WCDMA和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的分析與比較

一、引言

       隨著3G通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工作越來越重要。對(duì)于未來的WCDMA/TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商而言，如何經(jīng)濟(jì)有效地建設(shè)一個(gè)WCDMA網(wǎng)絡(luò)，保證網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的高性價(jià)比是運(yùn)營商所關(guān)心的問題。概括地講，就是在支持多種業(yè)務(wù)，并滿足一定QoS條件下，獲得良好的網(wǎng)絡(luò)容量，滿足一定的無線覆蓋要求，同時(shí)通過調(diào)整容量、覆蓋、質(zhì)量之間的均衡關(guān)系提供最佳的服務(wù)。為了達(dá)到高性能，WCDMA/TD-SCDMA采用很多先進(jìn)的技術(shù)，所以二代系統(tǒng)所使用的規(guī)劃和優(yōu)化方法就不能滿足需求，需要有新的規(guī)劃方法和工具。

二、WCDMA/TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程 

       對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來講，盈利是最大目的，所以他必須關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的投資與性能，這是一對(duì)矛盾體。投資的可行性可通過一定評(píng)估手段與工具來進(jìn)行較易得到，而網(wǎng)絡(luò)性能的提高則是一個(gè)復(fù)雜的過程：不但要滿足現(xiàn)有的用戶需求，而且在未來發(fā)展中要在能滿足容量不斷增加的基礎(chǔ)上能夠引進(jìn)具有競爭力的新型業(yè)務(wù)，所以網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是一個(gè)長期反復(fù)的過程。 

       網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化要提供一種自動(dòng)或手工的方式來優(yōu)化系統(tǒng)性能，使系統(tǒng)在覆蓋、容量、QoS與成本曲線上找到使運(yùn)營商滿意的契合點(diǎn)。從廣泛的意義上來講，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化包括三個(gè)層次： 

       （1）快速功控、快速擁塞控制、鏈路自適應(yīng)、信道分配等這些在基站和UE之間可實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的算法； 

       （2）負(fù)載控制等可以較慢響應(yīng)的實(shí)時(shí)操作； 

       （3）基于經(jīng)驗(yàn)或長期統(tǒng)計(jì)結(jié)果的、可預(yù)操作或在離線規(guī)劃優(yōu)化工具上進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)性能調(diào)整。前兩個(gè)層次的優(yōu)化一般為系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，而第三個(gè)層次需要人工的參與，是我們一般所指的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。 

       網(wǎng)優(yōu)過程一般可分為幾步：首先設(shè)定質(zhì)量指標(biāo)，定義端到端的質(zhì)量目標(biāo)和不同業(yè)務(wù)類型的性能指標(biāo)，設(shè)定相關(guān)的KPI值。通過網(wǎng)管系統(tǒng)、路測(cè)設(shè)備、協(xié)議分析儀甚至用戶申告來收集網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，由網(wǎng)絡(luò)報(bào)告工具提供質(zhì)量統(tǒng)計(jì)和預(yù)分析數(shù)據(jù)，基于網(wǎng)絡(luò)配置，就可以進(jìn)一步詳細(xì)分析提高質(zhì)量的方法。首先糾正單個(gè)參數(shù)，經(jīng)過多次迭代后可以糾正整個(gè)參數(shù)集，最后，在達(dá)到預(yù)期質(zhì)量目標(biāo)時(shí)就得到了整體解決方案。按照整體方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面調(diào)整后，就開始了另一個(gè)質(zhì)量不斷提高的循環(huán)。 

       一般而言，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的任務(wù)包括：最佳的系統(tǒng)覆蓋、最小的掉話和接入失敗、合理的切換（硬切換、軟切換、更軟切換、接力切換）、均勻合理的基站負(fù)荷、最佳的導(dǎo)頻分布。優(yōu)化的參數(shù)包括：每扇區(qū)的發(fā)射功率、天線位置（方位角、下傾角、高度）、鄰區(qū)表及其導(dǎo)頻優(yōu)先次序、鄰區(qū)導(dǎo)頻集搜索窗的大小、切換門限值等。 

       在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的過程中，可以由不同工具參與，各自發(fā)揮不同作用： 

       （1）規(guī)劃工具：在上文我們提到，在詳細(xì)規(guī)劃階段，通過將初步規(guī)劃得到的站點(diǎn)輸入到電子地圖中，經(jīng)過反復(fù)的仿真分析過程，我們要判斷在滿足一定限制條件（如站點(diǎn)的要求、基站配置）下系統(tǒng)是否能夠達(dá)到預(yù)期的覆蓋、容量和質(zhì)量。在這個(gè)階段，我們就可以進(jìn)行某些網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，如站點(diǎn)位置、天線類型、天線的仰角方向角等。尤其當(dāng)運(yùn)營商要擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，我們將現(xiàn)有系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)（用戶分布、流量分布等）輸入到網(wǎng)規(guī)工具中，就可以在仿真器中分析判斷網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容是否能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 

       （2）網(wǎng)管系統(tǒng)：網(wǎng)管系統(tǒng)主要起到監(jiān)控和搜集數(shù)據(jù)的作用。它要能顯示系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)分布和質(zhì)量狀況，以便在QoS低于閾值時(shí)迅速定位，同時(shí)要基于KPI值或代價(jià)函數(shù)采用靈活方式設(shè)定QoS閾值。QoS包括：硬阻塞（硬件缺乏）、軟阻塞（干擾受限）、掉話率、呼叫失敗率、通話成功率、硬切換成功率、上下行的負(fù)載、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的重傳和延遲、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與電路業(yè)務(wù)的比率等。因此，網(wǎng)管系統(tǒng)至少應(yīng)當(dāng)完成三個(gè)功能：①監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量和性能；②及早檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)問題以提高服務(wù)質(zhì)量；③網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和發(fā)展過程中的自動(dòng)化。 

       （3）路測(cè)工具與軟件：在網(wǎng)絡(luò)初步運(yùn)行后，通過對(duì)簇群測(cè)試和全網(wǎng)測(cè)試兩個(gè)階段，分別分析一定區(qū)域內(nèi)和整網(wǎng)的性能，在路測(cè)分析軟件的幫助下，優(yōu)化人員可采取措施提高網(wǎng)絡(luò)性能。路測(cè)工具要能捕捉空口中的各種無線信號(hào)和信令，可以存儲(chǔ)和回放路測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)可通過路測(cè)分析軟件得到質(zhì)量分析結(jié)果，一種是各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)：如接收信號(hào)的強(qiáng)度指示、手機(jī)發(fā)射和接收功率等，另一大類是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如切換次數(shù)、切換成功率等。這些可幫助優(yōu)化人員得到網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)，指導(dǎo)進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化措施。 

       總體而言，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化是一個(gè)理論與經(jīng)驗(yàn)并存的反復(fù)迭代過程，在各種網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工具的幫助下，通過規(guī)劃優(yōu)化人員的判斷和推理，合適配置網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，使網(wǎng)絡(luò)的投資和收益達(dá)到最佳的契合點(diǎn)，讓運(yùn)營商以合理的代價(jià)創(chuàng)造最大的價(jià)值。

三、TD-SCDMA與WCDMA系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面的差異分析 

       網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目的是改善對(duì)用戶的服務(wù)質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。一般來講，優(yōu)化不但要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的硬件配置進(jìn)行優(yōu)化，還要對(duì)參數(shù)設(shè)置（主要是無線資源算法）進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)硬件配置的優(yōu)化，主要體現(xiàn)在對(duì)天線的位置、方向等的調(diào)整，這里不再贅述。無線資源管理一般包括切換控制、功率控制、接納控制、負(fù)載控制等。對(duì)無線資源管理算法設(shè)計(jì)產(chǎn)生決定性影響的因素包括業(yè)務(wù)模型、信道模型和系統(tǒng)模型。由于業(yè)務(wù)參數(shù)模型和信道模型對(duì)所有第三代移動(dòng)通信技術(shù)是相同的，決定各系統(tǒng)RRM不同的因素主要是物理層技術(shù)。和其他第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)比，TD-SCDMA系統(tǒng)在物理層技術(shù)上采用了智能天線、聯(lián)合檢測(cè)、上下同步以及特殊的幀機(jī)構(gòu)，因此該系統(tǒng)的RRM設(shè)計(jì)比較靈活。其中最具有代表性的是該系統(tǒng)的RRM算法中采用了接力切換和DCA技術(shù)，并且智能天線對(duì)于各個(gè)算法的影響較大。 

       一般而言，優(yōu)化任務(wù)包括：最佳的系統(tǒng)覆蓋、最小的掉話和接入失敗、合理的切換（硬切換、軟切換、更軟切換、接力切換）、均勻合理的基站負(fù)荷、最佳的導(dǎo)頻分布，而TD-SCDMA特有的優(yōu)化任務(wù)包括：信道的合理分配、智能天線的更合理應(yīng)用。下面就TD-SCDMA與WCDMA的差異點(diǎn)進(jìn)行分析。 

       1. 切換 

       切換過程的優(yōu)化對(duì)任何一個(gè)蜂窩系統(tǒng)斗室十分重要的，因?yàn)閺木W(wǎng)絡(luò)效率出發(fā)，用戶終端處于不合適的服務(wù)小區(qū)時(shí)，不僅會(huì)影響自身的通信質(zhì)量，同時(shí)也增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，甚至增大對(duì)其他用戶的干擾。移動(dòng)用戶應(yīng)當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)化的通信鏈路與相應(yīng)基站建立連接。 

       在WCDMA系統(tǒng)中，同頻之間一般采用軟切換，而TD-SCDMA采用介于硬切換和軟切換之間的接力切換。因此在優(yōu)化過程中需要就以下幾點(diǎn)對(duì)接力切換進(jìn)行差異分析： 

       （1）切換測(cè)量的范圍不同：傳統(tǒng)的切換方式（包括）中都不知道UE的準(zhǔn)確位置，因而需要對(duì)所有鄰小區(qū)進(jìn)行測(cè)量。而接力切換是在精確指導(dǎo)UE位置的情況下進(jìn)行切換測(cè)量的，因此，一般情況下，他沒有必要對(duì)所有鄰小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，而只需對(duì)與UE移動(dòng)方向一致的靠近UE一側(cè)少數(shù)及格小區(qū)進(jìn)行測(cè)量。優(yōu)化時(shí)，要注意對(duì)測(cè)量范圍的確定：太大，接力切換趨同于普通的軟切換，測(cè)量時(shí)間變長，工作量大，時(shí)延加大；太小，則會(huì)遺漏到可能的候選小區(qū)。 

       （2）切換目標(biāo)小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度滯后較大：接力切換在于目標(biāo)基站建立通信的同要斷開與原有基站的通信，因此它的判決相對(duì)于軟切換來講要更加嚴(yán)格以下，盡可能降低切換率。用戶注重處理對(duì)本小區(qū)的測(cè)量結(jié)果，如果本小區(qū)服務(wù)質(zhì)量足夠好，他不會(huì)對(duì)其他小區(qū)進(jìn)行測(cè)量；如果質(zhì)量不足夠好，才會(huì)啟動(dòng)對(duì)其他小區(qū)的測(cè)量。因此在接力切換中，導(dǎo)頻強(qiáng)度最強(qiáng)的小區(qū)未必就是服務(wù)小區(qū)，而在WCDMA中，激活集中的小區(qū)一定是導(dǎo)頻最強(qiáng)的小區(qū)（不考慮導(dǎo)頻最強(qiáng)小區(qū)在滯后期的特殊時(shí)期）。 

       2. 信道分配

WCDMA系統(tǒng)的信道分配較簡單，如果在同一載頻系統(tǒng)內(nèi)，只要合理分配碼道即可。而TD-SCDMA系統(tǒng)即使在同一載頻內(nèi)，它要利用DCA算法使信道更合理分配在碼字、時(shí)間片的多維空間內(nèi)（此處不考慮智能天線因此的空間域）。DCA算法分為慢速DCA和快速DCA。慢速DCA將資源分配到小區(qū)，而快速DCA將資源分配給承載業(yè)務(wù)。在實(shí)際運(yùn)行中，RNC集中管理一些小區(qū)的可用資源，根據(jù)各個(gè)小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)、系統(tǒng)負(fù)荷情況和業(yè)務(wù)的QoS參數(shù)，動(dòng)態(tài)的將信道分配給用戶。DCA算法有很多種，基于干擾的DCA是普遍研究和使用的，它對(duì)信道的排序調(diào)整都是基于UE和網(wǎng)絡(luò)測(cè)的實(shí)時(shí)干擾測(cè)量的。DCA算法的合理應(yīng)用可以靈活分配信道資源，可提高頻帶利用率，無需信道預(yù)規(guī)劃，可自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載和干擾變化，但如果利用不當(dāng)，會(huì)造成系統(tǒng)干擾增加，容量降低等問題。 

       3. 智能天線的利用 

       智能天線的采用給TD-SCDMA系統(tǒng)帶來了諸多方面的影響：給DCA算法增加了對(duì)空間域的處理；使功率控制流程改變，控制要求降低，功率控制算法受到影響；使切換準(zhǔn)則變得模糊，切換區(qū)域不再確定。智能天線對(duì)網(wǎng)絡(luò)無線資源算法的影響比較復(fù)雜，并且和具體的算法相關(guān)，所以需要在理論和實(shí)踐各方面進(jìn)行研究和探索。 

       4. 室內(nèi)覆蓋 

       WCDMA系統(tǒng)中，為了重點(diǎn)覆蓋熱點(diǎn)區(qū)域，特別是解決大型建筑物的室內(nèi)覆蓋問題，普遍采用室內(nèi)分布系統(tǒng)提高服務(wù)質(zhì)量：采用微蜂窩或直放站作為信源，在室內(nèi)天花板或墻壁上根據(jù)天線輸出安裝全向或定向天線。這樣，用戶在室內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以通過附近天線收發(fā)信號(hào)，由饋線將信號(hào)傳送至基站，而基站可將不同天線接收到的信號(hào)看做同一用戶的多徑信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理。 

       在TD-SCDMA系統(tǒng)中，如果采用室內(nèi)分布系統(tǒng)，存在若干問題：（1）TD-SCDMA利用智能天線判斷用戶信號(hào)DOA，而根據(jù)室內(nèi)天線的接收信號(hào)無法進(jìn)行DOA的判斷。（2）TD-SCDMA上下行同步，上行同步的建立和保持都是建立在對(duì)用戶發(fā)射功率的估計(jì)以判斷出用戶的位置，從而指示用戶提前或滯后發(fā)射時(shí)間。而室內(nèi)天線各有增益且各不相同，如果用戶不停移動(dòng)，在不同天線服務(wù)范圍之內(nèi)，這樣基站無法從接收到的用戶功率來判斷用戶的距離，也就無法保持上行同步。