作者：張健明   楊大成

    ０  概述

    2000年5月，在土耳其伊斯坦布爾舉行的WARC會(huì)議上，正式確立了FDDWCDMA、cdma2000和TD-SCDMA為國(guó)際公認(rèn)的第三代移動(dòng)通信（3G）3大主流標(biāo)準(zhǔn)，從而進(jìn)入3G的高速發(fā)展階段。

    目前，國(guó)內(nèi)3G市場(chǎng)的啟動(dòng)已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，由我國(guó)主導(dǎo)提出的3G標(biāo)準(zhǔn)——TD－SCDMA的商用化進(jìn)程，更是吸引了眾多業(yè)內(nèi)人士的眼球。

    為了推動(dòng)TD-SCDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在即將到來(lái)的3G商業(yè)化高潮中的廣泛應(yīng)用，急需建立一個(gè)能夠與其他2個(gè)3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)抗衡的完整的TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈。TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)該包括上、中、下游3個(gè)部分,上游的基本內(nèi)容為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確立和基礎(chǔ)技術(shù)內(nèi)容的研究，中游的基本內(nèi)容為網(wǎng)絡(luò)及終端設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)制造，下游的基本內(nèi)容為網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，TD-SCDMA在產(chǎn)業(yè)化方面取得了令人鼓舞的重大進(jìn)展，從芯片、終端到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等各方面均達(dá)到了商用化的要求。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)已經(jīng)成為必須考慮的問(wèn)題。2005年由信產(chǎn)部相關(guān)研究院負(fù)責(zé)的在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行的外場(chǎng)測(cè)試表明，3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃和優(yōu)化將作為未來(lái)3G的第一挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、系統(tǒng)仿真和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化在3G的發(fā)展中具有十分重要的意義。

    移動(dòng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施的成本非常巨大，尤其是無(wú)線接入網(wǎng)部分。3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要以競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和效益為導(dǎo)向，其中成本是一個(gè)非常重要的要素。未來(lái)圍繞3G的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，設(shè)法降低成本應(yīng)該成為保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)重要目標(biāo)。TD-SCDMA成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間還不長(zhǎng)，目前還沒(méi)有真正的商用網(wǎng)，任何規(guī)劃技術(shù)仍然是紙上談兵，把它從基本的技術(shù)原理上升為可以支持實(shí)際應(yīng)用的實(shí)用技術(shù)還有待實(shí)踐檢驗(yàn)。從無(wú)線接入的特點(diǎn)來(lái)看，TD-SCDMA的組網(wǎng)和規(guī)劃技術(shù)將在以下幾個(gè)方面發(fā)生重要改變。

    1  傳播模型

    在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，無(wú)線傳播損耗是一個(gè)非常要害的參數(shù)，它決定著規(guī)劃結(jié)果的正確性。由于實(shí)際應(yīng)用中的無(wú)線傳播環(huán)境是非常復(fù)雜的，需要通過(guò)理論研究與實(shí)際測(cè)試的方法歸納出無(wú)線傳播損耗與頻率、距離、天線高度等參量的數(shù)學(xué)關(guān)系式，稱之為傳播模型。常用的傳播模型可分為3類：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀虢?jīng)驗(yàn)（或半確定性）模型、確定性模型。其中，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪歉鶕?jù)大量的測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析后歸納導(dǎo)出的公式；確定性模型則是對(duì)具體現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境直接應(yīng)用電磁理論計(jì)算的方法得到的公式；半經(jīng)驗(yàn)（或半確定性）模型是基于把確定性方法應(yīng)用于一般的市區(qū)或室內(nèi)環(huán)境中導(dǎo)出的公式。鑒于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的復(fù)雜性，目前，仍然只能使用經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/P>

    然而，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃桶虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ǔ＞哂胁聹y(cè)誤差大、適應(yīng)性差的缺點(diǎn)。為了提高猜測(cè)的準(zhǔn)確性，通常采用分段傳播模型和進(jìn)行傳播模型的校準(zhǔn)的方法來(lái)減小猜測(cè)的誤差。

    1）分段傳播模型

    對(duì)于不同的傳播距離，電磁波在空中傳播的特性也是不同的。企圖用單一的傳播模型進(jìn)行大范圍的猜測(cè)將會(huì)造成很大的誤差。為此，對(duì)不同的傳播距離應(yīng)調(diào)整不同的模型系數(shù)或采用不同的模型，這對(duì)于WCDMA和cdma2000來(lái)說(shuō)尤其重要。因?yàn)镕DD模式的CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量和服務(wù)質(zhì)量主要受系統(tǒng)內(nèi)的干擾限制。一個(gè)用戶受到的干擾可以來(lái)自距離幾百米到幾公里不等的基站。為了對(duì)干擾進(jìn)行準(zhǔn)確的猜測(cè)，必須對(duì)8～10km以內(nèi)的傳播損耗進(jìn)行準(zhǔn)確猜測(cè)，因此必須采用分段模型。

    對(duì)于TD-SCDMA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它的時(shí)分特性和智能天線帶來(lái)的空分特性，使得干擾源與有用信號(hào)在時(shí)間上或空間上錯(cuò)開(kāi)。干擾在TD-SCDMA系統(tǒng)中顯得并不太重要，更重要的是對(duì)有用信號(hào)的猜測(cè)。而有用信號(hào)通常來(lái)自距離很近的宿主基站，因此，在TD-SCDMA系統(tǒng)中，短距傳播模型對(duì)規(guī)劃結(jié)果的正確性影響將更為重要。

    2）傳播模型的校準(zhǔn)

    傳播模型的校準(zhǔn)是提高猜測(cè)準(zhǔn)確度的另一個(gè)重要手段。由于每個(gè)地方的傳播環(huán)境是不一樣的，需要對(duì)傳播模型進(jìn)行本地校準(zhǔn)，然后再進(jìn)行無(wú)線傳播損耗的猜測(cè)。然而，在實(shí)際工程中，每對(duì)一個(gè)地區(qū)進(jìn)行規(guī)劃，就進(jìn)行大量的CW測(cè)試是不可行的。這樣不僅使規(guī)劃成本提高了很多，而且耽誤了工程進(jìn)度。為了減少校準(zhǔn)的工作量，在工程中，經(jīng)常在某些地方進(jìn)行校準(zhǔn)，得到1～2個(gè)傳播模型，然后應(yīng)用于幾乎所有的地區(qū)和基站。這樣的規(guī)劃模式仍然給規(guī)劃帶來(lái)了很大的誤差。

    一般來(lái)說(shuō)，模型的準(zhǔn)確性和適用范圍是一對(duì)矛盾，模型越準(zhǔn)確，其適用范圍就越小。可以選取若干典型區(qū)域進(jìn)行校準(zhǔn)，得到一系列適用于這些區(qū)域的傳播模型。這些傳播模型對(duì)于各自的典型區(qū)域來(lái)說(shuō)，是比較準(zhǔn)確的。但因?yàn)闇?zhǔn)確度提高了，其適用范圍就變小了。假如應(yīng)用的傳播環(huán)境不匹配，就會(huì)帶來(lái)很大的誤差。因此，在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)該以小區(qū)為單位，通過(guò)數(shù)字電子地圖，依據(jù)小區(qū)的傳播環(huán)境選擇相匹配的傳播模型，從而提高猜測(cè)的準(zhǔn)確度。

    2  業(yè)務(wù)模型

    第一代和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)是為話音業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，而3G系統(tǒng)則是為多媒體通信而設(shè)計(jì)的，通過(guò)該系統(tǒng)提供的高質(zhì)量圖像和視頻，使人與人之間的通信能力進(jìn)一步增強(qiáng)。目前TD-SCDMA所支持的最高傳輸速率為384kit/s，3GPP在R5引入了HSDPA技術(shù)，單載波的峰值速率可以達(dá)到2.8Mbit/s。這樣高的傳輸速率使得業(yè)務(wù)的接入能力大大增強(qiáng)了，支持更為廣泛的業(yè)務(wù)類型，包括各種視頻和音頻業(yè)務(wù)。因此，業(yè)務(wù)模型的猜測(cè)將是3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

    眾所周知，TD-SCDMA系統(tǒng)的一個(gè)很大特點(diǎn)是它的時(shí)分雙工模式。它的優(yōu)點(diǎn)是可以為上下行時(shí)隙分配不同的比例，從而更好地支持不對(duì)稱業(yè)務(wù)。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得TD-SCDMA更適合承載非對(duì)稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。然而，假如組網(wǎng)和規(guī)劃不合理，這一優(yōu)點(diǎn)非但不能夠得到體現(xiàn)，相反還可能出現(xiàn)反作用。

    首先，上下行時(shí)隙比例的規(guī)劃必須建立在一個(gè)準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)模型的基礎(chǔ)上。這在現(xiàn)階段仍然很困難。由于經(jīng)濟(jì)水平和技術(shù)水平的制約，用戶還不習(xí)慣于利用無(wú)線接入的方式上網(wǎng)，目前還沒(méi)有現(xiàn)成的無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可供統(tǒng)計(jì)分析，許多無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型是參考互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)模型而建立的。這樣，很難得到準(zhǔn)確的無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高和TD-SCDMA商用網(wǎng)的建立，用戶的行為習(xí)慣可能會(huì)發(fā)生改變。我們應(yīng)該對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)始終進(jìn)行跟蹤分析，及時(shí)修正時(shí)隙比例規(guī)劃。

    其次，目前的時(shí)隙比例規(guī)劃大多依據(jù)上下行的業(yè)務(wù)流量來(lái)制定。僅僅這樣是不夠的，必須考慮業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)。如一個(gè)話音業(yè)務(wù)的流量為12.2kbit/s，一個(gè)視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)的流量為幾十或幾百kbit/s。話音業(yè)務(wù)是上下行對(duì)稱的，而視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)則是以下行業(yè)務(wù)為主的。假如完全按照流量進(jìn)行規(guī)劃，則視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)的大流量會(huì)導(dǎo)致時(shí)隙比例規(guī)劃的不平衡，從而使許多話音業(yè)務(wù)沒(méi)有足夠的信道資源。由于話音業(yè)務(wù)的容量必須首先保證，建議在建網(wǎng)初期先采用對(duì)稱的時(shí)隙比例，同時(shí)跟蹤業(yè)務(wù)流量變化，逐步調(diào)整上下行時(shí)隙。

    另外，在依據(jù)業(yè)務(wù)模型制定時(shí)隙方案時(shí)，要同時(shí)考慮系統(tǒng)的干擾。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在地理上分布的不均勻性輕易使我們傾向于不同的小區(qū)采用不同的時(shí)隙方案。但是，相鄰小區(qū)的上下行時(shí)隙不一致會(huì)產(chǎn)生干擾，而假如所有小區(qū)都采用統(tǒng)一的時(shí)隙方案則會(huì)犧牲容量。相應(yīng)的也有一些方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，比如犧牲某些邊緣小區(qū)的交叉時(shí)隙。這些方法有待在應(yīng)用中驗(yàn)證。

    3  干擾分析

    基于CDMA的系統(tǒng)有一個(gè)典型的特征，就是網(wǎng)絡(luò)容量和服務(wù)質(zhì)量由干擾水平?jīng)Q定。在已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的cdma20001x網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常可以看到這樣的現(xiàn)象：某些區(qū)域的無(wú)線信號(hào)電平值比較高，掉話仍有可能發(fā)生；而某些地區(qū)的電平值比較低，通話質(zhì)量卻很好。可見(jiàn)，碼分多址的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量主要取決于干擾水平。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要任務(wù)就是猜測(cè)網(wǎng)絡(luò)的干擾，并盡可能控制干擾，使網(wǎng)絡(luò)的性能得到充分發(fā)揮。

    TD-SCDMA系統(tǒng)由于具有時(shí)分和空分的特點(diǎn)，在干擾方面與其他2種3G系統(tǒng)（WCDMA和cdma2000）并不完全相同。在TDD模式下，通過(guò)空分（智能天線的波束賦形）和時(shí)分（在不同的時(shí)隙分配信道）方式，可以使系統(tǒng)的自干擾非常輕，系統(tǒng)容量不再受限于干擾，而是主要受限于碼字。另外，對(duì)于FDD系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)用戶數(shù)增加時(shí)，干擾加大，小區(qū)半徑收縮，小區(qū)邊緣的用戶可能處于覆蓋盲區(qū)或弱區(qū)，小區(qū)呼吸現(xiàn)象非常明顯。在TDD模式下，新增的用戶通過(guò)智能天線賦形和發(fā)射時(shí)隙的分隔，減輕對(duì)已激活用戶的干擾，小區(qū)呼吸作用不明顯。這樣，TD-SCDMA的小區(qū)覆蓋范圍比較穩(wěn)定，切換區(qū)域不易受系統(tǒng)負(fù)荷影響。因此，在TD-SCDMA的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，干擾比較輕易估計(jì)，可以認(rèn)為接近于0，只在某些非凡情況下需要考慮。

    4  擾碼規(guī)劃

    依據(jù)協(xié)議規(guī)定，cdma2000的導(dǎo)頻相位共有512個(gè)，相鄰2個(gè)導(dǎo)頻相位相差64chip。WCDMA有8192個(gè)擾碼，分為512個(gè)集合，每個(gè)集合包含1個(gè)主擾碼和15個(gè)輔擾碼。可以看到，cdma2000和WCDMA的擾碼資源是比較豐富的。另外，cdma2000和WCDMA的導(dǎo)頻/擾碼之間具有比較好的相關(guān)性，需要產(chǎn)生很大的位移才會(huì)發(fā)生混淆。而產(chǎn)生足夠大的位移需要信號(hào)在空中傳播很長(zhǎng)的距離，這時(shí)，信號(hào)的電平通常已經(jīng)弱到不足以產(chǎn)生混淆。因此，cdma2000和WCDMA的導(dǎo)頻/擾碼規(guī)劃是相對(duì)比較輕易的。

    TD-SCDMA系統(tǒng)共有128個(gè)長(zhǎng)16chip的基本擾碼序列，這128個(gè)基本擾碼按編號(hào)順序分為32個(gè)組，每組4個(gè)，每個(gè)基本擾碼用于下行UE區(qū)分不同的小區(qū)。TD-SCDMA的擾碼是PN碼，具有很好的相關(guān)性。但是由于碼序列比較短，當(dāng)碼經(jīng)過(guò)位移后，碼之間的相關(guān)性會(huì)隨之不同。實(shí)驗(yàn)可得，擾碼移位后，碼字之間的相關(guān)性會(huì)發(fā)生變化，并且不同的碼，其變化的程度也不同。

    可以看到，TD-SCDMA系統(tǒng)中的擾碼具有擾碼資源少、碼長(zhǎng)度短、經(jīng)過(guò)位移后碼之間的互相關(guān)性變差等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)在很大程度上增加了系統(tǒng)擾碼分配的難度。在規(guī)劃時(shí)，應(yīng)該考慮位移導(dǎo)致相關(guān)性能惡化的影響，在鄰近的小區(qū)中應(yīng)該盡量選用相關(guān)性比較好的擾碼，并且應(yīng)為新小區(qū)預(yù)留一定的擾碼。

    5  規(guī)劃工具

    目前，在規(guī)劃工具市場(chǎng)上，還沒(méi)有出現(xiàn)公認(rèn)的比較成熟的TD-SCDMA規(guī)劃工具。而對(duì)于TD-SCDMA這樣一個(gè)技術(shù)性很強(qiáng)的通信系統(tǒng)，沒(méi)有一個(gè)好的計(jì)算機(jī)軟件來(lái)輔助設(shè)計(jì)是無(wú)法做好的。與WCDMA和cdma2000相比，TD-SCDMA的規(guī)劃軟件工具的開(kāi)發(fā)和選擇要更困難。

    首先，規(guī)劃工具必須貫穿整個(gè)規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程的始終。在前期預(yù)備階段，規(guī)劃工具提供傳播模型校正、業(yè)務(wù)猜測(cè)等功能；在預(yù)規(guī)劃階段，提供鏈路預(yù)算和容量估算等功能；在具體規(guī)劃階段，提供仿真分析等功能。另外，TD-SCDMA規(guī)劃工具還要提供上下行時(shí)隙規(guī)劃和擾碼規(guī)劃等功能。

    其次，規(guī)劃工具必須適應(yīng)大計(jì)算量的要求。在現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)中，基站和模擬用戶的數(shù)目是非常大的，這使得仿真分析的計(jì)算量很大，同時(shí)，輸出高精度分析圖也使得規(guī)劃軟件必須面對(duì)海量計(jì)算的要求。另外，TD-SCDMA的智能天線賦形和分時(shí)隙規(guī)劃，也給規(guī)劃軟件的計(jì)算帶來(lái)了非常大的負(fù)擔(dān)。龐大的計(jì)算量對(duì)TD-SCDMA規(guī)劃工具的開(kāi)發(fā)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

    天線模型的建立也是TD-SCDMA規(guī)劃工具的一個(gè)難點(diǎn)。傳統(tǒng)的天線只需給出360°的水平增益和垂直增益，即可近似算出空間任意一點(diǎn)的增益。天線模型比較簡(jiǎn)單，不同廠家的天線只要給出水平增益圖和垂直增益圖即可為其建立天線模型。而智能天線是一種自適應(yīng)的天線，其空間的增益與用戶的具體位置、天線的自適應(yīng)調(diào)整算法等有關(guān)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)模型。不同廠家的實(shí)現(xiàn)方法可能會(huì)不一樣，規(guī)劃軟件應(yīng)該建立一個(gè)智能天線的備品庫(kù)和算法庫(kù)。當(dāng)一種新的智能天線生產(chǎn)出來(lái)時(shí)，還必須能以某種手段錄入到規(guī)劃軟件中。

    關(guān)于業(yè)務(wù)模型，根據(jù)QoS要求和數(shù)據(jù)流特征，目前標(biāo)準(zhǔn)里建議分為4類，即會(huì)話類、瀏覽類、流類和后臺(tái)類。TD-SCDMA的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持非常靈活。隨著應(yīng)用的深入，新興的業(yè)務(wù)會(huì)不斷涌現(xiàn)。規(guī)劃工具除了支持目前劃分的4類業(yè)務(wù)模型外，對(duì)業(yè)務(wù)建模還應(yīng)提出如下要求：

    a）良好的擴(kuò)展性，使用戶在無(wú)需修改代碼的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單快捷地加入新的業(yè)務(wù)模型；

    b）靈活的配置性，提供方便的修改和定制新的業(yè)務(wù)模型的途徑；

    c）準(zhǔn)確地反映具體業(yè)務(wù)的特征，要求對(duì)每個(gè)具體業(yè)務(wù)都能夠定義與實(shí)際情況符合的該業(yè)務(wù)的QoS和GoS需求及具體業(yè)務(wù)特征。

    另外，對(duì)規(guī)劃軟件的另一個(gè)重要要求是要有友好的操作界面。規(guī)劃軟件的使用貫穿整個(gè)規(guī)劃過(guò)程，使用者眾多，水平不等，友好的操作界面是規(guī)劃軟件得以推廣的重要條件。目前，開(kāi)發(fā)規(guī)劃軟件的廠家比較多，不同規(guī)劃軟件的使用方法也不一樣。規(guī)劃是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，規(guī)劃軟件的操作流程通常也比較復(fù)雜，沒(méi)有友好的操作界面和操作規(guī)范，很輕易導(dǎo)致軟件操作不當(dāng)，從而產(chǎn)生不正確的規(guī)劃結(jié)果。