TD-SCDMA网络技术创新

刘剑华

（新邮通信设备有限公司 西安 710075）

TD-SCDMA网络技术创新

刘剑华

（新邮通信设备有限公司 西安 710075）

随着TD-SCDMA网络建设规模的扩大和用户数量的激增，如何进一步提升TD-SCDMA网络性能和用户感受度成为网络建设和维护中的关键。本文描述TD-SCDMA网络建设中不断提出和应用的各种创新技术，其中涉及容量提升、性能提升、网络优化工程以及2G/3G间的Iur-g+接口等。

载波压缩；帧分复用；Fo-DCA；QoS；MR；Iur-g+

1 前言

TD-SCDMA网络工程已建设3期，全国70%以上地市实现了TD-SCDMA网络覆盖，TD-SCDMA用户数已经超过1000万户。同时，2010年最大规模的网络扩容工程将扩大覆盖TD-SCDMA网络到337个城市。与3期工程类似，本期扩容工程依然面临着如何有效解决室内深层覆盖、缩短系统间切换时延和准确的网络工程优化手段等问题，2010年TD-SCDMA网络扩容工程的重点就是着眼于网络、设备中依然存在的问题，持续创新，全面提升网络质量，以实现用户的最佳体验。本文将介绍和分析TD-SCDMA网络建设中的几种创新技术。

2 载波间隔压缩技术

TD-SCDMA用户数量和数据业务量的激增，网络负荷成倍加大，已经影响到用户接入成功率、同时支持在线用户数目等指标。虽然TD-SCDMA网络增加了F频段（1880～1920 MHz）的低 20 MHz的频谱资源，但是仍然会在热点区域出现上述问题，可通过载波间隔压缩增加网络容量。简单地说，载波间隔压缩技术就是在不改变现有设备滤波器带宽和RF指标的情况下，通过将载波中心频点间隔缩小200 kHz来增加在有限带宽内的载波数目，缓解当前频点资源不足的问题。以A频段带宽压缩前后的频率规划为例，见表1和表2。

可见，对于A频段15 MHz的带宽，增加了一个载波，同理，对于分配的F频段20 MHz的带宽，可以增加2个载波。组网的策略是基站和UE的载波收发滤波器带宽保持不变，只是中心频点间隔变成1.4 MHz，如图1和图2所示。显然，载波间隔压缩后，邻频泄漏对接收机性能的损伤加大，导致带内噪声加大，如果相邻载波功率比本载波大，这个影响会更明显。

射频指标方面，RRU带宽压缩前后对ACLR（邻信道泄漏功率比）和噪底抬升影响对比见表3和表4。

通过特性指标和外场业务测试表明，在1.4 MHz载波间隔配置下，关键的空口射频指标略有恶化，但对小区的性能指标无明显影响。上行方向干扰：由于终端的发射功率较低（最大为24 dBm，一般情况下会远远小于该值），且网络负荷一般只有50%，所以上行干扰不会抬升太大；下行方向干扰：由于载波发射功率较大，无论是测试还是理论分析在近点底噪都会有6～9 dB的抬升，这个干扰会影响网络性能，需要改进产品的射频特性，保证网络的性能。

表1 A频段15 MHz带宽，1.6 MHz间隔

表2 A频段15 MHz带宽，1.4 MHz间隔

图1 载波压缩前示意

图2 载波压缩后示意

表3 ACLR影响对比

表4 压缩带宽后下行干扰的影响对比

通过压缩载波间隔为1.4 MHz增加载波资源，减少了同频干扰，同时引入了邻道干扰，因此，需要综合平衡两者带来的影响，在邻道干扰增加但对网络影响有限的情况下，通过压缩带宽实现频点资源的增加。

3 上行伴随信道帧分复用

按照目前的协议要求，在为某个用户建立HSPA业务时，需要为该用户配置DPCH伴随信道，用来进行信令传输、功率控制以及同步。在实际使用场景中，由于HSPA用户共享资源，如果为每个用户配置的伴随信道都分配两个码道，那么可配置的伴随信道数目受限于整个上、下行码道数。为了缓解DPCH伴随信道码资源不足问题，考虑数据业务用户的复用特点，可对伴随信道进行多用户帧分复用，即通过帧分的方式，复用相同的DPCH码道，传输上行控制信息和信令，如图3和图4所示。

上行伴随信道的帧分复用涉及重复周期（repetition period）、重复长度（repetition length）和帧偏移（frame offset），其中，重复周期定义了每个UE复用码道资源的周期长度，重复长度定义了每个UE在复用周期内可以使用码道资源的无线帧数，而帧偏移则定义了UE在重复周期内复用码道资源的起始帧号。当上行伴随信道采用4倍帧分复用后，单载波用户数可提升4倍，大大提高了网络的接入用户数，见表5。

表5 用户数和速率

可见，在保持小区上、下行总速率基本不变的情况下，可以增加接入的用户数，以提高HSPA业务用户的接入成功率。

为了支持更多的HSPA用户，当上、下行伴随信道码道资源受限时，可以开启伴随信道帧分复用，在一定程度上可以降低码道资源受限的瓶颈，提升系统性能。但是，由于开启帧分复用对UE的同步和功控性能有一定影响，因此建议在码道资源够用时不要开启，只在系统中支持的低速率HSPA用户较多而伴随信道的码道资源受限时开启该功能。

4 频率优化动态信道分配

由于TD-SCDMA频率资源有限，N频点技术使得相邻的小区的主载波异频组网，解决公共信道的同频干扰，但是仍然存在业务信道的同频干扰问题，而且即使主载波异频，也不能避免辅载波和相邻小区主载波间的同频干扰，尤其是在小区边缘，造成掉话率和切换成功率等KPI指标恶化。

在性能提升方面，频率优化动态信道分配（FO-DCA）技术可降低同频干扰。采用FO-DCA算法时，网络侧根据终端上报的测量报告，动态调整UE工作载波（接入时载波指派或通信过程中重配置），使得处在小区边缘的终端尽量工作在主载波上，处在小区中心区域的终端尽量工作在辅载波上，尽可能让小区之间的终端工作在异频环境，从而起到降低同频干扰的效果，也相当于在相邻小区的覆盖边界处设置“频率隔离带”，最大限度地降低同频干扰。如图5所示，主载波覆盖整个小区，辅载波覆盖范围通过算法进行动态收缩，抑制同频干扰。

图3 帧分复用前示意

图4 帧分复用后示意

图5 FO-DCA示意

正常终端在小区间移动过程中只需要一次小区切换，然而引入FO-DCA技术以后，FO-DCA算法开启后终端在移动过程中需要一次物理信道重配置和一次小区间切换，小区内物理信道重配置会增加网络信令负荷，外场测试表明小区内物理信道重配置时延为400～500 ms。

当主载波不饱和时，小区内移动采用物理信道重配置，增加了部分信令开销，降低了同频干扰，如图6所示。

当小区边界用户过多时，主载波已经饱和，向小区边界移动的辅载波用户会掉话，这种情况下，通过辅载波小区呼吸解决，如图7所示。

FO-DCA也必须考虑不同载波间的负荷均衡问题，避免出现负荷不均，即在抑制同频干扰和小区负荷两个优化目标间权衡。当主载波负载较高时，UE移动时RNC将不再将UE切到主载波，而是保持业务直到UE移动到小区边界后，直接将其切换到邻区。在最坏情况下，用户业务集中在主载波上时，软覆盖算法对同频干扰抑制效果最差，此时网络容量、掉话率等性能仍然与关闭TFFR软覆盖算法时的网络性能相当。

5 QoS“一次协商”技术

如图8所示，正常的QoS协商流程如下（UE端主动发起过程）。

（1）UE把应用业务的QoS需求映射到相关PDP上下文的QoS参数，然后UE向SGSN发送Activate PDP Context Request信息，也可以不携带QoS，SGSN直接使用默认的QoS（交互类）。

（2）SGSN首先检查用户是否有资格申请相关的QoS Profile，如果允许并且SGSN有足够的资源，则向GGSN申请创建一个PDP上、下文请求。如果SGSN当前资源（带宽和负荷）不够，应该能够对QoS Profile进行限制，比如降QoS或者拒绝本次激活。如果用户没有签约相应的QoS Profile，则限制用户的QoS，使其符合签约属性。

（3）如果GGSN有足够的资源满足业务QoS的需求，向SGSN回送创建PDP上、下文响应，在GGSN和SGSN之间建立GTP隧道，GGSN会根据自身的资源情况进行QoS的调整，将调整后的QoS返回给SGSN。

图6 主载波不饱和情况

图7 主载波饱和情况

图8 QoS协商流程

（4）SGSN根据与 GGSN协商的 QoS通过信令通知RNC，允许建立RAB/RB。

（5）UTRAN执行内部的接入控制和资源预留，并向SGSN返回是否创建RAB成功。如果UTRAN没有足够的资源，将返回RAB创建失败并在原因值中指明请求的QoS不能提供。SGSN会根据UTRAN返回的结果降低QoS属性并再次进行RAB创建过程，重复的RAB创建次数可以配置。

（6）如果成功，SGSN会给UE发送Active PDP Context Accept消息，这时RAB可被建立。满足相关QoS的UE到GGSN的PDP上、下文建立完成。

显然，在SGSN和RNC之间的多次协商的过程 （第(5)步）将影响UE接入时间，采用QoS的“一次协商”技术，RNC可以根据UE的能力等级和当前无线资源状况，尤其是当小区无线资源受限时，选择合适的上、下行速率直接将用户申请的业务接入，而避免了和核心网的多次协商，简化了协商流程，缩短了接入时延。如果RNC的实际接入速率与核心网下发的RAB指派中的速率不一致，RNC在反馈给CN的RAB指派响应消息中携带业务的实际接入速率信息。

6 测量报告统计分析技术

对于所有的移动无线网络，持续优化是必不可少的工作，也是工程技术人员和运营商网络质量提升的必由之路。如何让采集到的数据更加有效地反映网络质量，成为网络关注点。通过测量报告统计分析等技术，力争在网络优化方面突破现网难题。

测量报告统计分析技术是根据网络侧提供的数据，进行后台分析处理，生成网络分析报告，进一步指导网络优化过程。测量报告统计分析技术包括以下3个部分。

（1）采集任务管理

上级网管通过北向接口下发测量报告数据采集任务，任务内容包含任务生命周期、统计周期、上报周期、测量报告数据名称、统计粒度等信息，OMC解析上级网管任务信息后将其转换成系统内部消息通知RNC上报需要的测量报告，并保存在OMC数据库中。

（2）测量报告数据类型

测量报告在OMC中有两种存储形式：测量报告统计数据和测量报告样本数据。测量报告统计数据表示在一个统计周期内，按照一定的统计条件得到的分区间统计的原始测量报告样本数量。测量报告样本数据表示OMC收集的原始测量报告信息。如图9和图10所示。

（3）测量报告数据上报

RNC采用事件触发报告方式，利用网络已开启的事件测量，统计汇总测量报告，并根据OMC下发的采集任务周期性上报测量报告。

图9 测量报告统计数据采集示意

图10 测量报告样本数据采集示意

图11 基于Iur-g+的切换过程

OMC检测到RNC上报测量报告文件后，解析文件并保存至OMC数据库，OMC北向进程会根据上级网管下发的测量数据采集计划，定期从OMC数据库中查询出符合要求的数据汇总后上报至上级网管。

网络优化人员可以在网络闲时或某个时间段打开测量报告统计开关，使得网络中的所有用户成为路测人员，然后借助OMC上采集到的全网测量数据对网络进行分析。

7 Iur-g+技术

在进行TD-SCDMA网络建设的时候，借助2G的成熟网络构筑完整的网络覆盖，而且2G/3G混合组网，也可以充分发挥2G网络基础资源的优势和TD-SCDMA网络的多业务优势。

2G/3G切换时延仍是影响用户体验的一大因素。RNC与BSC间通过Iur-g+接口实现负荷信息通报并预留资源，在标准2G/3G切换流程基础上新增无线资源预留流程，由RNC与BSC直接交互，实现终端空口同步于核心网准备过程并行执行，提前完成原本需要核心网转发的资源预留过程，如图11所示。为保持与核心网的兼容，原有的重定位流程正常进行。通过改进TD-SCDMA/GSM切换流程，缩短切换时延，提升切换成功率。测试结果表明，基于Iur-g+的切换比传统切换的完整时延减少320 ms以上。

8 结束语

2010年TD-SCDMA网络扩容工程中涌现了众多的创新技术，除了以上提到的几种新技术外，还包括F/A/E多频段组网提升网络容量，多小区联合检测降低邻区干扰提升网络性能，Iu-CS、Iub接口IP化,MSC Pool技术达到网络资源共享等。通过众多技术创新，解决了3期建设中遇到的现网问题，提升了网络容量及性能，优化了资源配置，带来了更好的用户体验。

1 田勇，蔡希，章莹等.TD-SCDMA无线网络多层网规划研究.电信科学，2008，24（4）

2 丁海煜，刘佳.TD-SCDMA HSDPA无线网络规划关键技术研究.电信科学，2008，24（4）

3 杜庆波.TD-SCDMA室内覆盖的关键技术及工程实施要点.电信科学，2008，24（5）

4 孟德香，徐小超.TD-SCDMA演进技术频谱资源研究.电信科学，2009，25（1）

5 简伟，余建国，王琳等.TD-SCDMA下行小区快速搜索的关键问题研究.电信科学，2009，25（1）

6 周猛.TD-SCDMA无线网络规划中若干问题的探讨.电信科学，2009，25（7）

2010-09-08)