1、TDSCDMA无线网络仿真TD-SCDMA无线网络仿真课程目标： 熟悉TD-SCDMA系统关键技术 掌握TD-SCDMA系统网络规划流程 掌握TD-SCDMA系统网络仿真方法参考资料： 谢显中TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与实现 李世鹤TD-SCDMA第三代移动通信系统标准 Planet User Reference Guide TD-SCDMA网规网优介绍_V2.0课程思考题： 参见每章最后目 录第1章 TD-SCDMA系统概述 31.1 概述 31.2 智能天线技术 41.3 联合检测技术 51.4 接力切换技术 51.5 DCA技术 6第2章 TD-SCDMA网络规划 92.1
2、中兴网规策略 92.2 TD-SCDMA网规策略 92.3 网络规划要点 92.4 网络规划流程 10第3章 TD-SCDMA网络仿真 113.1 网络仿真特点 113.2 仿真先期工作 113.3 Planet特点及优势 113.4 基本仿真流程 123.5 详细流程 133.5.1 创建Workspace 133.5.2 电子地图 133.5.3 导入地图和数据 163.5.4 设置站点 173.5.5 设置传播模型 183.5.6 设置天线模型 203.5.7 编辑多边形 213.5.8 覆盖预测 213.5.9 TD-SCDMA模块 223.6 统计报告及仿真图层 253.6.1 统计
3、报告 253.6.2 仿真图层 303.6.3 离散用户信息 32第4章 总结 33第一章 TD-SCDMA系统概述 知识点 TD-SCDMA系统概述 TD-SCDMA关键技术一.1 概述Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access (时分双工的同步码分多址)。TD-SCDMA是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持，是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准，是UTRA-FDD可替代的方案。TD-SCDMA集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗
4、干扰能力强。从图1-1可以看出：图1-1 什么是TD-SCDMA1. 在时间轴上，上行和下行分开，实现了TDD模式，即时分多址。2. 在频率轴上，上行下行共用一个频点，节省了带宽，并且，不同频点的载波可以共存，这是频分多址。3. 在能量轴上，每个频点的每个时隙可以容纳16个码道，即码分多址。（对于下行，扩频因子最大为16，这意味着可以有16个正交的码数据流存在一个时隙内。以语音用户为例，每个AMR12.2K占用两个码道，则一个时隙内可以容纳8个用户。）4. 在空间上，通过使用智能天线技术，针对不同的用户使用不同的赋形波束覆盖，实现了空分多址。一.2 智能天线技术智能天线是一种全新的天线技术，是
5、一种自适应的波束成形技术，将该技术运用在移动通信中将会大大降低系统内部的干扰，提高系统的容量。智能天线采用数字波束成型技术的自适应天线阵，从上行来看基站利用智能天线对来自移动台的多径电波方向进行波到达方向(DOA)估计，调整天线阵每个阵元的幅度和相位以达到上行信号的最佳接收，从发送的角度来看，基站利用智能天线对发射信号下行波束成型，使基站发射信号能够沿着移动台电波的来波方向发送回移动台，从而降低了发射功率，减少了对其他移动台的干扰。可见，智能天线可以为每一个方位的用户提供较高的增益，降低用户间的干扰。1、提高了基站接收机的灵敏度基站所接收到的信号为来自各天线单元和收信机所接收到的信号之和。如采
6、用最大功率合成算法，在不计多径传播条件下，则总的接收信号将增加10lgN(dB)，其中，N为天线单元的数量。存在多径时，此接收灵敏度的改善将随多径传播条件及上行波束赋形算法而变，其结果也在10lgN(dB)上下。2、提高了基站发射机的等效发射功率同样，发射天线阵在进行波束赋形后，该用户终端所接收到的等效发射功率可能增加20logN(dB)。其中，10logN(dB)是N个发射机的效果，与波束成形算法无关，另外部分将和接收灵敏度的改善类似，随传播条件和下行波束赋形算法而变。3、降低了系统的干扰基站的接收方向图形是有方向性的，在接收方向以外的干扰有强的抑制。如果使用最大功率合成算法，则可能将干扰降
7、低10logN(dB)。4、增加了CDMA系统的容量CDMA系统是一个自干扰系统，其容量的限制主要来自本系统的干扰。降低干扰对CDMA系统极为重要，它可大大增加系统的容量。在CDMA系统中使用智能天线后，就提供了将所有扩频码所提供的资源全部利用的可能性。5、改进了小区的覆盖对使用普通天线的无线基站，其小区的覆盖完全由天线的辐射方向图形确定。当然，天线的辐射方向图形是可能根据需要而设计的。但在现场安装后除非更换天线，其辐射方向图形是不可能改变和很难调整的。但智能天线的辐射图形则完全可以用软件控制，在网络覆盖需要调整或由于新的建筑物等原因使原覆盖改变等情况下，均可能非常简单地通过软件来优化。6、降
8、低了无线基站的成本在所有无线基站设备的成本中，最昂贵的部分是高功率放大器（HPA）。特别是在CDMA系统中要求使用高线性的HPA，更是其主要部分的成本。智能天线使等效发射功率增加，在同等覆盖要求下，每只功率放大器的输出可能降低20logN(dB)。这样，在智能天线系统中，使用N只低功率的放大器来代替单只高功率HPA，可大大降低成本。此外，还带来降低对电源的要求和增加可靠性等好处。一.3 联合检测技术CDMA系统中的主要干扰是同频干扰，它可以分为两部分，一种是小区内部干扰（Intracell Interference），指的是同小区内部其他用户信号造成的干扰，又称多址干扰（Multiple Ac
9、cess Interference，MAI）；另一种是小区间干扰（Intercell Interference），指的是其他同频小区信号造成的干扰，这部分干扰可以通过合理的小区配置来减小其影响。CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。信号分离的方法大致可以分为单用户检测和多用户检测技术两种。联合检测技术是多用户检测（Multi-user Detection）技术的一种。而由于MAI中包含许多先验的信息，如确知的用户信道码，各用户的信道估计等等，因此可以利用这种MAI信息提高信号分离方法的准确性。作为多用户检测技术的一
10、种，联合检测在TD-SCDMA系统中，结合了系统的特点，利用了训练码的冲激相应计算结果，利用了智能天线的算法结果，根据系统生成矩阵，在一步之内通过矩阵算法就分离了互相之间存在干扰的用户信号。所以联合检测和智能天线技术的结果，无疑会给整个系统的容量带来质的提高。一.4 接力切换技术终端在不同小区的切换主要有三种方式，硬切换，软切换，接力切换。当用户终端从一个小区或扇区切换到另一个小区或扇区时，先中断与原基站的通信，然后再改变载波频率与新的基站建立通信，这种切换方式叫硬切换。硬切换技术在其切换过程中有可能丢失信息，还有可能造成掉话。当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个具有相同载频的小区或扇区时，
11、在保持与原基站通信的同时，和新基站也建立起通信连接，与两个基站之间传输相同的信息，完成切换之后才中断与原基站的通信，这种方式叫软切换。软切换过程虽然可以不丢失信息，但也有着链路资源开销大，信令复杂的缺点。接力切换适用于同步CDMA移动通信系统，是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。不同于硬切换和软切换的是，当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时，利用智能天线和上行同步等技术对UE的距离和方位进行定位，根据UE方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果UE进入切换区，则RNC通知另一基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。接力切换是将软切换的高成功率和硬切换的高信
12、道利用率综合在一起的，使用该方法可以在使用不同载频的TD-SCDMA基站之间，甚至在TD-SCDMA系统与其他移动通信系统如GSM、IS95的基站之间实现不中断通信、不丢失信息的越区切换。虽然接力切换也是“先断后连”，但是相对于硬切换，由于其实现是以精确定位为前提，因而UE可以很迅速地切换到目标小区，降低了切换时延，减少了切换引起的掉话率。一.5 DCA技术信道分配指在采用信道复用技术的小区制蜂窝移动系统中，在多信道共用的情况下，以最有效的频谱利用方式为每个小区的通信设备提供尽可能多的可使用信道。信道分配过程一般包括呼叫接入控制、信道分配、信道调整三个步骤。由于TD-SCDMA系统是TDD模式
13、，一条物理信道由频率、时隙、码道的组合来标志，同时智能天线技术的采用，使得TD-SCDMA系统可以为不同方向的用户分配相同的频率、时隙、扩频码，给信道分配带来更多的选择。在DCA技术中，信道并不是固定的分给某个小区，而是被集中在一起进行分配。只要能提供足够的链路质量，任何小区都可以将空间信道分给呼叫。在实际运行中，RNC集中管理一些小区的可用资源，根据各个小区的网络性能参数、系统负荷情况和业务的QoS参数，动态的将信道分配给用户，在小区内分配信道的时候，相邻小区的信道使用情况对于RNC来说是已知的，不需要再通过小区间的信令交互获得。采用动态信道分配的优势是： 能够较好的避免干扰，使信道重用距离
14、最小化，从而高效率地利用有限的无线资源，提高系统容量； 适应第三代移动通信业务的需要，尤其是高速率的上、下行不对称的数据业务和多媒体业务。动态信道分配对TD-SCDMA系统的重要性主要表现在：1. TDD模式中上/下行链路中业务的不对称性要求物理帧中UL/DL切换点的动态调整。2. TDD系统特有的上下行干扰问题可以借助动态信道分配部分克服。3. 由于智能天线、功率控制和联合检测技术的使用，使得TDD模式的UL/DL的干扰受限条件需要根据链路负荷情况进行动态调整。4. 由于CDMA系统的软容量特性，新增用户的接入会导致其他用户业务质量的下降，通过适当的安排，可以减小该影响。对于已经接入的用户，
15、由于业务速率的改变（尤其是共享信道）或无线传播环境的改变，同样可能导致业务质量的下降，但通过小区内或波束间的信道切换，也可以减小该影响。5. 由于3G系统必须支持可变比特速率业务，对于高速业务，目前只能通过合并资源单元承载的方式实现，因此需要更为复杂的信道集选择方案。该组合信道方式不但应该满足所需业务质量要求，而且必须优化多个时隙多个码道的组合能力。6. 由于不同小区间UL/DL切换点的不同，有可能导致小区边缘移动终端信号间的信号阻塞。 7. 采用智能天线进行波束成型后，由于来自于主瓣和较大副瓣方向的干扰才会对用户信号带来影响。智能天线的波束成型有效地降低了用户间的干扰，其实质是对不同用户的信
16、号在空间上进行区分。如果DCA算法在进行信道分配时能够尽量地把相同方向上的用户分散到不同的时隙中，即把在同一时隙的用户分布在不同的方向上，这样就可以充分发挥智能天线的空分功效，使多址干扰降至最小。8. 智能天线能够对信号的到达方向（DOA）进行估计，DCA可以根据时隙内用户的位置为新用户分配时隙，使用户波束内的多地址干扰尽量小，为DCA算法增加分配空间资源的能力。9. 在智能天线波束成型效果足够好的情况下，可以为不同方向上的用户分配相同的频率、时隙、扩频码，是系统的容量成倍地增长。考虑到用户的移动性，用户间相对位置的改变有可能使用户接入时的空分复用方案失败，出现大的同码道干扰，快速DCA能克服
17、这一缺陷。当DCA获知用户的同码道干扰达到门限时，就启用动态信道调整，为同码道干扰严重的用户分配新的信道资源，以消除干扰。动态信道分配技术一般包括两个方面：一是把资源分配到小区，也叫做慢速DCA。二是把资源分配给承载业务，也叫做快速DCA。思考题：1、TD-SCDMA有那些关键技术？第二章 TD-SCDMA网络规划 知识点 网规策略 网规要点 网规流程二.1 中兴网规策略网络规划必须要达到服务区内最大程度的时间、地点的无线覆盖，最大程度减少干扰，达到所要求的服务质量，最优化设置无线参数，最大发挥系统服务质量，在满足容量和服务质量前提下，尽量减少系统设备单元，降低成本。网络规划是覆盖（Cover
18、age）、服务（Service）和成本（Cost）三要素的一个整合过程，如何做到这三要素的和谐统一，是我们网络规划必须面对的问题。一个出色的组网方案应该是在网络建设的各个时期以最低代价来满足运营要求。网络规划必须符合国家和当地的实际情况；必须适应网络规模滚动发展，系统容量以满足用户增长为衡量；要充分利用已有资源，应平滑过度；注重网络质量的控制，保证网络安全、可靠；综合考虑网络规模、技术手段的未来发展和演进方向。二.2 TD-SCDMA网规策略TD-SCDMA系统特点：各业务的覆盖半径差别不大、网络的拓扑结构简单、频率资源丰富、码资源充足。充分考虑以上特点，提出了“一次规划，分期建设”的组网理念
19、。在初期建网时，按照同频的覆盖半径进行半径规划，在频率规划时采用异频以减少干扰，随着网络用户的增加，逐渐过渡到混频、同频。二.3 网络规划要点1、覆盖规划：考虑不同无线环境的传播模型，考虑不同的覆盖率要求等来设计我们的基站类型；2、容量规划：考虑不同用户业务类型来进行网络容量规划；3、频点规划：考虑用户数和用户构成，考虑可用频点资源多少，考虑业务类型和业务量，考虑我们的站型选择，设计我们的频点分配；4、码资源规划：包括下行同步码规划、复合码规划，不将相关性很强的码分配在覆盖区交叠的相邻小区。二.4 网络规划流程图2-1 网络规划流程思考题：1、中兴网规策略是什么？ 2、TD-SCDMA网规策略
20、及网规要点是什么？第三章 TD-SCDMA网络仿真 知识点 网络仿真基本特点 网络仿真流程三.1 网络仿真特点建立在链路级仿真之上的实用仿真可以进行大规模的商用规划有好的人机界面和标准的图形和报表输出考虑了实际的地形地貌精确进行系统容量覆盖分析三.2 仿真先期工作网络规划的意义首先在于对运营商网络建设的工程指导作用。作为必要的输入条件，通常需要获取被规划区域的地理环境、地物地貌、人文、经济水平等信息，其中以无线传播模型、业务分布及增长特性、业务模型及话务模型的建立尤为关键。这些输入参数越精确，对提高规划结果的可信度越有利。当然，实际情况是规划阶段往往无法获取所有参数的准确信息，只能通过工程经验
21、建立合理的假设，进而给出预规划所必须的系列参数。具体地，先期工作包括：确定覆盖、容量、质量要求；规划区域界定；用户数目估计；业务类型与业务模型确定；话务模型分析；业务强度计算；现网站点搜集；框架站点勘测；传播模型测试与校正；链路预算；容量估算。三.3 Planet特点及优势马可尼Planet软件依据ITU-2000的3GPP TD-SCDMA最新标准开发，具备强大的RF规划功能，有广阔的应用市场。在网络规划的整个周期，Planet TD-SCDMA都可以提供很好的支持，其应用方面包括：(1)：初步的网络分析，比如频谱需求、网络规模、小区数量等；(2)：初始阶段的网络设计，比如覆盖预测、资源管理
22、和性能分析；(3)：布局阶段的网络设计，比如小区站址规划和选择；(4)：覆盖和容量规划，能对覆盖和容量的复杂关系进行深度分析，包括在不同业务负载下的小区呼吸效应；(5)：Planet具备对数据业务和地理分布的模型，这对确定数据服务对网络的覆盖和容量的影响非常关键；Planet TD-SCDMA的优点主要表现在：(1)：对网络性能的准确的评估TD-SCDMA模块能支持TD的各种关键技术和业务需求：a.电路和分组交换数据业务；b.智能天线；c.TD-SCDMA时隙结构和信道结构，包括非对称和对称上下行转换点的设置；d.上下行链路的码分配；e.动态信道分配技术；f.联合检测技术；g.频率复用。(2)
23、：节省网络设施的成本开支(3)：支持3G网络设计(4)：增强及高级的TD-SCDMA设计三.4 基本仿真流程(1)：创建Planet工作空间（或者导入.def文件）；(2)：导入地图和数据；(3)：设置TD-SCDMA站点，或通过文件导入站点；(4)：编辑用户多边形；(5)：设置传播模型和天线模型；(6)：在设定的传播模型、天线模型、天线高度、发射功率、下倾角条件下进行覆盖预测，一般建议预测范围是小区半径的10倍左右，因为仿真分析考虑的来自其他小区的干扰；(7)：打开TD-SCDMA界面，.指定各种参数、结果和导出图层的路径；.用Traffic Manager撒入用户或话务量；.设定TD-SC
24、DMA仿真分析中使用的参数，包括：系统参数、终端类型、载波、基站设置、Eb/No Mapping设置、地物因子设置和内存使用设置等；.设定蒙特卡罗仿真次数或收敛系数目标值；.运行仿真分析过程；(8)：利用Displays选项查看结果；(9)：创建所需的仿真图层（layers），分析结果，不满足要求时调节参数重新仿真分析；(10)：创建仿真分析的统计结果，分析结果，不满足要求时调节参数重新仿真分析；(11)：当各项结果均满足要求，保存当前分析；三.5 详细流程三.5.1 创建Workspace工作空间的创建有两种方式：终端命令创建和Workspace Manager窗口方式创建。通常我们推荐采用
25、后一种方式。终端命令方式为：dms_imex -workspace -ftype def ，使用该种方法的好处是可以利用其他途径得到的定义文件来定制工作空间，可以很好的保证工作的继承性。从Workspace Manager创建一个新的工作空间有两种方式：复制（copy）和导入（import）。对于本地已有的workspace可以直接进行copy，复制一个已有的工作空间的唯一前提是被复制工作空间的状态是关闭的。Planet DMS在启动时创建一个root workspace（其状态始终为关闭），它不含有任何数据，对其进行copy是通过工作空间管理器创建新的空workspace的唯一方式。对于不在
26、本地机器上的其它workspace，可通过import进行复制。三.5.2 电子地图三.5.2.1 地球椭球体所谓参考椭球体，简单的讲就是指与大地水准面符合得最好的旋转椭球体，而大地水准面是一个与实际地球表面非常接近的假想曲面，由于它的不规则性，难以运用数学表达式描述，因而将其按照某种方法旋转，得到了参考椭球体。假设将大地体绕短轴（地轴）飞速旋转，就能形成一个表面光滑的球体，即旋转椭球体，或地球椭球体。地球椭球体是一个可以用数学模型定义和表达的光滑曲面。这也就是我们称的地球数学表面。它是对地球形体的二级近似。地球椭球体有长半径轴和短半径之分，长半径（a）又称长轴，即赤道半径，短半径（b）又称短
27、轴即极半径，还定义f = (a - b)/a称为地球的扁率。这些参数又称为地球椭球体的三要素。凡与局部地区（一个或几个国家）的大地水准面符合得最好的旋转椭球，称之为“参考椭球”。如GRS 80、Krassovsky、WGS84等。国际上有多种参考椭球体（详见表1）。表3.5-1 国际主要的椭球体参数椭球体名称年代长半径/m扁率附注德兰勃180063756331：334.0法国埃弗瑞斯183063772761：300.801英国贝赛尔184163773971：299.152德国克拉克186663782061：294.978英国克拉克188063782491：293.459英国海福特1910637
28、83881：297.01942年国际第一个推荐值克拉索夫斯基194063782451：298.3苏联1967年大地坐标系196763781601：298.2471971年国际第二个推荐值1975年大地坐标系197563781401：298.2571975年国际第三个推荐值1980年大地坐标系197963781371：298.2571979年国际第四个推荐值三.5.2.2 地理坐标用经纬度表示地面点位的球面坐标系统。在大地测量学中，对于地理坐标系统中的经纬度有三种提法：天文经纬度、大地经纬度和地心经纬度。在数字地图中使用的是大地经纬度。通常在大地测量时，所有的观测值均应尽量改化到参考椭球面上。地
29、面上任意点的位置，都可以用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地经度，即指参考椭球面上某一点的大地子午面与本初子午面间的两面角。通常由本初子午面向东西量度，向东0o180o为东经，向西0o180o为西经，并规定，东经为正，西经为负。大地纬度，即指参考椭球面上某一点的垂直线（也称法线）与赤道面的夹角。由赤道向南北两极度量，向北0o90o为北纬，向南0o90o为南纬。并规定北纬为正，南纬为负。大地经纬度构成了大地坐标系。1954坐标系：又称1954北京坐标系。是从苏联1942坐标系联测并经平差引伸到我国，原点在苏联西部的普尔科夫，采用Krassovsky椭球参数。1980坐标系：用于取代1954北
30、京坐标系。采用1975年IUGG/IAG第16届大会推荐的地球椭球参数。国家原点设在陕西省泾阳县。其较好地与我国大地水准面符合较好。三.5.2.3 地图投影凡是地理信息系统就必然要考虑到地图投影，地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性，在各类地理信息系统的建立过程中，选择适当的地图投影系统是首先要考虑的问题。由于地球椭球体表面是曲面，而地图通常是要绘制在平面图纸上，因此制图时首先要把曲面展为平面，然而球面是个不可展的曲面，即把它直接展为平面时，不可能不发生破裂或褶皱。若用这种具有破裂或褶皱的平面绘制地图，显然是不实际的，所以必须采用特殊的方法将曲面展开，使其成为没有破裂或褶皱的平面
31、。这就是投影。常见的几种投影方式有：Gauss- Kruge投影方式、UTM(Universal Transverse Mercatol Projection)投影方式。三.5.2.4 数字地图组成移动通信用数字地图包含以下内容：1、数字高程模型（DEM数据）：是按规定分辨率等间隔表示的地面高程数据，采用栅格数据结构；2、地面覆盖模型（DOM数据）：是按规定分辨率等间隔表示的地面覆盖类型，采用栅格数据结构；3、线状地物模型（LDM数据）：是以弧段坐标表示的线状地物平面位置，采用矢量数据结构；4、建筑群空间分布模型（BDM数据）：描述建筑物的平面位置和高度数据，采用栅格数据结构或矢量数据结构。在以上四层数字地图中，DEM层、DOM层、LDM层是目前移动通信场强预测用数字地图所必须的数据，BDM层一般只用于微蜂窝的预测，在微蜂窝用量较大时才需要用到这层数据。三.5.2.5 EET数字地图格式EET格式的地图
