TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新

劉劍華

（新郵通信設(shè)備有限公司 西安 710075）

TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新

劉劍華

（新郵通信設(shè)備有限公司 西安 710075）

隨著TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶數(shù)量的激增，如何進(jìn)一步提升TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)性能和用戶感受度成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)中的關(guān)鍵。本文描述TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中不斷提出和應(yīng)用的各種創(chuàng)新技術(shù)，其中涉及容量提升、性能提升、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工程以及2G/3G間的Iur-g+接口等。

載波壓縮；幀分復(fù)用；Fo-DCA；QoS；MR；Iur-g+

1 前言

TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)工程已建設(shè)3期，全國70%以上地市實現(xiàn)了TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋，TD-SCDMA用戶數(shù)已經(jīng)超過1000萬戶。同時，2010年最大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容工程將擴(kuò)大覆蓋TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)到337個城市。與3期工程類似，本期擴(kuò)容工程依然面臨著如何有效解決室內(nèi)深層覆蓋、縮短系統(tǒng)間切換時延和準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)工程優(yōu)化手段等問題，2010年TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容工程的重點就是著眼于網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備中依然存在的問題，持續(xù)創(chuàng)新，全面提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，以實現(xiàn)用戶的最佳體驗。本文將介紹和分析TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的幾種創(chuàng)新技術(shù)。

2 載波間隔壓縮技術(shù)

TD-SCDMA用戶數(shù)量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的激增，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷成倍加大，已經(jīng)影響到用戶接入成功率、同時支持在線用戶數(shù)目等指標(biāo)。雖然TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)增加了F頻段（1880～1920 MHz）的低 20 MHz的頻譜資源，但是仍然會在熱點區(qū)域出現(xiàn)上述問題，可通過載波間隔壓縮增加網(wǎng)絡(luò)容量。簡單地說，載波間隔壓縮技術(shù)就是在不改變現(xiàn)有設(shè)備濾波器帶寬和RF指標(biāo)的情況下，通過將載波中心頻點間隔縮小200 kHz來增加在有限帶寬內(nèi)的載波數(shù)目，緩解當(dāng)前頻點資源不足的問題。以A頻段帶寬壓縮前后的頻率規(guī)劃為例，見表1和表2。

可見，對于A頻段15 MHz的帶寬，增加了一個載波，同理，對于分配的F頻段20 MHz的帶寬，可以增加2個載波。組網(wǎng)的策略是基站和UE的載波收發(fā)濾波器帶寬保持不變，只是中心頻點間隔變成1.4 MHz，如圖1和圖2所示。顯然，載波間隔壓縮后，鄰頻泄漏對接收機(jī)性能的損傷加大，導(dǎo)致帶內(nèi)噪聲加大，如果相鄰載波功率比本載波大，這個影響會更明顯。

射頻指標(biāo)方面，RRU帶寬壓縮前后對ACLR（鄰信道泄漏功率比）和噪底抬升影響對比見表3和表4。

通過特性指標(biāo)和外場業(yè)務(wù)測試表明，在1.4 MHz載波間隔配置下，關(guān)鍵的空口射頻指標(biāo)略有惡化，但對小區(qū)的性能指標(biāo)無明顯影響。上行方向干擾：由于終端的發(fā)射功率較低（最大為24 dBm，一般情況下會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該值），且網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷一般只有50%，所以上行干擾不會抬升太大；下行方向干擾：由于載波發(fā)射功率較大，無論是測試還是理論分析在近點底噪都會有6～9 dB的抬升，這個干擾會影響網(wǎng)絡(luò)性能，需要改進(jìn)產(chǎn)品的射頻特性，保證網(wǎng)絡(luò)的性能。

表1 A頻段15 MHz帶寬，1.6 MHz間隔

表2 A頻段15 MHz帶寬，1.4 MHz間隔

圖1 載波壓縮前示意

圖2 載波壓縮后示意

表3 ACLR影響對比

表4 壓縮帶寬后下行干擾的影響對比

通過壓縮載波間隔為1.4 MHz增加載波資源，減少了同頻干擾，同時引入了鄰道干擾，因此，需要綜合平衡兩者帶來的影響，在鄰道干擾增加但對網(wǎng)絡(luò)影響有限的情況下，通過壓縮帶寬實現(xiàn)頻點資源的增加。

3 上行伴隨信道幀分復(fù)用

按照目前的協(xié)議要求，在為某個用戶建立HSPA業(yè)務(wù)時，需要為該用戶配置DPCH伴隨信道，用來進(jìn)行信令傳輸、功率控制以及同步。在實際使用場景中，由于HSPA用戶共享資源，如果為每個用戶配置的伴隨信道都分配兩個碼道，那么可配置的伴隨信道數(shù)目受限于整個上、下行碼道數(shù)。為了緩解DPCH伴隨信道碼資源不足問題，考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶的復(fù)用特點，可對伴隨信道進(jìn)行多用戶幀分復(fù)用，即通過幀分的方式，復(fù)用相同的DPCH碼道，傳輸上行控制信息和信令，如圖3和圖4所示。

上行伴隨信道的幀分復(fù)用涉及重復(fù)周期（repetition period）、重復(fù)長度（repetition length）和幀偏移（frame offset），其中，重復(fù)周期定義了每個UE復(fù)用碼道資源的周期長度，重復(fù)長度定義了每個UE在復(fù)用周期內(nèi)可以使用碼道資源的無線幀數(shù)，而幀偏移則定義了UE在重復(fù)周期內(nèi)復(fù)用碼道資源的起始幀號。當(dāng)上行伴隨信道采用4倍幀分復(fù)用后，單載波用戶數(shù)可提升4倍，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的接入用戶數(shù)，見表5。

表5 用戶數(shù)和速率

可見，在保持小區(qū)上、下行總速率基本不變的情況下，可以增加接入的用戶數(shù)，以提高HSPA業(yè)務(wù)用戶的接入成功率。

為了支持更多的HSPA用戶，當(dāng)上、下行伴隨信道碼道資源受限時，可以開啟伴隨信道幀分復(fù)用，在一定程度上可以降低碼道資源受限的瓶頸，提升系統(tǒng)性能。但是，由于開啟幀分復(fù)用對UE的同步和功控性能有一定影響，因此建議在碼道資源夠用時不要開啟，只在系統(tǒng)中支持的低速率HSPA用戶較多而伴隨信道的碼道資源受限時開啟該功能。

4 頻率優(yōu)化動態(tài)信道分配

由于TD-SCDMA頻率資源有限，N頻點技術(shù)使得相鄰的小區(qū)的主載波異頻組網(wǎng)，解決公共信道的同頻干擾，但是仍然存在業(yè)務(wù)信道的同頻干擾問題，而且即使主載波異頻，也不能避免輔載波和相鄰小區(qū)主載波間的同頻干擾，尤其是在小區(qū)邊緣，造成掉話率和切換成功率等KPI指標(biāo)惡化。

在性能提升方面，頻率優(yōu)化動態(tài)信道分配（FO-DCA）技術(shù)可降低同頻干擾。采用FO-DCA算法時，網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)終端上報的測量報告，動態(tài)調(diào)整UE工作載波（接入時載波指派或通信過程中重配置），使得處在小區(qū)邊緣的終端盡量工作在主載波上，處在小區(qū)中心區(qū)域的終端盡量工作在輔載波上，盡可能讓小區(qū)之間的終端工作在異頻環(huán)境，從而起到降低同頻干擾的效果，也相當(dāng)于在相鄰小區(qū)的覆蓋邊界處設(shè)置“頻率隔離帶”，最大限度地降低同頻干擾。如圖5所示，主載波覆蓋整個小區(qū)，輔載波覆蓋范圍通過算法進(jìn)行動態(tài)收縮，抑制同頻干擾。

圖3 幀分復(fù)用前示意

圖4 幀分復(fù)用后示意

圖5 FO-DCA示意

正常終端在小區(qū)間移動過程中只需要一次小區(qū)切換，然而引入FO-DCA技術(shù)以后，F(xiàn)O-DCA算法開啟后終端在移動過程中需要一次物理信道重配置和一次小區(qū)間切換，小區(qū)內(nèi)物理信道重配置會增加網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)荷，外場測試表明小區(qū)內(nèi)物理信道重配置時延為400～500 ms。

當(dāng)主載波不飽和時，小區(qū)內(nèi)移動采用物理信道重配置，增加了部分信令開銷，降低了同頻干擾，如圖6所示。

當(dāng)小區(qū)邊界用戶過多時，主載波已經(jīng)飽和，向小區(qū)邊界移動的輔載波用戶會掉話，這種情況下，通過輔載波小區(qū)呼吸解決，如圖7所示。

FO-DCA也必須考慮不同載波間的負(fù)荷均衡問題，避免出現(xiàn)負(fù)荷不均，即在抑制同頻干擾和小區(qū)負(fù)荷兩個優(yōu)化目標(biāo)間權(quán)衡。當(dāng)主載波負(fù)載較高時，UE移動時RNC將不再將UE切到主載波，而是保持業(yè)務(wù)直到UE移動到小區(qū)邊界后，直接將其切換到鄰區(qū)。在最壞情況下，用戶業(yè)務(wù)集中在主載波上時，軟覆蓋算法對同頻干擾抑制效果最差，此時網(wǎng)絡(luò)容量、掉話率等性能仍然與關(guān)閉TFFR軟覆蓋算法時的網(wǎng)絡(luò)性能相當(dāng)。

5 QoS“一次協(xié)商”技術(shù)

如圖8所示，正常的QoS協(xié)商流程如下（UE端主動發(fā)起過程）。

（1）UE把應(yīng)用業(yè)務(wù)的QoS需求映射到相關(guān)PDP上下文的QoS參數(shù)，然后UE向SGSN發(fā)送Activate PDP Context Request信息，也可以不攜帶QoS，SGSN直接使用默認(rèn)的QoS（交互類）。

（2）SGSN首先檢查用戶是否有資格申請相關(guān)的QoS Profile，如果允許并且SGSN有足夠的資源，則向GGSN申請創(chuàng)建一個PDP上、下文請求。如果SGSN當(dāng)前資源（帶寬和負(fù)荷）不夠，應(yīng)該能夠?qū)oS Profile進(jìn)行限制，比如降QoS或者拒絕本次激活。如果用戶沒有簽約相應(yīng)的QoS Profile，則限制用戶的QoS，使其符合簽約屬性。

（3）如果GGSN有足夠的資源滿足業(yè)務(wù)QoS的需求，向SGSN回送創(chuàng)建PDP上、下文響應(yīng)，在GGSN和SGSN之間建立GTP隧道，GGSN會根據(jù)自身的資源情況進(jìn)行QoS的調(diào)整，將調(diào)整后的QoS返回給SGSN。

圖6 主載波不飽和情況

圖7 主載波飽和情況

圖8 QoS協(xié)商流程

（4）SGSN根據(jù)與 GGSN協(xié)商的 QoS通過信令通知RNC，允許建立RAB/RB。

（5）UTRAN執(zhí)行內(nèi)部的接入控制和資源預(yù)留，并向SGSN返回是否創(chuàng)建RAB成功。如果UTRAN沒有足夠的資源，將返回RAB創(chuàng)建失敗并在原因值中指明請求的QoS不能提供。SGSN會根據(jù)UTRAN返回的結(jié)果降低QoS屬性并再次進(jìn)行RAB創(chuàng)建過程，重復(fù)的RAB創(chuàng)建次數(shù)可以配置。

（6）如果成功，SGSN會給UE發(fā)送Active PDP Context Accept消息，這時RAB可被建立。滿足相關(guān)QoS的UE到GGSN的PDP上、下文建立完成。

顯然，在SGSN和RNC之間的多次協(xié)商的過程 （第(5)步）將影響UE接入時間，采用QoS的“一次協(xié)商”技術(shù)，RNC可以根據(jù)UE的能力等級和當(dāng)前無線資源狀況，尤其是當(dāng)小區(qū)無線資源受限時，選擇合適的上、下行速率直接將用戶申請的業(yè)務(wù)接入，而避免了和核心網(wǎng)的多次協(xié)商，簡化了協(xié)商流程，縮短了接入時延。如果RNC的實際接入速率與核心網(wǎng)下發(fā)的RAB指派中的速率不一致，RNC在反饋給CN的RAB指派響應(yīng)消息中攜帶業(yè)務(wù)的實際接入速率信息。

6 測量報告統(tǒng)計分析技術(shù)

對于所有的移動無線網(wǎng)絡(luò)，持續(xù)優(yōu)化是必不可少的工作，也是工程技術(shù)人員和運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升的必由之路。如何讓采集到的數(shù)據(jù)更加有效地反映網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，成為網(wǎng)絡(luò)關(guān)注點。通過測量報告統(tǒng)計分析等技術(shù)，力爭在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面突破現(xiàn)網(wǎng)難題。

測量報告統(tǒng)計分析技術(shù)是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供的數(shù)據(jù)，進(jìn)行后臺分析處理，生成網(wǎng)絡(luò)分析報告，進(jìn)一步指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程。測量報告統(tǒng)計分析技術(shù)包括以下3個部分。

（1）采集任務(wù)管理

上級網(wǎng)管通過北向接口下發(fā)測量報告數(shù)據(jù)采集任務(wù)，任務(wù)內(nèi)容包含任務(wù)生命周期、統(tǒng)計周期、上報周期、測量報告數(shù)據(jù)名稱、統(tǒng)計粒度等信息，OMC解析上級網(wǎng)管任務(wù)信息后將其轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部消息通知RNC上報需要的測量報告，并保存在OMC數(shù)據(jù)庫中。

（2）測量報告數(shù)據(jù)類型

測量報告在OMC中有兩種存儲形式：測量報告統(tǒng)計數(shù)據(jù)和測量報告樣本數(shù)據(jù)。測量報告統(tǒng)計數(shù)據(jù)表示在一個統(tǒng)計周期內(nèi)，按照一定的統(tǒng)計條件得到的分區(qū)間統(tǒng)計的原始測量報告樣本數(shù)量。測量報告樣本數(shù)據(jù)表示OMC收集的原始測量報告信息。如圖9和圖10所示。

（3）測量報告數(shù)據(jù)上報

RNC采用事件觸發(fā)報告方式，利用網(wǎng)絡(luò)已開啟的事件測量，統(tǒng)計匯總測量報告，并根據(jù)OMC下發(fā)的采集任務(wù)周期性上報測量報告。

圖9 測量報告統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集示意

圖10 測量報告樣本數(shù)據(jù)采集示意

圖11 基于Iur-g+的切換過程

OMC檢測到RNC上報測量報告文件后，解析文件并保存至OMC數(shù)據(jù)庫，OMC北向進(jìn)程會根據(jù)上級網(wǎng)管下發(fā)的測量數(shù)據(jù)采集計劃，定期從OMC數(shù)據(jù)庫中查詢出符合要求的數(shù)據(jù)匯總后上報至上級網(wǎng)管。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員可以在網(wǎng)絡(luò)閑時或某個時間段打開測量報告統(tǒng)計開關(guān)，使得網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶成為路測人員，然后借助OMC上采集到的全網(wǎng)測量數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。

7 Iur-g+技術(shù)

在進(jìn)行TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的時候，借助2G的成熟網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑完整的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，而且2G/3G混合組網(wǎng)，也可以充分發(fā)揮2G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源的優(yōu)勢和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的多業(yè)務(wù)優(yōu)勢。

2G/3G切換時延仍是影響用戶體驗的一大因素。RNC與BSC間通過Iur-g+接口實現(xiàn)負(fù)荷信息通報并預(yù)留資源，在標(biāo)準(zhǔn)2G/3G切換流程基礎(chǔ)上新增無線資源預(yù)留流程，由RNC與BSC直接交互，實現(xiàn)終端空口同步于核心網(wǎng)準(zhǔn)備過程并行執(zhí)行，提前完成原本需要核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)的資源預(yù)留過程，如圖11所示。為保持與核心網(wǎng)的兼容，原有的重定位流程正常進(jìn)行。通過改進(jìn)TD-SCDMA/GSM切換流程，縮短切換時延，提升切換成功率。測試結(jié)果表明，基于Iur-g+的切換比傳統(tǒng)切換的完整時延減少320 ms以上。

8 結(jié)束語

2010年TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容工程中涌現(xiàn)了眾多的創(chuàng)新技術(shù)，除了以上提到的幾種新技術(shù)外，還包括F/A/E多頻段組網(wǎng)提升網(wǎng)絡(luò)容量，多小區(qū)聯(lián)合檢測降低鄰區(qū)干擾提升網(wǎng)絡(luò)性能，Iu-CS、Iub接口IP化,MSC Pool技術(shù)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源共享等。通過眾多技術(shù)創(chuàng)新，解決了3期建設(shè)中遇到的現(xiàn)網(wǎng)問題，提升了網(wǎng)絡(luò)容量及性能，優(yōu)化了資源配置，帶來了更好的用戶體驗。

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6 周猛.TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中若干問題的探討.電信科學(xué)，2009，25（7）

2010-09-08)