TD-SCDMA时隙码道配置原则及各类3G典型业务资源占用情况分析
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TD-SCDMA直放站时域特性简析马毅强前言一在之前的培训中,大家对TD-SCDMA直放站有了一个大致的了解。
培训结束后,不少同事都对此产生浓厚的兴趣,不断和我探讨。
通过讨论,我发现大家对TD的射频特性已经基本理解了,但是对时域上的理解却并不是很好。
特别是在TD直放站样机的测试中,对时域的指标测试没有全然理解。
因此,写下这篇短文,供大家参考和讨论。
TD-SCDMA(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access,时分同步码分多址)技术是国际电联ITU正式发布的第三代移动通信系统标准之一,其关键技术之一便是可以调整上下行切换点,即调整上下行业务的流量控制,实现不对称业务的传输。
这也是TD与其他3G系统一个典型的不同之处。
TD直放站是移动通信网络的重要组成部分,是网络扩容和优化的主要对象。
直放站也是解决室内覆盖的重要设备。
在TD-SCDMA系统中正确合理地使用好直放站,能提高网络利用率,降低网络建设、运维成本,提高网络性能。
随着TD-SCDMA规模试验网建设的不断深入,TD-SCDMA直放站的重要性得到了直观的体现。
它可以增加网络覆盖,使施主基站的覆盖得到延伸,也能增加空闲基站的话务负荷,或是分摊繁忙基站的话务量起到优化网络的作用。
TD帧结构TD-SCDMA直放站目前工作频率是2010MHz~2025 MHz,信号的码片速率为1.28MHz/s,扩频带宽或信道间隔为1.6MHz,调制方式为QPSK/8PSK,接入技术为DS-CDMA/TDMA,采用不需配对频率的TDD工作方式。
它的下行和上行的信息是在同一载频的不同时隙上进行传送的,因此时域切换指标的测试至关重要。
要谈TD的时域特性就必须先对TD的帧结构做个简单介绍。
TD-SCDMA 的物理信道采用四层结构:系统帧、无线帧、子帧和时隙/码。
下图为TD-SCDMA 的物理信道信号格式。
TD-SCDMA帧结构将10ms的无线帧分成两个5ms的子帧,每个子帧中有7个常规时隙(TS0~TS6,每个时隙长度为864码片,占675μs)和3个特殊时隙。
3. 第三代移动通信TD-SCDMA系统主要设备和技术介绍.1 TD-SCDMA标准的提出与形成.2 TD-SCDMA系统概述.2.1 TD-SCDMA系统主要技术性能概括地讲,TD-SCDMA系统的主要技术性能有:1. 工作频率: 2010~2025MHz2. 载波带宽: 1.6MHz3. 占用带宽: 5MHz (容纳三个载波,即1.6MHz×3)4. 每载波码片速率: 1.28Mcps5. 扩频方式: DS , SF=1/2/4/8/166. 调制方式: QPSK7. 帧结构:超帧720ms, 无线帧10ms8. 子帧: 5ms9. 时隙数: 710. 支持的业务种类:* 高质量的话音通信* 电路交换数据 (与当前GSM网络9.6Kbps兼容)* 分组交换数据(9.6~384Kbps,以后达到2Mbps)* 多媒体业务* 短消息11. 每载波支持对称业务容量:每时隙话音信道数:16 (8Kbps话音,双向信道,同时工作;也可以用两个信道支持13Kbps话音)每载波话音信道数:16×3=48 (对称业务)频谱利用率: 25Erl./MHz12. 每载波支持非对称业务容量:每时隙总传输速率:281.6Kbps (数据业务)每载波总传输速率:1.971Mbps频谱利用率: 1.232Mbps/MHz13. 基站覆盖范围:在人口密集市区: 3~5Km (根据电波传播环境条件决定)在城市郊区;适当调整时隙结构可达到10~20Km (与FDD制式相同)14. 通信终端移动速度:基于智能天线和联合检测的高性能数字信号处理技术,经过仿真,通信终端的移动速度可以达到250km/h。
15.具有良好的系统兼容性:* 支持与GSM/MAP、CDMA/IS-41核心网的连接* 支持与GSM系统间的切换及漫游* 具有与WCDMA(FDD 或TDD)相同的高层信令及网络结构* 支持核心网向全IP方向发展3.2.2 TD-SCDMA主要技术特点及优势根据ITM-2000的技术规范,为满足ITU规定的第三代移动通信的基本要求我们在TD-SCDMA系统中使用了许多国际上最新的先进技术,达到最大的系统容量、最高的频谱利用率、最强的抗干扰能力和最好的性能价格比,以适应以后发展的非对称数据业务、宽带多媒体和话音业务的需要。
TD-HSDPA组网浅析摘要随着TD-SCDMA的快速发展,TD-HSDPA 技术日趋成熟,而TD-HSDPA技术的引入对组网有何要求,会对网络带来什么影响,其组网有何特色等问题也越来越引起人们的关注。
本文将从分析TD-SCDMA核心技术特点着手来展现TD-HSDPA组网特色,为合理规划TD-HSDPA 网络提供一些建议和帮助。
TD-SCDMA核心技术之一:TDD时分双工TD-SCDMA在3GPP 标准中称为TDD LCR,其广为人知的智能天线技术、联合检测技术及上行同步技术等关键技术的开发与实现均是基于TDD时分双工的工作方式而深入展开的。
可见TDD 时分双工是TD-SCDMA 相对其它FDD(频分双工)技术而言最具特色的,并且还将对未来TD-SCDMA 标准的演进及系统设计产生持续的影响。
TDD时分双工的概念说起来非常简单,无非就是在通信过程中,上行链路占用某个时隙,而下行链路则占用同一帧结构中的其它时隙,采用不同的时隙来实现双工通信方式,不同于FDD频分双工的上下行链路要占用两个频点,要依靠不同的频率来承载上下行业务。
如图1所示。
显然TDD技术在节省频率资源、灵活调配时隙数量和支持非对称业务等方面具有较大优势,但同时也增加了时隙同步、导频干扰控制等技术细节实现的难度。
鼎桥通信的母公司之一西门子早在上世纪八十年代就开始研究TDD技术,并成功地与CATT 合作开发了业界第一台基于TD-SCDMA技术的基站设备,充分验证了TDD技术标准的可行性,为当前TD-SCDMA技术的蓬勃发展奠定了坚实的基础,同时为TDD 技术的成熟稳定及后续演进指明了方向。
目前正在测试的上行导频偏移,其标准建议就是几年前由西门子提出的。
图1 TDD与FDD的比较图2 TD-HSDPA资源占用分析TD-HSDPA作为3GPP R5(TDD LCR)新增的主要技术,依然采用TDD的内核。
HS-PDSCH的传输时间间隔为5ms,NB调度的HSDPA共享资源为一个TTI内的各下行时隙中的码道。
TD-SCDMA信道详解TD-SCDMA有三种信道:逻辑信道、传输信道和物理信道。
1、逻辑信道:根据信息传输类型来定义的逻辑信道可分两类:-控制信道(传输控制平面的信息)-业务信道(传输用户平面的信息)1.1 控制信道-Broadcast Control Channel (BCCH) 广播控制信道:下行,传输广播信息-Paging Control Channel (PCCH)寻呼控制信道:下行,传输寻呼信息-Common Control Channel (CCCH)公共控制信道:双向,在网络和UE之间发送控制信息的双向信道。
当没有RRC连接或当小区重选后接入一个新的小区时使用该信道。
-Dedicated Control Channel (DCCH)专用控制信道:点到点双向,在UE和网络之间发送专用控制信息的点对点双向信道通过RRC连接建立过程,建立该信道。
-Shared Channel Control Channel (SHCCH)共享控制信道:TDD专用,双向,在网络和UE之间发送上行链路和下行链路的控制信息的双向信道。
1.2 业务信道-Dedicated Traffic Channel (DTCH)专用业务信道:点到点,双向,UE专用的传输用户信息的点对点的双向信息。
-Common Traffic Channel (CTCH)公共业务信道:点到多点,下行,UTRAN对全部或一组特定的UE传输专用用户信息的点对多点的单向信道。
2、传输信道:是由L1提供给高层的服务,它是根据在空中接口上如何传输及传输什么特性的数据来定义的。
传输信道一般可分为两组:- 公共信道(在这类信道中,当消息是发给某一特定的UE时,需要有内识别信息)- 专用信道(在这类信道中,UE是通过物理信道来识别)2.1 公共传输信道- Broadcast Channel (BCH) 广播信道:下行,广播系统和小区特定信息– Forward Access Channel (FACH)前向接入信道:下行,网络知道用户位置时传送控制信息,也可传短的用户包。
1、TD-SCDMA的多址接入方案是直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)和TDMA,码片速率为1.28Mcps,扩频带宽约为1.6MHz,采用不需配对频率的TDD(时分双工)工作方式。
它的下行(前向链路)和上行(反向链路)的信息是在同一载频的不同时隙上进行传送的。
2、TD-SCDMA的基本物理信道特性由频率、码和时隙决定。
其帧结构将10ms的无线帧分成2个5ms子帧,每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。
3、信道的信息速率与符号速率有关,符号速率由1.28Mcps的码速率和扩频因子所决定到上下行的扩频因子在1到16之间,因此各自调制符号速率的变化范围为80.0K 符号/秒~1.28M 符号/秒。
4、TD-SCDMA的三个信道类型:(1)物理信道在物理层定义,物理层受RRC的控制。
(2)传输信道作为物理层向高层提供的服务,它描述的是信息如何在空中接口上传输的。
(3)逻辑信道则是MAC层向上层(RLC)提供的服务,它描述的是传送什么类型的信息。
一、传输信道传输信道分为两类:1、公共信道:通常此类信道上的信息是发送给所有用户或一组用户的,但是在某一时刻,该信道上的信息也可以针对单一用户,这时需要用UE ID进行识别。
公共传输信道有6类:BCH、PCH、FACH、RACH、USCH和DSCH 。
其主要特性如下:1) 广播信道(BCH)广播信道是下行传输信道,用于广播系统和小区的特有信息。
2) 寻呼信道(PCH)寻呼信道是下行传输信道,当系统不知道移动台所在的小区时,用于发送给移动台的控制信息3) 前向接入信道(FACH)前向接入信道(FACH)是下行传输信道,当系统知道移动台所在的小区时,用于发送给移动台的控制信息。
FACH也可以承载一些短的用户信息数据包。
4) 随机接入信道(RACH)随机接入信道是上行传输信道,用于承载来自移动台的控制信息。
RACH也可以承载一些短的用户信息数据包。
5) 上行共享信道(USCH)上行共享信道(USCH)是几个UE共享的上行传输信道,用于承载专用控制数据或业务数据。
链路预算是覆盖规划的前提,其目的是通过计算特定业务在一定质量要求(Eb/No)下的最大允许路径损耗,来求得一定传播模型下该业务的覆盖半径,从而能够确定满足连续覆盖条件下基站的规模。
归纳起来,最大允许路径损耗=有效发射功率+发送接收增益-接收机灵敏度-裕量。
针对TD-SCDMA技术体制,其链路预算具有如下特点:1 TD-SCDMA系统由于其TDMA特性,公共信道与业务信道分配在不同的时隙,不同信道在某一时刻独占发射机的功率,使用不同的扩频因子且使用不同的辐射形式,从而应分别针对公共信道和业务信道做出相应的链路预算。
2 TD-SCDMA系统的频带间隔为、码片速率为s,其业务的处理增益与其他体制业务处理增益的计算方法不同,需要按照上下行分别计算。
3 TD-SCDMA系统采用了智能天线,除上下行单天线本身的增益外还带来下行多天线功率合成增益、上下行赋形增益。
4 TD-SCDMA系统在同一个载频下,用户业务信道与系统公共信道之间没有干扰。
CDMA系统的自干扰特性被限定在一个业务时隙内,且由于智能天线的SDMA效果和联合检测技术,干扰裕量相对其他标准体制有所减小。
5 TD-SCDMA系统采用接力切换,不需要同时和两个甚至三个基站联系,不产生宏分集增益。
不过由于TD-SCDMA网络采用接力切换,切换的中断时间非常短,并且切换成功率较高,因此可以实现快速切换。
这样多个小区阴影衰落的互补特性可以得到充分利用,得到覆盖的增益,一般在链路预算中考虑2dB的接力切换增益。
6 TD-SCDMA系统采用可变频率功控,频率在0-200k之间变化。
不需要预留功控裕量。
根据以上的特点,将TD-SCDMA链路预算中的参数分为系统特性、基站特性、用户终端特性、环境特性四个方面进行分析。
1 系统特性1)载频频点(MHz)对应的2010-2025共9个频点。
2)信道带宽(MHz)TD-SCDMA基于s码片速率的占用带宽为。
【TD-SCDMA第三代移动通信系统标准P122。
TD-SCDMA时隙码道配置原则及各类3G典型业务资源占用情况分析江西省移动通信有限公司网络部网管中心梅辉TD-SCDMA(以下均简写为TD)系统采用了多种物理层技术,相对WCDMA 和cdma2000系统,从技术上具有更高的频谱利用率。
但现网实际情况是,不同业务占用不同的码资源会导致TD系统对系统的干扰还未达到极限,由于码资源受限而出现了系统容量受限的情况。
作为码资源非常受限的系统,TD应尽快通过开启HSUPA和扩载波、开启空分复用等技术方式,增大系统的容量以解决此问题。
目前TD设备上下行时隙配置原则说明目前多数情况下,TD系统上下行时隙配置及HSDPA配置原则,是每个小区都在第二块载波配置HSDPA载波。
如每小区有4或3块载波,则根据业务需求量大小在第2块和第3块载波上开启HSDPA功能,若小区共2块载波,则第2块载波开启HSDPA。
每块载波开启3个HSDPA时隙。
主载波、辅载波码道配置如图1、2、3所示。
图1为主载波码道占用情况,说明如下。
图1 主载波码道占用情况其中TS0时隙的第16/0和16/1一般固定由PCCPCH信道占用。
16/2~16/5分配给SCCPCH信道使用,16/6和16/7分配给PICH信道使用,16/8分配给PFACH信道使用。
可同时支持15个AMR12.2kbit/s的话音电话;剩余的DPCH 码道可以用于支持R4的数据业务,可提供34×8=272kbit/s的带宽。
需要注意的是R4载波业务的承载能力计算。
一个SF=16的码道,采用QPSK调制方式,其空口峰值速率为:单码道空口峰值速率=(数据符号chip数/SF×调制比特TPC&SS&TFCI占用比特数)×每秒子帧数=(704/16×2-8)bit/subframe×200subframe/s=15.2kbit/s在R4阶段,一般采用1/2、1/3编码,再加上上层重传,SF16单码道承载能力在8kbit/s。
单时隙承载能力为128kbit/s。
图2是R4载波的码道占用情况,说明如下。
图2 第一辅载波(R4载波)由于TD系统的一副天线无法同时完成收发信息,同一扇区(使用同一副天线)内所有小区的上下行时隙应该是一致的。
这样R4载波在上述配置情况下可以同时支持16个AMR12.2kbit/s的话音电话。
剩余的下行TS3、4最大可以提供256kbit/s的带宽。
图3 第二辅载波(HSDPA载波)图3为第二辅载波(HSDPA载波)。
HSDPA码道占用情况说明如下。
在上行速率设置为64kbit/s的情况下,每个64kbit/s业务需占用8个SF=16的码道。
为此上行业务支持3个用户;而下行由于每个H用户需占用两个SF=16的码道(在不开启帧分复用的情况下)的伴随信道,所以下行支持6个用户。
综合来看支持只能3个用户。
如果上行设置为32kbit/s的话,则可以支持6个用户。
综合以上时隙码道规划,可看出目前在以3个载波的配置情况下,能提供31路AMR12.2kbit/s的话音用户。
小区开启HSDPA的载波理论上可以提供1.68Mbit/s的带宽。
在这里,一个下行HSDPA时隙,SF=1,采用16QAM调制方式,一个子帧的长度为5ms,其空口峰值速率为:单时隙空口峰值速率=(数据符号chip数/SF×调制比特TPC&SS&TFCI占用比特数)×每秒子帧数=(704/1×4-0)bit/subframe×200subframe/s=563.2kbit/s三个时隙理论峰值速率为:563.2kbit/s×3=1689.6kbit/s=1.68Mbit/s实际的空口承载能力(即小区容量)和UE所处位置的无线环境、小区中UE 个数、小区半径等有较大关系,变化较大。
根据外场测试,在单H载波3个HSDPA 业务时隙情况下,12个UE并发,系统吞吐量在1.1~1.3Mbit/s,平均每个HSDPA 时隙速率在360~430kbit/s。
时隙优化配置的建议1.对于TD容量规划的要求(1)目前在“近期重点发展移动宽带业务和基于双模终端的话音业务”的市场定位下,TD全网将采用2:4(上行:下行)时隙配置,以便充分发挥TD网络在非对称时隙配置下增强下行承载业务能力的优势。
(2)数据业务热点区域配置原则:每小区配置3载频时开启2个载频的HSDPA功能,相应配置6个HS-PDSCH 时隙。
当小区载频配置4个时,开启3个载频的HSDPA功能,相应配置9个HS-PDSCH时隙。
2.TD信道规划情况实际规划时,由于网络建设初期,仍以语音业务与视频电话为主,可以暂时不按以上原则进行实施,全网小区统一设置为只开通1个HSDPA载频,配置3个HS-PDSCH时隙。
3.目前时隙码道配置存在的问题及解决建议(1)CS业务资源不足从以上的分析可以看出,目前的时隙码道配置原则下,3个载波最大可以支持31路AMR12.2kbit/s的话音用户。
当用户发起视频电话VP业务后,将在上行占用8个SF=16的码道,这样当VP业务多起来的时候,会发现将会占用大量的码道,支持话音用户的数量将锐减。
按照上面的码信道配置,最多支持7个VP业务。
另外对于用户上R4的PS业务,码资源也得不到保证。
(2)PS业务资源严重不足根据理论和在现网实际测试情况来看,各类业务对码资源的占用情况如表一。
(注:一个BRU指的是单个SF=16的资源。
)按上面的信道码资源配置情况,结合现网试验,对于3个载波的小区,最多支持2个用户使用384kbit/s的下行R4数据业务(需占用6个下行时隙)。
而对于使用HSDPA业务的用户,在上行使用64kbit/s的情况下,最多支持3个上行64kbit/s下行HSDPA的用户,其中需要有一个或两个SF=16的上行码道,用于传上行控制信道的HS-SICH。
(3)结论TD系统是一个码资源受限的系统。
3个载波的小区,最大支持7个视频电话、3个HSDPA用户(上行64kbit/s)和6个AMR12.2kbit/s的话音用户。
现网的情况也是如此,当已经有三个HSDPA的用户在线时,第四个HSDPA 用户就无法接入,主要是上行码资源受限的原因。
4.信道码资源优化建议(1)主载波或第一辅载波的TS3/TS4两个时隙可以考虑用作MBMS通道,如图4所示。
图4 TS3/4时隙可用作MBMS通道(2)对于使用HSDPA的用户,建议上行不使用64kbit/s而采用32kbit/s,主要考虑是目前HSDPA数据卡如果使用64kbit/s业务类型,则整个HSDPA载波最多支持3个用户,而上行如果采用32kbit/s,则可以支持6个用户使用HSDPA 业务。
表1 各类业务对码资源占用情况(3)由于没有确切的数据业务使用模型,如果随着数据业务量上来后,建议除主载波外,其他载波都要开启HSDPA功能,否则依靠R4载波进行数据业务承载,将极大消耗码资源,对CS话音用户资源占用太大。
另外在技术成熟的情况下,尽快部署HSUPA,避免目前由于上行码道受限,导致只有3个用户上HSDPA业务的情况。
(4)如果用户在占用TD小区发生上行资源受闲置时,启动话音业务到GSM 的转移。
各类业务占用资源的分析目前3GPP共定义了四类业务流等级,分别是会话类(ConversationalServices)、流类(StreamingServices)、交互类(InteractiveServices)和背景类(Background services)。
针对目前3G常用的承载业务,分析各类不同业务占用时隙码道资源的情况。
1.短信业务目前短信业务直接由3.4kbit/s的SRB(信令无线承载)进行业务承载。
收发短信时短信业务占用一个SF=16的码道。
2.AMR12.2K的话音业务目前对于12.2kbit/s的话音业务,占用连续的两个SF=16的码道。
对于目前主载波,由于时隙配比是2:4,除去PCCPCH等公共信道所占用的码道,最多支持15个AMR用户。
3.视频电话VP业务视频电话由于需要64kbit/s的带宽资源,所以单个视频VP电话,需要8个SF=16的码道资源。
在时隙配比为2:4的情况下,TD只能同时支持3个视频电话用户。
4.R4下的分组域无线接入承载业务目前我们使用的彩信,流媒体电视等业务都承载在R4下的分组域下。
用户使用这些业务时,根据用户签约信息,核心网将分频相应的资源。
对于彩信业务,使用PS交互/背景类64/64kbit/s资源,这样上下行将占用8个SF=16的码道资源。
而流媒体电视使用PS交互/背景类128/384kbit/s资源,这样上行占用单个时隙,16个SF=16的码道资源;下行占用三个时隙和48个下行码道。
5.HSDPA业务对于使用HSDPA业务,它支持32kbit/s、64kbit/s、128kbit/s和384kbit/s等各类业务承载。
如果上行没有开启HSUPA的情况下,上行各类业务占用资源的情况和R4下的分组域情况类似,而下行则占用所设置的HS-PDSH码资源,具体占用情况取决于终端申请的速率。
目前比较典型的业务是G3上网本使用的各类上网业务。
总结在TD系统中,时隙码道是一个很大的受限条件。
按照目前时隙2:4的配置情况下,要求很多PS业务承载在TD网络上,否则会极大浪费时隙码道资源。
话音业务要求是成对的资源。
而目前按照表一的各类业务占用码道情况,对于单载波,最多只能支持一个384业务的用户,码资源无法在多用户下共享。
除非开启DCCC算法等算法来动态调整用户占用资源情况。
目前还没有HSUPA部署,网络最多只能支持3个64kbit/s的用户。
要能承载更多的用户的话,必须采取上行降速的办法,如上行速率采用32kbit/s。
总之,TD系统是一个码资源非常受限的系统,应尽快开启HSUPA和通过扩载波、开启空分复用等技术方式才能增大系统的容量。
比如采用2倍空分复用技术,在相同频率、时隙、码道资源情况下,可以提升吞吐量的一倍。