TD-SCDMA到TD-LTE跨系統小區重選仿真研究

標簽：TD-SCDMA TD-LTE

小區重選是一種終端行為，通常是終端主動發起的用戶遷移。終端根據當前的測量結果和網絡側配置的門限值，依據重選判決準則來判定是否發起小區重選過程。小區重選不僅是終端重要的移動性功能，也是實現不同網絡相互兼容的重要方法。小區重選分為系統內重選和跨系統(int- RAT)重選。

TD- LTE 作為 TD- SCDMA 技術未來的演進方向，為保證網絡演進的平滑過渡，同時支持 TD- SCDMA 和TD- LTE 的雙模終端(如數據卡等)成為必然。這種雙模終端的跨系統小區重選分為 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 重選規律，后者則依據 TD- LTE 重選原理。

關于小區重選算法有 R 準則和基于優先級重選準則等。目前 TD- SCDMA商用終端的小區重選算法遵循 R 準則，而 TD- LTE 終端重選判決算法則是基于優先級概念的小區重選。

本文通過仿真分析發現，在兩種網絡共站址的環境下 R 準則并不適用于 TD- SCDMA 到 TD- LTE 跨系統重選過程。結果表明 TD- SCDMA和 TD- LTE 雙模終端如果遵循 R 重選準則進行跨系統小區重選，則會產生“乒乓效應”。這樣不僅使得用戶無法正常通信，而且會極大地增加網絡側信令負擔。另外采用 R 重選準則后，大大降低了雙模終端用戶駐留在 TD- LTE 網絡的比例。因此本文針對性提出兩種解決方案，一種是在R 準則基礎上進行部分修改，另外一種則是引入基于優先級的重選準則。通過仿真數據表明，這兩種方案都很好地解決了 R 重選準則所帶來的弊端。相比較而言，引入優先級概念的重選判決算法在實現手段上更加靈活簡便，且應用范圍更廣，更加適用于TD- LTE 網絡和其他多制式網絡共存的特點。但缺點是對 TD- SCDMA網絡側改動較大，給網絡升級帶來一定困難。且增加了雙模終端測量的概率，進而增大了終端硬件的功耗。

1 TD- S CDMA 到 TD- LTE 跨系統重選問題分析

1.1 TD-SCDMA 和 TD-LTE 重選準則的特點

目前 TD- SCDMA 商用終端重選所遵循的準則通常也被稱之為 R 準則。此準則的特點是基于目標小區和服務小區信號差值的比較，終端觸發測量后，如果目標小區的信號值比服務小區好于一定門限值，則觸發重選。

TD- LTE 制式終端跨系統重選則采用基于優先級的重選準則。簡單來說終端觸發測量后，對于高優先級的目標小區來說，只要其信號值好于一定門限，就會觸發重選。

對于低優先級的目標小區而言，首先服務小區信號值低于一定門限，且目標小區的信號值高于一定門限，此時才會觸發重選。由此看出此方法和TD- SCDMA 最大的不同在于：TD- LTE 的重選準則是絕對信號值的比較，而 TD- SCDMA的重選判決則是服務小區和目標小區的差值比較。

1.2 TD-SCDMA 和 TD-LTE 共站址環境下雙模終端信號接收規律

在共站址(TD- SCDMA 和 TD- LTE)的小區環境下，對于靜止或移動速度很低的雙模終端來說，在一定時間內，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，路徑損耗為距離和頻率的函數，陰影衰落呈對數正態分布，穿透損耗與室內建筑物理材料和頻率有關。

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境下是固定不變的。因此根據公式(1)得知終端接收到的 RSCP 和 RSRP 服從線性關系。

通過仿真也證實這一結論。當這兩種制式都不做對邊緣用戶的優化時，設 TD- LTE 的全帶寬(10MHz) 的發射功率為 46 dBm，TD- SCDMA 全帶寬(1.28 MHz)發射功率為 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，接收到不同網絡的信號值關系服從公式(2)：

RSCP- RSRP=9.2 dB (2)

1.3 共站址環境下 R 重選準則問題分析

駐留在 TD- SCDMA網絡的雙模終端，開啟測量后，當 TD- LTE 小區和 TD- SCDMA 小區的信號差值高于一定門限時，則發生跨系統重選。而在共站址環境下，這兩種網絡的信號差值固定不變，為保證終端能夠駐留到 TD- LTE，網絡側配置門限必須滿足重選標準，否則終端始終無法駐留到 TD- LTE。而當門限滿足重選標準時，造成的后果是 TD- SCDMA 終端一旦開啟對 TD- LTE 的測量，則必定發生重選，并駐留到 TD- LTE 小區上去。這樣會導致惡劣的連鎖反應。下面以圖 2 為例進行分析。

圖 2 共站址小區門限參數劃分區域圖

假設 TD- SCDMA 覆蓋全小區，TD- LTE 覆蓋小區中心部分;區域 A 邊界是劃分 TD- SCDMA 是否觸發對 TD- LTE 測量的分水嶺，區域 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 TD-SCDMA 用戶行為表