TD摘要时隙规划.doc

摘要时隙规划是TD-SCDMA系统中容量规划的一个重要方面。交叉时隙干扰是DCA技术亟待解决的问题。文章分析了当前的时隙规划策略并作了一些改进的探讨；论述了TD-SCDMA系统的时隙规划。1、引言在TD-SCDMA系统中，时隙是一种重要的资源。TD-SCDMA网络部署时，需要有针对性地进行不同的上下行时隙配置，以满足各小区族对不同业务的需求。随着网络的发展，局部区域的数据业务需求量会逐步加大，上下行资源应根据实际用户业务的要求灵活调整与配制。图1是TD-SCDMA系统的5ms子帧图，其上下行业务比例从ULL=3:3过渡到ULL=1:5，体现了从语音业务到下行数据业务的需求变化。图15ms子帧的上下行业务比例图在各个族的边缘，若相邻族之间同一时隙形成交叉时隙，会造成族间用户干扰，损失系统容量。仿真显示，这种干扰会使容量下降3%10%。在引入高速下行分组接入技术（HSDPA）甚至高速上行分组接入技术（HSUPA）后，系统容量的损失将更多。为了有效的避免这种情况，需要对时隙切换进行详细规划，避免上下行业务互相干扰的情况，增强网络效率。2、时隙规划策略2.1时隙分配方法TD-SCDMA系统综合应用了时域、频域、码域和空域的动态信道分配（DCA）技术，使频谱利用率得以优化。其中，时域分配方式通常是指时隙的动态分配，指网络侧根据用户信息和网络资源的情况，通过时隙调度和管理，将受干扰最小的时隙优先使用，进行时域的动态的支配。时隙分配又分为慢速时隙分配和快速时隙分配。慢速时隙分配是指动态地根据业务需求划分上下行时隙，以获得最佳的频谱效率；快速时隙分配是指系统为申请接入的用户分配具体的时隙资源，并根据系统状态对已分配的资源进行调整。时隙的动态分配过程是由慢速动态信道分配（slow DCA）来执行的。TD-SCDMA系统中，通过slow DCA灵活的划分上下行时隙，来适应上下行容量需求的变化，避免系统因资源单向受限造成的容量损失，从而带来系统容量的提升，并满足业务的服务质量（QoS）需要。但是，slow DCA并没有解决交叉时隙干扰问题。时隙分配算法众多。常见的“时隙对立”算法能减少相邻小区的干扰而不降低系统的容量；基于马尔科夫链的TDD CDMA DCA算法能根据系统的状态动态地调整TDD无线帧的交换点，提高系统资源利用率；参考文献4提出了一种应用于TD-SCDMA TDD系统的干扰避免算法，该算法基于用户的路径增益而决定用户是否使用交叉时隙。随着网络的发展研究的深入，必须研发出更智能和灵巧的时隙分配算法，最大程度地保证网络质量。2.2当前的时隙规划策略 实验表明，TD-SCDMA系统中小区业务的不对称、而且业务负载量较大时，产生的交叉比均匀时隙高出两个数量级以上。业界根据时隙冲突特点提出的时隙规划策略，主要有基于牺牲交叉时隙的规划策略和基于无线资源管理的时隙规划策略。 前者的核心思想是相邻小区中的某小区禁止使用交叉的业务时隙，而另一小区的上下行业务时隙配置方式保持不变，从而避免上下行干扰的引入；后者的核心思想是采取相邻小区两边向中间进行的时隙分配原则，将相邻小区远离边界一侧的用户分配给交叉时隙，避免同时进行上下行传输的用户距离过近。也可以根据慢速时隙分配算法，通过测量得到时隙的干扰信息，从而由网络来决定是否将业务分配到该时隙。 对话务量需求不高的区域，可以使用基于牺牲交叉时隙的规划策略；对容量要求高的区域，可以采用基于无线资源管理的时隙规划策略。 2.3时隙规划策略的改进探讨 当前的时隙规划策略存在着一些问题。基于牺牲交叉时隙的规划策略以网络容量的为代价，在网络部署成熟后不可取；基于无线资源管理的时隙规划策略算法思维比较单一，难以适应复杂环境。笔者改进时隙规划策略的原则是尽量不牺牲交叉时隙。在充分考虑各种场景下时，适当改进基于无线资源管理的时隙规划策略。特殊场景综合运用各种策略。 图2所示是网络建设后期，小区族切换带常见的时隙切换比例，用户在ULL=1:5与UL:DL=3:3之间切换（红线竖线为切换点，红色横线的上下部分为交叉的时隙，下同）。此时TS2和TS3内的同一业务形成干扰。基于牺牲交叉时隙的规划策略将牺牲TS2和TS3，而基于无线资源管理的时隙规划算法由于采取相邻小区两边向中间进行的时隙分配原则，在TS3处会产生干扰。 图2用户在UL:DL=1:5与UL:DL=3:3之间的小区切换 此时，只要同一业务不在同一个上下行交叉时隙位置上传输，干扰就能大大消除。有两个方法可以消除时隙干扰。 一个方法是时隙互换。其思想是将各个时隙的信号互换位置。设想使时隙经过分路，分路的每条出线上依次传输某一个时隙的信号；然后使这些信号分别经过不同的延迟设置，获得不同的延迟时间，最后把这些信号重新组合起来。以图2为例，可以将小区1的干扰时隙TS2、TS3与下行时隙互换。 另一个方法是时隙间的业务交换。其思想是将交叉时隙内的业务与远离交叉时隙内的业务进行交换。以图2为例，选小区1的同方向时隙的业务两两交换，此时小区1的TS2和TS3之间的业务不再是小区2的同一用户的上下行，因此干扰得已减少，容量也不发生改变。这个方法系统需要根据不同情况，制定出不同的业务交换策略。 以上方法的缺点是增加了无线资源管理的负荷，并且系统需要知道两个小区的业务配置情况，增加了系统的复杂度。 3、各场景下的时隙交叉问题 3.1单载波/多载波下的时隙交叉分析 多载波时，同一小区的不同频点在上下行时隙比例的设定上必须一致，这是由于多频点共用同一功放造成的。因此其时隙切换时的规划与单载波相同。 对下行链路数据传输速率具有高需求时，时隙的切换可能是用户在UL:DL=2:4与UL:DL=3:3之间的小区切换；或者在UL:DL=1:5与UL:DL=2:4之间的小区切换；或者在UL:DL=1:5与UL:DL=3:3之间的小区切换。分别如图3、图4、图5所示。存在交叉的时隙分别为1位（TS3或TS2）和2位（TS2和TS3）。 图3用户在UL:DL=2:4与UL:DL=3:3之间的小区切换 图4用户在ULL=1:5与ULL=2:4之间的小区切换 图5用户在ULL=1:5与UL:DL=3:3之间的小区切换 3.2引入HSDPA/HSUPA后的时隙交叉分析 单载波时，高业务数据可通过多个业务时隙并行传输。而多载波HSDPA可使一个终端同时接收来自多个载波的数据，同一终端的传输信道（HS-DSCH）数据由MAC-hs分配到各个载波。MAC-hs统一对各个载波的时隙、码道等物理资源进行调度和分配。因此对于因干扰原因恶化的时隙，系统可以进行规避，转而将数据调配到其它时隙上。特殊情况下，在多载波HSDPA技术方案中，辅载波上TSO也可用于传输数据。实验数据证明，将主时隙业务比例设置为UL:DL=1:5，并使用辅载波TS0传输数据，理论峰值速率能达到（n-1）3.3+2.8 Mb/s，n指载波个数。 与HSDPA技术相对应，多载波高速上行分组接入（HSUPA）技术通过使用更加灵活的Node B调度、混合自动重传（HARQ）等技术，理论上为用户提供5.8Mb/s的上行数据接入服务。HSUPA能提供良好的视频会议、视频监控等上行宽带数据业务（HSUPA目前仍然在3GPP R6中进行讨论）。 因此，TD-SCDMA系统采取多载波HSDPA/HSUPA捆绑方式，资源配置比较灵活，时隙规划也更复杂。按照引入HSDPA后TS0是否承载业务，可分为两种情况进行考虑。 （1）TS0不承载业务时的时隙交叉分析 对上行链路数据传输速率具有更高需求时，各个载波可以采用UL:DL=5:1或UL:DL=4:2的配置。设想以上下行的时隙比例为向量，则上行向量为r1=5:1；4:2，下行向量r2=3:3；2:4；1:5。时隙切换的可能次数为P=C12 C13+C12=7。按照交叉时隙位数的不同，依次如图6至图12所示。极端的情况是从HSDPA的UL:DL=1:5时隙配置直接切换到HSUPA网络环境的5:1配置。实际应用中这样的情况是极少出现的。 图6用户在UL:DL=4:2与UL:DL=3:3之间的小区切换 图7用户在UL:DL=5:1与UL:DL=4:2之间的小区切换 图8用户在UL:DL=5:1与UL:DL=3:3之间的小区切换 图9用户在UL:DL=4:2与UL:DL=2:4之间的小区切换 图10用户在UL:DL=4:2与UL:DL=1:5之间的小区切换 图11用户在UL:DL=5:1与UL:DL=2:4之间的小区切换 图12用户在UL:DL=5:1与UL:DL=1:5之间的小区切换 （2）TSO承载业务时的时隙交叉分析 当使用辅载波TS0传输数据时，时隙切换将变得更为复杂。以3载波的时隙切换为例，如图13所示，时隙从UL:DL=3:3切入到HSDPA环境，其主载频上下行比例UL:DL=1:5，辅载频的上下行比例UL:DL=1:6。图13用户从室外进入使用TSO承载业务的HSDPA室内 考虑切换的极端情况，若从辅导载波切换，则切换的可能性是向量r=1:6；2:5；3:4；1:5；2:4；3:3；5:1；4:2；中的任意两个，时隙切换的可能次数为P=C28=28。这大大加重了系统的运算负荷。 4、各场景下的时隙规划 针对上一节各种时隙的切换情况，为了有效地保证TD-SCDMA系统频谱利用率的同时，尽量满足系统容量和用户QoS需求，有必要进行系统的时隙规划。 在小区族的边缘切换地带，按照交叉时隙位数从1位到5位不等的情况，分为5类。图3、图4、图6和图7是一类，命名为A类；图5、图8和图9是一类，命名为B类；图10、图11是一类，命名为C类；图12是一类，命名为D类。超出这四类时隙交叉的类型为极少发生类，本文不作讨论。另外，应用了HSDPA的TSO承载业务的命名为I类。 A类是TD-SCDMA系统中最常见的小区间时隙切换。由于交叉的时隙仅有1位，在业务负荷不太重时，可以采用基于无线资源管理的时隙规划策略，将远离该时隙的用户优先分配到其上，而不关闭该时隙。 B类交叉的时隙有2位。若采用基于牺牲交叉时隙的规划策略，剩余的上下行业务比例ULL=1:3，这对于高集中业务是不能容忍的。可以采用基于无线资源管理的时隙规划策略，将远离该时隙的用户优先分配到其上，而不关闭该时隙，或在此基础上运用基于牺牲交叉时隙的规划策略，关闭对业务需求较小一方的一个交叉时隙。另外，可以采用时隙交换或业务交换的策略，进行两个小区业务的集中管理和调度。 C类交叉的时隙有3位。这种情况下需要同时运用基于牺牲交叉时隙的规划策略和基于无线资源管理的时隙规划策略。以图10为例，TS2、TS3和TS4属于交叉间隙。若用户从ULL=4:2的环境切入到ULL=1:5的环境，则下行业务需求较高，此时宜禁止UL:DL=4:2这个小区的某个交叉时隙，如图14所示，禁止了TS3时隙。而将剩余的交叉时隙运用基于无线资源管理的时隙规划策略进行时隙规避。 图14禁止UL:DL=4:2小区的TS3时隙 若采用时隙交换或业务交换的策略，将一个小区的TS2、TS3和TS4时隙（或者也包含TS5、TS6）两两交换，则不需要禁止时隙，且能保持容量不变。 D类交叉的时隙有4位。参考C类的规划方法，应用当前的时隙规划策略，需要禁止某小区的2位时隙。 若采用时隙交换或业务交换的策略，将一个小区的TS2、TS3、TS4和TS5时隙（或者也包含TS6）