浅析TD小区综合优化

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本文摘自《移动通信》2012年14期。作者：张长青 【摘要】文章主要介绍TD-SCDMA系统的关键技术、小区优化的基本原则和客户感知问题分析，强调了科学有序优化方法的重要性，并用TD小区优化案例阐述了综合优化的基本流程。
　　【关键词】TD小区 综合优化 客户感知
　　1 概述
　　TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）技术集成了CCDMA（Cooperative CDMA，协作码分多址）、TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址）和FDMA（Frequency Division Multiple Access，频分多址）等高新技术，采用了智能天线、联合检测、接力切换、SCDMA（Synchronous Code Division Multiple Access，同步码分多址）、软件无线电、短码片结构、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功能调整等先进技术，尤其是N频点与HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入）多载波技术的结合，TFFR（TD-SCDMA Flexible Frequency Reuse，TD软件频率复用）算法的使用，使得TD-SCDMA系统具有容量大、数据速率和频谱利用率高、抗干扰能力强等优点，从而成为具有我国自主知识产权的可与欧洲WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）和美国CDMA2000比翼的3G时代的主流技术。
　　作为TDD（Time Division Duplexing，时分双工）模式的TD-SCDMA（简称TD）系统，在应用范围内虽然有许多鲜明的优势和特点，但事物的两面性又使得某些特点的背后多少隐藏了一些不尽如意的缺陷。如TD的短码片结构，虽然有利于简化终端或UE（User Experience，用户体验）处理接收内容，加快了终端或UE的小区搜索进程，提高了终端或UE的接入速度，但也使得小区间的互相关性难以驾驭，很大程度上增加了系统扰码分配和优化的难度。又如理论上TD基站的覆盖半径在15km以内时，频谱利用率和系统容量可达最佳值，但相对于现代城市密集区域的高通话率，满足接入容量的方法目前只能是增加基站，扩充载频数，其直接影响就是大大降低了基站的覆盖半径，从而造成小区与邻居间的越区、飞区等引起的同频干扰及同码干扰等问题。
　　鉴于以上情况，像所有蜂窝系统一样，TD也需要对无线小区不断优化，以适应日新月异的市区建设和地域地貌变化对无线环境及小区邻居间关系的改变，适应移动用户数和区域通话密度不断增加的现实情况。那么无线小区优化过程可能涉及到哪些内容呢？需要强调的是，小区优化是一个非常复杂的过程，涉及到的技术内容非常丰富，既有室外天线的几何参数调整、后台设备的物理参数更改，也有两者相互交织的错综复杂原因。虽然有切换、无线管理、接入等常规系统参数优化，但不管优化内容多么复杂，在实际优化工作中操作的主要内容还是可以归结为对扰码、覆盖和频点优化三大问题的综合处理。下面从这三个方面来分析它们的综合方法。
　　2 TD小区优化原则[1]
　　2.1 TD小区优化思路从宏观上看
　　（1）根据网络自身质量来优化网络。这样的优化过程注重网络整体结构、网络资源配置、网络性能和服务质量等指标，且不是为单一的指标进行优化，而是全面地为客户提供整体最优的网络服务质量。
　　（2）根据客户实际感知度来优化网络。这样的优化过程是站在客户的实际感知角度，注重收集、分析和回馈客户投诉停息，各项优化措施是以提高客户满意度为目标，解决问题是以当地实测数据为基础，有针对性地发现问题并解决问题。
　　2.2 TD小区优化内容从微观上看
　　（1）单基站优化仅仅局限于基站所包含的几个小区，其优化内容主要是CS（Circuit Switch，电路交换）话务业务和PS（Packet Switch，包交换）数据业务的验证工作、现实覆盖与规划覆盖情况的比较、对基站设备故障排查和环境噪声测试、基站小区间及小区与邻居间的码字和频点的检查或优化等工作。
　　（2）所谓片区，一般是指十个基站以上形成的连续覆盖区域。由于各小区天线的高度、方位角、下倾角、波瓣角以及周围建筑环境的不同，不仅电波的直射、反射、扰射和散射等使得电波环境复杂多变，而且相邻天线间的重复覆盖严重，甚至相远天线间的越区覆盖也时有发生。对于这样的连续覆盖区域，优化的主要工作是网络优化测试（路测）和网络优化数据（路测数据和客户投诉信息等）分析等。
　　2.3 TD小区优化可借助辅助工具分析小区分布数据
　　排除法是工程优化中的费用方法，但从简单、方便开始，利用已有小区分布数据和计算机辅助工具，从理论模拟上首先排除明显故障源是值得遵循的方法。根据客户感知度来确定小区优化方案，除了些许后台专用参数调整外，主要还是落实在扰码、覆盖和频点等方面。而这些都可以借用计算机辅助工具，寻找或排除一些不合理的小区分布问题。
　　（1）小区扰码检查。新增小区或重新移位基站等工程都会对邻居产生影响，当时是以新小区或位移基站为中心调整扰码的，现在则应以客户投诉信息所指区域为重点来分析周边小区的扰码优化情况。笔者研发的《TD小区扰码优化》工具可为检查小区扰码提供极大的方便。
　　（2）小区覆盖检查。调整天线高度、方向角、下倾角等几何参数及功率等物理参数，都会改变小区的覆盖区域，从而影响邻居的重叠覆盖。另外，小区的阴影覆盖和功率覆盖匹配，也是小区优化的基本内容。《TD小区覆盖优化》工具可以在这两方面排忧解难。
　　（3）小区频点检查。因TD小区频点有限，不可能完全按照小区频点布局要求来做，前提是没有产生客户感知影响即可。但小区频繁优化后的参数变更，往往使这种隐性问题显现出来，进而产生频点干扰。《TD小区频率优化》工具可以帮助找到频点分布隐性问题，方便地解决频点干扰故障。

3 客户感知问题分析[2]
　　3.1 扰码带来的客户感知问题
　　TD系统的码资源包括SYNC-UL、SYNC-DL、Midamble、Scrambling和OVSF。其中，SYNC-UL是上行同步码，256个，由整数0～255组成，用于区分上行同步用户；SYNC-DL是下行同步码，32个，由整数0～31组成，下行同步时用于标识小区（上下行同步码又叫导频码，上行区分用户，下行区分小区）；Midamble是训练序列，也叫基本Midamble码，128个，由整数0～127组成，用于上下行信道估计、功率测量和上行同步保持，每个信道对应的Midamble码由基本Midamble经过循环移位产生，可用来标识用户；Scrambling即扰码，128个，由整数0～127组成，用于区分不同业务用户的小区属性（Scrambling和基本Midamble存在一一对应关系）；OVSF是正交可变扩频码（简称扩频码），由系统根据RRM（Radio Resource Management，无线资源管理）算法进行分配，随SF（Spreading Factor，扩频因子）确定个数，当扩频因子是16时扩频码也有16个，由整数0～15组成，作用是区分同一时隙内的不同用户。由于扩频码按照不同扩频因子对数据进行扩频，为了保证同一时隙上不同扩频因子的扩频码是正交的，因此扩频码必须是正交码。
　　TD系统码资源中将前四类码分成32个码组，每个码组由1个SYNC-DL、8个SYNC-UL、4个Midamble、4个Scrambling码组成，组网时要求不同邻近小区使用的码组必须不同。另外，每个扰码与扩频码相乘可得到一组复合码，这样128个扰码就可得到128组复合码，对128组复合码进行某种排序，可构成一堆复合码集，当SF=16时，排除相同组合后的复合码，实际上可以得到12个不同的复合码组合方式，即SF=16时复合码有12组。同理，TD系统要求一个复合码集中的任一复合码与另一复合码集中的不能相同。否则，若一组内有相同复合码，则同组的扰码构成的复合码会有很大的相关性，容易产生强干扰。再者，复合码集之间复合码的互相关特性并非一致，使用扰码组间的最大互相关较大的扰码也有可能引起相邻小区间较强的干扰。所以通过设计的扰码表来选取小区的扰码，不仅可以避免相邻小区间出现相同码组和复合码，还可以最大程度地避免扰码间的相关性，使得相邻小区间的干扰得以减少。
　　实践证明，扰码相关性带来的客户感知问题主要是小区间干扰引起的掉话、未接通和切换失败等。
　　3.2 覆盖带来的客户感知问题
　　反映覆盖的指标有P-CCPCH（Primary Common Control Physical Channel，主公共控制物理信道）强度、接收功率、发送功率和覆盖里程比等参数。其中，P-CCPCH强度是反映覆盖质量的关键参数，包括RSCP（Received Signal Code Power，接收信号码功率）和C/I（Carrier/Interference，载波功率/干扰总功率），RSCP是针对用户并反映用户有用信号接收强度的参数，C/I又叫载干比，是同一设备接收的有用信号码功率和干扰信号码功率的比值，或接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，是表示信号质量的参数；接收功率是UE路测中接收到的信号强度；发送功率则是天线的出口功率；覆盖里程比是反映网络整体覆盖状况的综合指标。
　　根据信噪比来分析小区覆盖是《TD小区覆盖优化》软件中对功率覆盖分析的重要方法，它与覆盖区域的载干比C/I参数有同样的参考意义，但使用软件更直接、更方便、更容易得到，无需动用测试设备，不同的是C/I为实测参数，有现实价值，如工程上要求同频干扰保护载干比C/I≥9dB，即在测试处相同频率的有用信号与无用信号功率比不能小于9dB。软件的功率覆盖分析则是对小区已有数据的分析结果，有参考价值。如若小区数据统计真实、实时，首先用《TD小区覆盖优化》工具分析客户投诉信息，利用排除法完全可以起到事半功倍的效果。
　　覆盖问题主要有无（弱）覆盖、越区覆盖、无主覆盖等。其中，弱覆盖原因不仅与系统的频率、灵敏度、功率等技术有直接关系，还与工程质量、地理因素、电磁环境等有关系，但大部分故障确由有用电平信号过弱造成；越区覆盖原因与基站选址、天线太高、方向角、下倾角或导频功率设置不合理有关，解决办法当然是降低天线高度、调整方向角、下倾角、增益或导频功率。显然，《TD小区覆盖优化》工具中的阴影覆盖分析可解决这方面的问题。
　　实践证明，覆盖异常容易导致掉话和接入失败。
　　3.3 频点带来的客户感知问题
　　TD系统使用的A频段只有9个频点（室内3个，室外6个）。在高话务和大数据密集市区，频谱资源非常紧张，规划中常常出现邻区同频情况。由于TD是时分系统，采用的扩频码较短，扩频增益较小，加之频点紧张，同频干扰较为严重。为此，TD使用了N频点方案、HSDPA多载波技术和TFFR算法。不仅解决了公共信道主频同频干扰，提高了客户数据速率，还尽量克服了业务信道辅频同频干扰。
　　N频点方案是在同一小区内，可配置N个载频，所有载频均可承载业务码流，使用相同扰码和基本Midamble码。在这N个载频中只有一个为主频，承载P-CCPCH，发送DwPTS、TS0信息和广播信息；其他（N-1）个为辅频，不承载P-CCPCH，也不使用TS0信道。由于N频点方案的公共信道限制在主频上，可减少公共信道的载频干扰，提高系统性能，使得终端初始搜索准确、快速，系统接入、切换成功率均显著提高。
　　HSDPA多载波技术是一个UE可以同时接收多个载波数据，和N频点技术结合后可得到优化。即在同一小区内提供多个连续载波，主载波提供系统信息广播和终端接入；辅载波提供业务信道。UE通过主载波接入后，可由系统接纳控制功能根据各载波资源情况统一配置资源。理论上，N频点方案的HSDPA多载波技术可以获得N倍的2.8Mbit/s的峰值速率。

TFFR技术将小区覆盖分成一个同心圆，内圆为主频覆盖，外圆用辅频覆盖。网络侧可根据终端测量报告，动态调整不同位置终端的工作载频。即在小区交界处以外的终端尽量改在主频上；在小区中心区域的终端尽量工作在辅频上。由于相邻小区主频都是异频配置，所以在交界带驻留的终端大部分工作在异频状态，从而可降低同频干扰。同时，还在小区内设置了主辅频间的切换带，便于切换。
　　然而，密集小区的不断优化调整经常打破原已平衡的小区频点布局，使之出现新的主频或辅频同频干扰现象也是情理之中的事。实践证明，TD同频干扰对业务的主要影响是网络信号良好时用户接入失败率或掉话率仍然较高；而常见的问题是手机上的信号强度标志很高却打不出或接不进电话，即使可以通话，但通话过程中会话音断断续续或突然掉话等。
　　4 TD小区优化案例
　　从客户感知问题分析可知，客户感知方面所反映的基本情况都是相同的，即接入失败、通话掉话或无法打出等情况。怎样通过客户投诉问题的相同表象，找到原因千奇百怪的故障根源呢？下面就以一个“掉话频繁”投诉的案例来说明综合优化过程。
　　实践证明，“先易后难、先简后繁、先后台后外线”等有序优化流程是比较科学的。
　　“掉话频繁”案例，首先应考虑与“干扰”有关。而“干扰”既有扰码互相关干扰，又有主频或辅频同频干扰，还有因越区、飞区等覆盖现象造成的干扰等情况。根据“先易后难”的优化流程，先分析现有小区分布数据，只要数据是实时、真实的，就可以通过它发现一些蛛丝马迹。
　　使用《TD小区扰码优化》软件分析投诉地点周围小区的扰码情况，没有发现产生扰码干扰的可能。
　　使用《TD小区覆盖优化》软件分析投诉地点周围小区的覆盖情况，同样没有发现越区和飞区等干扰的可能。
　　使用《TD小区频率优化》软件分析投诉地点周围小区的频率情况，显示栏显示“10122小区的F8与10562小区的F8主频相同！”信息，见图1（左）所示。再次使用《TD小区覆盖优化》软件来分析10122、10562等周边五个小区的电波覆盖情况，见图1（右）所示，发现10562小区中线交界处与10122小区右边交界处存在一定重叠覆盖现象，根据TFFR技术可知，小区交界处以外的终端尽量使用主频，所以这两个小区存在主频干扰情况，需要优化处理。
　　一般地，小区覆盖若没有明显的大面积重叠，最好不要调整，因此优化10122和10562两小区的主频点。使用《TD小区频率优化》软件首先对10562优化，发现它对应的基站主频分布比较合理，不宜更改。再对10122优化，发现该基站各小区主频的优化结果是10121/F4、10122/F5、10123/F6，通过后台调整，再多次重复测试后发现，投诉区域“掉话频繁”现象明显降低，优化成功。
　　5 总结
　　TD密集型小区优化是一项牵一发而动全身的工作，且客户感知投诉信息可供分析的有用资料甚少，因此可使用相关工具软件和科学有序的综合分析方法，从理论到实践、从简单到复杂，本文是笔者多年优化工作所总结的经验，值得参考。
　　参考文献：
　　[1] 路俊维,马雪松. 论TD-SCDMA网络优化[J]. 计算机光盘软件与应用, 2010(7): 154-155.
　　[2] 罗建迪,万俊青,朱雪田. TD-SCDMA系统中的复合码分析[J]. 电信科学, 2007(7): 104-108.