WCDMA和TD-SCDMA网络优化的分析与比较

一、引言

随着3G通信技术的发展，网络规划和优化工作越来越重要。对于未来的WCDMA/TD-SCDMA网络运营商而言，如何经济有效地建设一个WCDMA网络，保证网络建设的高性价比是运营商所关心的问题。概括地讲，就是在支持多种业务，并满足一定QoS条件下，获得良好的网络容量，满足一定的无线覆盖要求，同时通过调整容量、覆盖、质量之间的均衡关系提供最佳的服务。为了达到高性能，WCDMA/TD-SCDMA采用很多先进的技术，所以二代系统所使用的规划和优化方法就不能满足需求，需要有新的规划方法和工具。

二、WCDMA/TD-SCDMA网络优化流程

对网络运营商来讲，盈利是最大目的，所以他必须关心网络的投资与性能，这是一对矛盾体。投资的可行性可通过一定评估手段与工具来进行较易得到，而网络性能的提高则是一个复杂的过程：不但要满足现有的用户需求，而且在未来发展中要在能满足容量不断增加的基础上能够引进具有竞争力的新型业务，所以网络优化是一个长期反复的过程。

网络优化要提供一种自动或手工的方式来优化系统性能，使系统在覆盖、容量、QoS与成本曲线上找到使运营商满意的契合点。从广泛的意义上来讲，网络优化包括三个层次：

（1）快速功控、快速拥塞控制、链路自适应、信道分配等这些在基站和UE之间可实时实现的算法；

（2）负载控制等可以较慢响应的实时操作；

（3）基于经验或长期统计结果的、可预操作或在离线规划优化工具上进行的网络性能调整。前两个层次的优化一般为系统自动实现，而第三个层次需要人工的参与，是我们一般所指的网络优化。

网优过程一般可分为几步：首先设定质量指标，定义端到端的质量目标和不同业务类型的性能指标，设定相关的KPI值。通过网管系统、路测设备、协议分析仪甚至用户申告来收集网络性能数据，由网络报告工具提供质量统计和预分析数据，基于网络配置，就可以进一步详细分析提高质量的方法。首先纠正单个参数，经过多次迭代后可以纠正整个参数集，最后，在达到预期质量目标时就得到了整体解决方案。按照整体方案对网络进行全面调整后，就开始了另一个质量不断提高的循环。

一般而言，网络优化的任务包括：最佳的系统覆盖、最小的掉话和接入失败、合理的切换（硬切换、软切换、更软切换、接力切换）、均匀合理的基站负荷、最佳的导频分布。优化的参数包括：每扇区的发射功率、天线位置（方位角、下倾角、高度）、邻区表及其导频优先次序、邻区导频集搜索窗的大小、切换门限值等。

在网络优化的过程中，可以由不同工具参与，各自发挥不同作用：

（1）规划工具：在上文我们提到，在详细规划阶段，通过将初步规划得到的站点输入到电子地图中，经过反复的仿真分析过程，我们要判断在满足一定限制条件（如站点的要求、基站配置）下系统是否能够达到预期的覆盖、容量和质量。在这个阶段，我们就可以进行某些网络优化，如站点位置、天线类型、天线的仰角方向角等。尤其当运营商要扩展系统时，我们将现有系统的测量数据（用户分布、流量分布等）输入到网规工具中，就可以在仿真器中分析判断网络扩容是否能达到预期目标。

（2）网管系统：网管系统主要起到监控和搜集数据的作用。它要能显示系统提供的业务分布和质量状况，以便在QoS低于阈值时迅速定位，同时要基于KPI值或代价函数采用灵活方式设定QoS阈值。QoS包括：硬阻塞（硬件缺乏）、软阻塞（干扰受限）、掉话率、呼叫失败率、通话成功率、硬切换成功率、上下行的负载、数据业务的重传和延迟、数据业务与电路业务的比率等。因此，网管系统至少应当完成三个功能：①监控网络流量和性能；②及早检测和发现问题以提高服务质量；③网络规划和发展过程中的自动化。

（3）路测工具与软件：在网络初步运行后，通过对簇群测试和全网测试两个阶段，分别分析一定区域内和整网的性能，在路测分析软件的帮助下，优化人员可采取措施提高网络性能。路测工具要能捕捉空口中的各种无线信号和信令，可以存储和回放路测数据，同时可通过路测分析软件得到质量分析结果，一种是各种动态数据：如接收信号的强度指示、手机发射和接收功率等，另一大类是统计数据，如切换次数、切换成功率等。这些可帮助优化人员得到网络的性能指标，指导进行相关的优化措施。

总体而言，网络的规划和优化是一个理论与经验并存的反复迭代过程，在各种网规网优工具的帮助下，通过规划优化人员的判断和推理，合适配置网络，优化网络性能，使网络的投资和收益达到最佳的契合点，让运营商以合理的代价创造最大的价值。

三、TD-SCDMA与WCDMA系统在网络优化方面的差异分析

网络优化的目的是改善对用户的服务质量，提高网络资源的利用率。一般来讲，优化不但要对网络的硬件配置进行优化，还要对参数设置（主要是无线资源算法）进行优化。对硬件配置的优化，主要体现在对天线的位置、方向等的调整，这里不再赘述。无线资源管理一般包括切换控制、功率控制、接纳控制、负载控制等。对无线资源管理算法设计产生决定性影响的因素包括业务模型、信道模型和系统模型。由于业务参数模型和信道模型对所有第三代移动通信技术是相同的，决定各系统RRM不同的因素主要是物理层技术。和其他第三代移动通信系统比，TD-SCDMA系统在物理层技术上采用了智能天线、联合检测、上下同步以及特殊的帧机构，因此该系统的RRM设计比较灵活。其中最具有代表性的是该系统的RRM算法中采用了接力切换和DCA技术，并且智能天线对于各个算法的影响较大。

一般而言，优化任务包括：最佳的系统覆盖、最小的掉话和接入失败、合理的切换（硬切换、软切换、更软切换、接力切换）、均匀合理的基站负荷、最佳的导频分布，而TD-SCDMA特有的优化任务包括：信道的合理分配、智能天线的更合理应用。下面就TD-SCDMA与WCDMA的差异点进行分析。

1. 切换

切换过程的优化对任何一个蜂窝系统斗室十分重要的，因为从网络效率出发，用户终端处于不合适的服务小区时，不仅会影响自身的通信质量，同时也增加整个网络的负荷，甚至增大对其他用户的干扰。移动用户应当使用网络中最优化的通信链路与相应基站建立连接。

在WCDMA系统中，同频之间一般采用软切换，而TD-SCDMA采用介于硬切换和软切换之间的接力切换。因此在优化过程中需要就以下几点对接力切换进行差异分析：

（1）切换测量的范围不同：传统的切换方式（包括）中都不知道UE的准确位置，因而需要对所有邻小区进行测量。而接力切换是在精确指导UE位置的情况下进行切换测量的，因此，一般情况下，他没有必要对所有邻小区进行测量，而只需对与UE移动方向一致的靠近UE一侧少数及格小区进行测量。优化时，要注意对测量范围的确定：太大，接力切换趋同于普通的软切换，测量时间变长，工作量大，时延加大；太小，则会遗漏到可能的候选小区。

（2）切换目标小区的信号强度滞后较大：接力切换在于目标基站建立通信的同要断开与原有基站的通信，因此它的判决相对于软切换来讲要更加严格以下，尽可能降低切换率。用户注重处理对本小区的测量结果，如果本小区服务质量足够好，他不会对其他小区进行测量；如果质量不足够好，才会启动对其他小区的测量。因此在接力切换中，导频强度最强的小区未必就是服务小区，而在WCDMA中，激活集中的小区一定是导频最强的小区（不考虑导频最强小区在滞后期的特殊时期）。

2. 信道分配

WCDMA系统的信道分配较简单，如果在同一载频系统内，只要合理分配码道即可。而TD-SCDMA系统即使在同一载频内，它要利用DCA算法使信道更合理分配在码字、时间片的多维空间内（此处不考虑智能天线因此的空间域）。DCA算法分为慢速DCA和快速DCA。慢速DCA将资源分配到小区，而快速DCA将资源分配给承载业务。在实际运行中，RNC集中管理一些小区的可用资源，根据各个小区的网络性能指标、系统负荷情况和业务的QoS参数，动态的将信道分配给用户。DCA算法有很多种，基于干扰的DCA是普遍研究和使用的，它对信道的排序调整都是基于UE和网络测的实时干扰测量的。DCA算法的合理应用可以灵活分配信道资源，可提高频带利用率，无需信道预规划，可自动适应网络中负载和干扰变化，但如果利用不当，会造成系统干扰增加，容量降低等问题。

　　3. 智能天线的利用

智能天线的采用给TD-SCDMA系统带来了诸多方面的影响：给DCA算法增加了对空间域的处理；使功率控制流程改变，控制要求降低，功率控制算法受到影响；使切换准则变得模糊，切换区域不再确定。智能天线对网络无线资源算法的影响比较复杂，并且和具体的算法相关，所以需要在理论和实践各方面进行研究和探索。

4. 室内覆盖

WCDMA系统中，为了重点覆盖热点区域，特别是解决大型建筑物的室内覆盖问题，普遍采用室内分布系统提高服务质量：采用微蜂窝或直放站作为信源，在室内天花板或墙壁上根据天线输出安装全向或定向天线。这样，用户在室内运动时，可以通过附近天线收发信号，由馈线将信号传送至基站，而基站可将不同天线接收到的信号看做同一用户的多径信号进行相应处理。

在TD-SCDMA系统中，如果采用室内分布系统，存在若干问题：（1）TD-SCDMA利用智能天线判断用户信号DOA，而根据室内天线的接收信号无法进行DOA的判断。（2）TD-SCDMA上下行同步，上行同步的建立和保持都是建立在对用户发射功率的估计以判断出用户的位置，从而指示用户提前或滞后发射时间。而室内天线各有增益且各不相同，如果用户不停移动，在不同天线服务范围之内，这样基站无法从接收到的用户功率来判断用户的距离，也就无法保持上行同步。