UpPCH Shifting技术研究及影响分析.docx

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UpPCHShifting技术研究及影响分析

UpPCHShifting技术研究及影响分析

华信邮电咨询设计研究院有限公司赵品勇甘志辉

1 引言

   由于TD-SCDMA系统采用的是TDD技术和FDMA/TDMA/CDMA方式，因此为了减少干扰，提高系统容量，要求各基站间之间保持严格同步。

由于传输距离较远，当干扰信号到达小区时衰减已经很大，此时基本不会有明显影响，但在某些情况下，如某些小区分布在特别平坦开阔的地带或者遇到雷雨天气时，这种干扰就会存在并造成比较大的影响。

这时远端基站的TS0和DwPTS（下行导频时隙）经过一定的传播延迟，就会干扰目标基站的UpPTS（上行导频时隙），导致该基站内的用户随机接入出现问题，即只有距离基站非常近的用户才有可能接入网络，其他用户的SYNC-UL（上行同步码）将淹没在噪声中，该小区基本被阻塞掉。

TD-SCDMA系统自干扰原理如图1所示。

图1TD-SCDMA系统自干扰原理

   这种远端基站的TS0和DwPTS经传播延迟到达目标基站，并对目标基站的UpPTS产生干扰的现象称为TD-SCDMA系统的自干扰现象，它会严重影响系统的正常工作。

在图1中，被干扰基站在GP（保护时隙）和UpPTS内收到远端基站1、2、3的DwPTS信号（有时甚至是自己发出的DwPTS反射信号），形成干扰，称为DwPTS拖尾干扰。

严重时它会落在TS1甚至TS2、TS3内。

DwPTS拖尾干扰信号与基站的站高、发射功率、位置环境，甚至天气变化等有关，即干扰强度和分布具有时变性和不确定性，严重影响上行同步的检测。

   测试显示，确实存在DwPTS拖尾干扰现象。

鉴于此，业界提出解决自干扰问题的方式是，改变目前帧结构中UpPCH位置固定的情况，UpPCH位置可以根据周围基站DwPTS干扰的强度和分布进行自适应调整，即UpPCHShifting技术。

此时UpPCH不仅能在UpPTS位置发送，也能在系统指定的其他上行接入位置发送。

当远端基站的TS0和DwPTS出现传播延迟且干扰持续时间达到UpPTS时，该基站内的UpPTS也随之远离干扰时隙，此时UpPTS可能偏移到其他上行业务时隙，从而保证系统不受干扰。

   UpPCHShifting技术在避免邻基站DwPTS信号造成的可能干扰，增加基站最大覆盖半径的同时，也给TD-SCDMA系统的覆盖和容量带来一定的影响。

   2 UpPCHShifting技术及实现方式

   2.1UpPCHShifting技术分析

   TD-SCDMA系统需要上下行同步，UpPTS由128bit正交码组成，是用户终端的Pilot（导引）信号，主要用作随机接入。

UpPCHShifting技术的基本思想是将UpPCH配置在任意上行业务时隙的位置（时隙边界处除外），即除了UpPTS，UpPCH还可配置在任何上行业务时隙，如图2所示。

此时UpPCH偏移到某个上行业务时隙。

图2UpPCH位于上行业务时隙的突发结构

   如果当前UpPCH所处的时隙被干扰，系统可将UpPCH的干扰测量值与设定的干扰门限值进行对比，一旦检测到远端基站的干扰超过干扰门限，则将UpPCH动态分配到没有干扰的另一个时隙。

UpPCH表示的范围为（0，127），步长为1，代表的位置为16chip。

具体位置由干扰情况确定，当干扰变化时，UpPCH的位置可以自适应地调整。

   目前CCSA（中国标准化协会）已经支持UpPCHShifting特性，可以将UpPCH配置到特殊时隙以外的其他上行时隙，这样可以减少其他小区对UpPCH的干扰。

   UpPCH时隙的发射时间可由下式计算：

（1）

   其中：

   TTX-UpPCH是相对UE时间的UpPCH时隙发射开始时间；

   TRX-DwPCH是相对UE时间的DwPTS接收开始时间；

   2Δtp是UE相对UpPTS开始时间的定时提前量；

   n=0，…，127，n由高层指配。

   UpPCH除偏移到TS1以外，还可以偏移到TS2、TS3（不能跨越时隙切换点的边界）。

以16chip为单位，UpPCH的调整范围为127×16＝2032chip，即UpPCH的起始位置理论上可以偏移到TS3的第144chip（2032chip－160（UpPTS）－864（TS1）－864（TS2）＝144chip）。

   由于目前终端固定提前48chip发送UpPCH，即UpPCH的起始位置可以偏移到TS3的第144－48＝96chip（从UE角度）。

此时UpPCH已经到TS3了，但还没有建立数据链路，所以不会影响以后的数据连接，对应的RRC层、Iub层信令则必须包含UpPCHShifting信令。

系统实现时，UpPCH支持的位置见表1。

表1UpPCH的偏移位置

   存在UpPCH偏移的上行业务时隙也可以配置业务，标准并不禁止在配置UpPCH的普通业务时隙中分配用户。

假设某个基站的UpPCH配置到TS1，如果该TS1被禁用，即没有用户会被分配到该时隙上，因此也就没有数据块以及训练序列；如果TS1没有被禁用，那么除SYNC-UL以外的数据块内容不受影响；如果存在普通用户业务，则可以发送数据块以及训练序列。

   2.2UpPCHShifting的实现方式

   UpPCHShifting的实现由RNC根据NodeB对上行时隙的干扰测量，灵活调整UE发送UpPCH的位置（如调整到业务时隙TS1，必要时调整到TS3），达到规避干扰的目的，其实现流程如图3所示。

图3UpPCHShifting的实现流程

   在图3中，UpPTS干扰测量的发起、上报和判决的过程是：

在TD-SCDMA系统的小区激活后，RNC发起对不同位置的UpPTS干扰的测量（测量个数、位置、周期需由OMC-R配置），NodeB周期上报测量结果。

当RNC收到测量结果后，决定是否发起UpPTS的调整。

UpPTS根据配置数据中的干扰上限进行干扰判决，当目前采用的UpPCH位置的干扰超过干扰上限或前方位置的UpPTS干扰比现有位置小，且相差超过干扰相对门限时，RRM需要开始寻找UpPCH的预定位置。

   UpPCHShifting的准备就是要寻找UpPCH的预定位置，RRM首先从全部测量位置中找出干扰低于干扰上限且最靠近TS0的位置—预订位置。

如果预订位置被UE占用，则利用DCA、强制切换、PS调整等将这些UE迁出，使码道数低于门限（业务时隙存在UpPTS时支持的码道数，这个门限由OMC-R配置）。

如果UpPCHShifting强制启动的定时器超时后，UE仍旧没有被迁出，则RRM触发释放这些UE且重新发起UpPCH偏移过程。

   UpPCHShifting的执行是RNC通过公共传输信道重配置过程通知NodeB调整UpPCH位置，收到NodeB公共信道重配置成功响应后，RNC更新系统信息并将UpPCH的新位置通知UE。

   如果所在的小区是N频点设置的，则只在主载频上配置UpPCH。

UpPCHShifting的操作只针对主载频。

这是因为仅在主载频上配置UpPCH就完全可以承担整个小区的接入，且不会造成UpPTS拥塞。

   UpPCHShifting的信令过程如图4所示。

根据OMC-R的配置，RNC对不同位置的UE所携带的UpPCH信息进行周期性干扰测量，以检测小区内的干扰情况，其过程是通过步骤

（1）、

（2）来完成的。

通过步骤（3），UE将测量结果周期性上报RNC，测量的位置为UpPCH可能调整的位置。

RNC根据测量上报的结果判断是否执行UpPCHShifting。

如果决定启动UpPCHShifting，后台立即强制启动一个定时器。

图4UpPCHShifting的信令过程

   步骤（4）、（5）是UpPCHShifting强制启动定时器超时前，对位于目标位置和目标位置之前的UE作出FDCA（快速DCA）、强制切换等动作。

UpPCHShifting强制启动定时器超时后，如果不能调整UE的UpPCH状态，则强制释放。

   步骤（6）、（7）是RNC通知NodeBUE所处的新的位置。

NodeB进行响应，告诉RNC已经知道最新情况。

随后RNC和NodeB通过步骤（8）、（9）进行信息更新。

   UpPCHShifting强制启动定时器超时后，步骤（10）、（11）通知Idle、FACH（前向接入信道）状态的UE。

   在图4流程中，如果任何一个步骤的呼叫或响应失败，则HSPS（高层信令子系统）立刻终止当前的步骤，但不恢复到之前的状态；同时向OAMS（光缆线路自动监测系统）告警，而且按照系统频率不更新数据库中UpPCH的位置，等待NodeB上报下一次公共测量报告或人工配置。

   2.3UpPCHShifting技术对

   网络设备的影响

   UpPCHShifting技术可以很好地解决TD-SCDMA系统的自干扰问题，如配置到TS1的最后（即距离TS1最后一个码片还有32chip的GP）所能支持的保护间隔可以增加到75＋675＝750μs，可以克服距离在750μs×300m/μs＝225km以内的基站的远端干扰。

   UpPCHShifting技术的引入虽然不会对无线网络设备的硬件部分产生任何影响，但会影响相关软件的功能，主要体现在UpPCHShifting技术的引入对NodeB、RNC、UE软件方面的影响。

   lNodeB：

进行干扰测量及测量结果的上报并根据UpPCH的位置调整进行SYNC-UL检测等；

   lRNC：

UpPCH干扰的测量发起、上报和判决；UpPCHShifting的执行等；RNC需要特定算法，根据干扰测量来决定是否改变UpPCH的位置，并将改变通知UE和NodeB；RNC必须有选择地支持UpPCH的灵活配置。

硬切换时，在UpPCH不在默认位置的情况下，在发给UE的消息中RNC需要给出目标小区的UpPCH位置。

   lUE：

ASN1（抽象语法标记）编码模块；UpPCH发射时间调整等；UE需要支持UpPCH的灵活配置，另外要具有在其他上行业务时隙发送UpPCH的能力。

   3 UpPCHShifting技术对网络规划的影响

   UpPCHShifting技术的引入给网络覆盖、容量等带来一些影响，主要体现在覆盖距离的增加和容量的减少。

在覆盖方面，由于传播距离的增大，其传播模型、发射功率也有所改变；在容量方面，由于UpPCH可能的偏移，上行容量将动态改变。

   3.1UpPCHShifting技术对网络覆盖的影响

   由于无线信号的空间传播延迟，相对基站的帧头，终端在接收下行导频信号的帧头时会有一定的滞后；为了补偿空间传播延迟，在发送上行导频信号时需要提前发送，如果不允许时隙间存在干扰，终端只能靠压缩GP来准确收发信号。

这样在这段时间内GP无线信号可以传播的距离就是3×105×75×10－6＝22.5km，因此TD-SCDMA系统通常的最大覆盖半径是11.25km。

   公式

（1）可理解成NodeB检测SYNC-UL的开始时刻，对覆盖半径很大的小区，NodeB的检测窗口要求加长（长于目前的256×Tc），而且是往后加长（即往TS1或TS2方向加长）。

考虑到UpPCHPOS字段扩展为13bit，因此可表示的检测窗口最大约为1024chip，如果考虑基站到UE的单向时延为Δtp，那么处于小区边缘的UE的UpPCHPOS就约为2×Δtp，而且要小于1024chip，所以Δtp<1024×Tc/2，故而允许的最大覆盖半径约为120km。

   尽管UpPCHShifting技术有利于增加覆盖半径，但只要NodeB和UE的信号能够到达小区边缘，就不会对功率控制和同步精度控制产生影响。

当然小区半径的增加，需要由UE和基站的上行和下行最大发射功率来确定，而不是仅由GP的长短来决定。

   3.2UpPCHShifting技术对网络容量的影响

   引进UpPCHShifting技术后，上行时隙的容量会受到一些影响。

若承载UpPCH的时隙不允许其他业务存在，小区的上行容量损失比较大；若允许其他业务存在，小区的上行容量也会有所降低。

但是与由于UpPCH被干扰而导致整个小区被阻塞掉而造成100%的小区容量损失相比，引进此方案带来的容量损失很小。

   Ec/Io值的定义及UpPCH业务承载仿真见表2。

仿真数据显示，在SYNC-UL的检测门限设置较高，且Ec/Io值的定义为表2所示时，若在该时隙内允许存在一定的业务，则根据图5错误检测概率所显示结果进行分析，当Ec/Io≤－9dB时错误检测概率不可接受，因此可以认为此时UpPCH在同一个时隙可以容忍最多4个12.2kbit/sAMR用户的存在。

图5错误检测概率（OTIA信道v=30kmh）

表2EcIo值的定义及UpPCH业务承载仿真

   在单频点且上下行时隙配置为3∶3的情况下，如果UpPCH偏移到某个业务时隙，而且该业务时隙被完全禁止：

则在单载波小区的配置情况下，上行容量的损失是1/3，下行容量没有损失；在N频点的配置情况下，由于只在主载波上配置UpPCH，则上行容量损失为N×1/3，下行没有容量损失。

如果UpPCH偏移到某个业务时隙，而且该业务时隙并不被完全禁止：

则在单载波小区的配置情况下，上行容量的损失是1/6，下行容量没有损失；在N频点的配置情况下，由于只在主载波上配置UpPCH，则上行容量损失为N×1/6，由于下行时隙不发生改变，因此不存在容量损失。

   4 结束语

   UpPCHShifting技术能消除TD-SCDMA系统的自干扰现象，同时对网络设备、覆盖和容量等产生影响。

该技术附带远覆盖功能，其衍生技术和市场值得关注。

其实，增加覆盖范围并不是UpPCHShifting技术的初衷，但是随着这一技术的引入和应用，无疑拓展了TD-SCDMA系统的广覆盖应用。

偏远区域是运营商争夺潜在客户的重点，而如何在保护投资的基础上实现全覆盖是个值得探讨的话题。

   UpPCHShifting技术下一步研究的重点是网络规划和应用、与现有技术的综合运用等，如UpPCHShifting技术怎样结合HSDPA技术的下行不对称特性，实现宽带数据的超远距离传输等。