TD-SCDMA与WCMA网络优化分析

TD-SCDMA与WCMA网络优化分析
发布: 2010-10-19 15:31 | 作者: jerrydeng | 来源: | 浏览:260次
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随着3G的不断发展，下一代移动通信网络的实施逐渐被提到各运营商的议事日程上，人们越来越多地开始关注3G网络规划与优化的一些细节问题。

对于可能采用WCDMA或TD-SCMA系统体制的运营商，最关心的是如何快速地建设一张高性价比的移动通信网络，即要求有较高的网络容量、良好的无线覆盖，可有效保证用户的多媒体业务及QoS需求。

除此之外，运营
商还希望在容量、覆盖范围及业务质量三者之间寻求最佳的平衡，因此，WCDMA/TD-SCDMA系统必须采用可满足这些需求的新技术。

并且，在2G网络时代所采用的规划与优化方式也随着3G网络需求的增加而变得更为复杂。

运营商需要有新的规划与优化方式及新的软件工具。

一、3G网络优化的基本过程
运营商的目标是构建一张可盈利的网络，他们非常关心网络建设、扩容及升级过程中的投资成本及其最终性能，但扩容、升级成本与网络性能却是一对矛盾。

建设成本可通过预算与控制得到相对精确的数值，但是网络的性能却是由多种主客观因素决定的。

一方面，对网络进行扩容、升级与升级要能够保证现有用户的正常使用，另一方面，它还要能提供有竞争力的新业务，
并使得进一步的扩容、升级与升级能够顺利实施。

这样，网络优化就成为了一个长期的、反复进行的过程。

网络优化应能够根据运营商的具体需求即能通过软件工具自动进行，也能通过人工干预来达到容量、覆盖、QoS保证的某个平衡点。

3G网络系统结构如图1所示。

一般来说，网优包括3个层面：
对Node B、移动台的性能指标进行实时计算与模拟，包括快速功率控制、快速拥塞解决、无线链路自适应、信道分配等；
实时负载的分析与控制；
基于经验值或统计结果，通过路演、网络优化软件对网络性能进行预估。

前面2个层面，是在网络建成后，由网管系统通过在线监测与统计实时进行的自动调整，而第3个层面则需要专业人员来实施，也即是我们常说的进行网络优化。

人工进行的网络优化又可分成以下几个步骤：
首先，运营商应根据自身特点定义好网络优化完成后要达到的目标，即确定前文所提到的“平衡点”，包括点到点的质量目标、不同业务类型的性
能指标和相关的KPI(关键性能指标)的各项数值；之后，是对现有网络性能指标的数据采集，可通过多种渠道，如网管系统和汇聚设备的反馈，协议分析仪甚至是运维部门的客户投诉汇总等，总之，应通过多种方式，采用多种手段，采集的数据越多，分析结果就越准确。

将采集数据输入到网络规划软件中分析，就可生成目前的网络状况，或是达到某种指标所需要的网络配置。

在系统仿真的过程中，一部分结果在最初分析完成后，误差会比较大，此时，我们对某些参数进行微调，进行局部的迭代分析，再对系统信真进行反复修正，最终会得到精确的结果。

网络优化要实现的目的主要包括：改善网络覆盖情况，降低系统掉话率、呼损率，提高切换成功率，对Node B负荷进行调整，优化Node B导频分配状况。

优化的指标包括：Node B扇区发射功率，天线高度与角度，相邻Node B位置及导频号，相邻Node B导频搜索窗口大小，切换触发门限值等等。

在网络优化过程中，我们需求使用不同的工具，而这些工具又有不同的作用。

1.规划软件
在细节仿真的过程中，我们将要新建或扩容、升级的站点信息输入到电子地图中。

通过反复模拟与微调，可得到在某种约束条件(如站址位置固定、
确定配置)下，系统的最佳覆盖范围、容量、业务质量指标。

用规划软件优化的阶段下，可通过对比仿真确定的系统因素包括：Node B站址、天线类型、天线角度等。

在现有网络基础上扩容、升级时，运营商往往关心的是优化完成后，模拟的新增容量能否达到预计值。

2.网管系统
网管系统的作用是对网络性能进行监测，对系统数据进行采集。

它可显示业务分布情况，对业务质量如呼损率等进行统计，因此，可帮助运维工程师进行故障快速定位。

QoS指标的确定相对比较灵活，根据KPI指标的要求或成本控制的要求，可确定相应QoS指标。

约束条件包括：硬件资源(信道容量配置)、软件资源(干扰总量上限)、呼损率、掉话率、呼通率、切换成功率、上/下行信道负荷、数据重发/延迟、数据及电路型业务的速率等等。

要满足这些要求，网管系统应具备以下3个功能：
(1)监控网络流量与性能；
(2)实时检测故障并快速定位，以提高服务质量；
(3)自动采集、汇总网络规划所需的相关数据。

3.仿真工具软件
针对已有网络的运维，通过专业的测试软件工具，我们可以得出某区域或全网的性能表现，通过仿真分析软件，对各项指标进行分类统计，网优工程师可对网络整体性能做详细评估。

分析工具软件可通过网管获得无线链路指标，同频干扰总量，并进行统计分析。

其中一些数据是动态随机的，如移动台的接收电平值、收/发信功率等。

而其他一些指标是静态的，如切换时间、切换成功率等，这些统计分析结果可帮助网优工程师对现有网络状况有清晰的了解，并有针对性地进行网络优化。

网络的规划与优化是一项反复进行的操作，根据实际情况与需求，即要有理论分析与计算，又要通过实践进行反复修正。

二、WCDMA与TD-SCDMA网络优化的异同
一般来说，对于硬件配置的设计与规划与产品的各项参数有直接关系，例如无线链路的天线增益、隔离度、基带信号电平等。

这方面的规划设计涉及天线方位角、俯仰角、高度等。

无线资源管理(RRM)包括切换控制、功率控制、鉴权控制，负荷控制等等。

而针对不同的业务模式，信道模式及系统体制，规划/优化软件要采用不同的算法。

对于3G系统，3种国际标准，在业务模式、信道模式两方面是完全相同的，而系统体制的不同表现在无线调制上，
不同的物理层技术决定了不同的无线传播参考模型。

TD-SCDMA与3GPP所推荐的其他3G标准的不同，技术上的差异体现在智能天线、联合检测、上/下行链路同步、特殊帧结构等方面。

因此，网络规划与优化与其他体制在参考模型上略有不同，而其中，智能天线的引入对分析结果影响最大。

因此，对于TD-SCDMA系统，网络优化更多要考虑采用何种信道分配算法，智能天线的指标特性等。

下面，我们对TD-SCDMA与WCDMA优化在几个方面进行对比。

1.切换
切换设计对于每种移动通信网络都很重要。

从网络资源使用效率的角度看，移动台未处于最佳业务扇区时，对业务质量的影响很大。

举例来说，某Node B导频信号过强，周围移动台会经常切换到此扇区，造成该Node B的无线资源被占用，系统负荷过大，就会增加该小区的掉话率，与此同时，小区内移动台间的干扰也会加大。

在WCDMA体制中，同频切换采用软切换(soft/softer handoff)的方式，而在TD-SCDMA中，使用的是接力切换(Baton Handover)，这是一种介于硬切换与软切换之间的一种切换方式。

也是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之
一。

其设计思想是利用智能天线和上行同步等技术，在对移动台的距离和方位进行定位的基础上，根据移动台方位和距离信息作为辅助信息来判断目前移动台是否移动到了可进行切换的相邻Node B的临近区域。

如果移动台进入切换区，则RNC通知该Node B做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。

这个过程就像是田径比赛中的接力赛跑传递接力棒一样，形象地称之为接力切换。

接力切换通过与智能天线和上行同步等技术的结合，将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率综合起来，是一种具有较好系统性能优化的切换方法。

针对TD-SDMA的切换方式，在规划/优化时要考虑以下几点。

(1)切换范围的测量不同。

(2)在其他体制中，发生切换时，Node B并不知道移动台所处的准确位置及行进方向。

RNC要通知所有Node B测量移动台信号电平，而在TD-SCDMA 中，Node B对信号电平的测量基于其当前位置，RNC根据其移动方向，只通知其最有可能靠近的Node B进行测量。

如移动台活动速度、方向改变非常快，测量时延及网络负荷都会比较大，此时接力切换的效果与WCDMA软切换效果相当，反之，如果小区范围过小，容易发生侯选小区导频信号丢失的情况，系统掉话率会增加。

(3)对目的切换小区信号强度测量延时大。

(4)接力切换与软切换一样，目的是在与原小区保持通信的同时，与将切换到的小区预先建立起连接。

但是为了减小切换时间，它的判决比软切换更严格。

如果当前小区业务质量比较高，移动台会加大对邻近Node B信号电平的测量时间间隔，当本区业务质量下降时，移动台对邻近Node B信号电平的测量间隔就会减小。

因此，在TD-SCDMA中，有较强导频信号的Node B并不一定是移动台的业务服务Node B。

但在WCDMA中，切换的发生总是以导频信号强度为判决依据。

2.信道分配
WCDMA的信道分配相对简单，在同频系统中信道分配顺序相同。

但在TD-SCDMA系统中，采用动态信道分配(DCA)方式，系统中的任何一条物理信道都是通过它的载频/时隙/扩频码的组合来标记的。

信道分配实际上就是一种无线资源的分配过程。

在DCA技术中，信道并不是固定地分给某个小区，而是被集中在一起进行分配；只要能提供足够的链路质量，任何小区都可以将该信道分给呼叫。

DCA具有频带利用率高、无需信道预规划、可以自动适应网络中负载和干扰的变化等优点。

其缺点在于，DCA算法相对于FCA(固定信道分配)来说较为复杂，系统开销也比较大。

DCA算法又分为慢速DCA和快速DCA，慢速DCA将无线信道分配至小区，而快速DCA将信道分至业务。

RNC管理小区的可用资源，并将其动态分配给用户，具体的分配方式就取决于系统负荷、业务QoS要求等参数。

因此，DCA 算法有很多种。

目前使用最多的是基于干扰测量的DCA算法，这种算法根据移动台反馈的实时干扰测量结果分配信道。

好的DCA算法可提高频带的利用率，并可自适应地减轻系统负荷，同时也省去了网络规划中信道规划与分配的环节。

但是，如果采用的DCA算法与实际情况不符，则会适得其反。

3.智能天线
在TD系统中，如果不采用智能天线，对一个用户来说，同一时隙内除有用信号之外的其它信号功率都是影响其通信质量的干扰和噪声；采用了波束赋型之后，只有来自于主瓣和较大旁瓣方向的干扰才会对用户信号带来影响。

智能天线的波束赋型有效地降低了用户间干扰，其实质是对不同用户的信号在空间上进行区分。

智能天线对TD-SCDMA网络性能影响也非常大，因此，在DCA算法中要考虑空分复用(SCDM)。

其功率控制、呼吸效应范围、干扰控制算法等均与WCDMA，智能天线的采用也使切换算法中的一些准则之间的关系变得模糊和复杂，参数的测量随机因素更多，如移动用户的位置、智能天线的效果等。

小区的呼
吸效应更加随机化，切换区域也就随机化。

4.室内覆盖
在WCDMA系统中，对于热点的覆盖，尤其是大型建筑的室内覆盖，广泛使用室内信号分配系统。

在室内天花板上安装全向天线，或在走廊墙壁上安装波束天线，建立微峰窝、增加直放站、分配器等设备提高无线资源利用率。

因此，用户在室内移动时，同样可有效通信，通过这种方式接入Node B的用户，其信号被Node B视为通过不同天线接收到的同一用户的多径信号。

在TD-SCDMA系统中，室内信号分配与WCDMA有些不同。

(1)TD-SCDMA通过智能天线估计到达时间差DOA(different of arriaval)，但直放站，或室内天线没有此功能。

(2)TD-SCDMA上/下行链路要求同步。

上行链路同步的建立与维持需要测量发射功率，并且通过测量移动台发射功率、变化趋势及信号延时的统计与估计，Node B可确定用户具体位置。

但由于室内天线的增益与Node B不同，若用户在室内外天线覆盖范围间反复切换，Node B就无法根据其发射功率判断出用户的距离，也就无法维持上行链路的同步。

为此，需要特别算法，针对这种情况在距离估计中进行对延时或增益值进行补偿，以保证同步。

对于具体算法，还要在组网实践中摸索相关经验值。

三、结论
网络优化是保证网络业务质量、充分利用网络资源的重要手段。

对网络进行不断的优化，不仅是为了提高用户满意度，更可节约运营商的建设维护成本，提高其市场竞争力。

是运营商不断发展的基本保证。

在我国，2G网络经过10余年的建设及优化，目前为3亿移动用户提供服务，运营商、厂商们在此过程中，也积累了丰富的经验。

但是，由于3G网络的建设在我国尚未开始，对于3G网络的规划及优化，目前所做的工作多集中在理论阶段，相应的工具软件仍有待实践中的检验与完善。

----《通信世界》。