高校校园的TD-SCDMA覆盖解决方案研究

【摘要】文章根据高校校园的场景特点和TD-SCDMA的技术特点,对高校不同区域提出了有针对性的TD-SCDMA覆盖解决方案,并介绍了TD组网的两种新技术:双通道技术和AB频段联合组网技术。

【关键词】TD-SCDMA 高校校园 覆盖 双通道技术 AB频段联合组网技术

高校移动通信用户数量庞大,用户活跃度高,是移动运营商市场发展的必争之地。为满足众多用户大业务量需要,高校区建站密度高,干扰现象较为严重;高校楼群密集,每栋楼宇用户数量非常大,覆盖控制难度大,而很多楼群内无法使用TD-SCDMA智能天线技术;多种不同技术在室内覆盖时相互间也存在干扰。因此,高校校园的TD-SCDMA覆盖既有重大的意义,又有很大的难度。

1 高校校园场景特点

高校校园楼群分界线明显,建筑物的高度大约在20m～30m,平均密度小于35%,根据建筑物平均密度特征,这符合一般城区的特征。

高校校园内存在大量公寓楼、教学楼等建筑群,区域内话务量密集,用户移动速度不高,业务速率要求较高,是数据业务发展的重点区域。

高校校园有明显的话务特征,一是数据量大,很多学生用手机登陆QQ或用电脑高速上网;二是话务量迁移,如白天话务量主要发生在教学楼,晚上主要在宿舍;三是话务量集中,学生的话务基本集中在18点以后,特别是21点到24点是其通话的高峰阶段;四是通话时间较长;五是短信使用比例远远高于打电话。

2 高校校园TD-SCDMA覆盖研究

对于高校校园区域,一方面需要通过各种组网形式来满足高话务需求,另一方面要较好地抑制由于网络负荷升高带来的干扰从而提升系统网络的性能。一般使用宏蜂窝完成广覆盖,微蜂窝吸收话务量和数据业务量,实现热点覆盖,两者采用异频组网,提高系统的性能。

一般高校区室外可采用宏基站进行覆盖,满足室外的覆盖指标。

典型高校校区的现代建筑由于采用了大量的混凝土和金属材料,造成了对无线信号的屏蔽或衰减,信号通过直射、反射、绕射等方式进入室内,杂乱而不稳定,用户在室内的通信受到影响和限制。为解决以上问题,可建设室内分布系统,确保室内的TD网络性能。在室内覆盖站点完成建设、开通、投入使用前需要进行室内覆盖网络性能测试,同时后续通过不间断的监控,保证室内覆盖的正常性能。

站址首选共址方式放置在校园内或校园周边的宏基站,如不具备条件,可考虑在校园内租用合适位置集中放置。校园内如果有多个可以放置BBU的基站,可以根据传输、电源及施工情况选择集中或分散放置BBU。

高校校园热点区域使用10M频段6个频点进行规划,若存在同频小区,必须保证同频小区之间有一定的隔离度,以充分保证网络性能和系统满容量。

根据校园内不同楼宇不同时段突发话务量的特点,在楼宇间话务量较小时段,为了充分吸收校园内其它区域话务量,可以采用共小区RRU技术,将多个楼宇和室外广场或不同功能的楼宇组成一个小区。例如将宿舍楼同教学楼、食堂等其它楼宇或校园内室外覆盖区域组成共小区,可以更有效地利用无线设备资源。

2.1 学生公寓覆盖

一般来说,在公寓楼内部建立室内分布系统的难度比较大,投资也比较高,而宏站又无法对楼宇进行深度覆盖,所以通常考虑在公寓楼的公用地面建立分布系统。如果采用传统的微蜂窝信源+射频馈缆分布系统,则会由于公寓楼之间的建筑间隔大,造成馈缆损耗过大,加之小区间切换频繁,导致系统设计实现困难,此时推荐采用光纤分布系统。

公寓楼主要通过BBU+单通道RRU+伪装天线来解决覆盖。由于TD系统的基带处理部分一般都支持多通道信号的处理,在组网时,可以将多个RRU合并为一个小区,这样既可以减少小区间的干扰和切换,又能够节省基带资源。

公寓采用定向天线,天线安装在地面,信号从地面往上照射,这主要用于小区内低层和高层信号都不好的情况。这种天线的增益一般为6dBi,天线的波瓣角尽可能接近180度。

根据链路预算,如果RRU单通道输出功率2w,那么单个RRU可以有2副全向天线或者4副定向天线,可以实现约8个单元的覆盖(参考值,与实际的设备分布相关)。

单通道RRU可以安装在伪装灯杆的底部。一般要求每个建筑和天线之间都有直达径,这样可以尽量减少穿透损耗,保证公寓小区的覆盖效果。

2.2 教学楼覆盖

由于教学楼一般采用混凝土结构,建筑物的楼板厚度大,采用室外信号穿透覆盖的效果差;教学楼的电梯/楼梯一般在建筑物中间,室外信号无法穿透,为信号盲区;因此一般首先选择在这些建筑内建立室内分布系统来实现信号覆盖,可以适用小区的高话务量的要求。

室内分布系统推荐采用大容量基带池超大容量BBU+RRU+室内分布系统方式,解决覆盖和容量问题。

对于建筑物的电梯/楼梯,一般利用单独的RRU通道来解决,沿电梯井/楼梯安装多副平板天线实现覆盖。

覆盖电梯/楼梯的RRU通道,与大楼一层采用同一通道,或者几个通道位于1个小区,从而减少因为用户进出电梯/楼梯而产生的切换。

2.3 扰码规划

TD-SCDMA的码资源规划包括两点:下行同步码的规划和复合码的规划。32个下行同步码两两之间存在相关性的差异,因此对相邻小区和码的复用距离要进行合理规划;复合码是扰码和扩频码的乘积,不要将相关性很强的码分配在覆盖区交叠的相邻小区或扇区。

高校密集区域的扰码规划既要考虑高校内部小区间扰码相关性,同时还要兼顾周围宏站邻区的扰码相关性,室内外综合考虑进行码资源规划。需要满足以下原则:(1)相邻小区不能使用同频同码字;(2)相邻小区不能使用同频同码组;(3)邻区的邻区不能采用同一个扰码和同码组;(4)相邻小区不能出现零时延重码。

2.4 提高隔离度优化

高校密集区域属于空旷开阔场景,在室外环境下无线信号视距传播,室外分布系统信号杂乱难以控制,多小区间的隔离度难以得到保证,直接影响高校密集区域室外分布系统网络性能。提高室内分布的小区隔离度,是保证网络质量的重要指标。

采用高性能赋型天线是提高小区隔离度的关键措施。高性能赋型天线能有效控制信号的发散,对于高校校园的各楼群内的用户能起到很好的隔离作用,能充分满足系统容量的需要,并且将提高网络性能。

可以通过以下几个手段进行优化:

(1)选择适合高校密集区域场景的天线。从天线的波束宽度、增益等方面,严格限制性能较差或者不适合场景的天线,以免泄漏严重;

(2)合理选择天线的安装位置。因地制宜,发挥无线环境的天然的隔离作用,合理设置天线下倾角和仰角;

(3)合理进行小区规划,利用建筑物本身的隔离作用,提高小区间隔离度;

(4)合理规划频点,综合考虑高校密集区域内、外的频点规划,做到同频小区隔离度最大化;

(5)在高校密集度过高的区域,可以利用校区间比较宽阔的区域建立宏基站,增加室外分布系统的隔离度,从而实现室外分布系统的频点多复用,减少小区间干扰。

3 TD组网的两种新技术介绍

3.1 双通道技术

双通道技术在深度覆盖场景下,相比单通道在覆盖及HSDPA下载速率方面具有较明显的优势,可以有效提升深度覆盖能力,增加HSDPA的下载速率。

(1)技术原理

作为两条相对独立的信道,由于受无线环境影响,当一条信道处于衰落时,另一条信道可能状况较好,两相叠加时接收信号仍然能够保证一定质量。

在数据业务对C/I、QoS要求较高的情况下,可以通过此方案降低功率,降低干扰,提高链路性能和系统容量,获取更高的数据吞吐量和网络性能及质量。

(2)主要应用场景

一般来说,在信号好的地方(大于-70dBm),单通道和双通道的HSDPA的下载速率相差不是很大;但是在覆盖不是很好的地方(大于-90dBm),HSDPA的下载速率双通道要比单通道有比较明显的提升。对于上行,双通道下UE的发射功率明显低于单通道下的UE的发射功率。

(3)主要优点

在PCCPCH-RSCP强覆盖区和弱覆盖区,采用双通道覆盖比单通道约有3dB的增益,可有效降低终端UE的发射功率,降低网络干扰;在相同覆盖半径条件下可减小一半的天线尺寸,降低小区内建站难度;可以改善深度覆盖用户(居民小区、大学校园)感受,提高数据吞吐量,提高无线口的C/I,提高业务QoS保证。

3.2 AB频段联合组网

增加A频段建设,需要关注的重点是满足数据卡、上网本、手机上网等数据业务的需求;同时A频段建设需要考虑与B频段终端的兼容性,在双频段共站址建设中站址/频点选择时需要关注与GSM、WLAN、PHS、CDMA等的系统间干扰以及室内外干扰。

(1)应用背景

AB频段联合组网是市场竞争的客观要求。高速数据业务将成为3G运营商收入的主要增长点,而TD-SCDMA仅靠B频段提供的容量难以满足市场竞争需要,所以AB频段联合组网是中国移动参与3G竞争的必然选择。

(2)应用原则

当室内场景无PHS、DCS室分系统时,直接使用A频段;有PHS室分系统时,目前PHS和TD几乎不存在可以共用室分系统的情况。若有DCS1800室分系统(DCS1800设备滤波器为75M规格),与TD共用室分系统时,合路器的异系统隔离度要求超过60dB;与TD不共用室分系统时,天线保持1米空间距离,即可满足隔离度要求。

而对于室外A频段的应用,室外PHS会给TD带来严重杂散干扰,暂无有效的隔离措施。一般建议主载波承载R4业务,B频段受到的系统间干扰小,可以充分保证R4业务KPI;A频段主要承载HSDPA业务,在局部有干扰情况下,可降速使用。

(3)组网方案

AB联合组网一般有三种类型组网方案,分别是共天线合路方案、双天线方案以及A+B合RRU方案。

共天线合路方案的主要优势是不增加天面安装空间;最大劣势是模块多,接头多,故障点多,工程实施复杂。主要应用场景为天面空间紧张、难以实现双天馈的站点。

双天线方案的主要优势是无合路,连线少,可靠性高;最明显的劣势是需增加天面安装空间。主要应用场景为天面安装条件宽松、物业协调容易的站点。

4 总结

本文在充分考虑高校校园TD-SCDMA网络建设的实际情况下,通过深入分析,采用宏蜂窝+微蜂窝结合覆盖的思路,实现校园密集区的有效覆盖。其中,宏蜂窝满足校园区的广域覆盖,微蜂窝对建筑物室内进行深度覆盖,吸收业务量,满足大容量要求。

参考文献

[1]李世鹤. TD-SCDMA第三代移动通信系统标准(第二版)[M]. 北京: 人民邮电出版社,2003.

[2]苏华鸿,等编著. 蜂窝移动通信系统射频工程[M]. 北京: 人民邮电出版社,2005.

【作者简介】

段跃忠:北京邮电大学经济管理学院在读博士,研究方向为管理科学和工程。从事过移动通信技术、市场营销及管理工作,多次接受摩托罗拉、爱立信、华为等公司的技术和管理高级培训,曾赴美国、韩国和新加坡进行考察和管理培训,对模拟、数字移动通信蜂窝系统十分熟悉,对市场营销和业务管理工作有较深入的研究,发表过多篇电信管理领域的论文。

金永生:教授,经济学博士,北京邮电大学经济管理学院博士生导师,经济管理学院工商管理与公共管理系主任。

解锡国:管理工程学博士,现供职于山东移动通信有限责任公司泰安分公司。从事过移动通信技术及管理工作,并到芝加哥摩托罗拉总部接受培训,多次接受爱立信、华为通信技术及管理系统培训,对模拟、数字移动通信蜂窝系统十分熟悉,发表电信管理领域论文多篇。