TD-SCDMA 到 TD-LTE跨系統(tǒng)小區(qū)重選仿真研究[圖]

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(dāng)前的測量結(jié)果和網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置的門限值，依據(jù)重選判決準(zhǔn)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(luò)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(shù)未來的演進(jìn)方向，為保證網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)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(guān)于小區(qū)重選算法有 R 準(zhǔn)則和基于優(yōu)先級重選準(zhǔn)則等。目前 TD- SCDMA商用終端的小區(qū)重選算法遵循 R 準(zhǔn)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(luò)共站址的環(huán)境下 R 準(zhǔn)則并不適用于 TD- SCDMA 到 TD- LTE 跨系統(tǒng)重選過程。結(jié)果表明 TD- SCDMA和 TD- LTE 雙模終端如果遵循 R 重選準(zhǔn)則進(jìn)行跨系統(tǒng)小區(qū)重選，則會產(chǎn)生“乒乓效應(yīng)”。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(luò)側(cè)信令負(fù)擔(dān)。另外采用 R 重選準(zhǔn)則后，大大降低了雙模終端用戶駐留在 TD- LTE 網(wǎng)絡(luò)的比例。因此本文針對性提出兩種解決方案，一種是在R 準(zhǔn)則基礎(chǔ)上進(jìn)行部分修改，另外一種則是引入基于優(yōu)先級的重選準(zhǔn)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(zhǔn)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(yīng)用范圍更廣，更加適用于TD- LTE 網(wǎng)絡(luò)和其他多制式網(wǎng)絡(luò)共存的特點(diǎn)。但缺點(diǎn)是對 TD- SCDMA網(wǎng)絡(luò)側(cè)改動較大，給網(wǎng)絡(luò)升級帶來一定困難。且增加了雙模終端測量的概率，進(jìn)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(zhǔn)則的特點(diǎn)

目前 TD- SCDMA 商用終端重選所遵循的準(zhǔn)則通常也被稱之為 R 準(zhǔn)則。此準(zhǔn)則的特點(diǎn)是基于目標(biāo)小區(qū)和服務(wù)小區(qū)信號差值的比較，終端觸發(fā)測量后，如果目標(biāo)小區(qū)的信號值比服務(wù)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(zhǔn)則。簡單來說終端觸發(fā)測量后，對于高優(yōu)先級的目標(biāo)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(biāo)小區(qū)而言，首先服務(wù)小區(qū)信號值低于一定門限，且目標(biāo)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(zhǔn)則是絕對信號值的比較，而 TD- SCDMA的重選判決則是服務(wù)小區(qū)和目標(biāo)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(guān)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(guān)。

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(yīng)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(guān)系。

通過仿真也證實這一結(jié)論。當(dāng)這兩種制式都不做對邊緣用戶的優(yōu)化時，設(shè) 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(luò)的信號值關(guān)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(zhǔn)則問題分析

駐留在 TD- SCDMA網(wǎng)絡(luò)的雙模終端，開啟測量后，當(dāng) 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(luò)的信號差值固定不變，為保證終端能夠駐留到 TD- LTE，網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置門限必須滿足重選標(biāo)準(zhǔn)，否則終端始終無法駐留到 TD- LTE。而當(dāng)門限滿足重選標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致惡劣的連鎖反應(yīng)。下面以圖 2 為例進(jìn)行分析。

圖 2 共站址小區(qū)門限參數(shù)劃分區(qū)域圖

假設(shè) 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(luò)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(yùn)營商來說，在 TD- LTE網(wǎng)絡(luò)的初期規(guī)劃中，希望用戶在保證服務(wù)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(wù)帶來的便利。在共站址的情況下，對于TD- SCDMA 的 R 準(zhǔn)則來說，無論重選參數(shù)怎么樣設(shè)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(luò)低于一定門限值，此時開啟測量，并根據(jù)重選準(zhǔn)則穩(wěn)定駐留到 TD- LTE 網(wǎng)絡(luò)上。

（3）對于區(qū)域 C 的 TD- SCDMA 用戶，終端根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況開啟測量，并重選到 TD- LTE 網(wǎng)絡(luò)上去。但由于此時 TD- LTE 并不滿足駐留標(biāo)準(zhǔn)，接著雙模終端又從 TD- LTE 重選回 TD- SCDMA。這樣帶來的結(jié)果是終端始終在這兩種網(wǎng)絡(luò)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(luò)增加無謂的負(fù)擔(dān)。

如表 2 所示，通過仿真數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)TD- LTE 滿足駐留的最低門限值設(shè)定為 - 90 dBm時，即當(dāng)區(qū)域 C 不變時，由于程序默認(rèn)整個小區(qū)等概率用戶撒點(diǎn)，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(zhǔn)則在共站址環(huán)境下用戶駐留比例

作者：張凱 來志京 田云飛 來源：現(xiàn)代電信科技