TD-SCDMA系統擾碼規劃與實現＊

張治元

(1.長沙通信職業技術學院 計算機系,長沙 410015;2.北京郵電大學 信息與通信工程學院, 北京100086)

1 引 言

在TD-SCDMA系統中,擾碼也是用來區分不同的終端或基站[1],然而TD系統中擾碼的相關性和碼長等性質與其它系統又有所不同。不同擾碼間相關性的大小、相同擾碼的復用等因素,對于系統的性能有著很大的影響。因而如何綜合考慮這些因素,合理規劃系統的擾碼就顯得十分必要[2]。

TD-SCDMA系統采用了較短的下行同步碼,這有利于簡化接收機處理以及加快小區搜索過程,但同時也將帶來負面影響。當用戶(UE)位于兩個基站覆蓋的邊緣的信號交疊處[3,4],并且UE與兩基站之間的距離接近相等且陰影衰落相關性較強時,基站下行導頻電平功率相當,此時如果兩基站下行同步碼有較強的相關值,將會給UE的小區搜索增加難度,這是因為導頻碼越相關, 則互干擾就越大,導頻信號的信噪比越低,那么將會影響DwPTS匹配濾波器的輸出和判決。

本文對所有擾碼對的復合擴頻碼相關性[5,6]進行深入分析,提出了基于碼字相關值的擾碼規劃方法,并以此構建擾碼對的互相關值評價矩陣,在這個矩陣中相關性強的擾碼對數值大,相關性小的碼字數值小,依據這個矩陣內的碼字相關值來判斷兩個擾碼是否可以配為鄰小區。并在滿足擾碼相關性碼字數值小的情形下,考慮上、下行同步碼相關性,同時綜合考慮TD系統不同業務所采用的擴頻因子,得到一種全新的擾碼規劃與優化算法。

2 擾碼規劃算法

2.1 擾碼相關性

擾碼相關特性的數學描述如下:

復合碼由正交可變擴頻碼(OVSF)與擾碼(SC)逐位相乘得到,擴頻碼個數是31。當每個復擾碼和對應的31個復擴頻碼相乘之后形成的復合碼中,有一些重碼(完全相關或完全負相關),其中不重復的擴頻碼共有21個,用Ck表示, k=1, …, 21。擾碼i和21個擴頻碼相乘后會有21 個復合碼SCi,k;同樣,擾碼j和21 個擴頻碼相乘后會有21個復合碼SCj,k。

組網中決定系統性能的是復合碼的相關性而不是簡單的擾碼間的相關性,因此,需要考察復合碼SCi,k和復合碼SCj,k的循環相關特性corr value(i, j,k×m, 16),對于一個擾碼對(i, j)共有21×21=441個corr value值,每個corr value都是小區i的一個復合碼和小區j的一個復合碼的循環相關序列,長度是16。其計算公式為

式中,符號 表示循環相關。

2.2 碼字相關值

歸一化碼字相關值的數學描述如下:

由于16個相關值的可能取值是{0、4、8、12、16},將441個16值序列的前4個元素和后4個元素的最大值大于8(即12、16)的個數統計出來,分別是n12、n16,并加權求平均。其計算公式為

441個16值序列的均值為

式中, nk,16(k=1, …, 4)表示441 個16值序列第k個值等于16的個數, α16,k(k=1, …, 4)表示nk,16(k=1, …, 4)加權求和時所對應的加權系數, β16表示16值相關序列中值為16的權重。

441個16值序列的前4個元素和后4 個元素均值的均值:

式中, k=1, …, 21;m=1, …, 21。再將前兩者加權(權值w1, w2)相加的值作為衡量擾碼對(i, j)的相關性的歸一化碼字相關值:

式中, i, j=1, …, 128。

3 碼的優化組合算法

由于32個下行導頻碼兩兩配對將產生C232=496種組合,記為P1, P2, …, P496, Pi表示兩下行導頻碼組合,比如P1表示1號和2號下行導頻碼的組合P1=(SYNC DL1, SYNC DL2), P2表示1號和3號下行導頻碼的組合P2=(SYNC DL1, SYNC DL3)…。記集合Phighcorrset={pi}(i∈[1, 496])表示不適合相鄰小區使用的下行導頻碼碼對構成的集合。每種組合將產生4×4=16種擾碼組合,每種方式對應兩個擴頻調制碼組,每一擴頻調制碼組是由1 個擾碼和16個擴頻碼相乘得到。

簡要來講,碼分配首先解決下行同步碼的分配,然后解決擾碼的分配,本文采用如下操作步驟:

步驟一:在496種下行導頻碼對中計算下行導頻碼兩兩之間的峰值相關性找出強相關的下行導頻碼對,這些碼對將不適合分配給相鄰小區或扇區。表1按照和其它SYNC DL的相關值小于門限值的個數從多到少對32個下行同步碼排序,同時在每個SYNC DL與其它31個相關值序列內部也按照相關值從小到大進行排列;其中, r(1,i)是1 號下行同步碼與2 ～32號下行碼中相關最弱的一個, r(1,j)則是最強的一個。

表1 下行同步碼排列表Table 1 List of downlink synchronization code row

步驟二:經過步驟一對碼組的初次篩選,能夠獲得導頻碼可以相鄰使用的集合,接下來需要找出這些下行導頻碼集合中的哪些擾碼不適合分配給相鄰的小區(兩擾碼對應的擴頻調制碼組存在重碼和強相關碼)。在表1的基礎上,可以進一步構建完整的32個碼組之間的信息表,參考格式如表2所示,其中, R(2,1), R(2,3), …, R(2,16)是以碼組1和碼組2擾碼對應的4×4個擴頻調制碼組的相關值大于門限值的個數性從小到大排列。

表2 碼組綜合信息表舉例Table 2 Examples of Integrated Information Form Code Group

定義兩個擴頻調制碼組S-i和S-j(兩擴頻調制碼組不屬于同一子集,由于下行導頻碼需要相隔復用距離使用,所以這里不用考慮同子集的不同調制碼組之間的相關性)之間的距離是指不含重碼的S-i和S-j中的各元素的相關值小于門限值的個數。

4 碼分配的軟件實現

根據擾碼規劃算法和碼的優化組合算法,碼分配軟件進行了模塊化設計,設計并完成了18項主要功能模塊,如圖1所示。軟件以VC++6.0為開發環境,采用C++語言編寫,基于面向對象的思想,運用了多線程技術。

圖1 優化平臺中TD功能模塊Fig.1 TD function modules in optimized platform

通過該軟件,可在2G無線資源的基礎上,實現TD的RNC、NODEB、CELL基本配置信息的歸一化管理,能夠通過邏輯樹圖、GIS地圖方式進行直觀展現,可以直觀地了解基站、室內分布的分布情況。軟件已實現對主導頻和擾碼的手動/自動優化調整,對新建TD基站和現有TD基站的主導頻和擾碼進行重規劃,列出最優分配方案,并且系統可對某一區域(區域范圍可選擇:視界范圍、RNC、地市和全網)內的小區擾碼和主導頻進行自動核查和優化。軟件能對2G/2G、2G/3G、3G/2G、3G/3G鄰區關系進行自動單向核查和漏定核查,支持管理不同廠商間的切換關系,支持自動識別源小區參數修改后是否會影響到其它小區的設置,并且提醒對鄰區的相應參數進行修改。涉及到的參數包括 BCCH、LAC、CI、BSIC、主導頻、擾碼等。

目前,軟件會自動將2G、TD網現網數據與歷史數據進行比對,根據定義的關聯核查規則,對關鍵參數進行一致性核查,發現不一致的給予提示,核查結果以報表的方式呈現。其中,擾碼規劃與優化的界面效果如圖2所示。

圖2 網絡優化平臺中擾碼規劃界面Fig.2 Scrambling code planning interface in network op timization platform

5 結束語

本文在進行碼分配時,首先解決下行同步碼的分配,然后解決擾碼的分配。也就是說,先保證下行同步碼在鄰小區中不復用,進而應該最大限度地保證所選擇的擾碼與鄰小區的擾碼相關最好。在分析TD-SCDMA系統相鄰小區擾碼對相關特性的基礎上,采用對擾碼對的相關值進行統計并加權求平均的方式,構造了反映擾碼對相關性能好壞的歸一化碼字相關值,并以此選擇鄰小區相關性最好的擾碼。這樣, TD-SCDMA系統在運行時只需根據擾碼對矩陣中的碼字相關值,通過查表就可得到相鄰小區所需要分配的擾碼對,大大提高了運行效率。美中不足的是,由于α、β 的取值受到場景的限制,有待進一步研究。

[ 1] 馬鮮艷.TD-SCDMA網絡規劃的覆蓋分析[ J].電訊技術, 2009, 49(6):66-69.

MA Xian-yan.Coverage Analysis of Network Planning for TD-SCDMA[ J] .Telecommunication Engineering,2009, 49(6):66-69.(in Chinese)

[ 2] 胡妍,陳曦.TD-SCDMA系統擾碼相關性分析及規劃建議[J].上海電力學院學報, 2007, 23(3):265-268.

HU Yan, CHEN Xi.A Relativity Analysis and Planning Suggestion of TD-SCDMA System Scrambling Codes[J].Journal of Shanghai University of Electric Power,2007, 23(3):265-268.(in Chinese)

[ 3] 李新.TD-LTE無線網絡覆蓋特性淺析[ J].電信科學, 2009(1):43-47.

LI Xin.Coverage Characteristics of TD-LTE Network[J].Telecommunications Science, 2009(1):43-47.(in Chinese)

[ 4] 趙紅梅, 王華力, 牟善祥.基于m/WH復合碼DBF發射系統通道誤差校正[J].南京理工大學學報(自然科學版), 2009, 33(2):252-257.

ZHAO Hong-mei, WANG Hua-li, MU Shan-xiang.DBF Tx Systems Errors Calibration Based on m/WH Composite Codes[ J].Journal of Nanjing University of Technology(Natural Science Edition), 2009, 33(2):252-257.(in Chinese)

[ 5] Marrel Amandine, Iooss Bertrand, Van Dorpe, et al.An efficientmethodology formodeling complex computer codes with Gaussian p rocesses[J] .Computational Statistics and Data Analysis, 2008, 52(10):4731-4744.(in Chinese)

[ 6] 羅建迪, 萬俊青,朱雪田.TD-SCDMA系統中的復合碼分析[J].電信科學, 2007(7):104-108.

LUO Jian-di, WAN Jun-qing, ZHU Xue-tian.Analysis of Comp lex Code in TD-SCDMA System[J].Telecommunications Science, 2007(7):104-108.(in Chinese)