TD-SCDMA网络特定场景下的规划及优化分析
作者：马欣 中国电信北京研究院
【摘要】TD-SCDMA网络规划和优化调整是网络建设中最重要的两个环节，文章主要从作者在上述两方面的实践经验出发，探讨了具有TD-SCDMA特色的特定覆盖场景下为满足相应网络需求所采取的方法及重要参数的调整方式。
【要害词】非对称导频污染远距离覆盖
1 前言
TD-SCDMA技术继续了3G网络的重要特征，同时，其自身的特点也决定了其无线网络建设首先需要经过一个较为复杂的网络规划过程。无线传播特性、用户分布、用户行为、业务量和业务种类等因素都直接影响了3G无线规划结果。因此，在获取业务模型之后必须通过软件仿真的方式去模拟、分析和调整无线网络建设的规模以及网络覆盖和业务质量。然后再把最终规划结果应用到实际网络建设当中。
而在实际的网络优化及调整中，会碰到大量同规划及性能仿真紧密衔接的问题。本文主要探讨实际网络建设中同覆盖相关的几个问题：包括主服务小区、导频污染、非对称业务边界等TD-SCDMA调整的热点问题。
2 仿真分析流程
由于系统仿真与很多实际的地形地貌参数、设备性能参数密切相关，因此系统仿真前必须做好相应的预备工作，系统仿真的工作流程如图1所示：
图1 仿真分析基本流程
前期的数据收集包括了站址数据、CW测试数据、DTM、天线数据等；参数预备包括了仿真软件环境的建立、polygon区域的划分、话务模型和业务量的确定等。由于市区建筑物密度大，基站数量大，规划结果直接影响到网络的投资，因此通常对城区必须做传播模型校正，对于农村可根据实际网络运行状况，逐步完善覆盖，可不做传播模型校正。
从上图可以看出，在业务模型、用户规模以及无线网络初步部署后，部署结果如何，需要通过蒙特卡罗法进行仿真。根据仿真工作经验，以下根据实际工作经验，总结了无线系统仿真的结构分析如图2所示：
图2 蒙特卡罗仿真结构分析图
基于蒙特卡罗算法，根据预先的话务输入，移动终端被随机的分布在由Polygon指定区域内。每个UE被指派了如下参数：
u随机的位置；
u业务类型和移动性；
u上下行速率；
u业务状态。
3网络性能分析
在确立仿真流程和方案并选取对应参数之后，就可以通过蒙特卡罗算法进行仿真工作并获取仿真结果。本节主要通过仿真或者实际网络调整案例对某些重要问题提出调整策略及方法。
为了方便地研究问题，如图3所示，我们设置了一块区域作为仿真分析之用，黑线环绕的大区域之内为有效分析区域。
3.1主服务（BestServer）小区
为了减少导频信号的乒乓效应，对BestServer的要求一般有两点：
(1)在基站分布密度相似的条件下，各小区BestServer面积应该均匀；
(2)应该保证每个区域都有主导频，也就是不出现各小区BestServer图形混杂的情
对于第一种情况，可以对下倾角进行适当调整。对第二点情况，可适当调整方向角同时通过调整发射功率，保证在该区域产生一个主导频，当然某些情况下也可以考虑增加新的基站。
图3为某仿真结果的BestServer图，从图中可以看出大部分区域符合基本要求。但是箭头所指示区域不满足要求2，该区域出现了一定程度的混杂。
图3 BestServer图例
图4为一个无主服务小区实例。
图4 无主服务小区实例
从图4中可以看出在起伏地形条件下，四周基站信号被阻挡同时远端基站信号又出现在视距范围内。这样山谷内会出现很多相似的导频信号。
3.2业务覆盖率
出现业务覆盖概率比较低的因素主要有两个：一是该区域业务量很大，导致基站容量受限，无法接入新的用户；另外一种情况就是由于地物、地形等因素导致的导频覆盖不足了。
对于第一种情况需要针对出现问题的区域在合适的位置考虑扩容方案。第二种情况则主要考虑调整站高和天线倾角，最后的选择是增加基站。
3.3导频污染
当某区域内某导频的强度超过污染门限但是不处于该小区激活集内，则产生导频污染。导频污染的个数就等于超过污染门限的导频个数减去小区激活集大小。很显然，导频污染会对移动台的信号正常解调产生干扰。
在分析导频污染图的时候应该注重以下两点：
其一：导频污染图上不应该出现成块面积的污染现象，否则就要进行调整；
其二：少量导频污染现象出现在几个相邻小区重叠覆盖到的区域，一般需要根据具体污染情况进行分析。图5为两种典型的污染情况：
图5 两种典型导频污染情况
对于图5中的情况（1），其他高于门限的导频值远低于主导频，这属于比较正常的现象，一般对于少量的导频污染现象，可以放到优化阶段去调整解决。对于图5中情况（2），各导频之间强度差别很小，属于无主导频的情况，需要对该区域进行调整。目标就是在该区域只出现一个主导频，具体调整方法前面已经提过。
对于成块面积的污染现象，分析调整思路如下：
其一：检查天线下倾角是否设置合理，对密集区域可以考虑采用6度电调天线；
其二：污染区域是否有天线直接指向，假如没有则可调整四周某些基站天线方向角；
其三：考虑pathloss是否与实际情况不符。包括：传播模型校正参数、ClutterOffset设置是否合理。
图6为一个网络调整案例：
图6 导频污染调整效果示例
对于图6，从左图可以看出，在测试点位置本小区和邻小区的信号都非常强，RSCP均达到了-55dBm以上。这种区域很轻易出现由于乒乓切换、强干扰等原因导致的掉话。因此我们调整了邻小区：压低扰码为65的小区的倾角，调整扰码为87、93小区的方向角等。通过以上调整，我们可以看到右侧图已经出现了主导频。除了2个较强邻小区以外，其他小区已经降到-116dBm以下，基本满足了覆盖要求。
3.4非对称业务边界
TD-SCDMA系统中，信道资源就是一个4维的变量组合。按照一般对动态信道的划分，可以分为以下几种分配形式：时域动态信道分配、码域动态信道分配、频域动态信道分配和空域动态信道分配。
上下行非对称时隙分配，应该是属于时域动态信道分配的一个分类，即根据业务的种类和话务量的多少对上下行时隙进行分配。
如图7是一种过渡带小区分配方法：
图7 非对称业务边界示例
采用过渡带小区的方法，其区域定位与基站数量均为不确定因素，会以降低整网资源利用率为代价。还有一种方式为动态分配方法：
该方法可以不禁止时隙3，而采用无线资源治理的方法，通过终端和网络的实时测量，得到该时隙的干扰信息，从而由网络来决定是否将用户分配到该时隙。
图8是对动态信道分配的仿真分析结果，对不同M值（M=小区个数）下热点小区和系统总资源利用率进行了比较：
[I]
图8 动态信道分配的仿真
此算法的运算量为
仿真结果显示在一些热点地区针对上、下行时隙分配的结构进行调整明显可以提高整个网络的资源利用率。
但是，该方法对DCA要求很高，需要针对业务流量、用户分布、干扰情况等灵活调整时隙配置。因此，还需要一个发展完善过程。
因此，网络建设初期可以考虑采用过渡小区的方式，以便良好地控制干扰。在此基础上根据系统运算量能力引入动态DCA方式。
3.5远距离覆盖
对于满足空间条件好的区域的覆盖，比如空旷区域、水域等地，该类区域必须考虑到较大的时延问题。而对于TD-SCDMA系统来说，由于采用了TDD方式，会由此产生覆盖受限的问题。该问题从规划仿真软件较难得到体现，一般在网络优化调整中的解决方式为牺牲时隙TS1，可以作为解决覆盖问题的重要手段。考虑到该类区域一般用户量小，不会对系统容量能力造成冲击。
由于TD-SCDMA技术对上行同步的要求，基站侧信号的接收与发射必须同步，因此，终端的发射必须提前实施。假如终端接收到的下行信号有t的延迟，那么它发射的上行信号就要提前t，终端的接收与发射就有2t的延迟。如图9所示，当2t小于等于GP（75ms）时，DwPTS与UpPTS之间不会产生干扰，因此小区无干扰的覆盖半径可达11.25km；
图9 终端接收与发射的2t延迟
通过DCA来锁住第一个上行时隙TS1，能够接受的2t达到了(96+864)chips,这种情况下最大支持的小区半径达到了112.5公里。
4.结束语
TD-SCDMA系统的优化和调整目前来看还是一个全新的课题。总的来看，它既继续了3G网优调整的一些传统课题，比如导频污染调整，同时在不少方面表现了新的特点，比如非对称业务边界优化、远距离覆盖的调整优化问题。应该说以上讨论，对于研究TD-SCDMA系统网络在特定场景下的规划及优化有一定的参考意义，但是很多论题仍有待随着网络发展进行深入探索。
参考文献
【1】3gUserReference Guide V4.1. Air com international Ltd[Z].
【2】3GPPTS23.107. Quality of Service Concept and Architecture[S].
【3】3GPPTS23.110. UMTS access Stratum; Services and Functions[S].
【4】3GPPTS25.213. SPReading and modulation (TDD) [S].
【5】马欣,李明春.3G无线系统仿真研究[J].中国无线通信, 2004. ★
