楊麗君，劉風(fēng)華

(新疆工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系，烏魯木齊 830091)

0 引言

工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)是我國最大的3G自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，也是3G標(biāo)準(zhǔn)之一[1]。工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量受到頻率和擾碼的影響，導(dǎo)致用戶無法利用感知度對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自由切換[2]。擾碼主要作用于手機(jī)業(yè)務(wù)過程，它將整個(gè)區(qū)域分為不同小區(qū)，使同頻干擾較為嚴(yán)重的小區(qū)分配到相關(guān)的弱擾碼[3]。頻率規(guī)劃是TD-SCDMA進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的規(guī)劃也有一定的影響[4]。傳統(tǒng)系統(tǒng)的頻率和擾碼規(guī)劃存在擾碼覆蓋率低、性能差、精準(zhǔn)度低等問題，很難達(dá)到TD-SCDMA系統(tǒng)規(guī)劃的要求，為此迫切需要提出優(yōu)秀的軟件測(cè)試策略來降低干擾[5]。為解決以上問題，提出工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測(cè)試策略研究。針對(duì)不同頻率復(fù)用方式特征，對(duì)基站布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，獲取頻率配置結(jié)果，得出重新配置后的頻率規(guī)劃結(jié)果；采用GAlib遺傳算法對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼重新規(guī)劃，完成系統(tǒng)軟件測(cè)試策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，應(yīng)用該軟件測(cè)試策略的TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼覆蓋率更高、性能更強(qiáng)、精準(zhǔn)度更高，該策略能夠有效地提升TD-SCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能。

1 軟件測(cè)試策略頻率規(guī)劃改進(jìn)

對(duì)工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測(cè)試策略進(jìn)行研究，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的頻率規(guī)劃和擾碼規(guī)劃進(jìn)行改進(jìn)。依據(jù)改進(jìn)后的頻率和擾碼規(guī)劃，完成軟件測(cè)試策略的制定，以提高TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能。首先對(duì)系統(tǒng)頻率規(guī)劃進(jìn)行改進(jìn)，具體過程描述如下：

目前頻率資源有限，進(jìn)行合理規(guī)劃在通信網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要地位，如果只是對(duì)整體時(shí)頻進(jìn)行規(guī)劃，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建性能指標(biāo)變差。不同系統(tǒng)所使用技術(shù)不同，頻率資源特性各不相同。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)中頻率的規(guī)劃方法可以在TD-SCDMA系統(tǒng)頻率規(guī)劃中應(yīng)用。該系統(tǒng)采用了時(shí)分雙工技術(shù)對(duì)上下行頻率資源進(jìn)行區(qū)分，具有高效利用率的同時(shí)滿足了上下行資源的傳輸。通常情況下，頻率復(fù)用方式主要包括：1*3、3*3、4*3、5*3、7*1、7*3，還包括動(dòng)態(tài)復(fù)用、頻率重復(fù)復(fù)用等，復(fù)用方式具有不同屬性，不同基站布局也具有不同頻率規(guī)劃方法[6]。由于該系統(tǒng)具有較高的頻譜使用率，因此對(duì)上下行不同頻段采用測(cè)試驅(qū)動(dòng)開發(fā)(TDD)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，通常情況下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有非對(duì)稱性，通過對(duì)上下行無線資源的分配，可提高頻譜效率，因此采用合理頻率規(guī)劃可進(jìn)一步提升頻譜使用率。

TD-SCDMA系統(tǒng)主要頻段共為15 MHz，其中包括了9個(gè)頻率點(diǎn)[7]，具體頻率規(guī)劃原則有：每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)置載波點(diǎn)，增大復(fù)用系數(shù)，降低公共信道；利用頻點(diǎn)技術(shù)，區(qū)分不同小區(qū)載頻和輔助頻率，進(jìn)而減小相同屬性的干擾；采用混合組網(wǎng)模式，將業(yè)務(wù)進(jìn)行時(shí)隙或者載波，在確保不影響業(yè)務(wù)的前提下，將用戶使用量進(jìn)行調(diào)整。

一般情況下會(huì)使用15 M寬帶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，該配置能夠減小頻率干擾?？梢允褂?個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行配置，如圖1所示。

圖1 頻率配置

由圖1可知：在該寬帶頻率配置的過程中，復(fù)用系數(shù)為1，主載波的復(fù)用系數(shù)為3，兩者之間具有一定的距離[8]，確保網(wǎng)絡(luò)公共通信渠道干擾性較小，因此對(duì)控制信道規(guī)劃的要求也較高。在規(guī)劃時(shí)應(yīng)注意控制信道的臨頻干擾率盡量為最小狀態(tài)，一般情況下為了避免信道和業(yè)務(wù)之間的干擾，應(yīng)降低頻率配置的難度，將信道頻率范圍控制在與業(yè)務(wù)信道范圍一致，但兩者之間又是相互獨(dú)立的，可根據(jù)信道控制原則設(shè)置單獨(dú)頻段，該頻道既是連續(xù)的，又是離散的，由于主載波復(fù)用距離不夠大，因此需要對(duì)寬帶頻率進(jìn)行重新配置，配置結(jié)果如圖2所示。

圖2 頻率重新配置結(jié)果

由圖2可知：頻點(diǎn)的規(guī)劃方案復(fù)用系數(shù)較大，足以滿足同頻隔離的標(biāo)準(zhǔn)。信道規(guī)劃方式可分組，又可不進(jìn)行分組，根據(jù)信道控制能力，采用相同分組復(fù)用方式，將每個(gè)小區(qū)都分配到一個(gè)頻率組里，促使同一基站字母分配相同，如果同一頻率所使用的復(fù)用距離不能有效避免基站相鄰頻域的干擾，則需使用動(dòng)態(tài)頻率復(fù)用方式將所有可以使用的頻點(diǎn)作為一個(gè)頻率組，在該組別中進(jìn)行頻率分配，根據(jù)相鄰頻率干擾大小從所有可用的頻點(diǎn)中選擇出干擾頻率最小的頻點(diǎn)，并以此作為小區(qū)頻點(diǎn)基礎(chǔ)配置，該規(guī)劃方法復(fù)用系數(shù)較高，適合站點(diǎn)規(guī)模較大、距離較小的頻域使用。

改進(jìn)的頻率規(guī)劃主要分配原則為每組對(duì)應(yīng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的一層資源，對(duì)資源進(jìn)行配置時(shí)，逐層對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行頻率分配，不同分配層次可采用不同方式，每組中選擇的最佳頻點(diǎn)為目前相應(yīng)層的配置頻點(diǎn)，該分配方式可降低干擾程度，進(jìn)而提升頻率使用效率，是最為常用的頻率規(guī)劃準(zhǔn)則。

根據(jù)以上步驟，依據(jù)不同頻率復(fù)用方式特征，獲取頻率配置結(jié)果，將配置結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，完成了軟件測(cè)試策略頻率規(guī)劃部分的改進(jìn)。

2 軟件測(cè)試策略擾碼規(guī)劃改進(jìn)

采用GAlib遺傳算法對(duì)軟件測(cè)試策略擾碼規(guī)劃部分進(jìn)行改進(jìn)。TD-SCDMA系統(tǒng)的碼資源有限，存在數(shù)量少、碼片短等問題，進(jìn)行擾碼分配時(shí)，一個(gè)扇區(qū)僅僅只能分配到一個(gè)擾碼，根本沒有將擾碼之間的差異性與復(fù)合性考慮在內(nèi)，擾碼規(guī)劃結(jié)果沒有指導(dǎo)性意義[9]。傳統(tǒng)系統(tǒng)擾碼規(guī)劃采用人工方法，其過程繁瑣、工作量大、效率低，為此引入GAlib遺傳算法，通過不斷迭代，獲取最佳擾碼分配方案。軟件測(cè)試策略擾碼規(guī)劃的改進(jìn)主要包括對(duì)簇復(fù)用碼和互斥性碼兩部分進(jìn)行規(guī)劃。具體規(guī)劃過程如下：

2.1 簇復(fù)用碼的規(guī)劃

TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼采用簇復(fù)用碼規(guī)劃方式，利用16碼片的短碼進(jìn)行排序，獲得的碼為128組，這128組復(fù)用碼按照順序排列可分為32組，每組具有4個(gè)復(fù)用碼。該系統(tǒng)中的擾碼具有獨(dú)特的正交性差特點(diǎn)，該特點(diǎn)會(huì)影響移動(dòng)終端對(duì)信道的檢索。每個(gè)小區(qū)除了考慮同碼間的干擾，還需考慮由擴(kuò)頻碼和擾碼組成復(fù)合碼的干擾，一個(gè)擾碼與16個(gè)擴(kuò)頻碼相乘可得到一組復(fù)合碼。分析該復(fù)合碼可發(fā)現(xiàn)：這128組復(fù)合碼中，具有組合屬性的僅有12組，統(tǒng)稱為復(fù)合碼集，在該集合內(nèi)，不同擾碼生成的方式不同，利用Galib遺傳算法，并使用二維二進(jìn)制串行基因組類方法來解決簇復(fù)用碼問題[10]。

在遺傳算法中，任何一組擾碼都具有一個(gè)基因組，所有擾碼都需按照順序完成鏈性組成，若干個(gè)個(gè)體組成一個(gè)集合體。最初群體是隨機(jī)產(chǎn)生的，后續(xù)群體是由父體和母體進(jìn)行交叉變異得到的，該計(jì)算具體流程為：選擇編碼，獲取初始群體；計(jì)算初始適應(yīng)值，經(jīng)過篩選、變異與交換完成一代群體的適應(yīng)值演變。

Float Objective(GAGenome&);

Main(){

GA2DbinaryStringGenome genome(width,height,Objective);

//初始化一個(gè)基因組類實(shí)例

GASimpleGA ga(genome); //初始化一個(gè)遺傳算法類實(shí)例

Ga.evolve(); //進(jìn)化

Cout<

}

float Objective(GAGenome&){

//用戶自定義目標(biāo)函數(shù)

}

簇復(fù)用碼可以通過遺傳算法參數(shù)來修改遺傳算法相應(yīng)運(yùn)行的參數(shù)，并將有限資源合理配到每個(gè)小區(qū)之中，將干擾程度降到最低。固定擾碼數(shù)量，確定頻率資源，將運(yùn)營商的有效頻點(diǎn)數(shù)量運(yùn)用到其中，由此可得出簇復(fù)用碼規(guī)劃模板[11]，如圖3所示。

圖3 簇復(fù)用碼規(guī)劃模板

該模板需要用戶選擇復(fù)用碼的數(shù)量，以確保復(fù)用距離足夠遠(yuǎn)，一個(gè)復(fù)用簇至少需要21個(gè)碼[8]。從這21個(gè)碼中選出一定數(shù)量作為復(fù)用碼，一般情況下將這些碼分為兩種，一種是與擾碼相關(guān)，可分配并具有復(fù)用性質(zhì)的擾碼；而另一種是與復(fù)合碼具有相同屬性的碼字并進(jìn)行分配與復(fù)用，該分類方式所具有的依據(jù)不同，但是選擇的擾碼卻是相同的，由此完成系統(tǒng)擾碼規(guī)劃。

2.2 互斥性碼的規(guī)劃

由于復(fù)合碼具有重復(fù)性，使擾碼在分配過程中受到到不同擾碼組的干擾，促使擾碼組產(chǎn)生了具有相同屬性的復(fù)合碼集合。為此，使用Galib遺傳算法來解決該類問題，其中算子主要有三類，分別是初始化算子、變異算子、交叉操作算子。進(jìn)行初始化操作時(shí)，由于具有隨機(jī)性，因此無法產(chǎn)生新個(gè)體，不同子類部分變異與交叉操作如圖4所示。

圖4 不同子類部分變異與交叉操作

由圖4可知：該類操作在碼規(guī)劃中能夠確認(rèn)先分配的下行導(dǎo)頻碼步驟，進(jìn)而確定規(guī)劃定律，按照定律確定下行導(dǎo)頻碼和擾碼。

系統(tǒng)擾碼規(guī)劃目的就是降低相鄰兩個(gè)小區(qū)之間的擾碼，因此還需建立評(píng)級(jí)函數(shù)及時(shí)對(duì)干擾情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。相鄰小區(qū)盡量減少同碼組小區(qū)的出現(xiàn)，并及時(shí)避免同一組擾碼出現(xiàn)在同一個(gè)組別當(dāng)中，這樣會(huì)減少對(duì)下行導(dǎo)頻碼的干擾，由此可設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)函數(shù)為：

(1)

式(1)中，k0為相同碼組懲罰的系數(shù)；k1為相同復(fù)合碼組懲罰的系數(shù)；k2為相關(guān)性懲罰的系數(shù)；如果小區(qū)i和j擾碼屬于相同碼組，那么xij為1，否則為0；如果小區(qū)i和j擾碼屬于相同復(fù)合碼組，那么yij為1，否則為0；zij為小區(qū)i和j擾碼的相關(guān)性；R為小區(qū)個(gè)數(shù)；pij為干擾的概率，概率越大，說明小區(qū)之間存在的干擾可能性就越大。

基于遺傳算法來規(guī)劃擾碼間隔問題，促使正交性能良好運(yùn)用到規(guī)劃之中，由于基站數(shù)量較大，僅僅使用遺傳算法很難解決問題，為此使用遺傳算法對(duì)整體進(jìn)行區(qū)域化處理，進(jìn)而對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行優(yōu)化處理。根據(jù)擾碼規(guī)則，對(duì)小區(qū)進(jìn)行分配干擾，并進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，在此基礎(chǔ)上，使用復(fù)用距離來控制正交擾碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)擾碼分配優(yōu)化。

綜上所述，對(duì)獲取的頻率重新配置，完成系統(tǒng)頻率的重新規(guī)劃；采用Galib遺傳算法，對(duì)簇復(fù)用碼和互斥性碼等系統(tǒng)擾碼規(guī)劃進(jìn)行改進(jìn)，完成工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測(cè)試策略研究。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)軟件測(cè)試策略的合理性進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)系統(tǒng)擾碼覆蓋情況和呼叫情況進(jìn)行測(cè)試，完成軟件測(cè)試策略合理性的驗(yàn)證。在進(jìn)行頻率規(guī)劃實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，利用該系統(tǒng)存在的潛在性干擾問題進(jìn)行處理，即每個(gè)小區(qū)與相鄰小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度差值小于等于載鄰比的限制值，進(jìn)而構(gòu)建每個(gè)小區(qū)的干擾評(píng)價(jià)函數(shù)，將頻率規(guī)劃歸納為約束條件的干擾評(píng)價(jià)函數(shù)，具體約束條件為：頻率范圍一定、間隔一定、復(fù)用方式相同，根據(jù)該約束條件設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)境與參數(shù)。

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境與參數(shù)設(shè)置

選擇我國某市20平方千米作為TD-SCDMA系統(tǒng)擾碼規(guī)的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)具有125個(gè)小區(qū)，42個(gè)基站，每個(gè)基站內(nèi)都有三個(gè)扇區(qū)，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，如表1所示。

表1 參數(shù)設(shè)置

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將傳統(tǒng)系統(tǒng)擾碼覆蓋評(píng)估與應(yīng)用軟件測(cè)試策略的改進(jìn)系統(tǒng)擾碼覆蓋評(píng)估結(jié)果在同一頻率下進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。

圖5 兩種系統(tǒng)擾碼覆蓋評(píng)估對(duì)比結(jié)果

由圖5可知：圖5(a)為傳統(tǒng)系統(tǒng)的擾碼覆蓋評(píng)估結(jié)果，在沒有信號(hào)區(qū)域擾碼覆蓋率為0%；小于等于-10擾碼覆蓋情況為0%；介于-10與0之間擾碼覆蓋情況為0.03%；介于0與10之間擾碼覆蓋情況為8.53%；介于10與20之間擾碼覆蓋情況為29.57%；介于20與30之間擾碼覆蓋情況為38.37%；介于30與40之間擾碼覆蓋情況為20.35%；介于40與50之間擾碼覆蓋情況為3.07%；介于50與60之間擾碼覆蓋情況為0.08%；大于等于60之間擾碼覆蓋情況為0%。圖5(b)為改進(jìn)系統(tǒng)的擾碼覆蓋評(píng)估結(jié)果，在沒有信號(hào)區(qū)域擾碼覆蓋率為0%；小于等于-10擾碼覆蓋情況為0%；介于-10與0之間擾碼覆蓋情況為0.02%；介于0與10之間擾碼覆蓋情況為6.52%；介于10與20之間擾碼覆蓋情況為22.89%；介于20與30之間擾碼覆蓋情況為41.57%；介于30與40之間擾碼覆蓋情況為23.33%；介于40與50之間擾碼覆蓋情況為5.42%；介于50與60之間擾碼覆蓋情況為0.23%；大于等于60之間擾碼覆蓋情況為0.02%。對(duì)比兩種系統(tǒng)的擾碼覆蓋評(píng)估結(jié)果，應(yīng)用軟件測(cè)試策略的改進(jìn)系統(tǒng)擾碼覆蓋大于0的比例有所提升，且效果顯著。

在同頻干擾情況比較嚴(yán)重的情況下，將TD-SCDMA系統(tǒng)進(jìn)行50%的模擬，并在終端兩個(gè)小區(qū)之間進(jìn)行低速移動(dòng)，將傳統(tǒng)系統(tǒng)與應(yīng)用軟件測(cè)試策略的改進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行呼叫測(cè)試，分別從呼叫情況、掉話情況、切換情況進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 兩種系統(tǒng)呼叫測(cè)試結(jié)果

由表2可知：傳統(tǒng)系統(tǒng)的呼叫失敗率為12%，掉話率為8%，切換失敗率為20%。應(yīng)用軟件測(cè)試策略的改進(jìn)系統(tǒng)，其呼叫失敗率為4%，掉話率為2%，切換失敗率為9%。對(duì)比傳統(tǒng)系統(tǒng)和改進(jìn)系統(tǒng)的呼叫實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)系統(tǒng)的呼叫失敗率是傳統(tǒng)系統(tǒng)的三分之一，掉話率為傳統(tǒng)系統(tǒng)掉話率的四分之一，切換失敗率小于傳統(tǒng)系統(tǒng)切換失敗率的一半，充分說明無論是呼叫失敗率、掉話率，還是切換失敗率，應(yīng)用軟件測(cè)試策略的改進(jìn)系統(tǒng)的呼叫情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)的呼叫情況，驗(yàn)證了應(yīng)用軟件測(cè)試策略的工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)，其精準(zhǔn)度更高，系統(tǒng)性能更強(qiáng)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以看出在設(shè)置實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，傳統(tǒng)系統(tǒng)與應(yīng)用軟件測(cè)試策略的改進(jìn)系統(tǒng)在沒有信號(hào)區(qū)域擾碼覆蓋率為0%；小于等于-10擾碼覆蓋情況為0%；介于-10與0之間擾碼覆蓋情況相差0.01%；介于0與10之間擾碼覆蓋情況相差2.01%；介于10與20之間擾碼覆蓋情況相差6.68%；介于30與40之間擾碼覆蓋情況相差2.98%；介于40與50之間擾碼覆蓋情況相差2.35%；介于50與60之間擾碼覆蓋情況相差0.15%；大于等于60之間擾碼覆蓋情況相差0.02%。由此可知，應(yīng)用軟件測(cè)試策略的改進(jìn)系統(tǒng)擾碼覆蓋大于0的比例有所提升，且效果顯著。將傳統(tǒng)系統(tǒng)與應(yīng)用軟件測(cè)試策略的改進(jìn)系統(tǒng)對(duì)呼叫失敗率、掉話率、切換失敗率進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果可知，傳統(tǒng)系統(tǒng)無論是呼叫失敗率、掉話率、切換失敗率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于改進(jìn)系統(tǒng)，且抑制效果較差。因此，采用研究的軟件測(cè)試策略能夠提高工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的擾碼覆蓋率、精準(zhǔn)度，增強(qiáng)系統(tǒng)性能。

4 結(jié)束語

頻率和擾碼的合理規(guī)劃對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量具有較大的影響，為解決傳統(tǒng)系統(tǒng)存在擾碼覆蓋綠低、準(zhǔn)確度低、性能較差等問題，提出工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測(cè)試策略研究。采用不同頻率復(fù)用方式，獲取頻率配置結(jié)果，進(jìn)行頻率重新規(guī)劃；引進(jìn)Galib遺傳算法，對(duì)簇復(fù)用碼和互斥性碼等系統(tǒng)擾碼規(guī)劃進(jìn)行改進(jìn)，完成工業(yè)TD-SCDMA系統(tǒng)的軟件測(cè)試策略研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該軟件測(cè)試策略能夠有效提高TD-SCDMA系統(tǒng)的擾碼覆蓋率、性能和精準(zhǔn)度，具有一定的有效性和實(shí)用性。但由于擾碼種類較多，規(guī)劃過程復(fù)雜，因此該軟件測(cè)試策略在擾碼規(guī)劃方面仍需深入研究。軟件測(cè)試策略將以編制快速、科學(xué)、可靠的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)擾碼規(guī)則為主要研究?jī)?nèi)容，擾碼規(guī)則可大幅度提升擾碼規(guī)劃效果，并通過自動(dòng)擾碼軟件可在未來得到廣泛應(yīng)用。

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