TD-SCDMA無線網(wǎng)絡的覆蓋和容量測試

  
概述


　　為了能夠給用戶提供可靠的通信保證，移動通信系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡必須滿足合適的性能指標。覆蓋、容量、切換性能，都是衡量一個移動通信系統(tǒng)無線網(wǎng)絡性能的關鍵指標（KPI）。

　　對于TD-SCDMA系統(tǒng)，需要在真實的無線環(huán)境下對網(wǎng)絡的性能進行全面、深入的驗證，同時由于TD-SCDMA采用了智能天線、聯(lián)合檢測、上行同步、接力切換、動態(tài)信道分配等關鍵技術，這對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃和分析方法帶來一定的影響，因此也需要通過測試來驗證各項技術的綜合效果，為實際的網(wǎng)絡建設積累一定的經(jīng)驗。

TD-SCDMA無線網(wǎng)絡的覆蓋及容量測試

　　無線網(wǎng)絡關鍵性能指標（KPI）測試是無線網(wǎng)絡運行和服務質量的直接驗證，需要通過對特定區(qū)域（如城區(qū)、高速公路等）無線網(wǎng)絡信號的參數(shù)指標進行客觀的考察和評估，并對測試中發(fā)現(xiàn)的掉話、弱覆蓋、干擾等問題進行分析并得出相應的解決方法。覆蓋和容量測試是其中的主要內容。

　　無線網(wǎng)絡關鍵性能指標測試應遵循客觀科學的原則，由制訂測試目標、確定測試內容、細化測試用例、構建測試環(huán)境、準備測試工具和儀表、執(zhí)行測試方案、分析測試結果、問題重現(xiàn)定位、完成測試報告等多個環(huán)節(jié)共同組成。整體流程如圖1所示。



　　2.1 測試目標

　　覆蓋測試的目標是確定被測小區(qū)各種不同業(yè)務的覆蓋范圍，確定其網(wǎng)絡覆蓋范圍是受限于上行還是受限于下行;通過測試，獲得TD-SCDMA系統(tǒng)在使用智能天線條件下，在不同的傳播環(huán)境條件及同頻、異頻組網(wǎng)條件下，其網(wǎng)絡覆蓋性能及相關的實際數(shù)據(jù)，為TD-SCDMA通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡建設提供一定的指導作用。

　　容量測試的目標是得出TD-SCDMA小區(qū)在同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)條件下的最大用戶數(shù)量，分析TD-SCDMA的系統(tǒng)容量在不同條件下的受限原因，分析基站的配置、終端的性能以及業(yè)務模型等各種因素對系統(tǒng)容量的影響，為系統(tǒng)的網(wǎng)絡設計和規(guī)劃，網(wǎng)絡建設和運營維護提供參考。 

 
2.2 測試網(wǎng)絡環(huán)境

　　用于測試的網(wǎng)絡最小規(guī)模為一層蜂窩的網(wǎng)絡結構，即有7個小區(qū)構成蜂窩覆蓋，選擇中心站點為主測小區(qū)。測試站型可分為全向站和定向站;測試環(huán)境可選擇密集城區(qū)、一般城區(qū)、市郊和遠郊等多種環(huán)境。

　　2.3 測試系統(tǒng)和測試工具

　　待測網(wǎng)絡系統(tǒng)應處于正常工作狀態(tài)，能滿足多種業(yè)務（話音、可視電話、分組業(yè)務）的正常進行。RNC和基站除能實時進行數(shù)據(jù)采集外，還應具備OCNS(Orthogonal Channel Noise Source )的模擬加載功能，從而完成某些特定測試條件的構造。

　　測試工具包括路測系統(tǒng)和網(wǎng)絡側測試儀表。路測系統(tǒng)是包括數(shù)據(jù)采集前端、全球定位系統(tǒng)GPS、筆記本電腦及專用測試軟件等在內的一整套系統(tǒng)。網(wǎng)絡側的測試儀表主要由各個接口的協(xié)議分析儀組成，結合系統(tǒng)操作維護平臺，獲得系統(tǒng)側的重要信息。通過與路測儀的記錄聯(lián)合分析，我們可以得到測試過程中在無線網(wǎng)絡方面的完整信息，從而能夠準確地得出測試結果，更方便對問題進行定位。

　　2.4 測試內容

　　2.4.1 覆蓋測試

　　在每個TD-SCDMA系統(tǒng)的覆蓋區(qū)內，分別在同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)的條件下，選擇一個單小區(qū)進行覆蓋能力的測試。

　　覆蓋測試對象包括P-CCPCH信道和各種業(yè)務信道。根據(jù)實際的網(wǎng)絡設置，對P-CCPCH信道的測試采用無線信號全向發(fā)射;對業(yè)務信道的測試采用智能天線賦形發(fā)射。業(yè)務一般包括AMR 12.2 kbit/s、可視電話、PS業(yè)務（384 kbit/s下行、128 kbit/s下行、64 kbit/s下行和上行覆蓋）等。

　　根據(jù)TD-SCDMA的組網(wǎng)方式為同頻還是異頻，本小區(qū)是否存在其它用戶，鄰小區(qū)是否存在干擾等，具體的測試項目分為鄰小區(qū)關閉下的覆蓋測試、同頻組網(wǎng)下的覆蓋測試、異頻組網(wǎng)下的覆蓋測試。

　　每一類覆蓋測試，又分為本小區(qū)無其他用戶、本小區(qū)部分用戶（部分加載）和本小區(qū)滿用戶（滿載）3種情況。需要指出的是，由于不同業(yè)務占用的無線資源不盡相同，所有加載方式并不能對所有業(yè)務信道完全適用。例如PS128k下行業(yè)務占用了一個時隙全部資源，就不用進行本小區(qū)部分加載和滿載條件下的覆蓋測試了。

　　2.4.2 容量測試

　　容量測試應針對上面提到的各種業(yè)務進行。需要注意的是，應考察混合業(yè)務，如PS分組業(yè)務和AMR語音業(yè)務的混合容量測試。

　　根據(jù)TD-SCDMA的組網(wǎng)方式為同頻還是異頻、鄰小區(qū)是否存在用戶，具體的測試項目分為以下幾種情況來進行鄰小區(qū)關閉下的容量測試、同頻組網(wǎng)下的容量測試、異頻組網(wǎng)下的容量測試。

具體測試方法

　　3.1 覆蓋測試方法

　　覆蓋測試場景分為室外和室內兩種。其中室外覆蓋測試分為徑向拉遠和環(huán)行覆蓋兩部分，徑向拉遠測試主要完成單小區(qū)徑向上的最大覆蓋距離的測試，環(huán)行覆蓋主要完成在小區(qū)覆蓋范圍之內，在各方向和地理環(huán)境下的業(yè)務質量和信號效果的考察。室內環(huán)境則分為室外型基站的室內覆蓋情況和有室內分布系統(tǒng)的覆蓋情況兩種場景。

　　在測試之前，首先要對小區(qū)的部分參數(shù)的取值（如站型、廣播信道碼域發(fā)射功率、專用信道的碼域發(fā)射功率最大值、上行和下行BLER目標值等）進行約定，以得到某種典型設置下的覆蓋情況，從而使結果更具有參考性。室外測試中，測試車攜帶路測設備，在預先選定的測試路線上，以低于30公里/每小時的速度行駛，路測設備和網(wǎng)絡側同時記錄終端和系統(tǒng)的相關參數(shù)。為最大程度消除測試結果的偶然性，測試次數(shù)不限于一次，應根據(jù)測試情況靈活確定。

　　室內測試中，有動態(tài)覆蓋測試和定點靜態(tài)覆蓋測試兩種方式。動態(tài)測試用于測試無線信號在建筑物內的某條路線上的連續(xù)覆蓋效果，其測試方法和室外測試基本相似；定點靜態(tài)測試用于測試在不同穿透損耗、不同的多徑環(huán)境下的特定地點的覆蓋情況，通常是分別在建筑物內的不同樓層、不同方向，有代表性地選擇穿透損耗不同的幾個測試地點進行各種業(yè)務的測試，察看各點的業(yè)務質量，結合該點的無線環(huán)境分析影響覆蓋的主要因素。

　　徑向測試中，每次測試應以各種業(yè)務的服務質量是否滿足目標（各業(yè)務的BLER目標值）作為小區(qū)邊界的判定原則，即將Node B測量到的上行業(yè)務信道的BLER、UE與測量到的下行業(yè)務信道的BLER值進行比較，以先超出目標值而且再也不降下來的地點作為小區(qū)的邊緣。

　　當上行信道的BLER超過目標值而且再也降不下來，并且UE的發(fā)射功率先達到最大時，通常判定為上行受限;反之，為下行受限;如果上行信道和下行信道的BLER幾乎同時超過目標值，此時判定為上下行同時受限。判定中應關注功率控制的影響，避免因功率控制帶來的發(fā)射功率和BLER的暫時波動，造成對測試結果的干擾。

　　3.2 容量測試方法

　　對于TD-SCDMA系統(tǒng)來說，根據(jù)在每個業(yè)務時隙上提供的碼字資源，可計算得出各種業(yè)務的最大理論容量。如表1所示。



　　容量測試需要驗證實際環(huán)境下，接入的最大用戶數(shù)是否能達到或接近理論值。具體說來，容量測試分為靜態(tài)測試和動態(tài)測試兩部分。

　　靜態(tài)測試中，將終端均勻放置于預先選定好的各個測試地點，按要求依次發(fā)起規(guī)定業(yè)務，路測終端和網(wǎng)絡側分別記錄隨終端數(shù)量增加帶來的無線信號的變化情況，直到接入到最大數(shù)量；靜態(tài)測試的地點選擇，可以分為集中于一個近點、分布于多個信號強度相同位置不同的地點和分布多個信號強度不同位置不同的地點等多種分布情況。

　　運動測試中，由幾輛測試車分別攜帶終端，發(fā)起業(yè)務后分別在小區(qū)內選定的不同測試路線上，以低于30公里/每小時的速度行駛，路測設備和網(wǎng)絡側同時記錄終端和系統(tǒng)的相關參數(shù)。為最大程度地消除測試結果的偶然性，測試次數(shù)不限于一次，應根據(jù)測試情況靈活確定。

　　同樣，為保證在某種典型設置下的測試結果更具有參考性，在測試之前也要首先對小區(qū)的部分參數(shù)的取值進行約定。

　　測試中，每次測試應以滿足業(yè)務的服務質量（各業(yè)務的BLER目標值）的最大用戶數(shù)作為小區(qū)容量的判定原則。即測試中，在每個測試地點持續(xù)接入新的UE，直到不能穩(wěn)定接入，此時把能夠穩(wěn)定接入并保持一定通話時間的呼叫總個數(shù)作為小區(qū)容量。

　　應根據(jù)達到最大數(shù)量時的終端發(fā)射功率和基站的總發(fā)射功率作為判斷上下行受限的依據(jù)。當基站的總發(fā)射功率先達到最大，通常判定為下行受限;反之，為上行受限;如果基站和終端的發(fā)射功率幾乎同時達到最大，此時判定為上下行同時受限。如果接入用戶數(shù)量達到了理論上的最大值，即占滿了全部的碼域資源，但此時上下行功率尚未達到最大，可以判定此時為碼字受限，即受限于系統(tǒng)提供的碼域資源。

　3.3 加載方式定義

　　無論是覆蓋測試還是容量測試，不光要考慮異頻組網(wǎng)和同頻組網(wǎng)對測試結果的影響，還需要考慮鄰小區(qū)和本小區(qū)（覆蓋測試）有無用戶條件下的結果變化，因此需要對加載方式做出約定。

　　加載方式分為真實用戶加載和模擬加載兩種方式，真實用戶加載方式是采用其他終端發(fā)起實際業(yè)務的方式，對測試終端形成加載;而模擬加載一般采用正交信道噪聲源OCNS(Orthogonal Channel Noise Source )的模擬加載方式，即在基站側拿出某時隙的部分物理信道資源（簡稱碼道），采用全向、隨機或定向的波束賦形方式，進行無線信號的發(fā)射，從而模擬小區(qū)中的移動用戶，對本小區(qū)或鄰小區(qū)產(chǎn)生干擾的情況。

　　測試中選擇哪種加載方式，需要根據(jù)加載的信號要求、加載的實際效果綜合選擇。通常鄰小區(qū)加載一般采用模擬加載的方式，本小區(qū)加載，一般既可以采用真實加載方式也可以采用模擬加載的方式。

測試結果分析方法

　　測試完畢后，需要對測試記錄進行分析，得到所需的測試結果。測試結果的分析，包括兩個方面:單測試用例的結論分析和測試用例間的分析比較。

　　4.1 覆蓋測試的結果分析

　　為對覆蓋測試的結果進行充分而準確的分析，需要在測試過程中保證上行和下行的某些關鍵參數(shù)能夠被準確無誤地記錄下來，針對TD-SCDMA系統(tǒng)的覆蓋測試來說，需要實時記錄的主要數(shù)據(jù)包括:

　　（1）路測終端側:需要記錄測試路線上各采樣點的P-CCPCH RSCP（接收信號碼域功率）、P-CCPCH C/I（載波干擾比）、UE發(fā)射功率（Transmitted Power）、下行業(yè)務信道的BLER（誤塊率）值、下行業(yè)務信道的RSCP和路測儀計算出的路徑損耗。

　　（2）系統(tǒng)側:需要記錄測試過程中的下行業(yè)務信道的TCP（碼域發(fā)射功率:Transmitted Code Power）、上行業(yè)務信道的RSCP及BLER。

　　通常，P-CCPCH廣播信道的覆蓋情況只需要考察測試路線下行的P-CCPCH RSCP（接收信號碼域功率）、P-CCPCH C/I（載波干擾比）即可。而在考察業(yè)務信道的覆蓋時，需要對上下行這兩部分數(shù)據(jù)按照對應的時間或系統(tǒng)幀號（SFN）進行合并，得到同一個地點的上下行信道的綜合信息。根據(jù)這些信息，可以形成以距基站的距離為橫坐標，各無線參數(shù)為縱座標的曲線圖，以及更為直觀的以電子地圖為背景的MapInfo格式的測試結果圖，見圖2。

　　在得到上述測試結果圖后，可以根據(jù)小區(qū)邊界及受限情況的判定準則，得到每種業(yè)務和每種條件下的小區(qū)覆蓋邊界，同時根據(jù)圖形給出的信息，得出覆蓋受限的原因。根據(jù)路徑損耗的變化，可以得到在測試路線上，各采樣點的無線信號的實時變化情況，一方面可以對測試結果作輔助分析，另一方面，也可以結合小區(qū)中道路和地面環(huán)境對網(wǎng)絡現(xiàn)有覆蓋的質量進行一定程度的評估。

　　在得到每個單獨測試例的測試結果之后，可以將這些測試結果放在一起進行對比、分析，從而為TD-SCDMA網(wǎng)絡在多業(yè)務運營、異頻和同頻組網(wǎng)條件下的無線網(wǎng)絡規(guī)劃提供可供參考的結論。

　　例如，對比不同業(yè)務在相同的網(wǎng)絡條件下的覆蓋結果，應著重關注不同業(yè)務間的覆蓋半徑的差異;對比相同業(yè)務在不同網(wǎng)絡條件下的覆蓋結果，應著重關注在受到多種組網(wǎng)或加載方式的影響下，同一種業(yè)務的覆蓋距離會有怎樣的變化。通常，需要將上述兩種方式綜合起來，在一個具體的網(wǎng)絡實施中，既要根據(jù)實際的網(wǎng)絡組網(wǎng)模式確定不同業(yè)務的覆蓋半徑，同時也要針對其中影響覆蓋結果的部分參數(shù)進行優(yōu)化，結合網(wǎng)絡的容量設計、切換區(qū)設計以及天線俯仰角調整達到最佳的網(wǎng)絡質量。

　4.2 容量測試的結果分析

　　和覆蓋測試不同，對于容量測試來說，需要隨著終端數(shù)量的增加，階段性地實時記錄測試終端和系統(tǒng)測試的關鍵數(shù)據(jù)。

　?。?）路測終端側:記錄UE的發(fā)射功率（Transmitted Power）、下行業(yè)務信道的BLER（誤塊率）值、下行業(yè)務信道的RSCP、下行時隙的ISCP（干擾信號碼域功率）等。

　?。?）系統(tǒng)側:在記錄測試終端參數(shù)的同時，需要記錄測試過程中的基站發(fā)射功率、RTWP（寬帶接收總功率）、下行業(yè)務信道的TCP（碼域發(fā)射功率:Transmitted Code Power）、上行業(yè)務信道的RSCP及BLER等。

　　以話音的容量測試為例，通常會選擇每個時隙的用戶數(shù)達到2、4、6、8時分別記錄上述參數(shù)，并把上面的兩部分數(shù)據(jù)進行合并，得到相同用戶數(shù)量下的上下行信道的綜合信息。根據(jù)這些信息，可以形成以用戶的數(shù)量為橫坐標，各無線參數(shù)為縱座標的曲線圖，見圖3。



　　在得到上述曲線圖后，可以根據(jù)小區(qū)容量及受限情況的判定準則，得到每種業(yè)務和每種條件下的小區(qū)最大用戶數(shù)，根據(jù)基站和終端的發(fā)射功率變化，分析容量受限的原因。同時根據(jù)隨用戶數(shù)量增加各無線信號指標所發(fā)生的變化，分析終端和基站的發(fā)射功率的變化，研究基站接收機的底噪抬升，從而發(fā)現(xiàn)對小區(qū)容量產(chǎn)生影響的主要因素。

　　在得到每個單獨測試例的測試結果之后，可以將這些測試結果放在一起進行對比、分析，得到相同業(yè)務在不同網(wǎng)絡條件下的容量結果對比。其中需要著重關注的是在受到多種組網(wǎng)或加載方式的影響下，同一種業(yè)務的容量會有怎樣的變化。通常以鄰小區(qū)關閉條件下的容量作為參照，比較其他加載條件下的容量，分析容量變化的原因，從而能夠根據(jù)具體組網(wǎng)的方案，確定合適的小區(qū)容量規(guī)劃。



總結

　　覆蓋、容量，都是衡量一個移動通信系統(tǒng)無線網(wǎng)絡性能的關鍵因素。對TD-SCDMA系統(tǒng)在不同環(huán)境和場景下的覆蓋、容量等指標進行測試，可以了解實際環(huán)境中TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡性能，掌握其網(wǎng)絡規(guī)劃和運維所需的實際經(jīng)驗和經(jīng)驗參數(shù)，為TD-SCDMA網(wǎng)絡建設積累經(jīng)驗。

　　本文針對TD-SCDMA系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡關鍵性能指標測試，給出了測試流程的主要環(huán)節(jié)，對測試目標、網(wǎng)絡環(huán)境、測試系統(tǒng)要求、測試工具和測試儀表進行了說明，給出了覆蓋和容量的具體測試方法。最后，對測試結果的分析方法和主要研究方向進行了介紹。