摘要 本文首先介绍了TD-SCDMA网络规划工具的意义与现状，然后结合TD-SCDMA技术特点分析了软件实现时应当注意的一些重点，接着列举了TD-SCDMA网络规划工具的关键输出及解读方法，最后探讨了TD-SCDMA网络规划工具的未来发展方向。
近年来，在政府和企业的支持下，作为中国拥有自主知识产权的3G制式，TD-SCDMA相关技术取得了长足进展。随着外场试验的逐渐深入，TD-SCDMA网络即将步入商用规模建设阶段，与其他3G网络一样，TD-SCDMA对成熟网络规划工具的需求也日益凸现。
1、TD-SCDMA网络规划工具的意义与现状
1.1 网络规划工具在3G网络建设中的地位
CDMA技术的两大特点使得规划工具成为3G网络建设中不可或缺的重要手段，这两个特点是：
●CDMA技术的小区呼吸现象。在基于CDMA技术的3G网络中，容量的增加会引起小区半径的降低，此即小区呼吸。理论分析表明，尽管相对较弱，TD-SCDMA网络仍存在无法忽略的呼吸效应，因而需要借助规划工具模拟多样化的真实网络承载，通过仿真实现覆盖与容量的动态平衡。
●CDMA技术的远近效应。CDMA技术使用快速功率控制来对抗远近效应，使得所有相同业务信号的信噪比在其服务基站接收机处保持基本恒定。某一用户功率的改变会引起连锁反应，构成一个循环往复的迭代过程。这种效果难于以理论分析，也难用经验估计，而规划工具则可以通过迭代方法模拟这种调整过程。
3G网络规划工具面世多年，已逐渐融入了链路预算、覆盖分析、地理信息显示、传播模型校正、话务量模拟、报告生成等实用功能，进而贯穿了网络规划设计过程的始终（如图1所示），TD-SCDMA系统也不例外。
图1 网络规划工具主要功能模块在3G网络建设中的地位
1.2 TD-SCDMA网络规划工具的现状
在3G的3种制式中，TD-SCDMA技术提出较晚，网络规划设计领域的经验尚在不断积累与完善之中，因此，在诸多现实条件的制约下，当前TD-SCDMA网络规划工具的成熟度也就难尽人意。
即便如此，目前国内外仍有多家公司或组织积极推出了数款TD-SCDMA网络规划工具，如Aircom公司的Enterprise、Forsk公司的Atoll、爱立信公司（原马可尼）的Planet、百林公司的Bynear、北京邮电大学的TOP3、大唐移动的NPS、鼎桥公司的TPLAN、斯诺亚公司的ViMoNet、中国普天的OpenTunes等。
这些软件厂家都在寻求多方合作，踊跃参加各阶段的外场试验，其产品性能正在逐步提高。但由于下述原因，TD-SCDMA网络规划工具在整体性能方面尚待完善：
●部分软件是基于WCDMA或cdma2000版本简单改进而来。对TD-SCDMA时隙结构和关键技术的模拟精度有待改善，仿真算法的效率尚需提高。
●部分开发商的实际网络规划经验较少，在操作系统和数据库选择、电子地图支持能力、数据导入与导出灵活性、分组管理方便性等方面存在不足。
2、TD-SCDMA网络规划工具的功能需求
3G网络规划工具通常基于静态仿真技术，在这一点上3种制式并无差别。但是，同基于FDD的WCDMA和cdma2000相比，基于TDD的TD-SCDMA具有鲜明的技术特点，因而对网络规划工具提出了独特的功能需求。
（1）准确模拟关键技术
与其他两种3G系统相比，TD-SCDMA网络的下述特点会显著影响到规划工具的设计：
●时分双工。TD-SCDMA技术上下行使用同一频率的不同时隙进行通信，可以通过灵活地配置时隙转换点实现，但交错时隙配置时应当在中间留出隔离区域；此外，不同设备厂商部分公共信道在时隙结构上的位置也不尽相同，因此，TD-SCDMA网络规划工具的快照仿真应当基于时隙进行，并能够灵活配置不同小区的时隙转换点及禁止某些时隙的使用以降低时隙交错时的干扰。
●智能天线。智能天线通常可分成自适应天线和切换波束天线。前者自适应地识别用户信号的到达方向，通过反馈控制方式连续调整自身的波束赋形；后者则是预先确定多个固定波束，随着用户在小区中的移动，基站选择相应的使接收信号最强的波束。因此，TD-SCDMA网络规划工具对天线模拟的复杂度比WCDMA更高。
●N频点。TD-SCDMA与WCDMA都可应用多载波技术，但TD-SCDMA的多载波技术可使同一扇区下的多个载波按照一个小区的方式来管理（如共用公共控制信道等），即N频点技术。因此，在对频点的分配、使用与结果统计上，TD-SCDMA系统对规划工具要求更高。
●码资源规划。TD-SCDMA的扰码长度只有16 bit，码序列比较短，当产生位移后，容易发生相关性能的恶化，因此TD-SCDMA网络需要仔细进行扰码规划。相比之下，WCDMA中扰码资源丰富，复用起来比较灵活。
●动态信道分配（DCA）。DCA包括在建立连接时无线资源的指配过程中，选择载波及时隙的慢速DCA，也包括通话过程中躲避突发强干扰，选择新载波及时隙的快速DCA。各厂家在DCA的实现方法上也互有差异，TD-SCDMA网络规划工具应当提供多种可选方式。
●接力切换。相对于WCDMA的软切换，接力切换对资源占用较少，虽然同时保持着与两小区的信令连接，但只与一个小区建立业务连接。因此，对于TD-SCDMA网络规划工具而言，使用链路数目或软切换栅格比例来判断空口资源使用效率的方法不再合适。
（2）提高网络规划工具的仿真速度
由于以下原因。TD-SCDMA网络规划工具对仿真速度的要求更高，因而软件设计时应当注意通过不同过程的数据共享、变步长功率控制、并行计算等方法来提高迭代速度：
●智能天线建模。对于智能天线而言，赋形增益与用户和天线的相对位置关系密切，仅使用一套垂直增益和水平增益来近似模拟的方法已无法满足精度要求，计算干扰时需要事先提供或实时生成数目更多、也更为精细的天线增益方向图，以精细区分用户的到达角（DOA）。
●干扰类型增加。时隙交错配置时会增加两种类型的干扰：用户对用户的干扰和基站对基站的干扰。此外，在N频点设备不够成熟时，TD-SCDMA中的多载波配置比WCDMA中的更为常见，此时也必须考虑相邻载波的干扰。干扰类型的增加将带来其计算量的一定提升。
（3）适应多系统共存需要
3G时代必将是一个多技术多系统并存的时代。理论分析表明：TD-SCDMA系统（1 880～1 900 MHz）投入使用后，将与目前大规模使用的PHS系统（1 900～1 920 MHz）、GSM1800系统邻频共存，各系统之间可能存在一定程度的干扰。因而，单系统网络规划的结果很难给建设单位提供足够的信心。
目前，中国通信标准化协会（CCSA）已经制订出了一系列多系统共存的理论仿真机制，TD-SCDMA网络规划工具应当及时将这些机制引入，寻找简化的实用仿真方法，避免出现真实布网后因系统间干扰而重新设计的不利局面。
3、TD-SCDMA网络规划工具的实现方法
结合上文的功能需求，本部分详细介绍TD-SCDMA规划工具在实现时需要着重考虑的因素和方法。
（1）时隙仿真
由于TD-SCDMA网络采用时分双工技术，因而其仿真过程应当基于时隙进行，即在每次快照进行前应当依据载波优先级、剩余码资源（RU）、用户分布等情况将用户分配到具体时隙中，随后就可以进行与WCDMA一样的功率迭代、收敛判决等过程。TD-SCDMA网络规划工具时隙仿真流程如图2所示。
图2 TD-SCDMA网络规划工具时隙仿真流程
TD-SCDMA网络可在相邻小区配置不同的时隙转换点，但引入了用户与用户之间以及基站与基站的干扰。在如图3所示的环境中，在上下行属性不同的第3个时隙（TS3），小区B的基站发射信号必会对其邻小区A的基站接收机产生干扰；同样在TS3处，小区A的UE发送信号时势必也会对小区B的UE产生干扰。
图3 TD-SCDMA网络中时隙交错干扰
因此，蒙特卡罗法仿真轮询计算干扰时，应当注意识别交错时隙中这两种干扰源，并依据距离选用适当的传播模型，如基站与基站之间使用双折线模型、UE与UE之间使用自由空间模型或Xia公式。当然，UE与UE之间出现严重干扰的几率不大，但在仿真快照次数的设置过小的情况下，这种偶然性对统计结果的影响就不可小视。
（2）智能天线 智能天线的引入使得TD-SCDMA网络的干扰计算比WCDMA系统的更加复杂。WCDMA网络规划工具模拟天线时，只需配置一套方向图（包括垂直和水平增益），但在TD-SCDMA中，无论是自适应天线还是切换波束天线，都要求事先提供或者实时生成多套方向图。这两种天线的差异在于自适应天线具有更精确的用户跟踪能力，但仿真更为耗时，网络规划工具应当同时提供这两种方法供用户自行选择。需要指出的是，自适应天线的成形通常是基于特征向量的波束赋形（EBB）方法，精确模拟该方法时不仅要求目标用户得到最大增益，而且要求赋形零陷同时能够对准高数据速率干扰源。
在计算干扰时，TD-SCDMA网络规划工具应当依据用户的相对位置查找波束成形所得到的相应方向图。这里以二维平面内下行干扰的计算为例进行说明：
●在计算小区内其他UE引起的干扰时，应先查找干扰UE所对应的波束增益图，再结合受害UE位于该增益图中的位置（θ），就可以得出该条干扰链路上的天线总增益（见图4（a））。当然，来自同小区的干扰还要依据非正交因子和联合检测因子进行加权。
●在计算邻小区引起的干扰时，也要考虑受害UE和干扰UE之间的相对位置以及干扰UE的波束赋形图（见图4（b））。
图4 TD-SCDMA网络中的干扰计算
智能天线的波束方向图越精确，仿真结果越接近现实，而这个精确度取决于系统厂家具体算法和天线厂家设备性能的结合。但目前智能天线行业标准尚未形成，系统厂家所采用的算法互不相同，天线厂家设备性能也不尽相同，因此应当加快推出行业标准，建立完备的智能天线数据库，并结合实际应用不断调整。
（3）频率资源规划
从满足容量和降低干扰的角度而言，N频点配置必将成为TD-SCDMA的重要组网方式。由于未来运营商的具体频段使用情况尚不明晰，所以网络规划工具应当能够灵活地支持将来最有可能使用的N频点同频、N频点混频、N频点异频等多种方式。
对于网络规划工具而言，TD-SCDMA中频点的规划方法可以参考传统GSM网络中的动态频率复用、多重频率复用（MRP）、智能多层频率复用等方法。
此外，需要注意的是：
●随着数据业务的升温，TDD HSDPA已经提上日程，更有专家建议将HSDPA与N频点技术结合起来，让N频点中的辅载频来承载HSDPA，因此TD-SCDMA网络规划工具应当注意及时跟进。
●WCDMA网络规划工具一般只需要考虑HSDPA与R99的同频、异频设置两种场景，但在TD-SCDMA中，一般会涉及3个以上载频的业务占用资源分配，因而对业务接入判断和结果统计等方面要求更高。
（4）码资源规划
3GPP TS25.223已经规定了32个扰码组与32个下行导频码的一一对应关系，因此码资源规划的重点在于扰码规划，即避免将重码和相关性很强的复合码复用到相邻小区中。在搜索大规模的网络配置时，网络规划工具可以使用遗传算法、禁忌搜索算法等来查找相对较优的分配组合，所谓“较优配置”应当综合考虑3个指标，即扰码复用距离、复合码相关性、前期覆盖分析时产生的路损预测结果。
对网络规划工具的建议流程为：码规划之前先进行邻区规划，然后依据具体的分配原则（如距离要求、干扰要求、簇关系等）进行优选，随后因之确定小区下行导频码，如图5所示。
图5 TD-SCDMA网络码资源规划流程
码资源规划功能应当能够支持全网的码组规划和局部地区的分配优化，并提供码字预留、相关性检测、扰码指定等常用功能。此外，由于同一小区各载频要求使用相同的扰码和训练序列（Midamble），所以码资源规划时还应当顾及频率规划的结果。
此外，其他一些关键技术在实现时需要注意以下几点：
●动态信道分配。静态仿真技术无法模拟出时间流动，因而目前规划软件很难准确模拟快速DCA，一般只能支持慢速DCA。但网络规划工具应能实现多种优先级选定策略，如基于剩余码资源的DCA、基于时隙的DCA、基于小区干扰的DCA、基于到达方向（DOA）的DCA、基于频点的DCA等。需要注意的是，DOA偏差导致的影响不可忽视，因而在基于DOA的DCA中，网络规划工具应当提供DOA角度估计偏差的输入途径。
●接力切换。同样，网络规划工具无法模拟出切换过程中与时间相关的迟滞参数，但应当能够方便地设置与接力切换相关的测量门限参数，以便直观显示切换多发区域。
●联合检测。目前网络规划工具主要使用联合检测因子来模拟联合检测功能，但研究表明该功能对上下行的影响程度不尽相同。因而网络规划工具应当可以对不同方向设置不同影响因子。当前，不同系统厂家对多小区联合检测的支持能力和方案也不尽相同，需要网络规划工具厂家引起足够关注。
4、TD-SCDMA网络规划工具的关键输出
网络规划工具应当能够提供一些关键输出，以便评估网络规划方案并据以调整网络部署。与WCDMA网络类似，TD-SCDMA网络也应当提供覆盖、质量和小区级详细情况等统计结果，由于TD-SCDMA采用了时隙仿真机制，因而有些结果应当区分到时隙粒度。
4.1 网络覆盖情况统计
（1）公共信道覆盖
作为最基本的输出，公共信道性能体现网络整体覆盖情况，也是评估网络规划工具、比较仿真结果与实际网络等的可靠依据。WCDMA网络中主要考察PCIPCH信道，但在TD-SCDMA系统中，DwPTS信号质量影响到UE的下行同步和小区搜索效率。PCCPCH则决定着广播消息能否正确接收，因而TD-SCDMA网络质量评估需要综合考虑这两个信道。由于网络规划工具对二者的仿真机制相仿，因而仿真结果的整体趋势也应当一致，可以借以检验网络规划工具的准确性。表1列出了TD-SCDMA公共信道覆盖需要考核的基本输出。
表1 TD-SCDMA网络规划工具重要输出：公共信道覆盖相关
（2）业务信道覆盖
业务信道覆盖方面。TD-SCDMA与WCDMA网络所需要的输出结果种类差别不大。但需要注意的是，在业务解调门限上，TD-SCDMA与WCDMA存在较大差异，应当依据设备性能而定。表2展示了TD-SCDMA业务信道覆盖情况对网络规划工具的要求。
表2 TD-SCDMA网络规划工具重要输出：业务信道覆盖相关
4.2 网络服务质量统计
与WCDMA网络相同，网络服务质量（接入成功率、数据业务吞吐量等）也是TD-SCDMA规划质量的重要考核。除表3所列各项外，网络规划工具在条件成熟时还应当摸索分组时延、时延抖动等重要分组业务指标的仿真实现方法。
表3 TD-SCDMA网络规划工具重要输出：网络服务质量相关
4.3 小区级详细结果统计
小区粒度的统计结果有助于甄别出恶劣小区，并可以依据不合格的指标调整网络布局、工程参数、无线参数等。与WCDMA网络不同，TD-SCDMA网络的仿真结果应当详细到时隙级别。需要注意的是：TD-SCDMA网络负载可以由RU占用率、底噪抬升、负载因子等多个指标体现，而TD-SCDMA网络容量的码字受限特性已经由理论仿真得到验证，建议重点考核RU占用率。表4展示了TD-SCDMA网络规划工具的重要输出：小区级详细仿真结果。
表4 TD-SCDMA网络规划工具重要输出：小区级详细仿真结果
5、结束语
当前，TD-SCDMA网络规划工具市场已初具规模，各软件厂商都不同程度地参与了近年来信息产业部组织的试验网建设，产品性能在不断提升。应当注意的是，TD-SCDMA网络规划工具的结果严重依赖于个别重要参数的取值，而这些参数尚需在试验网建设中进一步积累经验，如：
●受角度估计偏差等因素的影响，智能天线赋形增益在不同场景下（密集城区、一般城区、郊区、农村等）差距较大，不宜取统一的8 dB或6 dB，需要区分场景细致测试。
●取决于系统厂家设备性能的解调门限尚不稳定，不同厂家、乃至同一厂家不同部门的仿真或测试值都不一致（相差甚至高达6 dB），需要系统厂家尽量统一链路仿真方法，尽快稳定产品性能。
●各系统厂家对联合检测技术的实现程度不同，有的仅是小区内，有的可以是小区间，算法性能也有差异，联合检测因子的取值需要更多积累。
此外，网络规划工具领域出现的一些新趋势也应当引起开发者和使用者的共同关注。如：
●自动规划与优化模块。无线网络规划具有经验密集和耗时巨大的特点，如最佳站址的选取，最优工程参数的设置，分块仿真方案的划分等。如何将工程师在这些领域的丰富经验进行尽可能准确的自动化将是一个方向。
●第三方独立模块的导入。TD-SCDMA网络规划工具的准确性更依赖于系统厂商的实现技术以及网络运营商的具体选择，尤其是在智能天线、信道分配、码资源规划、确定性传播模型等方面，而这些技术尚在不断完善，因而TD-SCDMA网络规划工具更应注重提供开放式API（应用程序接口）。
●与其他网络优化工具的集成应用。随着运营商网管平台的日益完善，相关网络性能数据日渐增多。如何利用2G商用网、3G试验网获取的路测数据佐证设计方案?如何借助操作维护中心（OMC）上的网管性能指标协助网络规划?这些都是亟待解决的新课题。
在业界各方的共同努力下，相信TD-SCDMA网络规划工具将很快趋于完善，为中国的3G建设做出应有贡献! | 
发表于 2008-7-13 13:14:27
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