TD-SCDMA系统扰码规划与实现＊

张治元

(1.长沙通信职业技术学院 计算机系,长沙 410015;2.北京邮电大学 信息与通信工程学院, 北京100086)

1 引 言

在TD-SCDMA系统中,扰码也是用来区分不同的终端或基站[1],然而TD系统中扰码的相关性和码长等性质与其它系统又有所不同。不同扰码间相关性的大小、相同扰码的复用等因素,对于系统的性能有着很大的影响。因而如何综合考虑这些因素,合理规划系统的扰码就显得十分必要[2]。

TD-SCDMA系统采用了较短的下行同步码,这有利于简化接收机处理以及加快小区搜索过程,但同时也将带来负面影响。当用户(UE)位于两个基站覆盖的边缘的信号交叠处[3,4],并且UE与两基站之间的距离接近相等且阴影衰落相关性较强时,基站下行导频电平功率相当,此时如果两基站下行同步码有较强的相关值,将会给UE的小区搜索增加难度,这是因为导频码越相关, 则互干扰就越大,导频信号的信噪比越低,那么将会影响DwPTS匹配滤波器的输出和判决。

本文对所有扰码对的复合扩频码相关性[5,6]进行深入分析,提出了基于码字相关值的扰码规划方法,并以此构建扰码对的互相关值评价矩阵,在这个矩阵中相关性强的扰码对数值大,相关性小的码字数值小,依据这个矩阵内的码字相关值来判断两个扰码是否可以配为邻小区。并在满足扰码相关性码字数值小的情形下,考虑上、下行同步码相关性,同时综合考虑TD系统不同业务所采用的扩频因子,得到一种全新的扰码规划与优化算法。

2 扰码规划算法

2.1 扰码相关性

扰码相关特性的数学描述如下:

复合码由正交可变扩频码(OVSF)与扰码(SC)逐位相乘得到,扩频码个数是31。当每个复扰码和对应的31个复扩频码相乘之后形成的复合码中,有一些重码(完全相关或完全负相关),其中不重复的扩频码共有21个,用Ck表示, k=1, …, 21。扰码i和21个扩频码相乘后会有21 个复合码SCi,k;同样,扰码j和21 个扩频码相乘后会有21个复合码SCj,k。

组网中决定系统性能的是复合码的相关性而不是简单的扰码间的相关性,因此,需要考察复合码SCi,k和复合码SCj,k的循环相关特性corr value(i, j,k×m, 16),对于一个扰码对(i, j)共有21×21=441个corr value值,每个corr value都是小区i的一个复合码和小区j的一个复合码的循环相关序列,长度是16。其计算公式为

式中,符号 表示循环相关。

2.2 码字相关值

归一化码字相关值的数学描述如下:

由于16个相关值的可能取值是{0、4、8、12、16},将441个16值序列的前4个元素和后4个元素的最大值大于8(即12、16)的个数统计出来,分别是n12、n16,并加权求平均。其计算公式为

441个16值序列的均值为

式中, nk,16(k=1, …, 4)表示441 个16值序列第k个值等于16的个数, α16,k(k=1, …, 4)表示nk,16(k=1, …, 4)加权求和时所对应的加权系数, β16表示16值相关序列中值为16的权重。

441个16值序列的前4个元素和后4 个元素均值的均值:

式中, k=1, …, 21;m=1, …, 21。再将前两者加权(权值w1, w2)相加的值作为衡量扰码对(i, j)的相关性的归一化码字相关值:

式中, i, j=1, …, 128。

3 码的优化组合算法

由于32个下行导频码两两配对将产生C232=496种组合,记为P1, P2, …, P496, Pi表示两下行导频码组合,比如P1表示1号和2号下行导频码的组合P1=(SYNC DL1, SYNC DL2), P2表示1号和3号下行导频码的组合P2=(SYNC DL1, SYNC DL3)…。记集合Phighcorrset={pi}(i∈[1, 496])表示不适合相邻小区使用的下行导频码码对构成的集合。每种组合将产生4×4=16种扰码组合,每种方式对应两个扩频调制码组,每一扩频调制码组是由1 个扰码和16个扩频码相乘得到。

简要来讲,码分配首先解决下行同步码的分配,然后解决扰码的分配,本文采用如下操作步骤:

步骤一:在496种下行导频码对中计算下行导频码两两之间的峰值相关性找出强相关的下行导频码对,这些码对将不适合分配给相邻小区或扇区。表1按照和其它SYNC DL的相关值小于门限值的个数从多到少对32个下行同步码排序,同时在每个SYNC DL与其它31个相关值序列内部也按照相关值从小到大进行排列;其中, r(1,i)是1 号下行同步码与2 ～32号下行码中相关最弱的一个, r(1,j)则是最强的一个。

表1 下行同步码排列表Table 1 List of downlink synchronization code row

步骤二:经过步骤一对码组的初次筛选,能够获得导频码可以相邻使用的集合,接下来需要找出这些下行导频码集合中的哪些扰码不适合分配给相邻的小区(两扰码对应的扩频调制码组存在重码和强相关码)。在表1的基础上,可以进一步构建完整的32个码组之间的信息表,参考格式如表2所示,其中, R(2,1), R(2,3), …, R(2,16)是以码组1和码组2扰码对应的4×4个扩频调制码组的相关值大于门限值的个数性从小到大排列。

表2 码组综合信息表举例Table 2 Examples of Integrated Information Form Code Group

定义两个扩频调制码组S-i和S-j(两扩频调制码组不属于同一子集,由于下行导频码需要相隔复用距离使用,所以这里不用考虑同子集的不同调制码组之间的相关性)之间的距离是指不含重码的S-i和S-j中的各元素的相关值小于门限值的个数。

4 码分配的软件实现

根据扰码规划算法和码的优化组合算法,码分配软件进行了模块化设计,设计并完成了18项主要功能模块,如图1所示。软件以VC++6.0为开发环境,采用C++语言编写,基于面向对象的思想,运用了多线程技术。

图1 优化平台中TD功能模块Fig.1 TD function modules in optimized platform

通过该软件,可在2G无线资源的基础上,实现TD的RNC、NODEB、CELL基本配置信息的归一化管理,能够通过逻辑树图、GIS地图方式进行直观展现,可以直观地了解基站、室内分布的分布情况。软件已实现对主导频和扰码的手动/自动优化调整,对新建TD基站和现有TD基站的主导频和扰码进行重规划,列出最优分配方案,并且系统可对某一区域(区域范围可选择:视界范围、RNC、地市和全网)内的小区扰码和主导频进行自动核查和优化。软件能对2G/2G、2G/3G、3G/2G、3G/3G邻区关系进行自动单向核查和漏定核查,支持管理不同厂商间的切换关系,支持自动识别源小区参数修改后是否会影响到其它小区的设置,并且提醒对邻区的相应参数进行修改。涉及到的参数包括 BCCH、LAC、CI、BSIC、主导频、扰码等。

目前,软件会自动将2G、TD网现网数据与历史数据进行比对,根据定义的关联核查规则,对关键参数进行一致性核查,发现不一致的给予提示,核查结果以报表的方式呈现。其中,扰码规划与优化的界面效果如图2所示。

图2 网络优化平台中扰码规划界面Fig.2 Scrambling code planning interface in network op timization platform

5 结束语

本文在进行码分配时,首先解决下行同步码的分配,然后解决扰码的分配。也就是说,先保证下行同步码在邻小区中不复用,进而应该最大限度地保证所选择的扰码与邻小区的扰码相关最好。在分析TD-SCDMA系统相邻小区扰码对相关特性的基础上,采用对扰码对的相关值进行统计并加权求平均的方式,构造了反映扰码对相关性能好坏的归一化码字相关值,并以此选择邻小区相关性最好的扰码。这样, TD-SCDMA系统在运行时只需根据扰码对矩阵中的码字相关值,通过查表就可得到相邻小区所需要分配的扰码对,大大提高了运行效率。美中不足的是,由于α、β 的取值受到场景的限制,有待进一步研究。

[ 1] 马鲜艳.TD-SCDMA网络规划的覆盖分析[ J].电讯技术, 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,陈曦.TD-SCDMA系统扰码相关性分析及规划建议[J].上海电力学院学报, 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无线网络覆盖特性浅析[ J].电信科学, 2009(1):43-47.

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

[ 4] 赵红梅, 王华力, 牟善祥.基于m/WH复合码DBF发射系统通道误差校正[J].南京理工大学学报(自然科学版), 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] 罗建迪, 万俊青,朱雪田.TD-SCDMA系统中的复合码分析[J].电信科学, 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)