3.2 核心资源是频点
3.2.1 频点资源的重要性
从技术角度来看,运营商的3G牌照,本质上是对某一段频谱的中心频率的使用权,因此频点资源始终是网络运维与优化的核心资源。从技术的角度来看,为保证信号在限带信道中实现无码间干扰,系统在单位带宽内的最大符号速率存在一个上限,此时系统的最高频带利用率,也就是每赫兹带宽的传输效率很难超过极限。同一代的不同制式的移动通信系统,关键技术的应用水平大致相当,频带利用率相差不大,因此带宽的大小会对网络性能起决定作用。
3.2.2 频率的规划与优化
对于移动通信网络而言,频率资源始终是最核心的资源。频率规划的质量能在很大程度上决定网络的干扰分布格局。频率是网络优化工程师手中的牌,不同的频率规划方案可以看做不同的牌面组合。每一种频率规划方案,都是在特定时期和特定条件下,经过折中和平衡的结果。
频率规划需考虑多重因素,具体包含以下几点。
(1)室外与室内频点划分:哪些频点用于室外宏站,哪些频点用于室内分布。一般认为,室内分布应该有专门的频点,以尽可能避免室外宏站与室内分布之间的干扰,但这种观点并不是绝对的。在室内分布较少或建筑物隔离度较大的区域,如果室外宏站的干扰问题不易解决,也可以适当考虑挪用室内频点,甚至可以考虑在一定程度上实现室内、室外频点的混用,事实上有很多运营商在这一方面都做了有益的探索。
(2)HSDPA频点与R4频点的划分:R4业务的下行DPCH信道通过功率控制进行链路自适应,因此其发射功率是不断变化的,而HSDPA业务中的HS-PDSCH信道始终以恒定功率发射,如果HSDPA与R4业务使用相同的频点,那么HS-PDSCH信道可能会对R4业务的下行DPCH信道产生干扰。另一方面,如果HSDPA和R4各自采用专用频点(例如,划出两个频点作为HSDPA专用频点),虽然可以避免HS-PDSCH与下行DPCH之间的干扰,但由于HSDPA可用的频点较少,同频的概率较大,可能会导致小区交界处的链路性能恶化,影响平均吞吐量。
(3)机动频点:对于网络优化工程师而言,如果手头能有若干个机动频点,那么在应付突发情况或难点问题时,往往能够游刃有余。例如,面对棘手的、需要立刻解决的干扰问题,可以将被干扰小区更换为机动频点;此外,突发的应急通信保障任务,来不及做完善的频率规划,也可以考虑临时使用机动频点。
(4)多频段组网的考虑:引入F频段之后,需要重新从全局的角度考虑频率规划问题。例如,在F频段引入初期,为保证旧手机的兼容性,优先考虑以A频段作为主频点;为尽可能降低剩余PHS对室外F频段的干扰,优先考虑将F频段的F1~F6频点用于室外,F7~F12频点用于室内;此外,还需要重新考虑A+F条件下室内与室外频点的划分,HSDPA频点与R4频点的划分等。
下面简单介绍一下不同时期的TD-SCDMA频率规划思路变迁。
在F频段引入之前,大部分城市仍采用A频段组网,主要问题在于可用频点数量较少。奥运会前夕,为重点保障奥运场馆覆盖,大部分城市将F1、F2、F3用于室内分布;F4、F5、F6用于室外宏站;F7、F8、F9用于奥运场馆。但室外宏站仅有3个频点,同频干扰的概率较大,毕竟一期网络中,室外宏站仍占相当大的比例,用三分之一的频率资源(5M带宽)解决大部分基站的覆盖,难免有些捉襟见肘,同时网络优化工程师手中没有机动频点可用。尤其是对于起伏较大的地形或较高的站址,常常因越区覆盖产生干扰,如果通过常规的手段优化(如调整天线下倾角、方位角、PCCPCH发射功率),很容易牵一发而动全身,解决老问题的同时又引入了新的问题,需要耗费较多的时间和人力成本以求得全局C/I的折中和平衡,结果也未必尽如人意。
奥运会之后,频率资源有所放开。仍然将F1、F2、F3用做室内分布频点,F4、F5、F6用做室外宏站的主频点,F7用做室外宏站机动频点,F8、F9用做室外HSDPA频点。由于此种方案在N=3的室外宏站主频点方案基础上,多分配了一个机动频点,用于解决个别棘手的同频干扰问题,因此,PCCPCH C/I有了很大的改善。而将F8、F9作为HSDPA专用频点,也是为了尽可能避免对R4业务的干扰,但副作用就是HSDPA载频之间的同频干扰概率会增大。
随着网络规模的扩大以及网络优化工作的进一步开展,同频干扰的问题日益得到重视。而在上述方案中,大部分室外宏站都采用N=3的主频点规划方案,为进一步改善PCCPCH C/I,局部地区也对N=6的主频点规划方案进行了尝试,其原则如下:F1、F2、F3用于室内分布;F4~F9均可用做室外宏站主频点,其中,F4、F5、F6作为室外宏站的HSDPA频点;F7、F8、F9作为室外宏站的R4频点;当室内分布系统有4载波或4载波以上需求时,可借用室外HSDPA频点,作为室内分布系统的HSDPA频点。该方案的主要优点是能够有效减轻TS0时隙的同频干扰,从某市的实测结果来看,N=6的主频点规划方案使网络C/I得到明显提升,PCCPCH C/I>6dB的比例从翻频前的89%提高到97%,提高了8%左右;PCCPCH C/I>3dBm的比例达到了98.50%。由于C/I的改善,各项网络KPI也有了明显提升。
尽管室外宏站N=6的频率规划方案能够在很大程度上改善网络性能,但对于网络优化工程师而言,频点资源还是多多益善。A频段只有9个频点,全网仅有15MHz带宽,比窄带的GSM网络总带宽还要小很多,在如此窄的频段资源上很难真正体现宽带数据业务的优势,因此F频段的引入逐步提上日程。例如,在F频段引入初期,为保证旧手机的兼容性,优先考虑以A频段作为主频点;为尽可能降低剩余PHS对室外F频段的干扰,优先考虑将F频段的F1~F6频点用于室外,F7~F12频点用于室内;此外,还需要重新考虑A+F条件下室内与室外频点的划分、HSDPA频点与R4频点的划分等。
另一种最近提出的思路是载波压缩技术,在不修改现有设备的情况下,将载波间隔由1.6MHz压缩到1.4MHz,从而在总带宽不变的前提下提供更多的频点。但载波压缩不能满足α=0.22的基带滤波器所要求的带宽,它会影响系统邻频泄漏和邻频干扰抑制性能,邻频干扰有一定上升,随着HSPA/PA+的引入,高阶调制逐步引入,在高C/I情况下可以有效提高数据速率。当压缩载波间隔后,如果邻频干扰增大到一定程度,邻频干扰会对C/I形成一定影响,影响网络性能。随着运营商拥有越来越多的频段,载波压缩并非是一种最佳的选择。
在时间紧、任务重、频率资源有限的情况下,TD-SCDMA频率优化的探索历程,体现了中国移动及各设备商的集体智慧。