TD-SCDMA室内覆盖设计指标的思考

1、目前采用的TD-SCDMA室内覆盖设计指标

目前在中国移动通信集团公司下发的《TD-SCDMA室内分布系统改造标准化方案》指导书中，给出了TD-SCDMA扩大规模商用试验网采用的设计指标如下：

（1）PCCPCH C/I≥-3dB。

（2）边缘覆盖场强：PCCPCH RSCP≥-85dBm。

（3）室内信号的外泄电平：在室外10m处PCCPCH RSCP≤-95dBm。

下面就这三个指标分别进行分析。

2、PCCPCH C/I

由于电磁波在室内的传播路径较短，相对于室外来说，落在解调窗内的干扰信号强度要大很多，室内外的PCCPCH C/I的取值不应该一致。

根据仿真结果和试验网测试结果，室外PCCPCH　C/I一般取-3dB，能够取得较好的覆盖效果。但在室内如果也取-3dB的话，网络覆盖将不会达到预期的通信质量。

下面是两个主流TD-SCDMA设备厂家的PCCPCH Eb/Nt的仿真结果如表1所示。

表1　PCCPCH Eb/Nt的仿真结果

因为Eb/Nt与C/I的差值就是处理增益（常数），所以PCCPCH C/I在室内和室外的差值与Eb/Nt对应的差值一致，也就是说，在室内，PCCPCH C/I的取值应该是：

-3+2.8（2.25）=-0.2（-0.75）dB

取一定的工程余量，PCCPCH C/I可以取0dB。

与之相对应，手机的接收机灵敏度也降低3dB，取为-105dBm。

3、边缘覆盖场强

无线信道是变参时变信道，哪怕是同一接收点的信号电平也处在不断的变化当中。边缘覆盖场强只能是基于概率统计意义上的一个值，即在一定概率上覆盖区域内的信号电平大于边缘覆盖场强，这个概率也可以叫做覆盖概率。

在覆盖区边缘，无线信号的强度变化特点就是围绕一个数学期望值上下浮动，如果以接收机灵敏度作为这个数学期望值的话，无线信号强度大于边缘覆盖场强的概率为50%，即边缘覆盖概率为50%。

为了提高覆盖概率，有效的办法就是把覆盖区域边缘覆盖场强的期望值提高，即留出一定的余量。但是余量留多少值得商榷，如果余量留得太小，覆盖效果不会太好；如果余量留得太大，就会增大建网成本，同时对于码分多址（CDMA）系统来讲，由于其自干扰特性，信号太强并不一定就能提高网络质量。

通常室内边缘覆盖概率取两个值，75%和90%。在重要的场景，如奥运场馆、会议厅等，边缘覆盖概率取90%，如果建设室内覆盖仅是为了补盲，如车库、地下室等，边缘覆盖概率取75%就可以了。

边缘覆盖场强的取定可以采用下面的公式：

边缘覆盖场强=接收机灵敏度+衰落余量+干扰余量

下面讨论两个余量的取值。

3.1　衰落余量

衰落余量包括阴影慢衰落余量和快衰落余量。

移动通信电波具有阴影慢衰落的特性，阴影慢衰落不论在时间上还是空间上都服从对数正态分布规律。这里不介绍对数正态分布的数学模型，只列举相关数据如表2所示。

表2　阴影衰落余量和边缘覆盖概率的关系

这里的δ指的是阴影衰落标准差。在室内，阴影衰落标准差一般取6dB以下。

如果阴影衰落标准差取6dB，边缘覆盖概率取90%，那么阴影衰落余量为1.28×6=7.68dB。

TD-SCDMA的功控频率为200Hz，功控对抗快衰落的效果不明显，一般室内快衰落余量取1～2dB。

3.2　干扰余量

TD-SCDMA系统为码分多址自干扰系统，其覆盖与容量密切相关，同时外界电磁干扰的存在也会导致系统覆盖的变化，在链路预算中就表现为干扰余量的引入。TD-SCDMA系统保留了CDMA系统自干扰的特性，当基站接收某一移动台的信号时，会受到本小区和邻近小区其它移动台所发信号的干扰，而移动台在接收所属基站发来的信号时，会受到所属基站和邻近基站向其他移动台所发信号的干扰。干扰的存在会使接收机的性能恶化，因此在链路预算中必须设置干扰余量以保证小区边缘用户接收到的信号强度足以克服干扰。

TD-SCDMA的干扰余量一般取2～3dB。

根据前面边缘覆盖场强的计算公式，可以得到90%边缘覆盖概率时，TD-SCDMA的室内边缘覆盖场强为：-105（接收机灵敏度）+7.68（阴影衰落余量）+2（快衰落余量）+3（干扰余量）=-92.32dBm。

根据以前移动通信网络的建设经验，工程上的取值一般要比理论值高出3dB。

所以TD-SCDMA室内边缘覆盖场强取为-92.32+3=-89dBm。

4、室内信号的外泄电平

室内信号的外泄电平指标为：在室外10m处PCCPCH RSCP≤-95dBm。也就是说，在距离建筑物10m的地方，信号的强度要降低10dB以上。但是不论从GSM室内覆盖的建设经验还是TD-SCDMA试验网的测试数据来看，这个指标都很难达到。我们以一个简单的模型来看这个指标的合理性。

假设在建筑物边缘，信号场强为-85dBm。因为现在的建筑物外墙很少有钢筋水泥结构，一般都采用玻璃幕墙等穿透损耗较小的材质，所以可以认为建筑物外墙对信号强度没有影响或影响很小，这里取2dB穿透损耗。在建筑物周边很少再有障碍物，所以这里采用自由空间损耗模型来计算；在室内，采用衰减因子为3的衰减因子传播模型。假设TD-SCDMA天线口功率设为5dBm，那么室内天线覆盖半径约为58m。

距离建筑物外墙10m时信号增加的衰减为：2+20×lg（68/58）=3.4dB，远没有达到10dB的衰减。尽管采用自由空间传播模型有些乐观，但是即使衰减较大的COST231-Hata模型，距离建筑物外墙10m时信号增加的衰减也仅为4dB。

设置室内外泄电平指标的目的就是控制室内信号在室外太强，干扰室外基站，吸收本应由室外基站承载的话务，造成干扰增大并且导致基站间话务的不均衡。设置这个指标需要考虑的因素很多，不能孤立地仅考虑室内信号电平，还要考虑室外信号覆盖电平地情况。这个电平的设置主要考虑以下几个方面：

（1）室内外交叠区域足够大，使用户穿越室内外切换区时能够从容完成切换。

（2）室内信号覆盖外延要适当，既不能出现因为室内信号覆盖外延太小，在用户穿越切换区时由于大规模切换而拥塞，也不能出现室内信号覆盖外延太大，大量室外用户使用室内信号源进行通行，造成话务的不均衡。

（3）室内外信号的相互干扰要能够控制，满足PCCPCH C/I的要求。

综上所述，在考虑室内信号外泄时，不但要考虑室内信号在室外的衰减，但是更重要的是考虑室内外信号的相对强度要求。

这里建议室内信号泄漏的指标如下：

如果采用室内外同频，建筑物外10～20m处，室内外信号的相对强度差为5dB。

如果采用室内外异频，建筑物外10～20m处，室内外信号的相对强度差为0dB。

5、总结

与其他制式的系统一样，TD-SCDMA在进行城区覆盖时无法回避室内覆盖的问题。不仅由于IMT-2000频段无线电波的传播特性和城市建筑物的材质，建筑物内部不可避免产生覆盖盲区，室内也将是话务量高度集中的区域。因此做好TD-SCDMA的室内覆盖是建设一个优良TD-SCDMA网络的必要条件。

目前北京、上海、广州等8个TD-SCDMA商用试验网采用的室内覆盖设计指标都有一定的局限性，本文分析了这些设计指标，并给出了修正的取值。表3列举了原来和修正后的设计指标。

表3　TD-SCDMA室内覆盖设计指标对照表

但是无线电波传播的时变随机性决定了无法用一个确切的值来定义TD-SCDMA室内覆盖指标取值，它和无线传播环境和周边网络状况都有着密切的联系，不能孤立的进行考虑和定义。

本文给出的所有建议值，都是在一定前提下的取值，和现在普遍使用的指标取值类似，它们都是在某些前提下才成立，不具备普遍意义。具体取值应根据具体无线环境和网络状况进行分析得到。