TDSCDMA无线网络工程优化方法研究.docx
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TDSCDMA无线网络工程优化方法研究
TD-SCDMA无线网络工程优化方法研究
TD—SCDMA标准作为第三代移动通信系统中由我国提出并被采纳的国际性标准,自诞生以来,一直受到全世界广泛的关注。
经过近10年的发展,TD—SCDMA系统已经过协议体系的完善、产业链的形成、外场测试等阶段进入到扩大规模试验网阶段。
TD—SCDMA的网络规划和优化方法研究已经成为业界关注的焦点。
由于移动通信系统的非确定性,无线网络必须进行长期的优化工作,其中工程优化在设备按工程设计要求安装完毕后进行,旨在通过单站验证、系统优化等技术手段对网络工程参数和系统参数进行调整,以减少工程建设对网络性能的影响,消除网络建设和网络规划存在不一致性,使网络达到最佳运行状态,是保证网络质量,提高网络资源利用效益的关键一环。
本文在引人工程优化技术的基础上,讨论了TD—SCDMA各关键技术对工程优化实施的影响,并给出TD-SCDMA工程优化具体实施方法建议。
1 无线网络工程优化技术
无线网络工程优化的目标就是通过对新建的无线网络进行数据采集和分析,找出影响网络质量或资源利用率不高的原因,然后通过技术手段或者参数调整使网络达到最佳运行状态,使网络资源获得最佳效益。
具体来说,一方面,要对无线网络中存在的诸如覆盖不好、话音质量差、掉话、网络拥塞、切换成功率和数据业务性能不佳等质量问题予以解决;另一方面,还要通过优化资源配置,对整个网络资源进行合理调配和运用,最大地发挥设备潜能,以适应业务发展对网络资源的需求增长。
在一定期限内提高网络质量,使新建网络能够尽快投入使用,并让用户满意。
围绕工程优化的总体目标要求,工程优化的内容主要包括:
a)硬件系统优化。
包括设备故障优化和传输系统优化,其中,设备故障优化主要指各类告警和时钟偏移等方面的优化;传输系统优化主要指传输方式、错误连接和差错率等方面的优化。
b)无线工程参数优化。
主要指天馈系统优化,包括天馈系统的性能,天线的方向、架高、下倾角和方向角,以及周围障碍物的情况等方面的优化。
c)无线资源参数优化。
包括NodeB参数优化和MSC参数优化,其中,NodeB参数优化主要指无线接通率、掉话率、最坏小区比例、切换成功率、阻塞率、功率控制参数和各类定时器等指标和参数的优化;MSC参数优化主要指路由数据、定时器、切换参数、功能选用数据和录音通知数据等参数的优化。
d)网络结构优化。
包括多层、多频网络使用策略,网络容量均衡策略和位置区划分等方面的优化。
e)导频优化。
包括导频污染分析和外部干扰源处理等方面的优化。
f)邻区优化。
包括邻区列表优化、控制合理邻区数量以及结合实际情况调整邻区参数等方面的优化。
g)容量优化。
包括合理控制系统负荷和结合阻塞率等指标调整资源配置等方面的优化。
2 TD—SCDMA关键技术对工程优化的影响
TD—ScDMA系统采用低码片速率(LCR)的时分双工(TDD)模式,同时采用了智能天线、上行同步、接力切换和动态信道分配等关键技术。
2.1 TDD模式
TDD模式可以提高系统的频谱利用率,降低功控要求并提高终端的接收性能。
但是TDD系统由于同步要求较高,在终端的移动速度和覆盖距离方面具有其不可避免的缺陷。
TDD模式中,上下行保护时隙的宽度决定了覆盖半径的大小,75us的保护间隔确定基本的小区覆盖半径为11.25km。
在海域以及湖泊等需要采用超远覆盖的区域,必须采用远距离覆盖技术。
采用UpPCHShifting技术,修改Uu接口中UpPTS字段,牺牲业务时隙和系统容量,闭塞TSl时隙,将其作为保护时隙,从而增加覆盖距离。
覆盖距离增加的同时,也需要增加TD—SCDMA系统的发射功率,或者采用塔放或高增益天线来保证上行接收的灵敏度,以确保上行覆盖和上下行链路平衡。
TDD模式下的干扰主要包括上下行链路之问的干扰和不同运营商之间的干扰。
上下行干扰分为小区内和小区间干扰2部分。
在同频组网中,某小区的广播时隙由于不做功率控制,全功率发射,必然会对邻小区的上行链路带来严重的干扰;小区边界的终端由于发射功率增大也会对邻小区终端造成干扰。
在网络规划的时候,需要仔细规划小区频率和扰码,同频同扰码小区不能相邻,并合理控制小区覆盖范围,避免边界区域终端上下行链路不平衡。
2.2 智能天线
TD—SCDMA智能天线采用波束赋型技术,只有来自主瓣和较大的旁瓣方向的干扰才会对用户带来影响,有效地降低了用户间的干扰。
但是采用智能天线也会对网络优化带来一定的影响。
和普通天线对比,智能天线存在赋型增益,在同样的发射功率下覆盖范围将增加。
但是由于波束随上行信号判决而变化,造成切换判决的复杂性以及切换的不确定性。
当同频小区干扰信号进入智能天线波束主瓣宽带内时,干扰不能消除,容易引起掉话和切换失败;同频干扰的增加也会影响智能天线的性能。
因此在网络规划和优化过程中需要采取措施尽量减少同频干扰的影响。
2.3 可变切换点
在网络建设初期,以语音业务为主,数据业务比例很小。
语音业务需要上下行对称的时隙分配,因此,主要以上下行时隙为3:
3的对称切换点的方式来组网。
在网络优化过程中,可以针对某些数据业务需求量大的地方采用非对称切换点分配方式进行组网,但是非对称小区和对称小区的切换区域要详细规划,避免上下行业务互相干扰的情况发生。
2.4 接力切换
TD—SCDMA采用接力切换,切换过程中,UE在与目标基站建立通信的同时要断开原基站的通信,因此接力切换的判决更加严格,要尽可能地降低切换率,因此在优化过程中,要更加注重切换参数的优化。
在进行切换参数的优化时,除了考虑滞后门限和触发时间这2个参数外,要全面考虑其他的如切换类型选择、切换门限等与切换相关的参数。
通常通过适当增大滞后门限或触发时间来减少频繁切换情况的发生,另外,若满足了滞后门限和触发时间,假如原小区信号好于切换绝对门限(例如:
-70dBm)UE则不会进行切换,这样也避免了发生不必要的切换。
3 TD—SCDMA无线网络工程优化的实施
进行TD—SCDMA网络工程优化时,在做好优化准备工作的前提下,一般需要经过单站验证、分簇优化和全网优化3个阶段。
具体的实施流程如图I所示。
图1工程优化实施流程
3.1 优化前准备
在工程优化开始之前,需要做的准备工作主要包括确定优化工作目标、收集无线网络信息、准备和检查测试工具及分析软件、准备地图信息、检查基站参数一致性和安排人员等。
3.2 单站验证
在准备工作完成后,进入单站验证阶段。
单站验正的目的是保证基站各项功能正常,并与规划要求一致。
单站验证实施过程如图2所示。
图2单站验证实施流程
单站验证的步骤包括验证前检查、测试数据采集分析、优化方案制定、优化方案的实施和测试,以及验证优化结果评估。
a)验证前检查。
检查站点硬件功能及安装情况,站点参数配置情况,保证站点处于正常工作状态。
b)数据采集分析。
数据采集的主要工作内容是通过采用各种测试手段采集站点覆盖数据和功能数据,更加有针对性地进一步对网络性能和质量情况进行测试检查。
c)优化方案制定。
这一步的工作主要是通过对OMC数据和测试数据进行深入系统的分析,结合现网的运行和工程情况制定出适宜的优化调整方案。
d)优化方案实施和结果测试评估。
在完成了前2步之后,就需要对制定的优化方案进行具体实施。
优化完毕之后,需要重新进行网络测试,并与优化前的测试结果进行比较,以验证优化的效果。
如果达到指标要求,单站验证完成,否则重新开始单站验证流程。
除了宏蜂窝等室外站点以外,单站验证也包括了室内站点的优化,对于室内站点的优化,需要对室内的站点覆盖情况进行测试验证,以保证室内各项指标能达到工程优化指标要求。
3.3 分簇优化
分簇优化是在保证一片基站开通并各自进行完单站验证后的基础上,对划定一片区的基站进行区域内主要道路的测试优化。
分簇优化的实施过程如图3所示。
图3分簇优化实施流程
以下是各个步骤的具体介绍:
a)分簇优化准备。
分簇优化准备包括基站分簇定义、资料准备、测试路线选择、人员分组和计划准备等。
b)数据采集分析。
在分簇优化阶段,通过DT测试和CQT测试等手段采集分簇内信号覆盖和业务情况。
c)优化方案制定。
根据测试数据进行深入系统的分析,提出优化调整方案。
d)优化方案实施和结果测试评估。
具体实施制定的优化方案。
优化完毕之后,需要重新进行网络测试,并与优化前的测试结果进行比较,以验证优化的效果。
如果达到指标要求,分簇优化完成,否则重新开始测试数据采集分析等流程。
3.4 全网优化
在完成各个簇的分簇优化之后,进入全网优化阶段,全网优化是对已完成分簇优化的各个分簇进行整合优化,重点优化区域应为簇与簇之间的交界处。
通过对系统参数进行最优化调整、对话务统计数据进行分析、对最坏小区进行处理,使整个系统达到无线网络系统性能目标。
全网优化的工作流程和分簇优化的流程类似,但是工作重点集中在下面几个部分。
a)全网是否存在覆盖空洞,是否达到覆盖目标。
b)全网话音质量、掉话等关键性能指标是否达到既定目标。
c)分簇间的切换优化。
d)GSM/D—SCDMA系统问切换。
e)系统参数微调,包括切换、小区选择、异系统互操作、功率控制及其他。
从单站验证到分簇优化再到全网优化,是一个逐层上升,由点及面的过程,单站验证只需要保证每个站能正常工作,到了分簇优化和全网优化,则需要从一个区域和整张网络的角度来统筹考虑各个参数的设置和优化。
整个工程优化流程是一个不断循环反复的过程,在优化方案实施之后,需要重新进行数据采集和分析以验证优化措施的有效性,对未解决的网络问题或由于调整不当带来的新问题要重新优化调整。
如此不断循环,才能保证整个优化方案的可行性和有效性。
4 小结
工程优化作为无线网络建设中的关键一环,可保证新建网络的网络性能和网络质量,使网络达到最佳运行状态。
本文在引人工程优化技术基本理论的基础上,分析了TD—SCDMA网络关键技术对于网络规划优化的影响,并给出TD—SCDMA无线网络工程优化的实施流程。
由于TD—SCDMA系统目前尚没有已商用的网络,TD—SCDMA无线网络工程优化的理论较为匮乏,还需在实践中继续积累经验,将TD—SCDMA无线网络工程优化技术理论进一步完善。
网络优化在TD-SCDMA商业化进程中扮演着十分重要的角色,其既不同于固定通信系统,也不同于其它2G和3G系统,需要投入大量的人力和时间。
TD-SCDMA在话务量、传播条件、用户移动性、业务等方面的变化会对网络中各个小区产生各自特有的运行特性,因此TD-SCDMA运营商为了确保各参数的最佳值,充分发挥网络的最大能力,需要对网络进行定期的、循环式的、渐进的动态优化。
TD-SCDMA网优过程一般可分为四步:
设定网络优化目标;组织团队;制定优化流程;实施优化。
1、网络优化目标
TD-SCDMA的网络优化目标主要参考覆盖率、导频区域优化、接通率、掉话率、寻呼成功率、切换成功率等。
现就网络初建阶段,用户数不是很多的情况,给出一组优化目标参考值。
当网络建设已经完成,用户数逐渐增多之后的优化目标还需要根据客观环境进行适当的调整。
●覆盖率:
不小于95%的区域内PCCPCHRSCP大于-95dBm;
不小于75%的区域内PCCPCHEc/Io大于-3dB;
●导频区域优化:
不大于7%的区域存在3个以上导频,且这些导频的强度大于-85dB,互相之间的差值小于6dB;不存在无主导频现象;
●接通率大于90%;
●掉话率小于10%;
●寻呼成功率大于80%;
●切换成功率大于85%;
2、组织团队
网络优化的团队构成如图1所示:
图1 网络优化的团队组织
其中测试组主要负责网络评估测试以及初步定位问题;信令及无线网管(OMCR)组主要负责抓取网络侧的信令、监视硬件告警以及配合网优组进行参数调整;技术支持组由各网络部门的技术专家组成,负责发现和解决问题;网络优化组主要根据测试组反馈的问题进行优化调整。
3、制定优化流程
图2是优化流程框图。
图2 优化流程
良好的优化流程可以协调各项目小组之间的分工和合作关系,提高优化工作的效率。
网络优化不是一个短期的任务,而是日常网络维护工作的一部分,如何优化流程、提高工作效率就是一个首要的目标。
网络优化前先要了解网络的现实情况,需对优化区域进行网络评估测试,这由测试组来主要负责,测试组将测试结果反馈给技术支持组,技术支持组分析测试结果,定位需优化的问题并制定优化方案,而后反馈给网络优化组,并由网络优化组到现场实施。
之后测试组再对问题区域进行网络评估测试,进入第二轮的优化。
直到优化后的效果达到指标要求,则本次优化结束并进行总结。
在优化流程中,网络评估测试是整个优化的基础。
测试项目的选择要求尽可能全面反映整个优化区域的无线性能指标,一般情况下对优化区域进行以下5组测试即可基本了解本区域的无线性能:
●空闲状态(IDLE)测试:
本项测试用来采集PCCPCH的覆盖性能
●短呼测试:
采用呼叫间隔15秒,呼叫保持60秒;本项测试用来采集网络的接入性能和掉话性能(CS业务和PS业务)
●长呼测试:
长时间保持呼叫状态,测试终端尽量遍历优化区域;本项测试用来采集网络切换性能
●PS业务PDP激活测试:
激活间隔10秒,激活保持20秒;本项测试用来采集网络PDP激活成功率性能。
●寻呼测试(MMC):
用固定电话呼叫测试终端,被叫测试终端处于空闲模式;本项测试用来采集网络的寻呼性能指标。
4、实施优化
根据优化工作经验,在实施优化之前,还需要对优化内容排列好先后顺序,把影响面广的内容先期进行优化。
这样做可以减少循环往复的调整,达到更快更好地完成优化的目标。
图3是网络优化的一般步骤:
先进行清频测试,以排除设备的硬件问题;再进行idle状态的优化;最后进行拨打状态的优化。
在idle状态的优化中,先进行单站测试和优化,再做邻区优化和扰码优化,最后可以进行弱覆盖、强干扰等优化。
当然覆盖优化后,也有可能再进行扰码的优化,这要视调整后的网络情况来决定。
在idle状态的优化中,可以分区域来进行,当一块区域优化好之后,可以进行拨打状态的优化。
在拨打状态优化中,对各个信道配置优化,切换、寻呼等参数优化和RRM算法优化等先后顺序关系不大,可同时进行。
图3 优化的顺序
●清频测试
在开始其它测试之前,首先需要确认网络的整体干扰情况,了解周围无线基站使用的频谱情况,避免与其它系统或者其它运营商发生干扰。
否则在后期的问题定位上会浪费时间和人力,甚至需要进行大的调整。
●Idle状态测试的优化
清频测试后,首先让手机在idle状态进行覆盖测试,然后再做拨打测试,可以提高优化的效率。
在idle状态下,测试手机只进行小区选择和重选、位置更新等,状态比较稳定。
测试的参数主要是P-CCPCHRSCP和P-CCPCHC/I。
●单站测试与优化
由于每个基站周围的地物环境(如建筑物平均高度、建筑物的密集程度)都是十分复杂的,这就需要对每个基站的方位角和下倾角进行合理的设置。
在网络规划阶段设置的方位角和下倾角还需要在实际的优化中进行调整,争取达到每个基站的均匀覆盖。
先对单个基站进行优化,很容易发现基站和扇区过覆盖或弱覆盖的情况。
过覆盖的情况在全网优化时,常会造成邻区漏配,对服务区形成干扰。
如果在单站阶段不能发现,到全网优化时是很难发现并解决的。
●邻区优化
邻区的优化主要是排查是否有邻区漏配的情况发生。
如发生邻区漏配的情况,主要会对网络产生两方面的影响:
一是在小区重选时终端不会重选到本来信号较好的邻区,而是一直驻留在信号差的小区,导致呼通率等指标降低;二是影响扰码的优化,如A、B两个小区是邻区,但没有配成邻区,那么就有可能把这两个小区的扰码配成一样,造成解调的困难。
●扰码优化扰码配置的原则为:
相邻小区不能使用相同的下行导频码和扰码。
在切换过程中,核心网和终端是以频点和码字来区分小区。
如果有相同的码字出现,核心网和终端无法区分要切换的小区,会导致切换失败。
邻区优化完成后,再对扰码进行优化。
如果邻区关系改变了,需要再次对扰码进行排查,避免相邻小区间有同频同码字出现。
●强干扰区域
对于发现的强干扰区域,可以采取下调下倾角或减小基站发射功率等手段来降低干扰基站的信号电平。
●弱覆盖区域
对弱覆盖区域可以上调下倾角、增大发射功率、改变方位角、使天线主瓣避免正对高大建筑物等手段来达到增强覆盖的目的。
但在改变方位角的时候,还需要注意网络对称与天线交叠。
网络对称:
目前网络采用三叶草站型(三个扇区的方位角分别是0度、120度、240度),为尽可能保证理想的蜂窝形状,应尽量保持三个扇区的相对位置,否则会带来相邻扇区(包括本基站和相邻基站)的交叠,使有些地方的干扰增大而有些地方则覆盖减弱。
天线交叠:
三扇没有交叠时(三个扇区间距120度,即0度、120度、240度),交界区的信号衰减10dB,如果发生的交叠达到20度(三个扇区的方位角分别是0度、120度、220度),则交叠区的信号衰减只有6dB,交叠区会出现较强的同频干扰。
因此天线交叠一般应控制在10度左右。
5、案例分析
(1)弱覆盖由图4的路测结果可看到,某基站覆盖半径只有250米,与周围基站无法形成连续覆盖,造成覆盖区域内有大片的空洞(图中红色区域)。
根据系统链路预算,室外覆盖半径应该在600-800米左右,与实际情况有较大差异。
图4 弱覆盖优化前
从路测数据分析,覆盖区域内信号强度衰落过快。
在距离天线200米处P-CCPCH信号电平为-75dBm,到300米处P-CCPCH信号电平快速衰落到-100dBm,可能与天线下倾角设置有关。
天线下倾角规划为5度,经实地检查发现由于天线挂扣松脱的制作工艺问题,使天线实际下倾角只有8度,造成覆盖半径过小。
更换部件后,覆盖半径达到600米,与系统仿真结果基本吻合
(2)邻区漏配
由图6的路测结果可以发现,其中区域,在区域内可以连续覆盖(参见图5)。
图5 弱覆盖优化后
图6是邻区优化前的小区示意图。
图6 邻区优化前
(3)弱覆盖、强干扰。
从图7的拉线图(路测点与服务小区的连线图)可以看到,区域3由扰码为45的小区越区覆盖。
经过查找终端上报的邻区列表,始终没有扰码为25和112的小区,因此怀疑是扰码为45的小区的邻区关系表中漏配了25和112这两个小区。
再去查看邻区关系表,果然漏配,将25和112加入45小区的临区列表,即可解决图6中区域3的强干扰问题。
图7 邻区优化前拉线图
●扰码优化 如图8所示,基站1与基站3都有一个扰码为2的小区,站间距只有1.2公里,且基站1与基站3之间只隔了一个基站2。
在扰码规划阶段,认为基站1与基站3不存在临小区,所以使用了相同的码字。
但是,在实际的路测中却发现,由于基站2的3扇有高大建筑物遮挡,到达区域1的信号强度很弱,反而是基站1与基站3的信号比较强。
这样就造成了在区域1存在同码字的干扰,系统在此处解调失败。
优化方案:
图8 优码优化
重新进行扰码规划,站间距在2米以内的基站都避免使用相同的码字,而不管是否是相邻的基站。
优化后没有再次出现扰码干扰的情况。
●天线朝向的优化在正常的无线环境下,天线的主瓣方向要避免正对高大建筑物,尤其是玻璃幕墙外立面。
玻璃幕墙会对无线电波产生很强的反射效应,造成背向覆盖、越区覆盖等。
如图9所示,天线的主瓣要避免打向对面的建筑物,尽量避开。
图9 天线主瓣要避开高大建筑物
●天线背向覆盖优化一 由图10中可以看到,扰码为18的3扇主瓣的覆盖距离只有343米,而背瓣却有289米。
在距离天线289米的背瓣方向,信号场强依然大于-75dBm,这严重干扰了1扇的主瓣方向。
优化方案:
减小3扇天线的发射功率,并减小下倾角。
优化后路测图如图11,减小了背瓣的覆盖距离为133米,同时加大了主瓣的覆盖距离为387米,结果比较理想。
●天线背向覆盖的优化二
如“天线朝向的优化”一节中所述:
在正常的无线环境下,天线的主瓣方向要避免正对高大建筑物。
但在特殊环境下,也可以利用建筑物的反射弥补背向覆盖的不足。
如图12、13所示,3扇的北面有高大建筑物遮挡,对街道1的覆盖很差。
使用其它优化方法都无法解决问题,短时间内又不具备加站的条件。
只好利用2扇的背向覆盖帮助解决3扇的覆盖问题。
让2扇打向主瓣内的高大建筑物上,使其反射的信号覆盖3扇无法覆盖的区域。
图10 天线背向优化前
图11 天线背向优化后
图12 天线背向覆盖的优化二
图13 第二扇区背向覆盖很强
优化过程中,不要拘泥于是否是背向覆盖,有时背向覆盖也是可以利用的。
但是这种方法只是临时的权宜之计,当条件具备之后还是要通过加站来解决。
●切换区的优化
切换区位于基站覆盖的边缘,信号不会很强。
如果同时切换区又位于街道的拐弯处或十字路口,切换区就会成为掉话的高发区。
在路口的两边,信号通常会差20dB左右,如果同时又进行切换,会造成本小区与目标小区都低于切换门限,造成切换失败。
因此在优化过程中,要尽量使切换区避开街道的拐弯处或十字路口。
可通过减小发射功率、更改天线方位角或下倾角来前后移动切换区,使切换区位于直路上,这样在切换前后本小区与目标小区的信号强度变化不会太大(参见图14)。
图14 切换区的优化
6、结束语
TD-SCDMA移动通信网络是一个动态的多维系统,实际环境的不断变化以及语音、数据业务和用户的快速增长,会造成网络局部区域覆盖变差、网络性能下降,因此对网络的相关监测工作及网络优化工作都会随着网络的发展循序渐进地进行,不可能一蹴而就,也不可能一次就完成所有的优化工作。
网络优化工作就是不断监视网络的各项技术数据和不断的路测,根据发现的问题,通过对设备、参数的调整,使网络的性能指标达到最佳状态,最大限度地发挥网络能力,提高网络的平均服务质量。
在TD-SCDMA网络优化中尤其应注意以下几个方面的问题:
强干扰、弱覆盖、越区覆盖、导频污染、频繁切换和异常切换、邻区漏配或错配。
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