TD-SCDMA到TD-LTE跨系統(tǒng)小區(qū)重選仿真研究

標簽：TD-SCDMA  TD-LTE

小區(qū)重選是一種終端行為，通常是終端主動發(fā)起的用戶遷移。終端根據(jù)當前的測量結果和網(wǎng)絡側配置的門限值，依據(jù)重選判決準則來判定是否發(fā)起小區(qū)重選過程。小區(qū)重選不僅是終端重要的移動性功能，也是實現(xiàn)不同網(wǎng)絡相互兼容的重要方法。小區(qū)重選分為系統(tǒng)內(nèi)重選和跨系統(tǒng)(int- RAT)重選。

TD- LTE 作為 TD- SCDMA 技術未來的演進方向，為保證網(wǎng)絡演進的平滑過渡，同時支持 TD- SCDMA 和TD- LTE 的雙模終端(如數(shù)據(jù)卡等)成為必然。這種雙模終端的跨系統(tǒng)小區(qū)重選分為 TD- SCDMA 重選到 TD- LTE和 TD- LTE 重選到 TD- SCDMA兩種不同的過程。前者遵循 TD- SCDMA 重選規(guī)律，后者則依據(jù) TD- LTE 重選原理。

關于小區(qū)重選算法有 R 準則和基于優(yōu)先級重選準則等。目前 TD- SCDMA商用終端的小區(qū)重選算法遵循 R 準則，而 TD- LTE 終端重選判決算法則是基于優(yōu)先級概念的小區(qū)重選。

本文通過仿真分析發(fā)現(xiàn)，在兩種網(wǎng)絡共站址的環(huán)境下 R 準則并不適用于 TD- SCDMA 到 TD- LTE 跨系統(tǒng)重選過程。結果表明 TD- SCDMA和 TD- LTE 雙模終端如果遵循 R 重選準則進行跨系統(tǒng)小區(qū)重選，則會產(chǎn)生“乒乓效應”。這樣不僅使得用戶無法正常通信，而且會極大地增加網(wǎng)絡側信令負擔。另外采用 R 重選準則后，大大降低了雙模終端用戶駐留在 TD- LTE 網(wǎng)絡的比例。因此本文針對性提出兩種解決方案，一種是在R 準則基礎上進行部分修改，另外一種則是引入基于優(yōu)先級的重選準則。通過仿真數(shù)據(jù)表明，這兩種方案都很好地解決了 R 重選準則所帶來的弊端。相比較而言，引入優(yōu)先級概念的重選判決算法在實現(xiàn)手段上更加靈活簡便，且應用范圍更廣，更加適用于TD- LTE 網(wǎng)絡和其他多制式網(wǎng)絡共存的特點。但缺點是對 TD- SCDMA網(wǎng)絡側改動較大，給網(wǎng)絡升級帶來一定困難。且增加了雙模終端測量的概率，進而增大了終端硬件的功耗。

1 TD- S CDMA 到 TD- LTE 跨系統(tǒng)重選問題分析

1.1 TD-SCDMA 和 TD-LTE 重選準則的特點

目前 TD- SCDMA 商用終端重選所遵循的準則通常也被稱之為 R 準則。此準則的特點是基于目標小區(qū)和服務小區(qū)信號差值的比較，終端觸發(fā)測量后，如果目標小區(qū)的信號值比服務小區(qū)好于一定門限值，則觸發(fā)重選。

TD- LTE 制式終端跨系統(tǒng)重選則采用基于優(yōu)先級的重選準則。簡單來說終端觸發(fā)測量后，對于高優(yōu)先級的目標小區(qū)來說，只要其信號值好于一定門限，就會觸發(fā)重選。

對于低優(yōu)先級的目標小區(qū)而言，首先服務小區(qū)信號值低于一定門限，且目標小區(qū)的信號值高于一定門限，此時才會觸發(fā)重選。由此看出此方法和TD- SCDMA 最大的不同在于：TD- LTE 的重選準則是絕對信號值的比較，而 TD- SCDMA的重選判決則是服務小區(qū)和目標小區(qū)的差值比較。

1.2 TD-SCDMA 和 TD-LTE 共站址環(huán)境下雙模終端信號接收規(guī)律

在共站址(TD- SCDMA 和 TD- LTE)的小區(qū)環(huán)境下，對于靜止或移動速度很低的雙模終端來說，在一定時間內(nèi)，其分別接收到的接收信號碼功率(RSCP：Received Signal Code Power，接收信號碼功率)和參考信號接收功率 (RSRP：Reference Signal Received Power)服從固定線性差值關系。

一般的，從信號覆蓋的角度考慮損耗，快衰落帶來的影響忽略不計。路徑損耗和陰影衰落對終端的信號接收產(chǎn)生主要影響。終端天線接收處的信號功率值服從公式(1)：

接收功率 = 基站有效發(fā)射功率 + 天線增益 - 路徑損耗 - 陰影衰落 - 穿透損耗 (1)

公式(1)中：天線增益為相對空間位置和頻率的函數(shù)，路徑損耗為距離和頻率的函數(shù)，陰影衰落呈對數(shù)正態(tài)分布，穿透損耗與室內(nèi)建筑物理材料和頻率有關。

對于雙模終端而言，由于本身終端的特性，如兩種通信制式共用一個硬件單元，共處一個地理位置等，且 TD- SCDMA 和 TD- LTE 占用頻率相近，因此天線增益相近。而對于路損模型都是采用適用于2 GHz 的 Cost231- Hata 模型，則二者的路損相等。陰影效應帶來的衰落對于同一個雙模終端來說，對不同制式的信號損耗非常相近，差別足夠小到忽略不計。穿透損耗則對于終端靜止在一個不變的通信環(huán)境下是固定不變的。因此根據(jù)公式(1)得知終端接收到的 RSCP 和 RSRP 服從線性關系。

通過仿真也證實這一結論。當這兩種制式都不做對邊緣用戶的優(yōu)化時，設 TD- LTE 的全帶寬(10MHz) 的發(fā)射功率為 46 dBm，TD- SCDMA 全帶寬(1.28 MHz)發(fā)射功率為 33 dBm，雙模終端接收信號電平值概率分布如圖 1 所示。

圖 1 雙模終端接收信號 CDF 圖

在此基站功率配置下，對于靜止的雙模終端，接收到不同網(wǎng)絡的信號值關系服從公式(2)：

RSCP- RSRP=9.2 dB (2)

1.3 共站址環(huán)境下 R 重選準則問題分析

駐留在 TD- SCDMA網(wǎng)絡的雙模終端，開啟測量后，當 TD- LTE 小區(qū)和 TD- SCDMA 小區(qū)的信號差值高于一定門限時，則發(fā)生跨系統(tǒng)重選。而在共站址環(huán)境下，這兩種網(wǎng)絡的信號差值固定不變，為保證終端能夠駐留到 TD- LTE，網(wǎng)絡側配置門限必須滿足重選標準，否則終端始終無法駐留到 TD- LTE。而當門限滿足重選標準時，造成的后果是 TD- SCDMA 終端一旦開啟對 TD- LTE 的測量，則必定發(fā)生重選，并駐留到 TD- LTE 小區(qū)上去。這樣會導致惡劣的連鎖反應。下面以圖 2 為例進行分析。

圖 2 共站址小區(qū)門限參數(shù)劃分區(qū)域圖

假設 TD- SCDMA 覆蓋全小區(qū)，TD- LTE 覆蓋小區(qū)中心部分;區(qū)域 A 邊界是劃分 TD- SCDMA 是否觸發(fā)對 TD- LTE 測量的分水嶺，區(qū)域 B 的外邊界是劃分 TD- LTE 滿足是否駐留要求的分水嶺。

表 1 共站址小區(qū) TD-SCDMA 用戶行為表

(1)對于在區(qū)域 A 的 TD- SCDMA 用戶，由于網(wǎng)絡環(huán)境和重選參數(shù)配置的原因，使得這些雙模終端并不會開啟對 TD- LTE 的測量，因此也無從發(fā)起跨系統(tǒng)重選。這樣帶來一個問題，從 TD- LTE 的覆蓋角度看，一般情況下，離基站近的一個圓形區(qū)域信號覆蓋是比較理想的。因此對于運營商來說，在 TD- LTE網(wǎng)絡的初期規(guī)劃中，希望用戶在保證服務質(zhì)量的情況下，優(yōu)先駐留到 TD- LTE，讓用戶去體驗高速數(shù)據(jù)服務帶來的便利。在共站址的情況下，對于TD- SCDMA 的 R 準則來說，無論重選參數(shù)怎么樣設置，總存在一個或大或小的圓形區(qū)域，使得TD- SCDMA 無 法 重 選 到 TD- LTE， 盡 管 此 時TD- LTE 足夠好。

(2)對于在區(qū)域 B 的 TD- SCDMA 用戶，由于此時 TD- SCDMA 網(wǎng)絡低于一定門限值，此時開啟測量，并根據(jù)重選準則穩(wěn)定駐留到 TD- LTE 網(wǎng)絡上。

(3)對于區(qū)域 C 的 TD- SCDMA 用戶，終端根據(jù)網(wǎng)絡狀況開啟測量，并重選到 TD- LTE 網(wǎng)絡上去。但由于此時 TD- LTE 并不滿足駐留標準，接著雙模終端又從 TD- LTE 重選回 TD- SCDMA。這樣帶來的結果是終端始終在這兩種網(wǎng)絡制式做“乒乓”似的重選，根本無法正常通信，并且也會對網(wǎng)絡增加無謂的負擔。

如表 2 所示，通過仿真數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：當TD- LTE 滿足駐留的最低門限值設定為 - 90 dBm時，即當區(qū)域 C 不變時，由于程序默認整個小區(qū)等概率用戶撒點，因此區(qū)域 C 的用戶比例保持不變，穩(wěn)定在總用戶數(shù) 32.4%的比例，且 TD- LTE 用戶駐留比最高極限值無線趨近于 1- 32.4%=67.6%。

表 2 R 重選準則在共站址環(huán)境下用戶駐留比例

綜上分析 ， 可以得知對于TD- SCDMA 和TD- LTE 雙模終端，在這兩種制式共站址的小區(qū)環(huán)境下，TD- SCDMA 的 R 準則并不適用?，F(xiàn)提出兩種解決方案。

2 解決方案

2.1 方案 1：對 R 重選測量準則的改進此方案只是修改 TD- SCDMA 到 TD- LTE 的重選準則，對于 TD- SCDMA 系統(tǒng)內(nèi)重選和與 GSM的跨系統(tǒng)重選不做修改。具體分為測量準則和判決準則兩個部分。

(1)測量準則

當門限值 Qsearch 設置在(0~6)范圍內(nèi)時，服務小區(qū)的測量值接收信號碼功率(RSCP：Received Signal Code Power) 低于表 3 中所對應的電平值時，則觸發(fā)對目標小區(qū) TD- LTE 的測量。

當門限值 Qsearch 設置在(8~14)范圍內(nèi)時，服務小區(qū)的測量值接收信號碼功率高于表 3 中所對應的電平值時，觸發(fā)對目標小區(qū) TD- LTE 的測量。

表 3 Qsearch 測量門限值設定表

如系統(tǒng)消息設置 Qsearch 為 4 時，則當 RSCP 低于 - 82 dBm 時，發(fā)起對目標小區(qū) TD- LTE 的測量;設置 Qsearch 為 11 時，則當 RSCP 高于 - 86 dBm時，觸發(fā)測量。

當 Qsearch 為 7 時，終端對 TD- LTE 小區(qū)始終做周期性測量;當 Qsearch 為 15 時，終端不開啟對TD- LTE 的測量。

(2)判決準則

如表 4 所示，當終端測得目標小區(qū)(TD- LTE)的RSRP 值大于等于門限參數(shù) Qoffset 超過 5s，則觸發(fā)重選過程。其中 Qoffset 是 TD- LTE RSRP 的絕對值。

表 4 重選門限值 Qoffset 的設置

此方案的應用場景有以下幾種：

(1)場景 1：TD- LTE 和 TD- SCDMA共站址這種環(huán)境下，Qsearch 設置范圍應當在(7- 14)。引發(fā)的結果是，TD- SCDMA 信號越好，越有可能觸發(fā)測量準則。終端一旦觸發(fā)測量，由于此時 TD- LTE信號也很好，所以 TD- SCDMA用戶可以穩(wěn)定駐留到TD- LTE。

從 TD- LTE 用戶駐留比的提升相比較前 R 準則有本質(zhì)的改善。

另外對于此環(huán)境下的邊緣用戶來說，終端根據(jù)測量準則，并不觸發(fā)測量，因此也不會發(fā)生“乒乓效應”。

需要注意的是，這種情況有個負面影響。那就是TD- SCDMA 用戶信號越差，則越不可能發(fā)生重選。因此針對這一特點，應當設置 TD- SCDMA 基站功率盡量大，保證對 TD- SCDMA用戶全小區(qū)覆蓋。

(2)場景 2：TD- LTE 和 TD- SCDMA 非共站址小區(qū)環(huán)境

這類小區(qū)，當 Qsearch 取值(0- 7)，則 RSCP 低于 Qsearch 的值就會觸發(fā)測量。對于 RSCP 覆蓋好的區(qū)域，減低其觸發(fā)測量的概率。這種配置的優(yōu)點是一定程度減少終端測量的概率，但是會對 TD- LTE 駐留比帶來一定程度上的減少;

當 Qsearch 取值為 7 時，則終端始終對 TD- LTE進行測量，這樣的效果正好和上述情況相反;

另外對于某些特殊情況，比如通過減 少TD- LTE 用戶駐留比來降低 TD- LTE 小區(qū)的負荷，可以設置 Qsearch=15，這樣 TD- SCDMA 終端始終不對 TD- LTE 進行測量，從而降低終端從 TD- SCDMA重選到 TD- LTE 的概率，以此來達到減少 TD- LTE用戶的目的。

2.2 方案 2：基于優(yōu)先級的跨系統(tǒng)重選判決

此方案和 TD- LTE 重選準則相同，都是基于優(yōu)先級的重選判決，對于 TD- SCDMA和其他制式跨系統(tǒng)重選時，遵循優(yōu)先級的重選準則，而 TD- SCDMA系統(tǒng)內(nèi)重選，仍然采用 R 準則。具體規(guī)則在此不做贅述。

2.2.1 應用場景

對于 TD- LTE 和 TD- SCDMA 共存(包括共站址和非共站址)的小區(qū)環(huán)境，如果設置 TD- LTE 的優(yōu)先級高于 TD- SCDMA，則對于駐留在 TD- SCDMA 小區(qū)的用戶，會周期性對 TD- LTE 小區(qū)進行測量(如果存在的話)，并根據(jù)測量結果，依據(jù)準則判決是否發(fā)起重選。

這樣對于圖 1 中區(qū)域 A 的 TD- SCDMA 用戶，根據(jù)重選準則判決，當 TD- LTE 的信號值高于某個絕對門限值時，則觸發(fā)重選。因此 TD- LTE 的駐留比也有本質(zhì)提升。

對于區(qū)域 C 的 TD- SCDMA 用戶，雖然始終周期性對 TD- LTE 進行測量，但由于此時 TD- LTE 的信號值并沒有達到駐留標準，因此此時 TD- SCDMA用戶并不會發(fā)生跨系統(tǒng)重選。從而避免了“乒乓效應”的發(fā)生。

2.3 方案 1 和方案 2 的優(yōu)劣分析

無論是方案 1 還是方案 2，對于圖 2 區(qū)域 C 中的 TD- SCDMA 用戶來說都成功的解決了乒乓效應的問題?，F(xiàn)通過仿真來對比方案 1 和方案 2 在TD- LTE 用戶駐留比和 TD- SCDMA 無效測量比例上的差異。

如表 5 和表 6 所示，采用方案 1 時，分別設置Qsearch 為 8、9、10、11、12 和 13，以及 Qoffset 取值為- 78、- 84、- 90、- 96 和 - 102 dBm，根據(jù)其不同的組合情況得出 TD- LTE 用戶占總用戶數(shù)的比例以及TD- SCDMA 始終在測量的用戶占 TD- SCDMA 總用戶數(shù)的比例。

表 5 方案 1TD-LTE 用戶駐留比

表 6 方案 1TD-SCDMA 無效測量的比例

如表 7 所示，采用方案 2 時，分別設置 TD- LTE最低駐留門限參數(shù)為 - 78、- 84、- 90、- 96 和 - 102dBm，同樣得出 TD- LTE 用戶占總用戶數(shù)的比例以及 TD- SCDMA始終在測量的用戶占 TD- SCDMA 總用戶數(shù)的比例。

表 7 方案 2TD-LTE 用戶駐留測量比例

對比表 5 和表 7 可以看出，在 TD- LTE 最低駐留門限相同的情況下，采用方案 1 時，通過設置Qsearch 參數(shù)，其 TD- LTE 駐留比和方案 2 相同。當Qoffset 設置為 - 102 dBm 時，此時最大駐留比為0.971。

對比表 6 和表 7，在同樣的門限前提下，方案 1比方案 2 更有效地降低了 TD- SCDMA 無效測量的比例。由于方案 2 中，規(guī)定終端駐留在低優(yōu)先級的服務小區(qū)，需要始終周期性對高優(yōu)先級的目標小區(qū)進行測量。因此凡是駐留在 TD- SCDMA網(wǎng)絡的終端，總是在周期性測量。

另外值得注意的是，方案 1 相比于方案 2 在提升 TD- LTE 駐留比時，前者需要調(diào)整的參數(shù)更加復雜，并且依賴于不同小區(qū)環(huán)境下信號分布情況。相比較而言方案 2 調(diào)控手段更加簡便靈活，代價是對TD- SCDMA 網(wǎng)絡側改動較大，給網(wǎng)絡升級帶來一定困難。且增加了雙模終端測量的概率，進而增大了終端硬件的功耗。

2009 年 12 月，3GPP 工作組最終采納方案 2，即增加 TD- SCMDA 包含優(yōu)先級的重選判決。至此GSM、TD- SCDMA 和 TD- LTE 的重選準則中基于優(yōu)先級的跨系統(tǒng)重選算法體系得到了統(tǒng)一，對于跨系統(tǒng)的重選都支持包含優(yōu)先級概念的重選。

3 結語

本文以 TD- SCMDA 和 TD- LTE 重選準則的差異作為切入點，通過分析 TD- SCDMA 和 TD- LTE 共站址小區(qū)環(huán)境下雙模終端接收信號的特點，發(fā)現(xiàn)問題并提出兩種應對方案。最后將這兩種新方案進行優(yōu)劣對比。

需要注意的是，由于 TD- SCMDA 新重選準則的引入，因此需要對現(xiàn)有 TD- SCMDA 網(wǎng)絡做出升級。如何保證對現(xiàn)有 TD- SCMDA終端的兼容性，是運營商不得不解決的一個問題。另外依據(jù)新的重選準則，針對不同的應用場景和網(wǎng)優(yōu)目標，如何正確配置相應的門限參數(shù)，也是運營商在進行網(wǎng)絡優(yōu)化時所面臨的一個難點。