 (61)
参考文献 (62)
附录 (63)
英文文献翻译 (63)
1 绪论
1.1 本论文的研究背景和意义
TD-SCDMA是全球认可的第三代移动通信国际标准之一，一直得到我国政府的大力支持。规划和建设一个可管理和维护的TD-SCDMA网络，是一个重要的研究课题。
由于室内环境的话务量约占总业务量的70%左右，因此在TD-SCDMA第三代移动通信网络建设中，室内环境是运营商重点考虑的信号覆盖区域。TD-SCDMA网络目前的工作频段为2000MHz，相比900MHz的GSM系统，在室内更容易形成各种信号覆盖盲区。由此可见，TD-SCDMA系统的室内覆盖解决方案对于TD-SCDMA网络的商业部署和运营至关重要。
由于移动通信无线环境复杂，存在很多各不相同的特殊场景，而对于这些特殊场景来说网络质量的提升又非常重要，所以如何针对这些环境复杂、场景多样的特殊情况提出相应的可行性综合解决方案成为大家关注的焦点。有的场合人流量大，话务量多，话务密度高，形成无线用户密度大，业务质量高的室内区域，即网络覆盖“热点”；同时这些区域的建筑物通常规模大，结构复杂，网络穿透损耗大，形成了相对比较封闭的无线传播环境，对TD-SCDMA移动信号有很强的屏蔽作用，用户的终端无法正常使用，形成了移动通信的“盲点”。
TD-SCDMA的网络建设不仅需要解决信号覆盖问题，而且还要解决容量问题。怎样在一个特定场景的情况下，规划一个高质量的TD-SCDMA 室内分布系统，根据特定场景的需求“补忙补热”，做到既能满足移动通信对于数据和话音业务的需求又能节约成本，是本课题的研究目的。
通过对本课题的研究可以了解第三代移动通信，特别是TD-SCDMA
的发展历程，在了解TD-SCDMA的技术特点的基础上学会TD-SCDMA 无线网络规划的原则与流程，学会分析无线网络环境和网络规模，从而设计出合适的网络拓扑结构和选取合适的天线，最终设计出一个合格的TD-SCDMA网络。
1.2本论文的主要内容
本课题主要研究TD-SCDMA在东海大厦大型写字楼特殊场景下的室内覆盖解决方案。首先对TD-SCDMA的技术原理进行了分析，包括物理层原理和TD-SCDMA的关键技术，介绍了TD-SCDMA的技术特性及其在室内分布建设方面的特点。通过对TD-SCDMA室内无线信号传播进行深入研究，得出了单天线的实际覆盖能力。并详细论述了TD-SCDMA室内分布系统的设计方法，并对关键环节进行探讨(如信号源选取、频率时隙码资源规划、小区划分等)，并针对多系统共存模式给出了TD-SCDMA室分系统建设模式。最后东海大厦大型写字楼场景给出了TD-SCDMA网络室内覆盖特殊场景的完善解决方案。
研究的主要内容包括:
1. TD-SCDMA 的原理分析
论述了TD-SCDMA物理层原理和六项关键技术。
2. TD-SCDMA室内无线传播分析
在对无线信号传播机制研究的基础上，对移动通信室内传播模型进行深入分析，探讨最适用于TD-SCDMA室内覆盖的传播模型，并结合具体环境，计算出单天线的实际覆盖能力。
3. TD-SCDMA室内分布系统设计方法
首先给出了TD-SCDMA室内分布系统的室内覆盖勘测设计方法，并对TD-SCDMA室内分布系统建设的链路预算、容量设计、邻区、频率、
扰码规划以及切换设计等关键问题进行研究，最后针对各种多系统共存模式分别给出了TD-SCDMA室分系统建设思路。
4. TD-SCDMA东海大厦大型写字楼场景解决方案研究
针对会展中心场景的特殊环境，给出了TD-SCDMA网络会展中心覆盖解决方案。并通过实际工程案例的测试结果，论证了方案的有效性。
1.3本论文的结构安排
本论文共分5章，第一章为绪论，主要讲述本论文的研究背景和意义。
第二章为TD-SCDMA的关键技术，TD-SCDMA的关键技术是指时分双工技术(TDD)、智能天线技术、联合检测技术、功率控制、动态信道分配技术和接力切换技术。
第三章为TD-SCDMA室内无线信号传播分析，主要讲述室内区域分类，室内环境特点及传播机制，室内环境传播模型以及单天线覆盖能力。
第四章为TD-SCDMA室内分布系统规划与设计方法，包括室内覆盖勘测设计、TD-SCDMA室内分布系统规划设计和多系统共存设计三部分。
第五章为东海大厦TD-SCDMA室内分布系统设计，分析了东海大厦TD-SCDMA室内无线覆盖建设策略、容量资源配置策略及配套工程建设策略，详细阐述了东海大厦TD-SCDMA室内覆盖的建设方案，设计出了东海大厦的室内分布系统的原理图和天线布置的平面图。
2 TD-SCDMA的关键技术
2.1时分双工技术技术
对于数字移动通信而言，双向通信可以以频率或时间分开，前者称为FDD（频分双工），后者称为TDD（时分双工）。对于FDD，上下行用不同的频带，一般上下行的带宽是一致的；而对于TDD，上下行用相同的频带，在一个频带内上下行占用的时间可根据需要进行调节，并且一般将上下行占用的时间按固定的间隔分为若干个时间段，称之为时隙。TD-SCDMA系统采用的双工方式是TDD。TDD技术相对于FDD方式来说，有如下优点：
(1) 易于使用非对称频段，无需具有特定双工间隔的成对频段。
TDD技术不需要成对的频谱，可以利用FDD无法利用的不对称频谱，结合TD-SCDMA低码片速率的特点，在频谱利用上可以做到“见缝插针”。只要有一个载波的频段就可以使用，从而能够灵活地利用现有的频率资源。目前移动通信系统面临的一个重大问题就是频谱资源的极度紧张，在这种条件下，要找到符合要求的对称频段非常困难，因此TDD模式在频率资源紧张的今天受到特别的重视。
(2) 适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率
TDD技术调整上下行切换点来自适应调整系统资源从而增加系统下行容量，使系统更适于开展不对称业务。
(3) 上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的,有利于智能天线技术的实现，
时分双工TDD技术是指上下行在相同的频带内传输，也就是说具有上下行信道的互易性，即上下行信道的传播特性一致。因此可以利用通过上行信道估计的信道参数，使智能天线技术、联合检测技术更容易实现。通过上行信道估计参数用于下行波束赋形，有利于智能天线技术的实现。通过
信道估计得出系统矩阵An，用于联合检测区分不同用户的干扰。
(4) 无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本
由于TDD技术上下行的频带相同，无需进行收发隔离，可以使用单片IC 实现收发信机，降低了系统成本。
2.2智能天线技术
智能天线也叫自适应天线，由多个天线单元组成，每一个天线后接一个复数加权器，最后用相加器进行合并输出。这种结构的智能天线只能完成空域处理，同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些，每个天线后接的是一个延时抽头加权网络(结构上与时域FIR均衡器相同)。自适应或智能的主要含义是指这些加权系数可以根据一定的自适应算法进行自适应更新调整。
智能天线是利用用户空间位置的不同来区分不同用户。不同于传统的频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)或码分多址(CDMA)，智能天线引入第4种多址方式：空分多址(SDMA)。即在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，仍然可以根据信号不同的中间传播路径而区分。SDMA是一种信道增容方式，与其他多址方式完全兼容，从而可实现组合的多址方式，例如空分一码分多址(SD-CDMA)。智能天线与传统天线概念有本质的区别，其理论支撑是信号统计检测与估计理论、信号处理及最优控制理论，其技术基础是自适应天线和高分辨阵列信号处理。
图 2-1 智能天线阵元波束接收
设以M元直线等距天线阵列为例：（第m个阵元）
则空域上入射波距离相差为：?d = m ??x ? cosθ
时域上入射波相位相差为：（(2π/λ) ??d
可见，空间上距离的差别导致了各个阵元上接收信号相位的不同。经过加权后阵列输出端的信号为：
∑∑-
=
?-
-=
?
?
=
=
1
c o s 2
1 0
)( )(
)(
M
m
x
m
j
m
M
m
m
m
e
w
t s
A
t
u
w
t z
θ
λ
π
(2-1)
其中，A为增益常数，s(t)是复包络信号，wm是阵列的权因子。
根据正弦波的叠加效果，假设第m个阵元的加权因子：
(2-2)
则
∑-=
-
?
-
?
?
=
1
)
c o s
(c o s
2
)(
)(
M
m
x
m
j
e
t s
A t z
?
θ
λ
π
(2-3)
结论：选择不同的Φ0，将改变波束所对的角度，所以可以通过改变权值来选择合适的方向。针对不同的阵元赋予不同权值，最后将所有阵元的信号进行同向合并，达到使天线辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波
方向的目的。
智能天线的优势：
（1）提高了基站接收机的灵敏度；
（2）提高了基站发射机的等效发射功率；
（3）降低了系统的干扰；
（4）增加了CDMA系统的容量；
（5）改进了小区的覆盖；
（6）降低了无线基站的成本。
2.3联合检测技术
联合检测技术是多用户检测（Multi-user Detection）技术的一种。
CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要在数字
域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。信号分离的方法
大致可以分为单用户检测和多用户检测技术两种。
联合检测作用包括：降低干扰（MAI&ISI）、提高系统容量、降低功控
要求。
联合检测的原理：
一个CDMA系统的离散模型可以用下式来表示：
e = A d + n
(2-4)
其中，d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声，A
是与扩频码c和信道冲激响应h有关的矩阵。只要接收端知道A（扩频码
c和信道冲激响应h），就可以估计出符号序列。对于扩频码c，系统是已
知的，信道冲激响应h可以利用突发结构中的训练序列midamble求解出
这样就可以达到估计用户原始信号d的目的。
图 2-2 联合检测原理示意
2.4功率控制
2.2.4.1 功率控制的作用
（1）功率控制技术是CDMA系统的基础，没有功率控制就没有CDMA系统。
（2）功率控制可以补偿衰落，接收功率不够时要求发射方增大发射功率。
（3）功率控制可以克服远近效应，对上行功控而言，功率控制的目标即为所有的信号到达基站的功率够用即可。
（4）由于移动信道是一个衰落信道，快速闭环功控可以随着信号的起伏进行快速改变发射功率，使接收电平由起伏变得平坦。
2.2.4.2 功率控制分类
TD-SCDMA的功率控制技术采取开环、闭环（内环）和闭环（外环）功率控制三种。
功率控制—开环
由于TD-SCDMA采用TDD模式，上行和下行链路使用相同的频段，因此
上、下行链路的平均路径损耗存在显著的相关性。这一特点使得UE在接
入网络前，或者网络在建立无线链路时，能够根据计算下行链路的路径损耗来估计上行或下行链路的初始发射功率。当它接收到的功率越强，说明收发双方距离较近或有非常好的传播路径，发射的功率就越小，反之则越大。开环功控只能在决定接入初期发射功率和切换时决定切换后初期发射功率的时候使用。
上行开环功率控制由UE和网络共同实现，网络需要广播一些控制参数，而UE负责测量PCCPCH的接收信号码功率，通过开环功率控制的计算，确定随机接入时UPPCH、PRACH、PUSCH和DPCH等信道的初试发射功率。
功率控制—内环（闭环）
快速闭环功率控制（内环）的机制是无线链路的发射端根据接收端物理层的反馈信息进行功率控制，这使得UE（NodeB）根据NodeB（UE）的接收SIR值调整发射功率，来补偿无线信道的衰落。在TD-SCDMA系统中的上、下行专用信道上使用内环功率控制，每一个子帧进行一次。
功率控制—内环（外环）
内环功率控制虽然可以解决损耗以及远近效应的问题，使接收信号保持固定的信干比（SIR），但是却不能保证接收信号的质量。接收信号的质量一般由误块率（BLER）或误码率（BER）来表征。环境因素（主要是用户的移动速度、信号传播的多径和迟延）对接收信号的质量有很大的硬性。当信道环境发生变化时，接收信号SIR和BLER的对应关系也相应发生变化。因此，需要根据信道环境的变化，调整接收信号的SIR目标值。
2.5动态信道分配技术
2.5.1 动态信道分配方法
TD-SCDMA系统中动态信道分配DCA的方法有如下几种：
（1）时域动态信道分配
因为TD-SCDMA系统采用了TDMA技术，在一个TD-SCDMA 载频上，使用7个常规时隙，减少了每个时隙中同时处于激活状态的用户数量。每载频多时隙，可以将受干扰最小的时隙动态分配给处于激活状态的用户。
（2）频域动态信道分配
频域DCA中每一小区使用多个无线信道（频道）。在给定频谱范围内，与5MHz的带宽相比，TD-SCDMA的1.6MHz带宽使其具有3倍以上的无线信道数(频道数)。可以把激活用户分配在不同的载波上，从而减小小区内用户之间的干扰。
（3）空域动态信道分配
因为TD-SCDMA系统采用智能天线的技术，可以通过用户定位、波束赋形来减小小区内用户之间的干扰、增加系统容量。
（4）码域动态信道分配
在同一个时隙中，通过改变分配的码道来避免偶然出现的码道质量恶化。
2.5.2 动态信道分配分类
（1）慢速DCA：
慢速DCA主要解决两个问题：一是由于每个小区的业务量情况不同，所以不同的小区对上下行链路资源的需求不同；二是为了满足不对称数据业务的需求，不同的小区上下行时隙的划分是不一样的，相邻小区间由于上下行时隙划分不一致时会带来交叉时隙干扰。所以慢速DCA主要有两个方面：一是将资源分配到小区，根据每个小区的业务量情况，分配和调整上下行链路的资源；二是测量网络端和用户端的干扰，并根据本地干扰情况为信道分配优先级，解决相邻小区间由于上下行时隙划分不一致所带来
的交叉时隙干扰。具体的方法是可以在小区边界根据用户实测上下行干扰情况，决定该用户在该时隙进行哪个方向上的通信比较合适。
（2）快速DCA：
快速DCA主要解决以下问题：不同的业务对传输质量和上下行资源的要求不同，如何选择最优的时隙、码道资源分配给不同的业务，从而达到系统性能要求，并且尽可能地进行快速处理。快速DCA包括信道分配和信道调整两个过程。信道分配是根据其需要资源单元的多少为承载业务分配一条或多条物理信道。信道调整（信道重分配）可以通过RNC对小区负荷情况、终端移动情况和信道质量的监测结果，动态地对资源单元（主要是时隙和码道）进行调配和切换。
2.6接力切换技术
接力切换是一种应用于同步码分多址（SCDMA）通信系统中的切换方法。该接力切换方式不仅具有上述“软切换”功能，而且可以在使用不同载波频率的SCDMA基站之间，甚至在TD-SCDMA系统与其它移动通信系统，如GSM 或IS-95 CDMA系统的基站之间实现不丢失信息、不中断通信的理想的越区切换。接力切换适用于同步CDMA移动通信系统，是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。
同步码分多址通信系统中的接力切换基本过程可描述如下（参见图
2-3）：
(1)MS和BS0通信；
(2) BS0通知邻近基站信息，并提供用户位置信息（基站类型、工作载频、定时偏差、忙闲等）；
(3) 切换准备（MS搜索基站，建立同步）；
(4) BS或MS发起切换请求；
(5) 系统决定切换执行；
(6) MS同时接收来自两个基站的相同信号；
(7) 完成切换。
正常工作的SCDMA 系统
可否切换?
系统知道终端的位置
原基站通知终端附近基站的信息
系统接收到来自终端的切换请求
系统发出切换请求
系统中两个基站同时发射下行信息
两个基站同时接收上行信息
目的基站接收
电平和定时正确
保持两个基站同时和一个终端通信系统要求结束切换或
接收到终端完成切换的要求
中断原基站和终端的通信切换结束
获得上行发射功率和发射定时偏差
在目的基站下行信道加
上此功率控制和定时偏
差调整要求系统发起切换
Yes
No Yes
No
图 2-3 基站的接力切换过程
3 TD-SCDMA室内无线信号传播分析
3.1室内区域分类
在无线网络规划中，一般将目标覆盖区域划分为不同的区域类型，按照不同的区域类型采用不同的服务等级和配置原则，以便合理地配置网络资源，以有限的投资满足既定的服务质量要求。对于以宏蜂窝为骨架的室外网络，通常根据业主业务需求和无线传播环境进行区域分类。对于室内覆盖而言，也有必要采取相类似的分类原则，但其分类更为微观和具体。由于建筑功能决定了用户的聚类和密集程度，及室内的业务需求和服务要求，因此，室内区域只需要根据建筑物功能和无线环境的特点分类。
1.按建筑物功能分类
按建筑物功能分类是对不同建筑物的纵向分割，即室内区域的宏观分割;
按照建筑物的功能，室内区域可分为8大类共计26小类，如表3-1所示。
2.按无线环境的特点分类
按无线环境的特点分类则是对同一建筑的横向分割，即室内区域的微观分割。
按照无线环境的特点，室内区域可以分为裙楼、标准层、地下层和电梯等类型。室内分布系统建设应根据不同的室内环境特点来进行覆盖: (1)裙楼:一般位于建筑物的低楼层，楼层面积较大，空间隔断较少或空旷。通常窗边附近区域信号较好，纵深处信号较差。商业用途的裙楼不仅需要解决信号覆盖和容量问题，而且还应该注意控制信号外泄以及与室外基站的平滑切换。
(2)标准层:裙楼以上的楼层(包括楼梯)，空间间隔较为规则，通常高
楼层信号较为杂乱，纵深处信号较差。标准层用途通常为住宅、办公室、酒店房间等，室内分布系统主要解决覆盖问题，重点是要在室内形成主导信号。
(3)地下层:建筑物地面以下部分，包括地下室、地下停车场等，通常为信号盲区，采用室内分布系统解决覆盖问题的同时还要注意与地面信号之间的切换问题。
(4)电梯:一般位于建筑物中部，属于封闭环境，为信号盲区。室内分布系统以满足语音业务的需求为主。通常采用在电梯内安装高增益定向天线或铺设泄漏电缆的方式进行覆盖，应注意保持信号连续性，减少电梯运行和用户进出电梯时的切换和掉话问题。
表3-1室内区域按建筑物类型分类
序号类别建筑功能
1 重要机关、办公楼
重要写字楼
政府机关
医院
地方电信大楼
学校（教学楼、办公楼、宿舍楼）
部分楼层大客户
2 宾馆酒店
四、五星级宾馆
三星级或者同级别宾馆
二星级宾馆
3 餐饮娱乐消费场所大型专业市场（电子城、购物中心等）
餐饮娱乐场所
室内批发市场（包括集贸市场等）
室
内
区
域
的
分
类
对
于
室
内
分
布系统的建设具有重要的作用。在室内分布系统的规划过程中，首先需要根据建筑物的功能确定建设的优先级、需要覆盖的目标区域、需要提供的业务类型以及信源选取，在设计和建筑过程中则必须根据裙楼、标准层、地下层和电梯等不同区域的无线环境特点，合理地进行天线布局和功率分配。
3.2室内环境特点及传播机制
室内环境是封闭、半封闭的传播环境，由于墙壁、门窗、家具和其他物体的存在，从发射天线到接收天线的电波不仅有直射波、反射波，还有经过物体棱角边缘的绕射产生的绕射波。室内无线信号的传播主要受以下因素的影响:
来自室内墙体、楼板等物体的反射和绕射。
穿过墙体、楼板和其他障碍物的透射。
商场、百货、超市等 4 交通枢纽 机场 火车站、汽车站 地铁 5 大型场馆 会展中心、会议中心 大型体育场 6 住宅楼宇 大型住宅小区 高档住宅小区 密集城中村（户外基站无法解决的） 高层住宅楼（纯住宅） 7 隧道 铁路隧道 公路隧道 重要景区岩洞 8 综合楼宇 商住楼宇