WCDMA和TD-SCDMA網絡優化的分析與比較
訊石光通訊網
2009/5/13 8:14:06
一、引言
隨著3G通信技術的發展，網絡規劃和優化工作越來越重要。對于未來的WCDMA/TD-SCDMA網絡運營商而言，如何經濟有效地建設一個WCDMA網絡，保證網絡建設的高性價比是運營商所關心的問題。概括地講，就是在支持多種業務，并滿足一定QoS條件下，獲得良好的網絡容量，滿足一定的無線覆蓋要求，同時通過調整容量、覆蓋、質量之間的均衡關系提供最佳的服務。為了達到高性能，WCDMA/TD-SCDMA采用很多先進的技術，所以二代系統所使用的規劃和優化方法就不能滿足需求，需要有新的規劃方法和工具。
二、WCDMA/TD-SCDMA網絡優化流程
對網絡運營商來講，盈利是最大目的，所以他必須關心網絡的投資與性能，這是一對矛盾體。投資的可行性可通過一定評估手段與工具來進行較易得到，而網絡性能的提高則是一個復雜的過程：不但要滿足現有的用戶需求，而且在未來發展中要在能滿足容量不斷增加的基礎上能夠引進具有競爭力的新型業務，所以網絡優化是一個長期反復的過程。
網絡優化要提供一種自動或手工的方式來優化系統性能，使系統在覆蓋、容量、QoS與成本曲線上找到使運營商滿意的契合點。從廣泛的意義上來講，網絡優化包括三個層次：
（1）快速功控、快速擁塞控制、鏈路自適應、信道分配等這些在基站和UE之間可實時實現的算法；
（2）負載控制等可以較慢響應的實時操作；
（3）基于經驗或長期統計結果的、可預操作或在離線規劃優化工具上進行的網絡性能調整。前兩個層次的優化一般為系統自動實現，而第三個層次需要人工的參與，是我們一般所指的網絡優化。
網優過程一般可分為幾步：首先設定質量指標，定義端到端的質量目標和不同業務類型的性能指標，設定相關的KPI值。通過網管系統、路測設備、協議分析儀甚至用戶申告來收集網絡性能數據，由網絡報告工具提供質量統計和預分析數據，基于網絡配置，就可以進一步詳細分析提高質量的方法。首先糾正單個參數，經過多次迭代后可以糾正整個參數集，最后，在達到預期質量目標時就得到了整體解決方案。按照整體方案對網絡進行全面調整后，就開始了另一個質量不斷提高的循環。
一般而言，網絡優化的任務包括：最佳的系統覆蓋、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）、均勻合理的基站負荷、最佳的導頻分布。優化的參數包括：每扇區的發射功率、天線位置（方位角、下傾角、高度）、鄰區表及其導頻優先次序、鄰區導頻集搜索窗的大小、切換門限值等。
在網絡優化的過程中，可以由不同工具參與，各自發揮不同作用：
（1）規劃工具：在上文我們提到，在詳細規劃階段，通過將初步規劃得到的站點輸入到電子地圖中，經過反復的仿真分析過程，我們要判斷在滿足一定限制條件（如站點的要求、基站配置）下系統是否能夠達到預期的覆蓋、容量和質量。在這個階段，我們就可以進行某些網絡優化，如站點位置、天線類型、天線的仰角方向角等。尤其當運營商要擴展系統時，我們將現有系統的測量數據（用戶分布、流量分布等）輸入到網規工具中，就可以在仿真器中分析判斷網絡擴容是否能達到預期目標。
（2）網管系統：網管系統主要起到監控和搜集數據的作用。它要能顯示系統提供的業務分布和質量狀況，以便在QoS低于閾值時迅速定位，同時要基于KPI值或代價函數采用靈活方式設定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、上下行的負載、數據業務的重傳和延遲、數據業務與電路業務的比率等。因此，網管系統至少應當完成三個功能：①監控網絡流量和性能；②及早檢測和發現問題以提高服務質量；③網絡規劃和發展過程中的自動化。
（3）路測工具與軟件：在網絡初步運行后，通過對簇群測試和全網測試兩個階段，分別分析一定區域內和整網的性能，在路測分析軟件的幫助下，優化人員可采取措施提高網絡性能。路測工具要能捕捉空口中的各種無線信號和信令，可以存儲和回放路測數據，同時可通過路測分析軟件得到質量分析結果，一種是各種動態數據：如接收信號的強度指示、手機發射和接收功率等，另一大類是統計數據，如切換次數、切換成功率等。這些可幫助優化人員得到網絡的性能指標，指導進行相關的優化措施。
總體而言，網絡的規劃和優化是一個理論與經驗并存的反復迭代過程，在各種網規網優工具的幫助下，通過規劃優化人員的判斷和推理，合適配置網絡，優化網絡性能，使網絡的投資和收益達到最佳的契合點，讓運營商以合理的代價創造最大的價值。
三、TD-SCDMA與WCDMA系統在網絡優化方面的差異分析
網絡優化的目的是改善對用戶的服務質量，提高網絡資源的利用率。一般來講，優化不但要對網絡的硬件配置進行優化，還要對參數設置（主要是無線資源算法）進行優化。對硬件配置的優化，主要體現在對天線的位置、方向等的調整，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、負載控制等。對無線資源管理算法設計產生決定性影響的因素包括業務模型、信道模型和系統模型。由于業務參數模型和信道模型對所有第三代移動通信技術是相同的，決定各系統RRM不同的因素主要是物理層技術。和其他第三代移動通信系統比，TD-SCDMA系統在物理層技術上采用了智能天線、聯合檢測、上下同步以及特殊的幀機構，因此該系統的RRM設計比較靈活。其中最具有代表性的是該系統的RRM算法中采用了接力切換和DCA技術，并且智能天線對于各個算法的影響較大。
一般而言，優化任務包括：最佳的系統覆蓋、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）、均勻合理的基站負荷、最佳的導頻分布，而TD-SCDMA特有的優化任務包括：信道的合理分配、智能天線的更合理應用。下面就TD-SCDMA與WCDMA的差異點進行分析。
1. 切換
切換過程的優化對任何一個蜂窩系統斗室十分重要的，因為從網絡效率出發，用戶終端處于不合適的服務小區時，不僅會影響自身的通信質量，同時也增加整個網絡的負荷，甚至增大對其他用戶的干擾。移動用戶應當使用網絡中最優化的通信鏈路與相應基站建立連接。
在WCDMA系統中，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。因此在優化過程中需要就以下幾點對接力切換進行差異分析：
（1）切換測量的范圍不同：傳統的切換方式（包括）中都不知道UE的準確位置，因而需要對所有鄰小區進行測量。而接力切換是在精確指導UE位置的情況下進行切換測量的，因此，一般情況下，他沒有必要對所有鄰小區進行測量，而只需對與UE移動方向一致的靠近UE一側少數及格小區進行測量。優化時，要注意對測量范圍的確定：太大，接力切換趨同于普通的軟切換，測量時間變長，工作量大，時延加大；太小，則會遺漏到可能的候選小區。
（2）切換目標小區的信號強度滯后較大：接力切換在于目標基站建立通信的同要斷開與原有基站的通信，因此它的判決相對于軟切換來講要更加嚴格以下，盡可能降低切換率。用戶注重處理對本小區的測量結果，如果本小區服務質量足夠好，他不會對其他小區進行測量；如果質量不足夠好，才會啟動對其他小區的測量。因此在接力切換中，導頻強度最強的小區未必就是服務小區，而在WCDMA中，激活集中的小區一定是導頻最強的小區（不考慮導頻最強小區在滯后期的特殊時期）。
2. 信道分配
WCDMA系統的信道分配較簡單，如果在同一載頻系統內，只要合理分配碼道即可。而TD-SCDMA系統即使在同一載頻內，它要利用DCA算法使信道更合理分配在碼字、時間片的多維空間內（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，而快速DCA將資源分配給承載業務。在實際運行中，RNC集中管理一些小區的可用資源，根據各個小區的網絡性能指標、系統負荷情況和業務的QoS參數，動態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，它對信道的排序調整都是基于UE和網絡測的實時干擾測量的。DCA算法的合理應用可以靈活分配信道資源，可提高頻帶利用率，無需信道預規劃，可自動適應網絡中負載和干擾變化，但如果利用不當，會造成系統干擾增加，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系統帶來了諸多方面的影響：給DCA算法增加了對空間域的處理；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；使切換準則變得模糊，切換區域不再確定。智能天線對網絡無線資源算法的影響比較復雜，并且和具體的算法相關，所以需要在理論和實踐各方面進行研究和探索。
4. 室內覆蓋
WCDMA系統中，為了重點覆蓋熱點區域，特別是解決大型建筑物的室內覆蓋問題，普遍采用室內分布系統提高服務質量：采用微蜂窩或直放站作為信源，在室內天花板或墻壁上根據天線輸出安裝全向或定向天線。這樣，用戶在室內運動時，可以通過附近天線收發信號，由饋線將信號傳送至基站，而基站可將不同天線接收到的信號看做同一用戶的多徑信號進行相應處理。
在TD-SCDMA系統中，如果采用室內分布系統，存在若干問題：（1）TD-SCDMA利用智能天線判斷用戶信號DOA，而根據室內天線的接收信號無法進行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用戶發射功率的估計以判斷出用戶的位置，從而指示用戶提前或滯后發射時間。而室內天線各有增益且各不相同，如果用戶不停移動，在不同天線服務范圍之內，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。
隨著3G通信技術的發展，網絡規劃和優化工作越來越重要。對于未來的WCDMA/TD-SCDMA網絡運營商而言，如何經濟有效地建設一個WCDMA網絡，保證網絡建設的高性價比是運營商所關心的問題。概括地講，就是在支持多種業務，并滿足一定QoS條件下，獲得良好的網絡容量，滿足一定的無線覆蓋要求，同時通過調整容量、覆蓋、質量之間的均衡關系提供最佳的服務。為了達到高性能，WCDMA/TD-SCDMA采用很多先進的技術，所以二代系統所使用的規劃和優化方法就不能滿足需求，需要有新的規劃方法和工具。
二、WCDMA/TD-SCDMA網絡優化流程
對網絡運營商來講，盈利是最大目的，所以他必須關心網絡的投資與性能，這是一對矛盾體。投資的可行性可通過一定評估手段與工具來進行較易得到，而網絡性能的提高則是一個復雜的過程：不但要滿足現有的用戶需求，而且在未來發展中要在能滿足容量不斷增加的基礎上能夠引進具有競爭力的新型業務，所以網絡優化是一個長期反復的過程。
網絡優化要提供一種自動或手工的方式來優化系統性能，使系統在覆蓋、容量、QoS與成本曲線上找到使運營商滿意的契合點。從廣泛的意義上來講，網絡優化包括三個層次：
（1）快速功控、快速擁塞控制、鏈路自適應、信道分配等這些在基站和UE之間可實時實現的算法；
（2）負載控制等可以較慢響應的實時操作；
（3）基于經驗或長期統計結果的、可預操作或在離線規劃優化工具上進行的網絡性能調整。前兩個層次的優化一般為系統自動實現，而第三個層次需要人工的參與，是我們一般所指的網絡優化。
網優過程一般可分為幾步：首先設定質量指標，定義端到端的質量目標和不同業務類型的性能指標，設定相關的KPI值。通過網管系統、路測設備、協議分析儀甚至用戶申告來收集網絡性能數據，由網絡報告工具提供質量統計和預分析數據，基于網絡配置，就可以進一步詳細分析提高質量的方法。首先糾正單個參數，經過多次迭代后可以糾正整個參數集，最后，在達到預期質量目標時就得到了整體解決方案。按照整體方案對網絡進行全面調整后，就開始了另一個質量不斷提高的循環。
一般而言，網絡優化的任務包括：最佳的系統覆蓋、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）、均勻合理的基站負荷、最佳的導頻分布。優化的參數包括：每扇區的發射功率、天線位置（方位角、下傾角、高度）、鄰區表及其導頻優先次序、鄰區導頻集搜索窗的大小、切換門限值等。
在網絡優化的過程中，可以由不同工具參與，各自發揮不同作用：
（1）規劃工具：在上文我們提到，在詳細規劃階段，通過將初步規劃得到的站點輸入到電子地圖中，經過反復的仿真分析過程，我們要判斷在滿足一定限制條件（如站點的要求、基站配置）下系統是否能夠達到預期的覆蓋、容量和質量。在這個階段，我們就可以進行某些網絡優化，如站點位置、天線類型、天線的仰角方向角等。尤其當運營商要擴展系統時，我們將現有系統的測量數據（用戶分布、流量分布等）輸入到網規工具中，就可以在仿真器中分析判斷網絡擴容是否能達到預期目標。
（2）網管系統：網管系統主要起到監控和搜集數據的作用。它要能顯示系統提供的業務分布和質量狀況，以便在QoS低于閾值時迅速定位，同時要基于KPI值或代價函數采用靈活方式設定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、上下行的負載、數據業務的重傳和延遲、數據業務與電路業務的比率等。因此，網管系統至少應當完成三個功能：①監控網絡流量和性能；②及早檢測和發現問題以提高服務質量；③網絡規劃和發展過程中的自動化。
（3）路測工具與軟件：在網絡初步運行后，通過對簇群測試和全網測試兩個階段，分別分析一定區域內和整網的性能，在路測分析軟件的幫助下，優化人員可采取措施提高網絡性能。路測工具要能捕捉空口中的各種無線信號和信令，可以存儲和回放路測數據，同時可通過路測分析軟件得到質量分析結果，一種是各種動態數據：如接收信號的強度指示、手機發射和接收功率等，另一大類是統計數據，如切換次數、切換成功率等。這些可幫助優化人員得到網絡的性能指標，指導進行相關的優化措施。
總體而言，網絡的規劃和優化是一個理論與經驗并存的反復迭代過程，在各種網規網優工具的幫助下，通過規劃優化人員的判斷和推理，合適配置網絡，優化網絡性能，使網絡的投資和收益達到最佳的契合點，讓運營商以合理的代價創造最大的價值。
三、TD-SCDMA與WCDMA系統在網絡優化方面的差異分析
網絡優化的目的是改善對用戶的服務質量，提高網絡資源的利用率。一般來講，優化不但要對網絡的硬件配置進行優化，還要對參數設置（主要是無線資源算法）進行優化。對硬件配置的優化，主要體現在對天線的位置、方向等的調整，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、負載控制等。對無線資源管理算法設計產生決定性影響的因素包括業務模型、信道模型和系統模型。由于業務參數模型和信道模型對所有第三代移動通信技術是相同的，決定各系統RRM不同的因素主要是物理層技術。和其他第三代移動通信系統比，TD-SCDMA系統在物理層技術上采用了智能天線、聯合檢測、上下同步以及特殊的幀機構，因此該系統的RRM設計比較靈活。其中最具有代表性的是該系統的RRM算法中采用了接力切換和DCA技術，并且智能天線對于各個算法的影響較大。
一般而言，優化任務包括：最佳的系統覆蓋、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）、均勻合理的基站負荷、最佳的導頻分布，而TD-SCDMA特有的優化任務包括：信道的合理分配、智能天線的更合理應用。下面就TD-SCDMA與WCDMA的差異點進行分析。
1. 切換
切換過程的優化對任何一個蜂窩系統斗室十分重要的，因為從網絡效率出發，用戶終端處于不合適的服務小區時，不僅會影響自身的通信質量，同時也增加整個網絡的負荷，甚至增大對其他用戶的干擾。移動用戶應當使用網絡中最優化的通信鏈路與相應基站建立連接。
在WCDMA系統中，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。因此在優化過程中需要就以下幾點對接力切換進行差異分析：
（1）切換測量的范圍不同：傳統的切換方式（包括）中都不知道UE的準確位置，因而需要對所有鄰小區進行測量。而接力切換是在精確指導UE位置的情況下進行切換測量的，因此，一般情況下，他沒有必要對所有鄰小區進行測量，而只需對與UE移動方向一致的靠近UE一側少數及格小區進行測量。優化時，要注意對測量范圍的確定：太大，接力切換趨同于普通的軟切換，測量時間變長，工作量大，時延加大；太小，則會遺漏到可能的候選小區。
（2）切換目標小區的信號強度滯后較大：接力切換在于目標基站建立通信的同要斷開與原有基站的通信，因此它的判決相對于軟切換來講要更加嚴格以下，盡可能降低切換率。用戶注重處理對本小區的測量結果，如果本小區服務質量足夠好，他不會對其他小區進行測量；如果質量不足夠好，才會啟動對其他小區的測量。因此在接力切換中，導頻強度最強的小區未必就是服務小區，而在WCDMA中，激活集中的小區一定是導頻最強的小區（不考慮導頻最強小區在滯后期的特殊時期）。
2. 信道分配
WCDMA系統的信道分配較簡單，如果在同一載頻系統內，只要合理分配碼道即可。而TD-SCDMA系統即使在同一載頻內，它要利用DCA算法使信道更合理分配在碼字、時間片的多維空間內（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，而快速DCA將資源分配給承載業務。在實際運行中，RNC集中管理一些小區的可用資源，根據各個小區的網絡性能指標、系統負荷情況和業務的QoS參數，動態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，它對信道的排序調整都是基于UE和網絡測的實時干擾測量的。DCA算法的合理應用可以靈活分配信道資源，可提高頻帶利用率，無需信道預規劃，可自動適應網絡中負載和干擾變化，但如果利用不當，會造成系統干擾增加，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系統帶來了諸多方面的影響：給DCA算法增加了對空間域的處理；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；使切換準則變得模糊，切換區域不再確定。智能天線對網絡無線資源算法的影響比較復雜，并且和具體的算法相關，所以需要在理論和實踐各方面進行研究和探索。
4. 室內覆蓋
WCDMA系統中，為了重點覆蓋熱點區域，特別是解決大型建筑物的室內覆蓋問題，普遍采用室內分布系統提高服務質量：采用微蜂窩或直放站作為信源，在室內天花板或墻壁上根據天線輸出安裝全向或定向天線。這樣，用戶在室內運動時，可以通過附近天線收發信號，由饋線將信號傳送至基站，而基站可將不同天線接收到的信號看做同一用戶的多徑信號進行相應處理。
在TD-SCDMA系統中，如果采用室內分布系統，存在若干問題：（1）TD-SCDMA利用智能天線判斷用戶信號DOA，而根據室內天線的接收信號無法進行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用戶發射功率的估計以判斷出用戶的位置，從而指示用戶提前或滯后發射時間。而室內天線各有增益且各不相同，如果用戶不停移動，在不同天線服務范圍之內，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。
新聞來源：c114