TD-SCDMA静态系统仿真与分析

[摘要] 本文利用经典的Monte Carlo系统仿真的方法，通过构造TD-SCDMA系统仿真平台，对TD-SCDMA系统的功控、覆盖、容量等方面进行仿真与分析，并得出相应的结论。对今后TD-SCDMA系统组网及网络优化方面有一定的参考价值。

[关健词]TD-SCDMA 功控 覆盖 容量

TD-SCDMA无线网络系统比较复杂，为使系统在一定条件下具有最佳性能，必须在设计时就能了解各种参数对系统性能的影响以及它们之间复杂的相互依存关系，系统仿真就是用尽可能接近真实的操作方法，对系统的无线传播环境、链路运行方式与性能、系统控制方法等方面进行计算机模拟，来研究系统的覆盖、容量、流量、中断率等关键性能。

一、确定功控次数的仿真

功率控制的目的是通过调整MS或BS的发射功率，使得系统基于收敛准则误差±0.2dB，获得稳定的SIR值，即信噪比在功控后收敛。为了确定功率控制达到多少次以后系统稳定，通过多次仿真得出一个较一般的结论，从而调整功率控制的次数。

图1 某用户SIR收敛图

仿真结论：由图1可以看出，该用户功率控制在15次功控以后基本趋于平滑。

二、初始发射功率对功控次数的影响

上行：系统首次对用户分配的功率初始值是一个随机变量。通过仿真，发现上行发射功率的初始值对快照收敛情况几乎没有影响。

图2 不同的上行初始发射功率对功控次数的影响

下行：基站首次发射的功率初始值也是一个随机变量。通过仿真，发现下行发射功率的初始值对SIR收敛所要求的功控次数影响不大。

图3 不同的下行初始发射功率对功控次数的影响仿真结论：经过多次不同信道环境、不同用户数、不同小区半径的仿真，可以发现，在现有仿真假设前提下，当功率控制次数在25次之后，基本上都可以保证获得稳定的SIR值，考虑一定余量之后，最终确定PC-times=50。

三、覆盖分析

仿真的过程主要是得到系统的平均掉话率：对一次快照中的每一个用户分别进行50次功率控制，假设设定目标SIR值为-6dB，根据3GPP协议，判断收敛的SIR值是否小于-6.5dB，如果小于则记为掉话。然后根据19个小区内的所有用户的仿真情况，计算出该次快照的掉话率。作充分多次快照后得到该种信道状态下的平均掉话率。

仿真场景：假设每小区输入用户数为8个，则仿真19个小区用户数一共有 8×19=152个。从链路仿真中得到针对不同信道环境的不同、值越大，表明信道环境越恶劣。其中的情况是最好信道――加性高斯白噪声（AWGN）的信道环境下解调有用信号所需要的值。此外3GPP协议中还定义了三种典型的多径加阴影衰落信道，作为链路仿真和系统仿真的典型环境。在系统仿真中，我们默认典型信道的值已知，则固定某一种信道环境，通过系统仿真得到平均掉话率和小区覆盖半径的关系。

图4 覆盖半径与掉话率的分析

仿真结论：由图4可以看出，随着覆盖半径的增大，在用户数保持不变的条件下掉话率必然增加。特别的，若要满足掉话率不大于5%的容量要求，在最好信道环境AWGN条件下，当手机发射功率为21dBm时，覆盖半径可以达到1600m（完全可以满足广覆盖地区的要求）；而在很差的信道环境case1下，掉话率会很高，仿真结果显示覆盖半径不到300m。在这种恶劣的信道环境下组网，只有降低小区内的用户数，以牺牲容量来满足覆盖的要求。

四、容量分析

对于TD-SCDMA系统来说，由于上行链路采用了联合检测技术等噪声规避技术，系统总的来说还是属于资源受限，系统上行很难达到6dB的噪声抬升，另外每个时隙内支持的用户数不是很多，所以不能简单的采用噪声提升6dB的准则进行容量估算。因此在本文中，实际仿真时假定：当用户满意率为95%（即满足掉话率为5%）时得到的系统容量假设为系统的极限容量，此极限容量的75%则设置为单系统正常工作时的系统容量。

仿真场景：固定掉话率为5%不变，根据图4仿真的结论，尝试输入不同的用户数，以满足不同信道环境下Eb/N0要求，从而确定覆盖半径与系统容量的关系。

图5 覆盖半径同系统容量的关系

仿真结论：由图5可以看出，在保证掉话率为5%的情形下，小区覆盖面积越大，接入的用户数相对越少。因此在不同的信道环境下，若要满足相应的覆盖要求，可以降低小区内用户数。从另一个角度分析，这也体现了TD-SCDMA系统并不是完全的资源受限系统，在信道环境恶劣的情形下，也存在CDMA系统本身固有的干扰受限的性质。

通过仿真，我们得到在保证掉话率的条件下，系统能否满码道运行和多种因素有关：

(1)信道环境，也就是目标信噪比；

(2)小区覆盖半径；

(3)阴影衰落大小；

(4)联合检测、智能天线对系统性能提高的作用大小。（作者单位：江苏南京邮电大学继续教育学院）