小区容量计算方法

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1、TD-SCDMA 单载频小区信道容量计算单载频小区信道容量计算 0 前言前言TD-SCDMA 作为 TDD 模式技术，比 FDD 更适用于上下行不对称的业务环境，是多时 隙 TDMA 与直扩 CDMA 技术合成的新技术。 同时，TD-SCDMA 标准建议所采用的空中接口技术作为当前业界最为先进的传输技术之一， 通过与智能天线技术、同步 CDMA 等技术的融合，形成了目前频谱使用率最高、成本最低 的第三代无线网络技术。现有 TD-SCDMA 规范主要是针对 1 个小区对应 1 个单载频的情形，空中接口对于无 线资源的操作、配置都是针对 1 个载频来进行的。在 Iub 接口小区建立的过程中 1 个

2、 Cell 只需配置 1 个绝对频点号。如果 1 个基站配置了多载频，则每个载频被当作 1 个逻辑小区，每个逻辑小区各自独 立地维护 1 套导引信息和广播信息。因此，当 1 个扇区有几个载频时，其容量应是几个单 载频小区容量之和。随着 TD-SCDMA 规范的不断完善，将会推出多载频小区，其突出优 势是仅在主载频上发射导引信息，有利于减少导频信号干扰，提高系统效率。1 TD-SCDMA 物理信道物理信道TD-SCDMA 系统的物理信道采用 4 层结构:系统帧号、无线帧、子帧、时隙/码。依据 资源分配方案的不同，子帧或时隙/码的配置结构也可能有所不同。系统使用时隙和扩频码 在时域和码域上来区分不

3、同的用户信号。TDD 模式下的物理信道由突发（Burst）构成，这些 Burst 仅在所分配的无线帧中的特 定时隙发射。无线帧的分配可以是连续的（即每一帧的时隙都分配给物理信道） ，也可以是 不连续的（即仅有部分无线帧中的时隙分配给物理信道） 。除下行导频（DwPTS）和上行接入（UpPTS）突发外，其他所有用于信息传输的突发 都具有相同的结构，即由 2 个数据部分、1 个训练序列码和 1 个保护时间片组成。数据部 分对称地分布于训练序列的两端。1 个突发的持续时间就定义为 1 个时隙。1 个发射机可以 在同一时刻、同一频率上发射多个突发以对应同一时隙中的不同信道，不同信道使用不同 的 OVS

4、F 信道化码来实现物理信道的码分。在 TD-SCDMA 系统中，每个小区一般使用 1 个基本的训练序列码。对这个基本的训 练序列码进行等长的循环移位（长度取决于同一时隙的用户数） ，又可以得到一系列的训练 序列。同一时隙的不同用户将使用不同的训练序列位移。因此，1 个物理信道是由频率、 时隙、信道码、训练序列位移和无线帧分配等诸多参数来共同定义的。1.1 帧结构帧结构3GPP 定义的 1 个 TDMA 帧长度为 10 ms。TD-SCDMA 系统为了实现快速功率控制和 定时提前校准以及对一些新技术的支持（如智能天线） ，将 1 个 10 ms 的帧分成 2 个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长

5、为 5 ms。每个 5 ms 的子帧由 3 个特殊时隙和 7 个常规时 隙（TS0TS6）组成。常规时隙用作传送用户数据或控制信息。在这 7 个常规时隙中， TS0 总是固定地用作下行时隙来发送系统广播信息（在单载频小区，通常不承载业务） ，而 TS1 总是固定地用作上行时隙。其他的常规时隙可以根据需要灵活地配置成上行或下行， 以实现不对称业务的传输，如分组数据。每个子帧总是从 TS0 开始。用作上行链路的时隙 和用作下行链路的时隙之间由 1 个转换点分开。每个 5 ms 的子帧有 2 个转换点，第一个转 换点固定在 TS0 结束处，而第二个转换点则取决于小区上、下行时隙的配置，可位于 TS1

6、TS6 结束处。1.2 时隙结构时隙结构时隙结构也就是突发的结构。TD-SCDMA 系统共定义了 4 种时隙类型，它们是 DwPTS、UpPTS、GP 和 TS0TS6。其中 DwPTS 和 UpPTS 分别用作上行同步和下行同 步，不承载用户数据，GP 用作上行同步建立过程中的传播时延保护，TS0TS6 用于承载 用户数据或控制信息。1.2.1 DwPTS 时隙时隙DwPTS 时隙用来发送下行同步码（SYNC_DL） ，其时隙长度为 96 chip，其中同步码 长为 64 chip，前面有 32 chip 用作 TS0 时隙的拖尾保护。Node B 必须在每个小区的 DwPTS 时隙发送下行

7、同步码。不同的下行同步码标识了不同的小区，其发送功率必须保证 全方向覆盖整个小区。按物理信道来划分，发送下行同步码的信道也叫做下行同步信道 （DwPCH） 。在 DwPTS 时隙没有码分复用，也就是说，该时隙仅有 1 个物理信道 DwPCH。1.2.2 UpPTS 时隙时隙UpPTS 时隙被 UE 用来发送下行同步码（SYNC_UL） ，以建立和 Node B 的上行同步。 UpPTS 时隙长度为 160 chip，其中同步码长为 128 chip，另有 32 chip 用作拖尾保护。多个 UE 可以在同一时刻发起上行同步建立。Node B 可以在同一子帧的 UpPTS 时隙识别多达 8 个不

8、同的上行同步码。按物理信道划分，用于上行同步建立的信道也叫做上行同步信道 （UpPCH） 。1 个小区中最多可有 8 个 UpPCH 同时存在。1.2.3 TS0TS6 时隙时隙TS0TS6 共 7 个常规时隙被用作用户数据或控制信息的传输，它们具有完全相同的 时隙结构。每个时隙被分成了 4 个域：2 个数据域、1 个训练系列域（Midamble）和 1 个 用作时隙保护的空域（GP） 。1.3 数据域数据域数据域对称地分布于 Midamble 码的两端，每域的长度为 352 chip，所能承载的数据符 号数取决于所用的扩频因子。每一数据域所能容纳的数据符号数 S 与扩频因子 SF 的关系 为

9、：SSF352。在 TD-SCDMA 系统中，上行方向 SF 可取的值为：1、2、4、8、16，其对应的 S 值为：352、176、88、44、22，而在下行方向，SF 可取的值仅为 1 和 16 两种， 对应的 S 值为 352 和 22。数据域用于承载来自传输信道的用户数据或高层控制信息，除此之外，在专有信道和 部分公共信道上，数据域的部分数据符号还被用来承载 3 种类型的物理层信令： TFCI、TPC 和 SS，详见参考文献 1。2 TD-SCDMA 单载频小区容量单载频小区容量2.1 信道与信道与 BRU在 TD-SCDMA 系统中，现有规范规定 1 个小区对应 1 个载频，1 个信道

10、就是载波、时 隙、扩频码的组合，也叫 1 个资源单位。其中，1 个时隙内由 1 个 16 位扩频码划分的信道 有 16 个，它是最基本的资源单位，即 BRU。1 个信道占用的 BRU 个数是不一样的，1 个 RU（RUSF1）占用了 16 个 BRU，1 个 RUSF8 则占用 2 个 BRU，通常 1 个语音业务信道 需占用 2 个 BRU，而在 1 个载波上，所能提供的 BRU 的最大个数是固定的。在每个 RU 中，即在 1 个常规时隙中含有 2 个数据符号字段，其中每个数据符号字段有 352 chip，则 在 1 个 RU 中有 3522=704 chip。当扩频因子为 16 时（对应

11、1 个 BRU） ，在 1 个 RU 中所 包含的数据符号数为 704/16=44 bit。如果采用 QPSK 调制方式，则在 1 个码道中所包含的 数据比特数为 442=88 bit；如果采用 8PSK 调制方式（此种调制方式一般应用于 2M 的业 务） ，则在 1 个码道中所包含的数据比特数为 443=132 bit。因为 1 个子帧的长度为 5 ms，因此，当采用 QPSK 调制方式时，1 个 BRU 的速率为 88 bit/5 ms=17.6 kbit/s；当采用 8PSK 调制方式时，1 个 BRU 的速率为 132 bit/5 ms=26.4 kbit/s。2.2 多码道传输与单码

12、道传输多码道传输与单码道传输在 TD-SCDMA 中，OVSF 码的使用使得信道可以传输各种速率的数据：对于低速的数 据可以采用较大的扩频因子（扩频增益大） ；而高速的数据可以用较小的扩频因子（扩频增 益小） 。这样对于 1 个高速的（需要多个资源单元）承载业务，可以有 2 种信道分配方式： 一是为该业务分配多个码道，其中每个码道都采用较大的扩频因子（较低的单信道数据速 率） ，进行多码道传输，以达到较高的数据速率（如分配 2 个 SF=16 的码道） ；二是仅为该 业务分配 1 个（或者较少）码道，并使用较小的扩频因子（较高的单信道数据速率，如分 配 1 个 SF=8 的码道） 。2.3 时

13、域集中分配与码域集中分配时域集中分配与码域集中分配对于多码道传输，也有 2 种不同的码道分配方式需要考虑：“码域集中分配”和“时 域集中分配” ，当然，也可以采用两者的结合。码域集中分配是首先将 1 个时隙内的多个码 道集中分配给用户，如果该时隙内可用码道不够，再考虑分配其他时隙内的码道；而时域 集中分配是同时将多个时隙分配给用户，但每个时隙可能分配更少的 BRU 给该用户。码 域集中分配减少了每个时隙内的平均用户数，但由于在同一时隙可能同时需要多个码道， 阻塞概率将高于时域集中分配原则。如下行 128k 数据业务，既可以使用每子帧 1 个时隙， 每个时隙分配 16 个 BRU（码域集中分配，

14、简称方案一） ，也可以采用每个子帧 2 个时隙， 每个时隙 8BRU （偏向于时域集中，简称方案二） 。假设系统能满码道工作，采用方案一，每个时隙平均可能有 2 个用户，而方案二则只可能有 1 个用户。同样，在系统不进行资源 整合时，每个时隙有 1 个小业务量用户（譬如话音业务） ，则 128k 业务采用方案一的资源 分配策略将被阻塞，而采用方案二则不会。同时，采用方案二，由于同一时隙支持的用户 数较多，因此在空间上可以隔离，结合智能天线的波束赋形，小区内干扰较低，基于干扰 的接纳控制时，方案二被阻塞的概率也降低了。从系统性能来看，时域集中分配总体上优 于码域集中分配，但对 RRM 算法的要求

15、和终端的设计要求也更高。因此，在覆盖受限的 业务可以考虑时域集中分配，将所需的 BRU 分散到不同时隙，增大小区覆盖，而其他业 务则主要考虑码域集中分配，降低 RRM 调度的复杂性。2.4 BRU 需求量计算需求量计算在 2G 系统中，根据无线信道呼叫阻塞率指标和预测的话务量数据，可以直接查找 ErlangB、ErlangC 或 PoissoN 表得到所需的话音频道数。对应于 TD-SCDMA 系统，借助于 爱尔兰呼损公式及计算表，也可以得到系统 BRU 的需求量，但计算相对复杂。下面通过 1 个实际的例子，介绍一下 TD- SCDMA 系统 BRU 需求量的计算方法。假设某城市支持的 业务，

16、同一种业务类型的不同速率有不同的业务 ID，按不同业务处理。根据某种预测模型 得到该区域的语音业务（业务 1）为 640 Erl，业务 2 的通道速率为 6 400 kbit/s，业务 3 的 通道速率为 10 666 kbit/s，业务 4 的通道速率为 4 800 kbit/s；对于数据业务，在给定承载的 前提下，可以将其转换成等效爱尔兰，即数据业务等效信道数=通道速率/承载速率，再查 爱尔兰表， 。要求的无线信道的呼叫阻塞率为 2%。根据不同业务的 BRU 分配方案，业务 1 每载扇需要 2BRU，业务 2 和业务 3 每载扇需 要 8BRU，业务 4 每载扇需要 16BRU。业务量预期在 33 时隙比例配置中，同 1 个载扇只能提供 24 个业务 1 的用户（316 BRU 每载扇/2BRU，即 24 用户每载扇） ，或 6 个业务 2 的用户，或 6 个业务 3 的用户，或 3 个业务 4 的用户。通过查找 Erlang B 表，得到在 2%呼叫阻塞率时，1 个小区支持的不同 业务的等效爱尔兰数分别为：16.6、2.276、2.2