TD-SCDMA无线网络的覆盖和容量测试
泰尔网 2022-11-24

概述
 为了能够给用户提供可靠的通信保证,移动通信系统的无线网络必须满足合适的性能指标。覆盖、容量、切换性能,都是衡量一个移动通信系统无线网络性能的关键指标(KPI)。

  对于TD-SCDMA系统,需要在真实的无线环境下对网络的性能进行全面、深入的验证,同时由于TD-SCDMA采用了智能天线、联合检测、上行同步、接力切换、动态信道分配等关键技术,这对传统的网络规划和分析方法带来一定的影响,因此也需要通过测试来验证各项技术的综合效果,为实际的网络建设积累一定的经验。

 TD-SCDMA无线网络的覆盖及容量测试

  无线网络关键性能指标(KPI)测试是无线网络运行和服务质量的直接验证,需要通过对特定区域(如城区、高速公路等)无线网络信号的参数指标进行客观的考察和评估,并对测试中发现的掉话、弱覆盖、干扰等问题进行分析并得出相应的解决方法。覆盖和容量测试是其中的主要内容。

  无线网络关键性能指标测试应遵循客观科学的原则,由制订测试目标、确定测试内容、细化测试用例、构建测试环境、准备测试工具和仪表、执行测试方案、分析测试结果、问题重现定位、完成测试报告等多个环节共同组成。整体流程如图1所示。

  2.1 测试目标

  覆盖测试的目标是确定被测小区各种不同业务的覆盖范围,确定其网络覆盖范围是受限于上行还是受限于下行;通过测试,获得TD-SCDMA系统在使用智能天线条件下,在不同的传播环境条件及同频、异频组网条件下,其网络覆盖性能及相关的实际数据,为TD-SCDMA通信系统的网络建设提供一定的指导作用。

  容量测试的目标是得出TD-SCDMA小区在同频组网和异频组网条件下的最大用户数量,分析TD-SCDMA的系统容量在不同条件下的受限原因,分析基站的配置、终端的性能以及业务模型等各种因素对系统容量的影响,为系统的网络设计和规划,网络建设和运营维护提供参考。

  2.2 测试网络环境

  用于测试的网络最小规模为一层蜂窝的网络结构,即有7个小区构成蜂窝覆盖,选择中心站点为主测小区。测试站型可分为全向站和定向站;测试环境可选择密集城区、一般城区、市郊和远郊等多种环境。

  2.3 测试系统和测试工具

  待测网络系统应处于正常工作状态,能满足多种业务(话音、可视电话、分组业务)的正常进行。RNC和基站除能实时进行数据采集外,还应具备OCNS(Orthogonal Channel Noise Source )的模拟加载功能,从而完成某些特定测试条件的构造。

  测试工具包括路测系统和网络侧测试仪表。路测系统是包括数据采集前端、全球定位系统GPS、笔记本电脑及专用测试软件等在内的一整套系统。网络侧的测试仪表主要由各个接口的协议分析仪组成,结合系统操作维护平台,获得系统侧的重要信息。通过与路测仪的记录联合分析,我们可以得到测试过程中在无线网络方面的完整信息,从而能够准确地得出测试结果,更方便对问题进行定位。

  2.4 测试内容

 2.4.1 覆盖测试

  在每个TD-SCDMA系统的覆盖区内,分别在同频组网和异频组网的条件下,选择一个单小区进行覆盖能力的测试。

  覆盖测试对象包括P-CCPCH信道和各种业务信道。根据实际的网络设置,对P-CCPCH信道的测试采用无线信号全向发射;对业务信道的测试采用智能天线赋形发射。业务一般包括AMR 12.2 kbit/s、可视电话、PS业务(384 kbit/s下行、128 kbit/s下行、64 kbit/s下行和上行覆盖)等。

  根据TD-SCDMA的组网方式为同频还是异频,本小区是否存在其它用户,邻小区是否存在干扰等,具体的测试项目分为邻小区关闭下的覆盖测试、同频组网下的覆盖测试、异频组网下的覆盖测试。

  每一类覆盖测试,又分为本小区无其他用户、本小区部分用户(部分加载)和本小区满用户(满载)3种情况。需要指出的是,由于不同业务占用的无线资源不尽相同,所有加载方式并不能对所有业务信道完全适用。例如PS128k下行业务占用了一个时隙全部资源,就不用进行本小区部分加载和满载条件下的覆盖测试了。

 2.4.2 容量测试

  容量测试应针对上面提到的各种业务进行。需要注意的是,应考察混合业务,如PS分组业务和AMR语音业务的混合容量测试。

  根据TD-SCDMA的组网方式为同频还是异频、邻小区是否存在用户,具体的测试项目分为以下几种情况来进行邻小区关闭下的容量测试、同频组网下的容量测试、异频组网下的容量测试。

  具体测试方法

  3.1 覆盖测试方法

  覆盖测试场景分为室外和室内两种。其中室外覆盖测试分为径向拉远和环行覆盖两部分,径向拉远测试主要完成单小区径向上的最大覆盖距离的测试,环行覆盖主要完成在小区覆盖范围之内,在各方向和地理环境下的业务质量和信号效果的考察。室内环境则分为室外型基站的室内覆盖情况和有室内分布系统的覆盖情况两种场景。

  在测试之前,首先要对小区的部分参数的取值(如站型、广播信道码域发射功率、专用信道的码域发射功率最大值、上行和下行BLER目标值等)进行约定,以得到某种典型设置下的覆盖情况,从而使结果更具有参考性。室外测试中,测试车携带路测设备,在预先选定的测试路线上,以低于30公里/每小时的速度行驶,路测设备和网络侧同时记录终端和系统的相关参数。为最大程度消除测试结果的偶然性,测试次数不限于一次,应根据测试情况灵活确定。

  室内测试中,有动态覆盖测试和定点静态覆盖测试两种方式。动态测试用于测试无线信号在建筑物内的某条路线上的连续覆盖效果,其测试方法和室外测试基本相似;定点静态测试用于测试在不同穿透损耗、不同的多径环境下的特定地点的覆盖情况,通常是分别在建筑物内的不同楼层、不同方向,有代表性地选择穿透损耗不同的几个测试地点进行各种业务的测试,察看各点的业务质量,结合该点的无线环境分析影响覆盖的主要因素。

  径向测试中,每次测试应以各种业务的服务质量是否满足目标(各业务的BLER目标值)作为小区边界的判定原则,即将Node B测量到的上行业务信道的BLER、UE与测量到的下行业务信道的BLER值进行比较,以先超出目标值而且再也不降下来的地点作为小区的边缘。

  当上行信道的BLER超过目标值而且再也降不下来,并且UE的发射功率先达到最大时,通常判定为上行受限;反之,为下行受限;如果上行信道和下行信道的BLER几乎同时超过目标值,此时判定为上下行同时受限。判定中应关注功率控制的影响,避免因功率控制带来的发射功率和BLER的暂时波动,造成对测试结果的干扰。

  3.2 容量测试方法

  对于TD-SCDMA系统来说,根据在每个业务时隙上提供的码字资源,可计算得出各种业务的最大理论容量。如表1所示。

  容量测试需要验证实际环境下,接入的最大用户数是否能达到或接近理论值。具体说来,容量测试分为静态测试和动态测试两部分。

  静态测试中,将终端均匀放置于预先选定好的各个测试地点,按要求依次发起规定业务,路测终端和网络侧分别记录随终端数量增加带来的无线信号的变化情况,直到接入到最大数量;静态测试的地点选择,可以分为集中于一个近点、分布于多个信号强度相同位置不同的地点和分布多个信号强度不同位置不同的地点等多种分布情况。

  运动测试中,由几辆测试车分别携带终端,发起业务后分别在小区内选定的不同测试路线上,以低于30公里/每小时的速度行驶,路测设备和网络侧同时记录终端和系统的相关参数。为最大程度地消除测试结果的偶然性,测试次数不限于一次,应根据测试情况灵活确定。

  同样,为保证在某种典型设置下的测试结果更具有参考性,在测试之前也要首先对小区的部分参数的取值进行约定。

  测试中,每次测试应以满足业务的服务质量(各业务的BLER目标值)的最大用户数作为小区容量的判定原则。即测试中,在每个测试地点持续接入新的UE,直到不能稳定接入,此时把能够稳定接入并保持一定通话时间的呼叫总个数作为小区容量。

  应根据达到最大数量时的终端发射功率和基站的总发射功率作为判断上下行受限的依据。当基站的总发射功率先达到最大,通常判定为下行受限;反之,为上行受限;如果基站和终端的发射功率几乎同时达到最大,此时判定为上下行同时受限。如果接入用户数量达到了理论上的最大值,即占满了全部的码域资源,但此时上下行功率尚未达到最大,可以判定此时为码字受限,即受限于系统提供的码域资源。

  3.3 加载方式定义

  无论是覆盖测试还是容量测试,不光要考虑异频组网和同频组网对测试结果的影响,还需要考虑邻小区和本小区(覆盖测试)有无用户条件下的结果变化,因此需要对加载方式做出约定。

  加载方式分为真实用户加载和模拟加载两种方式,真实用户加载方式是采用其他终端发起实际业务的方式,对测试终端形成加载;而模拟加载一般采用正交信道噪声源OCNS(Orthogonal Channel Noise Source )的模拟加载方式,即在基站侧拿出某时隙的部分物理信道资源(简称码道),采用全向、随机或定向的波束赋形方式,进行无线信号的发射,从而模拟小区中的移动用户,对本小区或邻小区产生干扰的情况。

  测试中选择哪种加载方式,需要根据加载的信号要求、加载的实际效果综合选择。通常邻小区加载一般采用模拟加载的方式,本小区加载,一般既可以采用真实加载方式也可以采用模拟加载的方式。

 测试结果分析方法

  测试完毕后,需要对测试记录进行分析,得到所需的测试结果。测试结果的分析,包括两个方面:单测试用例的结论分析和测试用例间的分析比较。

  4.1 覆盖测试的结果分析

  为对覆盖测试的结果进行充分而准确的分析,需要在测试过程中保证上行和下行的某些关键参数能够被准确无误地记录下来,针对TD-SCDMA系统的覆盖测试来说,需要实时记录的主要数据包括:

  (1)路测终端侧:需要记录测试路线上各采样点的P-CCPCH RSCP(接收信号码域功率)、P-CCPCH C/I(载波干扰比)、UE发射功率(Transmitted Power)、下行业务信道的BLER(误块率)值、下行业务信道的RSCP和路测仪计算出的路径损耗。

  (2)系统侧:需要记录测试过程中的下行业务信道的TCP(码域发射功率:Transmitted Code Power)、上行业务信道的RSCP及BLER。

  通常,P-CCPCH广播信道的覆盖情况只需要考察测试路线下行的P-CCPCH RSCP(接收信号码域功率)、P-CCPCH C/I(载波干扰比)即可。而在考察业务信道的覆盖时,需要对上下行这两部分数据按照对应的时间或系统帧号(SFN)进行合并,得到同一个地点的上下行信道的综合信息。根据这些信息,可以形成以距基站的距离为横坐标,各无线参数为纵座标的曲线图,以及更为直观的以电子地图为背景的MapInfo格式的测试结果图,见图2。

  在得到上述测试结果图后,可以根据小区边界及受限情况的判定准则,得到每种业务和每种条件下的小区覆盖边界,同时根据图形给出的信息,得出覆盖受限的原因。根据路径损耗的变化,可以得到在测试路线上,各采样点的无线信号的实时变化情况,一方面可以对测试结果作辅助分析,另一方面,也可以结合小区中道路和地面环境对网络现有覆盖的质量进行一定程度的评估。

  在得到每个单独测试例的测试结果之后,可以将这些测试结果放在一起进行对比、分析,从而为TD-SCDMA网络在多业务运营、异频和同频组网条件下的无线网络规划提供可供参考的结论。

  例如,对比不同业务在相同的网络条件下的覆盖结果,应着重关注不同业务间的覆盖半径的差异;对比相同业务在不同网络条件下的覆盖结果,应着重关注在受到多种组网或加载方式的影响下,同一种业务的覆盖距离会有怎样的变化。通常,需要将上述两种方式综合起来,在一个具体的网络实施中,既要根据实际的网络组网模式确定不同业务的覆盖半径,同时也要针对其中影响覆盖结果的部分参数进行优化,结合网络的容量设计、切换区设计以及天线俯仰角调整达到最佳的网络质量。

  4.2 容量测试的结果分析

  和覆盖测试不同,对于容量测试来说,需要随着终端数量的增加,阶段性地实时记录测试终端和系统测试的关键数据。

  (1)路测终端侧:记录UE的发射功率(Transmitted Power)、下行业务信道的BLER(误块率)值、下行业务信道的RSCP、下行时隙的ISCP(干扰信号码域功率)等。

  (2)系统侧:在记录测试终端参数的同时,需要记录测试过程中的基站发射功率、RTWP(宽带接收总功率)、下行业务信道的TCP(码域发射功率:Transmitted Code Power)、上行业务信道的RSCP及BLER等。

  以话音的容量测试为例,通常会选择每个时隙的用户数达到2、4、6、8时分别记录上述参数,并把上面的两部分数据进行合并,得到相同用户数量下的上下行信道的综合信息。根据这些信息,可以形成以用户的数量为横坐标,各无线参数为纵座标的曲线图,见图3。

  在得到上述曲线图后,可以根据小区容量及受限情况的判定准则,得到每种业务和每种条件下的小区最大用户数,根据基站和终端的发射功率变化,分析容量受限的原因。同时根据随用户数量增加各无线信号指标所发生的变化,分析终端和基站的发射功率的变化,研究基站接收机的底噪抬升,从而发现对小区容量产生影响的主要因素。

  在得到每个单独测试例的测试结果之后,可以将这些测试结果放在一起进行对比、分析,得到相同业务在不同网络条件下的容量结果对比。其中需要着重关注的是在受到多种组网或加载方式的影响下,同一种业务的容量会有怎样的变化。通常以邻小区关闭条件下的容量作为参照,比较其他加载条件下的容量,分析容量变化的原因,从而能够根据具体组网的方案,确定合适的小区容量规划。

  总结

  覆盖、容量,都是衡量一个移动通信系统无线网络性能的关键因素。对TD-SCDMA系统在不同环境和场景下的覆盖、容量等指标进行测试,可以了解实际环境中TD-SCDMA系统的网络性能,掌握其网络规划和运维所需的实际经验和经验参数,为TD-SCDMA网络建设积累经验。

  本文针对TD-SCDMA系统的无线网络关键性能指标测试,给出了测试流程的主要环节,对测试目标、网络环境、测试系统要求、测试工具和测试仪表进行了说明,给出了覆盖和容量的具体测试方法。最后,对测试结果的分析方法和主要研究方向进行了介绍。

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