【资料名称】：TD－SCDMA无线频点扰码规划

【资料作者】：kimono

【资料日期】：2010

【资料语言】：中文

【资料格式】：DOC

【资料目录和简介】：

TD－SCDMA无线频点扰码规划

课程目标：
课程目标1：掌握TD－SCDMA频点扰码特性
课程目标2：掌握TD－SCDMA频点扰码规划原理

参考资料：
参考资料1：《TD-SCDMA频点规划原理V1.0》
参考资料2：《ZXTR B30码资源规划方案0.3》
参考资料3：《GSM频率规划及干扰预测》



目录
第1章 前言1
第2章 频点规划原理3
2.1 干扰对移动网络的影响3
2.1.1 同频干扰3
2.1.2 邻频干扰3
2.2 频率复用3
2.2.1 簇和频率复用因子4
2.2.2 频率复用距离4
2.2.3 同频复用比6
2.3 频率规划的定义和方法6
2.4 频率规划算法实现7
2.4.1 基本目标及假设7
2.4.2 基于gragh coloring的全向站频点规划7
2.4.3 分扇区的频点规划9
2.4.4 全向、定向混合组网的频点规划11
2.5 N频点组网下的频点规划12
第3章 扰码规划原理13
3.1 TD－SCDMA码资源13
3.1.1 上/下行同步码13
3.1.2 中间训练码13
3.1.3 扩频码14
3.1.4 扰码14
3.2 扰码规划基本方法16
3.2.1 复合码的自身差异16
3.2.2 扰码规划的原则16
3.2.3 计算扰码之间的相关特性17
3.2.4 扰码分配准则17
3.2.5 扰码分配顺序17
3.3 扰码规划算法实现18
3.3.1 第一个小区扰码号的选取18
3.3.2 小区扰码分配原则18



第1章 前言
 知识点
 TD－SCDMA频率资源
 TD－SCDMA码资源
在第3代移动通信网络中，频点和扰码的规划成为移动通信网络规划的重要环节，它对网络的性能产生重要的影响。如果在网络整体规划时频点和扰码规划得不好，则会造成整个网络建成或扩容后某些性能指标不符合要求，如：相邻小区分配了相同的载频或者相关性比较差的扰码，用户在其中一个小区内通话时就可能会受到相邻小区在同一载频上的干扰，造成接收电平较好，但接收质量却较差的情况，甚至引起掉话。如何更有效地利用有限的频率和扰码资源，以最少的资源满足现网的要求，达到最佳的网络效果，一直是网络规划人员研究的课题。
对于干扰受限的蜂窝移动通信系统，同频干扰是其主要干扰来源之一。同频干扰是指在一定的距离之间使用相同频率进行复用工作时产生的干扰，它是决定系统容量和通信质量的重要性能指标之一。根据TD-SCDMA系统测试情况及网络仿真的分析结果，在同频组网时，系统性能会出现一定程度的下降，在测试中，集中体现在覆盖距离的减小，在网络仿真中，则体现在掉话率的提高。
对于TD-SCDMA系统，国家划分了总计155MHz的非对称频段，分为主要工作频段和补充工作频段：主要工作频段为1880～1920MHz和2010～2025MHz，补充工作频段为2300～2400MHz。根据目前的发展趋势，商用网的最初阶段应该使用2010～2025MHz，在这个频段，可用频点为9个。f1=2010.8MHz ；f2=2012.4MHz；f3=2014.0MHz；f4=2015.8MHz；f5=2017.4MHz；f6=2019.0MHz；f7=2020.8MHz；f8=2022.4MHz；f9=2024.0MHz。在异频组网时，如何合理的分配频点资源以满足建网要求？这是本文的主要研究内容。
TD-SCDMA系统的码资源包括：32个SYNC-DL、256个SYNC-UL、128个Midamble、128个Scrambling。所有码被分成32个码组，每个码组由1个SYNC-DL、8个SYNC-UL、4个Midamble、4个Scrambling组成。不同的邻近小区将使用不同的码组。对UE来说，只要确定了小区使用的SYNC-DL，也就知道该小区使用哪些SYNC-UL、Midamble、Scrambling。
SYNC-DL，32个，64bit，在下行导频时隙发射，用来区分相邻小区
SYNC-UL，256个，128bit，在上行导频时隙发射，用来区分不同的UE
Scrambling，128个，16bit，标识小区
Midamble，128个，128bit，用来信道估计、功率控制测量等
对于一个扰码对来讲，一个小区分配一个扰码，小区中根据不同的业务可以有不同扩频因子的码道，不同小区不同码道间的干扰与扰码和扩频码的乘积有关，我们将扰码和扩频码的乘积定义为复合码。因此对相邻小区码资源的规划实际上是对复合码和复用距离的规划，不将相关性很强的码分配在覆盖区交叠的相邻小区或扇区。


第2章 频点规划原理
 知识点
 频率规划的目的
 频率复用的概念
 复用距离的概念
2.1 干扰对移动网络的影响
2.1.1 同频干扰
在GSM网络中，同频干扰屏蔽了低电平的载波信号，造成了话音质量的下降；而在CDMA网络中，干扰耗尽了网络容量，使得噪声电平增加。这两种情况导致的最终结果都是网络性能下降，从而使用户满意度降低。此时，如果仅仅调整天线波束非但不能解决问题，还会引起同频干扰。这是因为如果对天线产生的射频能量不加严格控制，其杂散旁瓣以及后瓣可能会在相邻或邻近小区的方向上产生影响，形成干扰隐患。在一个成熟的市场中，当某地有多个运营商存在，并且天线又位于同一站点时，该地的小区干扰问题就会层出不穷。
2.1.2 邻频干扰
在TD-SCDMA系统中，在采用QPSK调制模式下，误码率要求不高，考虑到系统具有较好的邻频抑制性能，所以邻频的影响不大，可暂时不考虑，如果在将来的HSDPA中，由于调制方式采用了16QAM或者更高阶的调制方式，在扩频增益有限的情况下，需要在频率复用设计中加以考虑。
2.2 频率复用
频率复用是蜂窝移动通信系统的核心概念，也就是相隔一定距离的小区内的用户可以使用相同的频率，从而大大的频谱效率。频率复用的机理是基于无线电波传播路径损耗特性，即假设两个基站之间的距离足够远，那么用于一个基站的频率可以在另一个基站上复用。每个基站覆盖的区域称为蜂窝，蜂窝尺寸取决于用户密度。使用相同频率的蜂窝小区称为同频小区。这些同频小区之间的距离必须足够远，使得同信道干扰电平足够低，从而不会降低系统的服务质量。
2.2.1 簇和频率复用因子
簇：假设有S个频道可以使用，每小区有K个频道可以使用，这S个频道被分派在N个小区内，即有S=K*N，共享可用频道的N个小区，即称为一个“簇”，在蜂窝移动网络中，簇是可以同频复用实现地理平铺的最小单位。
频率复用因子（frequency reuse factor）即为1/N。表示表示每个小区包含了的可用信道数为总数的1/N。
有时提及的频率复用系数，在这里就是N，表示一个簇中的小区个数。
2.2.2 频率复用距离
频率复用距离指得是在满足通信质量要求下，允许使用相同频率的小区之间的最小距离。频率复用的最小距离取决于许多因素，比如中心小区周围邻小区数目、地形地貌类型、每个小区基站天线高度、发射功率、调制方式及所要求的可靠通信概率等等。下面我们讨论规则六边形蜂窝小区的频率复用距离。相邻无线区簇内任意两个同频复用区中心距离应该相等。

图2.2-1 无线簇的组成
如图2.2-1 所示，i, j为两个参量。从某一个小区出发，对这两个参量取不同的值(不能同时为0)，可以到达任何一个小区。由图中的三角形关系可以得到两个同频复用区的距离 为：

遵循此分布的无线簇含有的基站数目 为：

设相邻两个基站区的中心距离为1，基站区半径为R，则有：

定义 为同频复用距离保护系数，或称为同信道干扰衰减因子：

从理论上说，簇数N应该大一些，那么复用距离就大，但是可以分配的频点数目是一定的，那么就会产生矛盾。现在面临的问题是，在满足系统性能的条件下，如何获得一个最小的N值。解决该问题必须估算同频干扰，并且选择最小的频率复用距离D以减小同频干扰。
上述频率复用距离的计算仅仅是根据规则六边形蜂窝的几何特性来确定的。若考虑传播特性和目标载干比，频率复用距离如下图所示：




假设基站A和A’使用相同的频点，移动台m处于小区边缘时接受到的有用信号最小，也即载干比最小。如果m点移动台接收机的有用信号与同频干扰之比等于目标载干比，则A和A’之间的距离即为频率复用距离D。
设服务区基站和干扰区基站的发射功率相同，而且传播路径衰减指数为 ，则m点移动台接收到的有用信号为 ，于是载干比为：

设目标载干比为CIR，则 ，即频率复用距离 。对于K个干扰源，上式为：

或者以对数表示为：

则频率复用距离为

2.2.3 同频复用比
为了减小复用距离D，必须充分降低设备的发射功率。通过调整移动台和基站的功率使C/I保持不变。但是D/r的最小值取决于系统可以接受的最低C/I值。比值Q＝D/R称为同频复用比。该量是传输质量和话务量的一种表示，该比值越大，潜在的干扰电平越低。
当然，上面的公式推到属于通用模型，针对于TD－SCDMA系统，C/I的计算比较复杂，有兴趣可以参考TD干扰分析的相关文档
2.3 频率规划的定义和方法
频率规划是指在建网过程中，根据某地区的话务量分布分配相应的频率资源，以实现有效覆盖。
1、基站站型的确定
基站的站型是进行频率规划的前提。根据话务量A和阻塞率E，查询相应的表就可以得出某小区需要配置的频点个数n。
2、确定各基站小区的规划优先级和可用频点的优先级
小区的规划优先级越高，该小区的规划顺序就越提前；频点的优先级越高就说明该频点分配在某小区可能产生的干扰越小。不同的频点分配在不同的小区可能产生的干扰是不同的，如果一个小区被优先分配频点，其它小区还没有进行频率的配置，那么它在规划的时候就可以在较多的优先级比较高的频率范围内选择频点；而如果一个小区优先级较低，在对该小区进行频率规划的时候，大部分小区已经分配了频点，频率资源大部分被占用了，就只能在较少的优先级比较高的频点中进行选择了。
一般来说，在对一个地区进行频率规划的时候，在市中心地区话务量比较大，基站比较密集，基站的覆盖面积比较小，邻区却比较多，这些小区的规划顺序就比较前。而在郊区，由于话务量密度较小，基站较少，基站的覆盖面积比较大，这些小区的规划顺序就比较后。频点优先级的确定是随当前小区和相邻小区的频率配置而变化的，一般情况下，可选频点的优先级根据当前小区所属基站的频率配置、不同基站相邻小区的频率设置以及频率间隔要求等因素来确定。同一个频点在不同小区上计算出来的优先级是不同的，一个频点在某小区的优先级越高意味着该频点在该小区上可能产生的同邻频干扰越小，在进行频率配置的时候总是选择优先级最高的频点作为当前小区的频点配置。
2.4 N频点组网下的频点规划
目前在TD－SCDMA中采用5M N频点的组网方式是许多厂家大力推崇的方案。在5M带宽内有3个频点，每个小区配置一个主载波和两个辅载波，这3个载波是异频的。系统广播消息只在主载波下发，辅载波只在业务信道。这样与单载波小区相比，提高了系统容量，与多小区相比，降低了广播信道的干扰水平。因此我们在做频率规划的时候只要考虑尽量避免主载波异频就可以了，这与单载波的规划是相同的。需要注意的是，从我司设备性能（放大器的带宽）的角度考虑，尽量从f1f2f3、f4f5f6、f7f8f9这3组频率中取一组使用。








第3章 扰码规划原理
 知识点
 复合码的相关性
 扰码规划的原则
 扰码规划的步骤
3.1 TD－SCDMA码资源
在3GPP规范中，SYNC-DL，SYNC-UL、扰码和Midamble码这几种码都是直接以码片速率给出的，不需要进行扩频，此外，这几种码在不同的邻近小区有不同的配置，因而也不需要进行加扰。所有这些码的码本都能在规范中查到，不需要任何生成过程。
3.1.1 上/下行同步码
假设码的实数序列为：s = (s1, s2, s3, …si,… sK,)
K表示码长，且
复数化处理就是用下面的关系式作用于实值序列s中的每个元素，经过该处理后，复数序列s＝(s1, s2, s3, …si,… sK,)中的元素虚实交替。
si = (j)i . sisi∈{1,-1}i =1,2,…K
3.1.2 中间训练码
3GPP标准为一个TD-SCDMA小区配置4个基本的Midamble码。一般仅使用其中的1个，其余3个保留。同时隙不同信道所使用的Midamble码都由此基本码经循环移位而产生，可查阅3GPP TS25.221找到128个基本的Midamble码本。
同时隙内不同用户使用的Midamble码的产生过程如下：
假设某个基本Midamble码的二进制形式可以写成矢量形式：
mp = (m1, m2, m3, …mi,… mp)
为了从长度P为128的矢量mp中得到可用的Midamble码，将mp的长度周期性地扩展到最大值：imax=Lm+(K-1)W；
Lm：Midamble码的长度，TD-SCDMA系统固定长度为144；
K：一个时隙中可用的Midamble码的最大数目，取值范围可以为2、4、…16，具体值由系统信息广播或连接建立时由网络给定；
W：定义为P/K，用来描述无线信道冲激响应的窗口长度（chip）；
最后得到长度为为imax的矢量：m = (m1, m2, m3, …mi,… mimax)
3.1.3 扩频码
TD-SCDMA采用的扩频码属于OVSF码，码树如下：

图3.1.1 OVSF码码树
码的使用有一个要求：当一个码已经在一个时隙上采用，则其父系上的码和下级码树路径上的码就不能在同一时隙中使用。同时为了降低多码传输时的峰平比，对每个信道化码都对应一个相位系数 [1]。
一个发射机可以在同一时隙、同一频率上发射多个突发以对应同一时隙中的不同信道，不同的信道使用不同的OVSF信道化码来实现物理信道的划分。
3.1.4 扰码
数据经过扩频处理后，还要进行扰码处理。信道化处理标识了用户，而扰码处理则标识了小区。TD采用固定长度为16的复扰码对数据符号进行加扰处。扰码序列表示为V＝(v1, v2, v3, …vi,… v16)，其中vi（i＝1，…16）取值范围为{1,-1,j,-j}，扩频码和扰码的处理过程：
图3.1.2 扩频和加扰过程

图3.1.3 扩频和加扰实例
从上面的例子我们可以看到，实际在空口传输的信号是扰码和信道化码的乘积。虽然扰码和信道化码各自的正交性很好，但是他们的乘积正交性的好坏就有差异。因此我们实际需要考虑的是复合码的相关性，也就是对复合码进行规划。另外还需要考虑复合码的延时相关性。
3.2 扰码规划基本方法
3.2.1 复合码的自身差异
每个扰码与信道化码相乘以后得到的复合码，如果这些复合码之间的正交性不好，就会导致用户数如果比较多的时候，基站发射功率不断抬升，最终导致掉话。因此我们首先有必要分析一下每个扰码和信道化码相乘得到的复合码之间的相关性。下面用63和33两个扰码进行仿真分析。
仿真方法：
只考虑语音用户的复合扩频码间的互相关特性。假设同步控制算法能够确保各个UE到达基站的时间差在（＋、－）1－4 chip内，统计复合扩频码两两延时相关值的分布情况
仿真结果：1）（＋、－）1 chip 2）（＋、－）4 chip


从仿真的结果来看，33号码的相关特性要好于63号扰码；进一步发现，所有128个扰码组成的复合扩频码相关特性共有6种不同的分布，33号和63号分别属于较好、较差的一种分布。因此有必要对扰码自相关延时特性、扰码互相关延时特性、扰码互相关延时特性的邻码字数量进行权衡，对扰码综合性能进行分组。
3.2.2 扰码规划的原则
简单一句话：扰码规划就是不将相关性很强的码分配在交叠的相邻小区或扇区。因此扰码规划的输入就是网络的邻小区关系。例如给一个小区分配扰码R，那么与该小区有邻区关系的小区就不能分配与R相关性好的码。因此，可以这么说，目前扰码规划的算法实现完全依赖于邻小区关系。
3.2.3 计算扰码之间的相关特性
（1）每个小区中，扰码和OVSF构成24种复合扩频码，两个小区间两两组合共有576对；
（2）计算每对复合扩频码的延时相关特性，时延范围设定为（－4，＋4）chip，功率为1：1；
（3）按照一定加权方式计算每对复合扩频码的加权相关特性；
（4）按照一定加权方式计算576对复合扩频码的相关特性，作为两个小区间的扰码相关值。
3.2.4 扰码分配准则
第i个小区码字的选取规则，同时满足如下条件：
（1）与在第i个小区的邻小区集合中已分配码字相关性小；
（2）与以第i个小区为中心的一定复用距离内的小区中已分配的码不同；
（3）与以第i个小区为中心的一定复用距离内的邻小区中已分配的码不在同一扰码