1、TD-SCDMA 室内外组网干扰分析葛 磊 1，陈 浩 1，崔 航 2（1.中国移动通信集团广东有限公司 广州 510100；2.大唐移动通信设备有限公司 北京 100083）摘要 本文从理论分析、仿真分析和实际测试三个角度对 TD-SCDMA 室内外组网的同频、异频、交叉时隙干扰对系统的质量、容量的影响进行系统的分析，并从室内分布系统设计、频率码字规划、干扰控制、切换控制等角度提出了相应的解决方案。关键词 室内外组网；干扰分析；解决方案1 引言随着移动数据业务的发展，用户对室内通信质量的要求越来越高，室内覆盖站点的建设越来越重要，同时，必须很好地解决室内外组网的干扰问题，力求做到室内外的无缝
2、覆盖。由于 TD-SCDMA 的技术特点和所使用的频段与 GSM、WCDMA 不同，TD-SCDMA在室内外组网时存在的干扰问题更为复杂。本文从理论分析、仿真分析和实际测试三个角度对 TD-SCDMA 室内外组网的干扰问题进行了较为深入的分析，并提出了相应的解决方案。2 室内外干扰分析2.1 干扰理论分析2.1.1 系统内干扰分析（1） 室内外容量干扰理论分析TD-SCDMA 系统一个时隙最多支持 8 个 12.2 kbit/s 语音用户，用户个数的增加导致了每个用户受到的总干扰增加，为了维持一定的信干扰比来保证通话质量，每个用户必须增大发射功率，在用户处于最大发射功率条件下，由于干扰的存在，
3、导致用户个数无法再增加，系统容量为干扰受限。TD-SCDMA 采用联合检测技术和智能天线技术相结合，能够有效地消除系统内的干扰，从而增加系统的容量，对于单一业务的小区，小区的上行单时隙极限容量为：其中： vi 为语音激活因子，A 为智能天线对干扰消除的比例，1 为小区内联合检测干扰消除因子，2 为小区间联合检测干扰消除因子，i 为小区间接收功率之和或本小区接收功率之和，k 为频率复用系数。下面以 12.2 kbit/s 语音业务为例，各参数参考取值如下：1 取值 0.8，2 取值0.6，A 的取值根据室内外环境有所差异，室外取值为 0.25，室内取值为 1，C/I 取值为-3，i 取值同样受到
4、室内外环境影响，根据经验室外取为 0.67，室内取为 0.1，vi 取值为0.67，k 取值为 1。代入式（1）计算得出室外单时隙干扰受限用户数为：室外 26 个，室内13 个。由式(1)可以看出：取值会影响到系统的极限容量变化，当 i 增大到一定程度时，即当室外小区对室内小区的干扰增加到一定程度时有可能导致室内小区干扰受限。例如在某些场景下，室外对室内干扰非常严重，按照上述例子中，其他参数不变，当 i 取值大于 0.5 时，计算出来的单时隙室内极限容量小于 8 个用户，即为干扰受限。（2） 室内外交叉时隙干扰分析由于 3G 中数据业务的使用，上 /下行数据速率不平衡，那么对称时隙结构的资源利
5、用率相对较低，这时 TD-SCDMA 系统可以根据实际情况改变小区的时隙结构。在室内系统中可以采用 24 的时隙结构满足非对称数据业务的需要，而室外仍然保持 33 的时隙结构，这样在相邻小区的时隙 3 就会出现交叉时隙干扰。交叉时隙干扰分三种假设情况进行说明。 极限情况下，被干扰基站工作在接收灵敏度极限，容许的交叉时隙干扰为-108 dBm，而干扰基站满功率发射 (34 dBm)，这时环境最恶劣。 典型情况下，市区环境，蜂窝半径较小，被干扰基站底噪提升到-100 dBm，容许的交叉时隙干扰也为-100 dBm，而干扰基站由于功控调整发射功率为 25 dBm，对应一种普遍情况。 室内情况下，室内
6、基站采用非对称时隙配置以提高下行速率，如 HSDPA 业务，由于室内分布天线发射功率的限制，取室内基站的最大等效发射功率为 15 dBm。针对以上三种情况在室内外同频时，计算交叉时隙基站间干扰需要的隔离度见表 1。 TD-SCDMA 的射频指标要求见表 2（第三邻频干扰对系统影响不大，此处只考虑到第二邻频） 。综合考虑表 1 和表 2 可以得出第一邻频和第二邻频的空间隔离度要求见表 3、4。鉴于本文论述的是室内外的干扰情况，仅考虑室内和室外基站之间的隔离度要求。通过测量室外基站穿透到室内覆盖天线点的信号强度，得到室内外基站信号之间的空间隔离度。在室内天线安装点用测得室外站的穿透信号电平，计为
7、Rx_PCCPCH，室外基站PCCPCH 最大发送功率计为 Tx_pwr_PCCPCH，则室内外的空间隔离度（包括穿透损耗）计算见式（2） 。PL = Tx_pwr_PCCPCH - Rx_PCCPCH（2） 假设室外基站 PCCPCH 最大发送功率为 34 dBm，针对不同隔离度可以计算出对应的室内天线点的室外站信号强度（见表 5） 。从表 5 可以看出，只要室外站穿透到室内的信号强度低于-40 dBm，室内外使用异频时就可以配置不同的时隙切换点，绝大部分室内场景都可以满足此条件，而在同频配置时，要求室外站穿透到室内的信号强度低于-81 dBm，由于存在室内覆盖的楼宇距离室外基站发射天线的距
8、离不固定，很难保证所有进入楼宇的室外信号低于-81 dBm，所以在室内外同频时，交叉时隙会造成一定干扰。2.1.2 系统间干扰分析TD-SCDMA 与其他系统基站间的干扰主要分为三部分：杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰。杂散干扰与 TD-SCDMA 基站带外发射有关，这是接收方自身无法克服的，阻塞干扰与接收方接收机的带外抑制能力有关，涉及到 TD-SCDMA 的载波发射功率、接收机滤波器特性等，接收方接收机因饱和而无法工作。互调干扰是干扰信号满足一定的关系时，由于接收机的非线性，会出现与接收信号同频的干扰信号，它的影响和杂散辐射一样，提高接收机的基底噪声，降低接收机的灵敏度，因此可以把互调干扰也看
9、作是杂散的影响。根据 TD-SCDMA 系统与其他系统的共站干扰分析结果，可得到 TD-SCDMA 系统与各系统的隔离度要求（见表 6） ，表 6 中隔离度为理论分析结果，实际设备的射频性能高于设备规范，隔离要求比表 6 中数据低，具体要求以设备实测为准。2.2 干扰仿真分析仿真分为两部分：室外下行干扰室内下行，仿真室内系统容量等性能；存在交叉时隙，室外上行干扰室内下行，仿真室内系统容量等性能。仿真室内传播采用 MultiWall 模型，包括了楼层、房屋间隔信息，其路径损耗公式为：其中：Lfs 为自由空间衰落， Lc 为固定损耗，kwi 为信号直线穿透墙体的数目， n 为信号直线穿透的楼层数，
10、Lwi 为穿透第 i 个墙体的损耗（非承重墙体 6.1 dB，承重墙体 6.9 dB） ， f 为楼层损耗（18.3 dB ） ，b 为经验修正值（0.46 dB） 。室外传播采用 cost231_hata 的市区环境路径损耗模型，其路径损耗公式为：L(dB)=46.3+33.9lg f-13.82lgHb-a（Hm）+44.9-6.55lgHblgd+Cm-2lg(f/28)2-5.4 （4）其中：a（Hm）=(1.1lg f-0.7)Hm（lg f-0.8）基站高度 Hb= 40 m；UE 高度 Hm= 1.5 m；d 为距离；f 为工作频率（MHz ） ；Cm 指路径损耗补偿值，在中型城
11、市及郊区时取值为 0，在密集城区时取值为 3。通过仿真得出在两种干扰场景下：要求接纳成功率达到 98%以上，掉话率低于 2%，系统平均每时隙允许接入 5 个 12.2 kbit/s 业务用户，或 0.5 个 CS 64 kbit/s 业务用户，或 0.5个 PS 64 kbit/s 业务用户；室外干扰对室内用户下行 BLER 有明显影响，室外干扰增大，下行 BLER 随之升高，由于系统掉话准则较宽泛，即使当下行平均 BLER 很高时，掉话率仍然很低，从而室外干扰对系统掉话率影响很小；由于掉话率并不能敏感地反映系统性能变化，所以用各种业务目标 BLER 作为系统性能变化的标尺进行评估，对于下行平
12、均BLER，12.2 kbit/s 业务在 1%水平上，CS 64 kbit/s 业务在 0.5%水平上，以及 PS 64 kbit/s 业务在 5%水平上能够容忍的室外干扰强度均为 -95 dBm。2.3 实际测试分析本次测试主要研究 TD-SCDMA 室内外组网策略，包括室内外信号泄漏测试、室内外质量干扰测试、室内外业务容量干扰测试、室内外交叉时隙干扰测试和室内外切换测试。本次测试是在 N 频点组网，即室内外小区公共信道异频、业务信道同频情况下进行。通过对测试数据的对比分析，可以得出如下结果。 泄漏测试：最强的室外邻区泄漏到室内的信号，超过 88%的采样点PCCPCH_RSCP 功率大于-
13、95 dBm；室内干扰信号泄漏到室外， 86以上干扰强度大于-95 dBm。 覆盖测试：用 RRU 拉远单元作信源的 TD-SCDMA 室内分布系统，在室内覆盖上满足了设计要求，并能够达到规范要求。 业务质量测试：在受干扰状态下，室内被测小区业务 CS 12.2 kbit/s 业务接通率无明显变化，CS 64 kbit/s 业务接通率略有下降，业务长呼测试稳定。 容量测试：在受扰状态下，容量测试中，室内被测小区仍然能保持 8 个用户，从测试结果来看系统 RSCP 有所提升，但仍为码道受限。 交叉时隙测试：同频交叉时隙干扰情况下，使被测小区受扰后系统 RSCP 大幅提升（增加到-95 dBm 左
14、右）但并未对各业务性能造成明显影响。 切换测试：语音业务、PS 64 kbit/s 业务和 CS 64 kbit/s 业务，无论是室内切换还是室内外切换，切换成功率均较高（98%100% ） 。3 室内外干扰解决方案3.1 室内分布系统设计室内分布系统的干扰解决方案如下。 建筑物的中高层，室外信号强并且杂乱，可采用外紧内松的室内天线布放方式，提高窗口附近的室内信号场强，也可以考虑增大信源基站的 PCCPCH 发射功率，压制室外信号。 建筑物的低层，室外信号由于受到周围建筑遮挡变弱，为了控制室内信号通过窗口向外泄漏，低层可以采用外松内紧的室内天线布放方式，室内天线尽量不要靠近窗口。 建筑物入口，
15、可采用室内定向天线，以便于室内外切换区的控制。通过合理设计天线类型、天线点的设置、调整天线输出功率等来控制泄漏电平。3.2 频率规划TD-SCDMA 网络可以根据需要配置成单载波和多载波，由于采用的是码分多址技术，可以较少地关注频率的干扰。TD-SCDMA 系统采用了 N 频点技术，在多载波的使用上可以从两个方面来考虑：为了降低公共信道的干扰，小区设置的主载波频点复用系数越大越好；为小区分配的辅助频点可根据业务量的需求进行配置。根据网络的规划和频谱资源情况，室内分布系统可以采用与室外宏蜂窝同频或异频两种方式组网。同频方式占用频谱资源稍少，但在不封闭的建筑物中容易产生干扰；异频方式可以保证通信质
16、量，减少干扰，但需要使用独立的频点，同时根据系统内干扰分析，室内和室外采用异频组网时，交叉时隙的干扰可以忽略。因此，在室内外频率规划时，尽量采用室内外异频组网的原则。3.3 码规划TD-SCDMA 的网络需要进行下行导频码和扰码的规划。在码规划中，首先要确定每个逻辑小区下行导频码在 32 个可选码组中对应的序号，然后根据所处的序列位置在对应的 4个扰码中为小区选择一个扰码，在所有小区的扰码确定之后，对公共信道特别是 TS0 公共信道所使用的 OVSF 码进行约定。TD-SCDMA 系统在小区内区分不同的用户依靠的是 OVSF 码，而区分不同的小区则依靠长度为 16 chip 的扰码，扰码的数量
17、是 128 个，在标准中给出了每个扰码具体的定义并按顺序分为 32 个分组与 32 个下行导频码一一对应。在同频组网的条件下，区分不同小区间不同用户的数据就等效于使用 OVSF 码与扰码按位相乘之后得到的复合码。由于 TD-SCDMA 的扰码长度比较短，并且系统的扩频因子比较小，不同小区间的复合码就存在重合的情况，特别是在上行采用较低扩频因子的情况下，一个符号对应的 chip数将低于 16，扰码仅有部分片断起作用，小区间出现复合码重合的概率将会更大。这样，如果当分别属于两个不同相邻小区 UE 的复合码重合，并且这两个 UE 彼此间的距离比较近时，就可能会出现在彼此的基站或 UE 处不能区分两路
18、数据的情况，这将导致相邻小区之间出现较大的同频干扰，当此干扰大到影响基带物理层的解调性能时，会造成链路性能的恶化因而影响系统的容量。目前的研究已经发现了复合码出现重码的规律，见表 7。128 个扰码可以被分为 12 组，每组包括的扰码数量各不相同。同一组内，任意两个扰码之间均可能出现复合码重合的情况，而不同组之间的任意两个扰码之间则不会出现复合码重合的情况。另外，同一分组内任意两个扰码之间出现复合码重合的情况也有所不同，根据扰码的不同，这种对应关系是不同的且没有规律可言。因此，码规划中应当尽量避免在相邻小区中分配表 7 中同一分组的扰码，以减少出现复合码重合的概率。综上所述，TD-SCDMA
19、码规划需采用如下原则。 码规划和频率规划需要结合，不同小区的主载频尽量采用异频，但是辅载频可以采用同频。室内外异频时，要保证室内覆盖小区的扰码互不相同，室内外同频时，除了要保证上述要求以外，还要保证为相邻小区的室内覆盖小区和室外小区的扰码互不相同，所以在网络中，小区密度比较大时，会大大增加扰码规划的难度。 相邻小区绝对不能使用同频同码字。 同一个基站不同扇区间使用不同扰码组。 最好保证同频同码字干扰小区的信号电平低于噪声电平。 规划时主要考虑同频同码字小区的复用距离，尽量避免采用同频同码字的两个小区分布在同一覆盖区域内。3.4 切换控制（1）室内外切换带的选择室内覆盖小区天线的合理分布，使得室
20、内小区的信号变化比较平滑，而室外小区的信号到达室内后，随着拐角或者方向的变化，其信号变化剧烈，另外在建筑物的高层，通常有室外多个小区的信号，信号杂乱，容易造成乒乓切换，因此通常用室内的小区来做主服务小区。在建筑物内部，一般应考虑让用户驻留在室内分布系统，而在建筑物的出口处，室内的信号衰减较快，同时室外宏站使用智能天线，对干扰的消除优于室内的单天线系统。因此，建议室内和室外的切换尽量控制在建筑物的出口处，使用户能尽快切换到室外。（2）室内不同小区间切换策略如果室内分布系统由多个小区的信号（不同扰码、不同小区号）构成，则在这些小区间需要实现切换以满足用户业务的连续性，这些切换可能发生在同一楼层，也
21、可能发生在不同楼层之间或者电梯和楼层间。因此，切换区域尽量设置在人流量比较少、移动速度比较慢的楼梯通道，不要设置在电梯进出口处。（3）切换参数的设置切换带选择时，在建筑物内部，一般应考虑让用户驻留在室内分布系统来吸收话务量，而在建筑物的出口处，能尽快切换到室外。通过测试分析室内外小区的 PCCPCH_RSCP，选择合适的 RSCP 电平作为室内外切换的 RSCP 强度门限，并设置适当的切换迟滞值，使得用户在室外小区的强度高于室内外切换 RSCP 强度门限，但小于切换 RSCP 强度门限切换迟滞值时也保持在室内，从而达到用户尽量使用室内小区的目的。同时为了保证一定的质量指标，使得 C/I 较差的时候，用户能切换到室外的小区，打开 RLS 算法参数的下行无线链路监测算法开关，保证用户在质量较差的时候通过测量上报 5A 事件而切换到质量好的小区，此时应调低 5A 事件中本小区绝对导频门限，同时为了保证用户尽快切换到室外，切换迟滞时间可以比室外设置得稍低。其他切换参数的设置，可以根据实际应用进行适当调整。参考文献1 李世鹤TD-SCDMA 第三代移动通信系统标准（第二版） 北京：人民邮电出版社，20032 李文宇，徐霞艳，顾昕钰TD-SCDMA 系统的容量测试和性能评估电信技术，2005（12）
