03-TD-SCDMA链路预算与容量估算方法-V2.0-81

TO_NP02_C1_1 TD-SCDMA链路预算与容量估算方法
中兴通讯学院
课程目标
? 学习完本课程，您将能够：
– 掌握TD-SCDMA链路预算中各项参数的含义 – 熟悉TD-SCDMA容量估算的方法
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课程内容
规模估算概述 TD-SCDMA链路预算 TD-SCDMA容量估算
TD-SCDMA网络规划流程
调查分析
网路规划需求分析网路规模估算网络预规划设计无线网规站点勘测传播模型校正传播模型测试
勘察
网络规划站点筛选无线网络详细设计仿真验证
仿真
验证系统符合客户要求输出规划报告
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网规流程中的覆盖、容量估算
规模估算链路预算得到基站/扇区数量。以链路预算得到的基站/扇区数量为基准，在确定的业务模型下，进行KR算法迭代。得到最终估算结果。
按照覆盖来估算链路预算
按照容量来估算业务模型确定混合业务计算算法
按覆盖估算
覆盖目标
链路预算
确定最大允许路径损耗
链路预算表
传播模型校正
特定单时隙用户数下覆盖半径
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按容量估算（基于KR算法容量估算方法）
站型与面积
D
R
D
D
R
站间距面积
R
全向站型
定向站型(广播信道65度，三扇区)
定向站型(广播信道90度，三扇区)
全向站
D = 3R
定向站（65度，三扇区）定向站（90度，三扇区） D=1.5R S=1.95R2
D = 3R
S=2.6R2
S=2.6R2
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课程内容
规模估算概述 TD-SCDMA链路预算 TD-SCDMA容量估算
链路预算
链路预算是覆盖规划的前提，通过它能够指导规划区内小区半径的设置、所需基站的数目和站址的分布。链路预算要做的工作就是在保证通话质量的前提下，确定基站和移动台之间的无线链路所能允许的最大路径损耗。一般情况下，下行覆盖大于上行覆盖，即上行覆盖受限。从链路预算给出的最大路损，结合传播模型可计算出小区的覆盖范围。
覆盖目标
链路预算
最大允许路径损耗覆盖半径覆盖规模传播模型
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链路计算公式
允许的最大路径损耗(上行)=移动台最大发射功率+移动台天线增益+基站单天线增益+赋形增益-人体损耗馈缆损耗-(基站接收机噪声功率+基站接收所需的 Eb/N0 -处理增益)-干扰余量-快衰落余量-阴影衰落-穿透损耗允许的最大路径损耗(下行)=基站单码道发射功率+基站单天线增益+赋形增益+移动台天线增益-人体损耗馈线损耗-(移动台接收机噪声功率+移动台接收所需的 Eb/N0 -处理增益)-干扰余量-快衰落余量-阴影衰落-穿透损耗通过链路预算公式，解出允许的最大传播路径损耗
链路预算表
参数名称业务速率系统工作频率扩频带宽最大发射功率发射端终端天线增益人体损耗 EIRP 热噪声功率谱密度热噪声功率噪声系数噪声功率小区负载干扰余量接收端处理增益 Eb/No C/I 接收机灵敏度基站天线增益智能天线分集增益馈线损耗单位 bps MHz MHz dBm dBi dB dBm dBm/Hz dBm dB dBm % dB NA dB dB dBm dBi dBi dB 密集城区 CS64k 2000.0 1.28 24.00 0.00 0.00 24.00 -173.98 -112.90 3.50 -109.40 75% 1.00 3.42 10.62 7.20 -101.20 15.00 7.50 0.50 一般城区 CS64k 2000.0 1.28 24.00 0.00 0.00 24.00 -173.98 -112.90 3.50 -109.40 75% 1.00 3.42 10.62 7.20 -101.20 15.00 7.50 0.50 郊区 CS64k 2000.00 1.28 24.00 0.00 0.00 24.00 -173.98 -112.90 3.50 -109.40 75% 1.60 3.42 11.32 7.90 -99.90 15.00 7.50 0.50
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链路预算表
区域覆盖概率边缘覆盖概率阴影衰落标准差阴影衰落余量/慢衰落储备储备功控余量/快衰落储备切换对抗快衰落增益切换对抗慢衰落增益穿透损耗储备总计（室外）储备总计（室内）路损最大允许路损（室外）最大允许路损（室内）
% % dB dB dB dB dB dB dB dB dB dB
95% 88% 10.00 11.60 1.00 0.00 4.99 19.00 7.61 26.61 139.59 120.59
95% 88% 10.00 11.60 1.00 0.00 4.99 14.00 7.61 21.61 139.59 125.59
90% 75% 8.00 5.50 0.00 0.00 3.62 10.00 1.88 11.88 144.02 134.02
链路预算基本参数－发射端
终端最大发射功率
PS业务：＋24dBm CS业务：＋24dBm
人体损耗
CS12.2K：3dB CS64K和PS业务：0dB
UE天线增益
一般取0dBi
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链路预算基本参数－接收端
热噪声密度与热噪声功率热噪声：热噪声是由导体中电子的热运动而产生的；在通信系统中，电阻器件噪声以及接收机产生的噪声均可以等效为热噪声；在大多数通信系统中，由于噪声带宽远远大于系统带宽，所以从直流到1012Hz的频率上，热噪声在每单位带宽上产生的噪声功率相等，即其功率谱密度在整个频率范围内都是均匀分布的，所以又称热噪声为白噪声；热噪声又被称作KTB底噪声，K=波尔兹曼常数(1.38×10-23) ， T＝绝对温度(=摄氏温度+273.15) ，B=接收器有效噪声带宽；如在温度为17℃(290K)时，KT(热噪声密度)为：-174dBm/Hz，考虑TD-SCDMA系统带宽为1.28MHz，因此接收机热噪声功率约-112.9dBm。
链路预算基本参数－接收端
噪声系数是指当信号通过接收机时，由于接收机引入的噪声而使信噪比恶化的程度，在数值上等于输入信噪比与输出信噪比的比值。即
通常基站的噪声系数取3.5dB 手机的噪声系数取7dB
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Eb / N 0
几个概念
C/I：码片级的载干比，通常描述空口的信号质量。 SIR：码片级信号经过解扩后的符号级信号的质量，也叫信噪比； Eb/N0 ：符号级信号经过解调后到达基带后的比特级信号。 C/I、SIR和的相互转换关系如下：
SIR = C/I+单码道扩频增益 = C/I+处理增益
链路预算基本参数－接收端
处理增益（计算方法一）处理增益与扩频因子、编码方式、调制方式有关，根据规范 3GPP TR25.928：
E C B ? Q ? Tc ? = b I Rc ? log 2 M N 0
Rc：信道编码器速率(取决于服务) ； M：符号表大小，与调制方式有关（采用QPSK为4，8PSK 为8）； log2 M ：扩频调制因子； Q：每符号码片数； B:用户带宽； TC:码片传递周期； BTc=1。若考虑CS12.2k话音业务，B＝1.28M，M=4， Tc=0.78125us，Rc=0.3466，Q=8，则处理增益为 11.54dB；
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链路预算基本参数－接收端
处理增益（计算方法二）
根据时隙突发的结构，考虑时隙内包含Midamble码、以及时隙与时隙之间的GP，计算处理增益： G＝
10 log S × 704 R × 6400
S为用户带宽：1.28MHz；R为业务比特速率
CS12..2K的处理增益10.6dB CS64K和PS64K处理增益3.42dB
链路预算基本参数－接收端
干扰余量
在链路预算中，为克服其他用户对目标用户产生干扰所留的余量值被称作干扰余量。用户越多，干扰就越大，导致覆盖就越小，为了在链路预算中体现这种效应，引入干扰余量的概念。在数值上等于多用户覆盖与单用户覆盖相比减少的最大路损dB值。在TD-SCDMA系统中，由于采用了智能天线和联合检测等技术，大大地减少用户间的干扰，因此，干扰余量取值应该小于WCDMA系统。在TD-SCDMA中干扰余量的取值方法需要由仿真来确定，根据单时隙不同用户数干扰余量的仿真结果，从而得出不同的覆盖半径值。
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链路预算基本参数－接收端
干扰余量表
单时隙码道负荷 25% 50% 75% 100% 上行下行上行下行上行下行
TU3km/h 0.5 0.8 1 1.2 1 1.3 1.5 1.8
TU50km/h 1 1.5 1.6 1.8 1.5 1.7 1.8 2
RA3km/h 1.5 1.7 1.8 2 2 2.2 2.4 2.5
链路预算基本参数－接收端
基站接收灵敏度：无线传输的接收灵敏度类似于人们沟通交谈时的听力；随着传输距离的增加，接收信号变弱，提高接收机的接收灵敏度可使设备具有更强的捕获弱信号的能力；接收机灵敏度是指接收机输入端为保证正确解调信号（一定的误块率）所必须达到的最小信号功率。根据公式：，当等式成立且干扰为零时，接收功率达到最小，此时的接收功率就是接收机灵敏度。因此接收机灵敏度其实就是系统无负荷时满足解调要求的最小信号功率。可以写成，接收机灵敏度 = 底噪 + C/I =+C/I。不同业务，其BLER目标值不同，所需要的Eb/N0也不同，再加上业务速率以及干扰和噪声的影响，其所要求的基站端接收灵敏度也不同，最终导致不同的业务有不同的覆盖范围。
基站接收灵敏度=热噪声功率+噪声系数+干扰余量+ （Eb/N0-处理增益）
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链路预算基本参数－接收端
基站天线增益与天线的具体型号有关；智能天线的阵元通常是按直线等距、圆周或平面等距排列，每个阵元为全向天线；基站天线增益分两部分：单天线增益、多天线增益； 8元智能天线：上行7.5dB的分集增益，下行7.5dB赋形增益。
单天线增益dBi 8元线阵 4元线阵 8元圆阵
赋形增益dB
广播信道增益dB
15 15 8
7.5 6 7.5
15 15 8
链路预算基本参数－接收端
馈线损耗
馈缆损耗会降低接收机接收电平，从而对覆盖能力产生影响；在TD-SCDMA系统中，RRU放置在室外，馈线损耗指 RRU输出至天线入口这段损耗，由于距离较短，一般取0.5dB。
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链路预算基本参数－储备参数
无线传播损耗
自由空间损耗阴影衰落（慢衰落）损耗快衰落损耗
阴影衰落余量
正分态布概密函率度数标差 8dB 准＝ 0.675 x 8=5.4dB
限 m 门
传损播耗
累积正态概率分布 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
75%
0.675σ
中值
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0
0.5
1
1.5 2 2.5 3 与中值信号m的偏差
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链路预算基本参数－储备参数
阴影衰落（慢衰落）由于在电波传输路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其变化率较慢故又称为慢衰落；一般服从对数正态分布；阴影衰落余量链路预算中，为了克服衰落的变化、保证通讯的可靠性而预留出来的余量称为阴影衰落余量，与一定的小区边缘覆盖率和慢衰落标准差相对应。
区域类型密集城区一般城区郊区农村阴影衰落标准差(dB) 10 10 8 6 整网覆盖率(%) 95% 95% 90% 95% 边缘覆盖率(%) 88% 88% 75% 71% 阴影衰落余量(dB) 11.6 11.6 5.5 3.4
链路预算基本参数－储备参数
快衰落主要由于多径传播而产生的衰落，由于移动体周围有许多散射、反射和折射体，引起信号的多径传输，使到达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度和相位随移动台的运动表现为快速的起伏变化，它反映微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其变化率比慢衰落快，故称它为快衰落；空间选择性衰落、频率选择性衰落、时间选择性衰落；一般服从瑞利分布；功控余量（快衰落余量）用于抵抗快衰落的功控波动范围。在TD中，功率控制比较慢（200次/s），所以认为TD即使在慢速的情况下，功率控制也跟不上快衰落的变化，终端的功率提升也比较低。终端慢速移动条件下（通常在50km/h的移动速度下）取1dB，终端快速移动条件下（通常在50km/h及以上的移动速度下）取0dB。
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链路预算基本参数－储备参数
切换对抗慢衰落增益
在相同的边缘覆盖率时，小区边缘UE与两个小区阴影衰落余量的差值可以定义为切换对抗慢衰落增益，或者叫多小区增益MCG(Multi Cell Gain)。典型取值在密集城区、一般城区、郊区和农村分别是4.99 、4.99 、 3.62 、1.9 dB
链路预算基本参数－储备参数
建筑物穿透损耗
穿透损耗与具体的建筑物类型、电波入射角度等因素有关。在链路预算中假设穿透损耗服从对数正态分布，用穿透损耗均值及标准差描述。一般情况下采用的穿透损耗值如下：
区域密集城区一般城区郊区农村穿透损耗取值（dB） 20 15 10 8
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按覆盖估算方法
使用链路预算工具，在校正后传播模型基础上，分别计算满足上下行覆盖要求条件下各个区域的小区半径根据站型计算小区面积用区域面积除以小区面积就得到所需的基站个数
传播模型
标准宏小区传播模型表达式为：
PRX = PTX + k1 + k 2 log(d ) + k3 log(H eff ) + k4 Diffractio + k5 log(H eff ) log(d ) n + k6 (H meff ) + kCLUTTER
接收功率发射功率基站与移动终端之间的距离
站有效天线高度
PRX
PTX
绕射损耗
d
终端的高度
基
Diffraction
k1 增益 k4
正因子
参考点损耗常量
H meff
k2
地物坡度修正因子
H eff k3
有效天线高度
k CLUTTER
绕射因子
k5
奥村哈塔乘性修正因子
k6
移动天线高度修
移动台所处的地物损耗
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TD-SCDMA和WCDMA的对比
项目系统发射端扩频带宽最大发射功率热噪声功率噪声系数接收端小区负载干扰余量 % dB 75%
密集、一般： 0.5~2dB 郊区： 1~2.2dB 农村：1.5~2.6dB
单位 MHz dBm dBm dB
TD-SCDMA 1.28 24.00 -112.90 3.50
WCDMA 3.84 21.00 -108.13 3.00 50% 3.00
TD-SCDMA和WCDMA的对比
项目基站天线增益智能天线增益馈线损耗干扰储备功控余量软切换增益切换对抗快衰落增益单位 dBi dBi dB dB DB dB TD-SCDMA 15.00 7.50 0.50 0.00 0 0.00 WCDMA 17.00 0.00 3.00 2.30 3 1.50
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TD-SCDMA和WCDMA的对比
业务类型参数 Eb/N0(dB) CS12.2k (农村 RA120km/h) 处理增益(dB) C/I(dB) Eb/N0(dB) CS64k (城区TU3km/h) 处理增益(dB) C/I(dB) Eb/N0(dB) PS64k (郊区TU5km/h) 处理增益(dB) C/I(dB) TD-SCDMA 12.3 10.6 1.7 6.92 3.42 3.5 7.02 3.42 3.6 WCDMA 5 24.98 -18.49 3.1 17.78 -13.82 2.5 17.78 -13.82
课程内容
规模估算概述 TD-SCDMA链路预算 TD-SCDMA容量估算
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3G话务模型
对各种业务特性进行分析研究是开展3G多业务网络规划的基础。一般来说，3G业务特性研究至少包括以下内容：
提供哪些种类的业务；每种业务有多少人使用；某业务的使用者使用该业务的频繁程度；从数据传输的角度，每种业务的特性；用户使用某业务时期望的服务质量。
3G话务模型
按业务数据的QOS特征可分为：会话类、流类、交互类和后台类，其中会话类和流类承载实时业务，交互类与后台类业务承载非实时业务。
业务分类业务特征代表业务语音业务、电视会议、遥测、交互游戏音频流、视频流
会话业务类较小的延迟容限；（Conversational）要求数据速率的对称。流业务类（Streaming）交互业务类（Interactive）背景业务类（Background）单向性业务；对误差容限有较高的要求；对速率有较高的要求。对误差容限有较高的要求；对延迟容限的要求相对低一些；只有一个方向要求有较高的数据速率。有较小的延迟约束；要求实现无差错传送。
Web浏览、网络游戏、电子商务电子邮件、传真
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电路域业务模型
电路域业务一般是语音业务或者实时数据业务，如可视电话等。电路域业务话务量（Ecs）主要与预期用户总数、业务的渗透率、忙时呼叫次数及其持续时间等因素有关，在规划时需要综合考虑。
关键因子平均业务会话时长（s）忙时平均会话次数用户平均话务量（Erl）业务速率（bps）激活因子平衡因子解释指用户每次业务的持续时间的统计平均指在话务忙时，开通该业务的用户每小时发生该类业务的会话次数的统计平均。用户平均话务量=平均业务会话时长×忙时会话次数/3600 业务所需信道的传输速率，在3G网络中，一般语音呼叫的速率为12.2Kbps，可视电话的速率为64Kbps。扩展激活因子=实际业务平均速率/传输信道速率。例如一般语音的平均速率为6Kbps，则扩展激活因子=6/12.2=50% 平衡因子＝上行业务平均速率/下行业务平均速率，对于语音业务来说平衡因子为1。
分组域业务模型
基于IEEE的非实时业务模型：
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