工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測試策略研究

楊麗君，劉風華

(新疆工程學院 計算機工程系，烏魯木齊 830091)

0 引言

工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)是我國最大的3G自主知識產權標準，也是3G標準之一[1]。工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的網絡質量受到頻率和擾碼的影響，導致用戶無法利用感知度對網絡進行自由切換[2]。擾碼主要作用于手機業(yè)務過程，它將整個區(qū)域分為不同小區(qū)，使同頻干擾較為嚴重的小區(qū)分配到相關的弱擾碼[3]。頻率規(guī)劃是TD-SCDMA進行網絡規(guī)劃的關鍵環(huán)節(jié)，對TD-SCDMA系統(tǒng)的規(guī)劃也有一定的影響[4]。傳統(tǒng)系統(tǒng)的頻率和擾碼規(guī)劃存在擾碼覆蓋率低、性能差、精準度低等問題，很難達到TD-SCDMA系統(tǒng)規(guī)劃的要求，為此迫切需要提出優(yōu)秀的軟件測試策略來降低干擾[5]。為解決以上問題，提出工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測試策略研究。針對不同頻率復用方式特征，對基站布局進行設計，獲取頻率配置結果，得出重新配置后的頻率規(guī)劃結果；采用GAlib遺傳算法對TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼重新規(guī)劃，完成系統(tǒng)軟件測試策略。實驗結果表明，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，應用該軟件測試策略的TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼覆蓋率更高、性能更強、精準度更高，該策略能夠有效地提升TD-SCDMA系統(tǒng)網絡性能。

1 軟件測試策略頻率規(guī)劃改進

對工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測試策略進行研究，實質上就是對TD-SCDMA系統(tǒng)的頻率規(guī)劃和擾碼規(guī)劃進行改進。依據改進后的頻率和擾碼規(guī)劃，完成軟件測試策略的制定，以提高TD-SCDMA系統(tǒng)的網絡性能。首先對系統(tǒng)頻率規(guī)劃進行改進，具體過程描述如下：

目前頻率資源有限，進行合理規(guī)劃在通信網絡中占據重要地位，如果只是對整體時頻進行規(guī)劃，會導致整個網絡構建性能指標變差。不同系統(tǒng)所使用技術不同，頻率資源特性各不相同。全球移動通信系統(tǒng)(GSM)中頻率的規(guī)劃方法可以在TD-SCDMA系統(tǒng)頻率規(guī)劃中應用。該系統(tǒng)采用了時分雙工技術對上下行頻率資源進行區(qū)分，具有高效利用率的同時滿足了上下行資源的傳輸。通常情況下，頻率復用方式主要包括：1*3、3*3、4*3、5*3、7*1、7*3，還包括動態(tài)復用、頻率重復復用等，復用方式具有不同屬性，不同基站布局也具有不同頻率規(guī)劃方法[6]。由于該系統(tǒng)具有較高的頻譜使用率，因此對上下行不同頻段采用測試驅動開發(fā)(TDD)技術來實現(xiàn)，通常情況下，數(shù)據業(yè)務具有非對稱性，通過對上下行無線資源的分配，可提高頻譜效率，因此采用合理頻率規(guī)劃可進一步提升頻譜使用率。

TD-SCDMA系統(tǒng)主要頻段共為15 MHz，其中包括了9個頻率點[7]，具體頻率規(guī)劃原則有：每個小區(qū)內設置載波點，增大復用系數(shù)，降低公共信道；利用頻點技術，區(qū)分不同小區(qū)載頻和輔助頻率，進而減小相同屬性的干擾；采用混合組網模式，將業(yè)務進行時隙或者載波，在確保不影響業(yè)務的前提下，將用戶使用量進行調整。

一般情況下會使用15 M寬帶進行網絡配置，該配置能夠減小頻率干擾?？梢允褂?個頻點進行配置，如圖1所示。

圖1 頻率配置

由圖1可知：在該寬帶頻率配置的過程中，復用系數(shù)為1，主載波的復用系數(shù)為3，兩者之間具有一定的距離[8]，確保網絡公共通信渠道干擾性較小，因此對控制信道規(guī)劃的要求也較高。在規(guī)劃時應注意控制信道的臨頻干擾率盡量為最小狀態(tài)，一般情況下為了避免信道和業(yè)務之間的干擾，應降低頻率配置的難度，將信道頻率范圍控制在與業(yè)務信道范圍一致，但兩者之間又是相互獨立的，可根據信道控制原則設置單獨頻段，該頻道既是連續(xù)的，又是離散的，由于主載波復用距離不夠大，因此需要對寬帶頻率進行重新配置，配置結果如圖2所示。

圖2 頻率重新配置結果

由圖2可知：頻點的規(guī)劃方案復用系數(shù)較大，足以滿足同頻隔離的標準。信道規(guī)劃方式可分組，又可不進行分組，根據信道控制能力，采用相同分組復用方式，將每個小區(qū)都分配到一個頻率組里，促使同一基站字母分配相同，如果同一頻率所使用的復用距離不能有效避免基站相鄰頻域的干擾，則需使用動態(tài)頻率復用方式將所有可以使用的頻點作為一個頻率組，在該組別中進行頻率分配，根據相鄰頻率干擾大小從所有可用的頻點中選擇出干擾頻率最小的頻點，并以此作為小區(qū)頻點基礎配置，該規(guī)劃方法復用系數(shù)較高，適合站點規(guī)模較大、距離較小的頻域使用。

改進的頻率規(guī)劃主要分配原則為每組對應實際網絡中的一層資源，對資源進行配置時，逐層對每個小區(qū)進行頻率分配，不同分配層次可采用不同方式，每組中選擇的最佳頻點為目前相應層的配置頻點，該分配方式可降低干擾程度，進而提升頻率使用效率，是最為常用的頻率規(guī)劃準則。

根據以上步驟，依據不同頻率復用方式特征，獲取頻率配置結果，將配置結果進行優(yōu)化，完成了軟件測試策略頻率規(guī)劃部分的改進。

2 軟件測試策略擾碼規(guī)劃改進

采用GAlib遺傳算法對軟件測試策略擾碼規(guī)劃部分進行改進。TD-SCDMA系統(tǒng)的碼資源有限，存在數(shù)量少、碼片短等問題，進行擾碼分配時，一個扇區(qū)僅僅只能分配到一個擾碼，根本沒有將擾碼之間的差異性與復合性考慮在內，擾碼規(guī)劃結果沒有指導性意義[9]。傳統(tǒng)系統(tǒng)擾碼規(guī)劃采用人工方法，其過程繁瑣、工作量大、效率低，為此引入GAlib遺傳算法，通過不斷迭代，獲取最佳擾碼分配方案。軟件測試策略擾碼規(guī)劃的改進主要包括對簇復用碼和互斥性碼兩部分進行規(guī)劃。具體規(guī)劃過程如下：

2.1 簇復用碼的規(guī)劃

TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼采用簇復用碼規(guī)劃方式，利用16碼片的短碼進行排序，獲得的碼為128組，這128組復用碼按照順序排列可分為32組，每組具有4個復用碼。該系統(tǒng)中的擾碼具有獨特的正交性差特點，該特點會影響移動終端對信道的檢索。每個小區(qū)除了考慮同碼間的干擾，還需考慮由擴頻碼和擾碼組成復合碼的干擾，一個擾碼與16個擴頻碼相乘可得到一組復合碼。分析該復合碼可發(fā)現(xiàn)：這128組復合碼中，具有組合屬性的僅有12組，統(tǒng)稱為復合碼集，在該集合內，不同擾碼生成的方式不同，利用Galib遺傳算法，并使用二維二進制串行基因組類方法來解決簇復用碼問題[10]。

在遺傳算法中，任何一組擾碼都具有一個基因組，所有擾碼都需按照順序完成鏈性組成，若干個個體組成一個集合體。最初群體是隨機產生的，后續(xù)群體是由父體和母體進行交叉變異得到的，該計算具體流程為：選擇編碼，獲取初始群體；計算初始適應值，經過篩選、變異與交換完成一代群體的適應值演變。

Float Objective(GAGenome&);

Main(){

GA2DbinaryStringGenome genome(width,height,Objective);

//初始化一個基因組類實例

GASimpleGA ga(genome); //初始化一個遺傳算法類實例

Ga.evolve(); //進化

Cout<

}

float Objective(GAGenome&){

//用戶自定義目標函數(shù)

}

簇復用碼可以通過遺傳算法參數(shù)來修改遺傳算法相應運行的參數(shù)，并將有限資源合理配到每個小區(qū)之中，將干擾程度降到最低。固定擾碼數(shù)量，確定頻率資源，將運營商的有效頻點數(shù)量運用到其中，由此可得出簇復用碼規(guī)劃模板[11]，如圖3所示。

圖3 簇復用碼規(guī)劃模板

該模板需要用戶選擇復用碼的數(shù)量，以確保復用距離足夠遠，一個復用簇至少需要21個碼[8]。從這21個碼中選出一定數(shù)量作為復用碼，一般情況下將這些碼分為兩種，一種是與擾碼相關，可分配并具有復用性質的擾碼；而另一種是與復合碼具有相同屬性的碼字并進行分配與復用，該分類方式所具有的依據不同，但是選擇的擾碼卻是相同的，由此完成系統(tǒng)擾碼規(guī)劃。

2.2 互斥性碼的規(guī)劃

由于復合碼具有重復性，使擾碼在分配過程中受到到不同擾碼組的干擾，促使擾碼組產生了具有相同屬性的復合碼集合。為此，使用Galib遺傳算法來解決該類問題，其中算子主要有三類，分別是初始化算子、變異算子、交叉操作算子。進行初始化操作時，由于具有隨機性，因此無法產生新個體，不同子類部分變異與交叉操作如圖4所示。

圖4 不同子類部分變異與交叉操作

由圖4可知：該類操作在碼規(guī)劃中能夠確認先分配的下行導頻碼步驟，進而確定規(guī)劃定律，按照定律確定下行導頻碼和擾碼。

系統(tǒng)擾碼規(guī)劃目的就是降低相鄰兩個小區(qū)之間的擾碼，因此還需建立評級函數(shù)及時對干擾情況進行評價。相鄰小區(qū)盡量減少同碼組小區(qū)的出現(xiàn)，并及時避免同一組擾碼出現(xiàn)在同一個組別當中，這樣會減少對下行導頻碼的干擾，由此可設計評價函數(shù)為：

(1)

式(1)中，k0為相同碼組懲罰的系數(shù)；k1為相同復合碼組懲罰的系數(shù)；k2為相關性懲罰的系數(shù)；如果小區(qū)i和j擾碼屬于相同碼組，那么xij為1，否則為0；如果小區(qū)i和j擾碼屬于相同復合碼組，那么yij為1，否則為0；zij為小區(qū)i和j擾碼的相關性；R為小區(qū)個數(shù)；pij為干擾的概率，概率越大，說明小區(qū)之間存在的干擾可能性就越大。

基于遺傳算法來規(guī)劃擾碼間隔問題，促使正交性能良好運用到規(guī)劃之中，由于基站數(shù)量較大，僅僅使用遺傳算法很難解決問題，為此使用遺傳算法對整體進行區(qū)域化處理，進而對每個小區(qū)進行優(yōu)化處理。根據擾碼規(guī)則，對小區(qū)進行分配干擾，并進行反復調整，在此基礎上，使用復用距離來控制正交擾碼，進而實現(xiàn)擾碼分配優(yōu)化。

綜上所述，對獲取的頻率重新配置，完成系統(tǒng)頻率的重新規(guī)劃；采用Galib遺傳算法，對簇復用碼和互斥性碼等系統(tǒng)擾碼規(guī)劃進行改進，完成工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測試策略研究。

3 實驗結果與分析

為了驗證工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)軟件測試策略的合理性進行了如下實驗。通過對系統(tǒng)擾碼覆蓋情況和呼叫情況進行測試，完成軟件測試策略合理性的驗證。在進行頻率規(guī)劃實驗驗證時，利用該系統(tǒng)存在的潛在性干擾問題進行處理，即每個小區(qū)與相鄰小區(qū)的信號強度差值小于等于載鄰比的限制值，進而構建每個小區(qū)的干擾評價函數(shù)，將頻率規(guī)劃歸納為約束條件的干擾評價函數(shù)，具體約束條件為：頻率范圍一定、間隔一定、復用方式相同，根據該約束條件設置實驗環(huán)境與參數(shù)。

3.1 實驗環(huán)境與參數(shù)設置

選擇我國某市20平方千米作為TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼規(guī)的區(qū)域，在該區(qū)域內具有125個小區(qū)，42個基站，每個基站內都有三個扇區(qū)，設置實驗參數(shù)，如表1所示。

表1 參數(shù)設置

3.2 實驗結果與分析

將傳統(tǒng)系統(tǒng)擾碼覆蓋評估與應用軟件測試策略的改進系統(tǒng)擾碼覆蓋評估結果在同一頻率下進行對比，結果如圖5所示。

圖5 兩種系統(tǒng)擾碼覆蓋評估對比結果

由圖5可知：圖5(a)為傳統(tǒng)系統(tǒng)的擾碼覆蓋評估結果，在沒有信號區(qū)域擾碼覆蓋率為0%；小于等于-10擾碼覆蓋情況為0%；介于-10與0之間擾碼覆蓋情況為0.03%；介于0與10之間擾碼覆蓋情況為8.53%；介于10與20之間擾碼覆蓋情況為29.57%；介于20與30之間擾碼覆蓋情況為38.37%；介于30與40之間擾碼覆蓋情況為20.35%；介于40與50之間擾碼覆蓋情況為3.07%；介于50與60之間擾碼覆蓋情況為0.08%；大于等于60之間擾碼覆蓋情況為0%。圖5(b)為改進系統(tǒng)的擾碼覆蓋評估結果，在沒有信號區(qū)域擾碼覆蓋率為0%；小于等于-10擾碼覆蓋情況為0%；介于-10與0之間擾碼覆蓋情況為0.02%；介于0與10之間擾碼覆蓋情況為6.52%；介于10與20之間擾碼覆蓋情況為22.89%；介于20與30之間擾碼覆蓋情況為41.57%；介于30與40之間擾碼覆蓋情況為23.33%；介于40與50之間擾碼覆蓋情況為5.42%；介于50與60之間擾碼覆蓋情況為0.23%；大于等于60之間擾碼覆蓋情況為0.02%。對比兩種系統(tǒng)的擾碼覆蓋評估結果，應用軟件測試策略的改進系統(tǒng)擾碼覆蓋大于0的比例有所提升，且效果顯著。

在同頻干擾情況比較嚴重的情況下，將TD-SCDMA系統(tǒng)進行50%的模擬，并在終端兩個小區(qū)之間進行低速移動，將傳統(tǒng)系統(tǒng)與應用軟件測試策略的改進系統(tǒng)進行呼叫測試，分別從呼叫情況、掉話情況、切換情況進行對比，結果如表2所示。

表2 兩種系統(tǒng)呼叫測試結果

由表2可知：傳統(tǒng)系統(tǒng)的呼叫失敗率為12%，掉話率為8%，切換失敗率為20%。應用軟件測試策略的改進系統(tǒng)，其呼叫失敗率為4%，掉話率為2%，切換失敗率為9%。對比傳統(tǒng)系統(tǒng)和改進系統(tǒng)的呼叫實驗結果發(fā)現(xiàn)，改進系統(tǒng)的呼叫失敗率是傳統(tǒng)系統(tǒng)的三分之一，掉話率為傳統(tǒng)系統(tǒng)掉話率的四分之一，切換失敗率小于傳統(tǒng)系統(tǒng)切換失敗率的一半，充分說明無論是呼叫失敗率、掉話率，還是切換失敗率，應用軟件測試策略的改進系統(tǒng)的呼叫情況遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)的呼叫情況，驗證了應用軟件測試策略的工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)，其精準度更高，系統(tǒng)性能更強。

3.3 實驗結論

經過上述實驗內容，可以看出在設置實驗區(qū)域內，傳統(tǒng)系統(tǒng)與應用軟件測試策略的改進系統(tǒng)在沒有信號區(qū)域擾碼覆蓋率為0%；小于等于-10擾碼覆蓋情況為0%；介于-10與0之間擾碼覆蓋情況相差0.01%；介于0與10之間擾碼覆蓋情況相差2.01%；介于10與20之間擾碼覆蓋情況相差6.68%；介于30與40之間擾碼覆蓋情況相差2.98%；介于40與50之間擾碼覆蓋情況相差2.35%；介于50與60之間擾碼覆蓋情況相差0.15%；大于等于60之間擾碼覆蓋情況相差0.02%。由此可知，應用軟件測試策略的改進系統(tǒng)擾碼覆蓋大于0的比例有所提升，且效果顯著。將傳統(tǒng)系統(tǒng)與應用軟件測試策略的改進系統(tǒng)對呼叫失敗率、掉話率、切換失敗率進行對比，結果可知，傳統(tǒng)系統(tǒng)無論是呼叫失敗率、掉話率、切換失敗率遠遠高于改進系統(tǒng)，且抑制效果較差。因此，采用研究的軟件測試策略能夠提高工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的擾碼覆蓋率、精準度，增強系統(tǒng)性能。

4 結束語

頻率和擾碼的合理規(guī)劃對TD-SCDMA系統(tǒng)的網絡質量具有較大的影響，為解決傳統(tǒng)系統(tǒng)存在擾碼覆蓋綠低、準確度低、性能較差等問題，提出工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測試策略研究。采用不同頻率復用方式，獲取頻率配置結果，進行頻率重新規(guī)劃；引進Galib遺傳算法，對簇復用碼和互斥性碼等系統(tǒng)擾碼規(guī)劃進行改進，完成工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測試策略研究。實驗結果表明，該軟件測試策略能夠有效提高TD-SCDMA系統(tǒng)的擾碼覆蓋率、性能和精準度，具有一定的有效性和實用性。但由于擾碼種類較多，規(guī)劃過程復雜，因此該軟件測試策略在擾碼規(guī)劃方面仍需深入研究。軟件測試策略將以編制快速、科學、可靠的網絡自動擾碼規(guī)則為主要研究內容，擾碼規(guī)則可大幅度提升擾碼規(guī)劃效果，并通過自動擾碼軟件可在未來得到廣泛應用。

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