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关键词 TD-SCDMA 网络规划 BRU 呼叫阻塞率
0、引言
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技术以及软件无线电技术等技术的融合，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。2002年10月信息产业部发布的【2002】479号文件，公布了中国3G频谱规划方案，为TD-SCDMA标准划分了总计155MHz频段，表明了中国政府对TD-SCDMA标准的强力支持，国外3G牌照的发放，只是向运营商发放了经营3G业务的许可和所需的相关频谱资源，而不是将牌照发给了某种3G技术标准，并且获得3G牌照的运营商在竞得FDD频谱的同时都获得了TDD频谱资源，而TD-SCDMA作为全世界惟一的处于商业化进程中的第三代TDD标准，国际电联为TDD专门划分的频段将完全被TD-SCDMA使用，这已经为TD-SCDMA走向世界铺平了道路，TD-SCDMA巨大的产业能量已经正在被越来越多的人认可。
在TD-SCDMA网络设计中，无线网络的设计内容应该包括：站址选择、信道容量计算、中继接口配置、设备选型、码规划及相关参数规划等内容。由于3G系统支持多速率业务，有些业务的速率很高，在TD-SCDMA系统中同一业务使用多个信道进行传输，因此其计算方法与2G相比，有了较大的差异，需要从TD-SCDMA系统中信道的概念和业务的RU分配方案入手分析，然后将通过一个实例，介绍TD-SCDMA系统中基于BRU的计算的容量估算方法，以供网络规划和设计来参考。
1、BRU需求量的计算
1.1 信道与BRU
在TD-SCDMA系统中，一个信道就是载波，时隙，扩频码的组合，也叫一个资源单位(Resource Unit)。其中一个时隙内由一个16位扩频码划分的信道是最基本的资源单位，即BRU。具体概念可以参见图一。从图中可以看出，一个信道占用的BRU个数是不一样的，一个RU卵，占用了16个BRU，一个RUSF8则占用两个BRU，而一个载波下，所能提供的BRU的最大个数是固定的，因此，在TD-SCDMA中确定了所需的信道个数并不能确定具体的小区数量，要确定小区数量，必须确定BRU的需求量。在TD-SCDMA中，每一个RU中，含有两个数据符号字段，其中每个数据符号字段有352个码片，则在一个RU中有352*2=704个码片。当扩频因子为16时(对应一个BRU)，在一个RU中所包含的数据符号数为704/16=44个符号。如果采用QPSK调制方式，则在一个码道中所包含的数据比特数为44*2=88个比特；如果采用8PSK调制方式(此种调制方式一般应用于2M的业务)，则在一个码道中所包含的数据比特数为44*3=132个比特。因为一个子帧的长度为5毫秒，因此当采用QPSK调制方式时，一个BRU的速率为88比特/5毫秒=17.6k比特/秒；当采用8PSK调制方式时，一个BRU的速率为132比特/5毫秒=26.4k比特/秒。
图1 TD-SCDMA系统中的信道
1.2 BRU需求量计算的依据
计算BRU需求量的依据主要有业务量预测数据、不同业务的无线信道呼叫阻塞率指标、不同业务的RU分配表等。
1.2.1 业务量数据
与2G系统类似，TD-SCDMA系统中计算某个Node B所需的BRU需求量的基础数据是它的业务量预测数据。一般两代系统中，业务量预测数据主要指话务量的预测数据，用爱尔兰(Erl)表示，而在3G系统中，在网络的不同时期，提供的业务类型也会有差异，预测业务量前需要首先确定系统所提供的业务类型。在UMTS中，定义了四种业务类型，如表1所示。
从各方对3G业务比例的预测可知，公认的主流数据业务有WWW、EMAIL、视频流等。不同数据业务的承载速率是由系统根据自身资源状况来决定，同一种业务将会有不同的速率进行承载。得到系统的业务类型及其承载速率后，通过估计系统的用户总数，以及用户中使用不同业务类型(具体到承载速率)的渗透率等，最后得到各种业务的业务量。对于实时业务，业务量可以用等效爱尔兰表示，对于非实时业务，则一般用忙时吞吐量(kbit)表示。由本期业务量预测数据计算本期需要的BRU数，由远期业务量预测数据计算远期BRU需求量。
1.2.2 无线信道呼叫阻塞率指标
无线信道呼叫阻塞率是指由于BUR被占用而不能接续的呼叫次数占总呼叫次数的百分比。由于覆盖区域内的覆盖原因造成的呼叫阻塞不包括在这项指标内。
1.2.3 业务的RU分配
由于OVSF码的使用、时隙最大RU的不定性、码道正交性等因素的影响，码道的选择有较多的待考虑因素，相对比较复杂主要有以下几种考虑。
1.2.3.1 多码道传输与单码道传输
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)。这样对于一个高速的(需要多个资源单元)承载业务，可以有两种信道分配方式：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(Multicode Transmission)，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一个(或者较少的码道)，并使用较小的扩频因子(较高的单信道数据速率)(如分配一个SF=8的码道)。具体选择哪一个要根据实际情况的多种因素，如当前时隙的剩余码道数，码道的正交性要求等等。在文献[1]中建议的RU分配中对于下行信道，规定只使用SF=1，16两种扩频因子；而对于上行信道，规定可以使用1，2，4，8，16所有扩频因子。
对于BRU需求量的计算而言，主要考虑下行链路(即Node B)的需求。
1.2.3.2 时域集中分配与码域集中分配
而对于多码道传输，也有两种不同的码道分配方式需要考虑：“码域集中分配(Code Pooling)”和“时域集中分配(Time Pooling)”(当然，也可以采用两者的结合)。码域集中分配是首先将一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。譬如，下行128K数据业务，既可以使用每子帧一个时隙，每个时隙分配16个BRU(码域集中分配，简称方案一)，也可以采用每个子帧两个时隙，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，方案一，每个时隙平均可能两个用户，而方案二则只可能有一个用户。同样，在系统不进行资源整合时，每个时隙有一个小业务量用户(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。
除时域集中和码域集中分配外，系统的RU分配原则还包括给定业务的BRU数，它们对最后的Node B需求数的计算有直接的影响，计算系统保证一定接入成功率的Node B需求数前，一定要确定系统对不同业务的RU分配的具体原则。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，而其它业务则主要考虑码域集中分配，降低RRM调度的复杂性。
1.2.4 BRU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。对应与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。下面通过一个实际的例子，介绍一下TD-SCDMA系统BRU需求量的计算方法。
假设系统在某阶段支持的业务如表2所示，同一种业务类型下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400爱尔兰，业务2的通道速率为232.10kbit/s，业务3的通道速率为986.67kbit/s，业务4的通道速率为412.18kbit/s；对于数据业务，在给定承载的前提下，可以把数据业务转换成等效爱尔兰，即数据业务等效爱尔兰=通道速率/承载速率，计算结果如表三所示。要求的无线信道的呼叫阻塞率为2%。
根据表2给出的不同业务的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3每载扇需要16BRU，
表3：业务量预期在3：3时隙比例配置中，同一个载扇只能提供24个业务1的用户(3×16 BRU每载扇/2BRU每用户每=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，一个小区支持的不同业务的等效爱尔兰数分别为：16.6Erl，2.276Erl，2.276Erl，0.602Erl。通过简单的分析，该区域需要的载扇总数为：400/16.6+3.63/2.276+15.42/2.276+6.44/0.6=44。
最后我们根据某地区的覆盖情况，结合上面的容量分析，通过实际仿真，仿真结果如图2所示。图中总用户为416个，紫色园点为呼叫满意的用户(RU分配成功，也没有出现掉话)，共410个，掉话用户数为0，红色三角形为RU分配不成功的用户(6个)。从以上数据可以得到，呼叫阻塞率为6/416=1.5%，满足设计要求。
图2 用户接入情况仿真结果
2、结束语
TD-SCDMA在未来几年，将成为移动通信中的一个主要成员。本文从TD-SCDNA系统中信道的概念和业务的RU分配方案的自身特点出发，结合实例介绍了系统基于BRU需求量的一种较简单的容量计算方法。
由于本地业务组合的差异性，实用计算所关注的不同业务组合、预期业务量简算、工程建设需求的载频和信道配置的方法，WCDMA等系统都需深入研究。表明TD-SCDMA在解决覆盖问题后，在业务容量的实用计算方面，TD-SCDMA也有了可支撑3G建设初期的方法。
参考文献：
[1] 3GPP TS 34.108 Common Test Environments for User Equipment(UE) Conformance Testing(Release 4)；
[2] 3GPP TS 25.223 Spreading and modulation(TDD)(Release 4)；
[3]电信工程设计手册，《移动通信》分册，邮电部北京设计院编箸，人民邮电出版社，1994；
