TD-SCDMA系統(tǒng)外環(huán)功控分析

摘要：TD-SCDMA系統(tǒng)的閉環(huán)功控可以分為內(nèi)環(huán)功控和外環(huán)功控。其中內(nèi)環(huán)功控是一種快速功控，頻率為200Hz，主要用來補(bǔ)償lognormal慢衰落和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它用戶和基站帶來的干擾。而外環(huán)功控是一種慢速功控，主要用來補(bǔ)償信道環(huán)境變化所帶來的長期的業(yè)務(wù)質(zhì)量的惡化，這種惡化主要通過提高目標(biāo)SIR來進(jìn)行補(bǔ)償。但是目標(biāo)SIR的提高會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的整體干擾水平，因此不能無限制的提高。本文通過仿真分析了外環(huán)功控目標(biāo)SIR值與網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量之間的關(guān)系，確定了系統(tǒng)由資源受限向干擾受限轉(zhuǎn)變的條件。 


1 引言

人們對(duì)通信日益增長的需求促進(jìn)了通信技術(shù)的發(fā)展。為了提高通信系統(tǒng)的質(zhì)量和容量，種種先進(jìn)的通信技術(shù)得到了深入研究和發(fā)展。其中，最為突出的就是對(duì)CDMA技術(shù)的研究。人們?cè)趯?duì)CDMA技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，提出了3G的概念以及3G的三大標(biāo)準(zhǔn)CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA，其中TD-SCDMA作為我國自主開發(fā)的技術(shù)，在國內(nèi)受到大家強(qiáng)烈的關(guān)注。TD-SCDMA作為一個(gè)CDMA系統(tǒng)，本身不可避免是一個(gè)干擾系統(tǒng)，同時(shí)由于在時(shí)間上不同用戶占用不同的時(shí)隙碼道，并且時(shí)隙碼道總是有限的，因此也是一個(gè)資源有限系統(tǒng)。對(duì)于國內(nèi)所使用的1.28M低碼片速率標(biāo)準(zhǔn)，由于使用了智能天線和聯(lián)合監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)在同一時(shí)隙里接入的用戶數(shù)目較少，系統(tǒng)的干擾維持在一個(gè)較低的水平，因此在一般情況下系統(tǒng)可以滿碼道工作，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)資源受限系統(tǒng)。但是當(dāng)信道環(huán)境比較惡劣，TD-SCDMA的種種關(guān)鍵技術(shù)不能有效地消除系統(tǒng)的各種干擾時(shí)，系統(tǒng)依然會(huì)表現(xiàn)出干擾受限性，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)轉(zhuǎn)變成為一個(gè)干擾受限系統(tǒng)。本文分析了不同信道環(huán)境下，系統(tǒng)的外環(huán)功控目標(biāo)SIR與網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量之間的關(guān)系，從而確定了網(wǎng)絡(luò)由資源受限性向干擾受限性轉(zhuǎn)變的條件。

2 網(wǎng)絡(luò)性能分析方法

SIR是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為了達(dá)到一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量，最基本的要求是解碼后的誤碼率必須達(dá)到一定的要求，比如對(duì)于話音業(yè)務(wù)，一般要求誤碼率不大于0.1%。而在不同的信道環(huán)境下，為了達(dá)到所需求的誤碼率，需要有不同的目標(biāo)SIR值，因此在這里目標(biāo)SIR是衡量網(wǎng)絡(luò)信道環(huán)境好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。

2.1 小區(qū)分布結(jié)構(gòu)

本文所分析的小區(qū)分布是如下圖所示的宏蜂窩單扇區(qū)小區(qū)：



圖2.1  宏蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)

2.2 閉環(huán)功控

TD-SCDMA系統(tǒng)的閉環(huán)功控可分為內(nèi)環(huán)功控和外環(huán)功控。其中內(nèi)環(huán)功控主要用來確定空口上的發(fā)射功率。其過程為將接收到的SIR值和目標(biāo)SIR值比較，如果接收到的SIR值大于目標(biāo)SIR值，則通知對(duì)等層將空口上的發(fā)射功率下調(diào)一個(gè)步長；否則將對(duì)等層的發(fā)射功率上調(diào)一個(gè)步長。內(nèi)環(huán)功控每子幀進(jìn)行一次。而外環(huán)功控主要用來確定用于內(nèi)環(huán)功控的目標(biāo)SIR值。其過程為將一段時(shí)間內(nèi)MAC上報(bào)的平均誤塊率和業(yè)務(wù)允許的誤塊率進(jìn)行比較，如果MAC上報(bào)的誤塊率大于允許的誤塊率，則將內(nèi)環(huán)功控的目標(biāo)SIR下調(diào)一個(gè)步長，否則上調(diào)一個(gè)步長。外環(huán)功控是一種慢速功控，一般幾百毫秒一次。



1.1 SIR計(jì)算

SIR為聯(lián)合監(jiān)測后、解碼之前的信干比，在仿真中物理層通過如下公式計(jì)算



1.2 鏈路估算及小區(qū)半徑


基本參數(shù)配置



下表為仿真時(shí)系統(tǒng)的基本配置

參數(shù)描述	配置	備注
信道模型	COST-231城市模型	基站天線高度為20米，UE高度為1.5米
NodeB每小區(qū)最大發(fā)射功率	34dBm	對(duì)SF=16的每條碼道最大發(fā)射功率為22dBm
UE最大發(fā)射功率	21dBm
小區(qū)半徑	577米到1990米	577米為協(xié)議參考值。
NodeB智能天線增益	最大15dB左右	為實(shí)測數(shù)據(jù)
UE天線增益	0dB
噪聲功率	下行-104dBm 上行-106dBm	熱噪聲功率+噪聲系數(shù)
上行MUD因子	0.75
下行 因子	0.78
AMR語音業(yè)務(wù)物理信道資源	下行SF=16的兩條碼道 上行SF=8的一條碼道
PS64k數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)物理信道資源	下行SF=16的八條碼道 上行SF=2的一條碼道

1  結(jié)果及分析

1.1 不同信道環(huán)境下的系統(tǒng)干擾分析

小區(qū)半徑取577米時(shí)，在目標(biāo)SIR分別取5、6、7、8dB時(shí)，12.2kAMR語音業(yè)務(wù)在滿碼道工作時(shí)系統(tǒng)噪聲提升結(jié)果如下：

目標(biāo)SIR(dB)	平均噪聲提升(dB)
5	下行：1.24 上行：1.32
6	下行：1.68 上行：1.79
7	下行：2.21 上行：2.56
8	下行：3.42 上行：3.96

表3.1  目標(biāo)SIR-噪聲提升對(duì)應(yīng)表 
 



如上所示，系統(tǒng)干擾水平和內(nèi)環(huán)功控的目標(biāo)SIR值直接相關(guān)，且隨著目標(biāo)SIR增大，系統(tǒng)干擾水平不斷提升，在目標(biāo)SIR為5-6dB時(shí)，干擾水平提升不大，但是當(dāng)目標(biāo)SIR增大到8dB左右，系統(tǒng)噪聲開始迅速提升。同時(shí)下行鏈路性能要好于上行鏈路性能。以上結(jié)果容易理解，因?yàn)槟繕?biāo)SIR的增大必將導(dǎo)致NodeB和UE的發(fā)射功率增加，發(fā)射功率增加必將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的干擾增加，從而使得干擾水平不斷增大。

因此隨著目標(biāo)SIR和網(wǎng)絡(luò)的干擾所造成的噪聲功率提升不斷增大，小區(qū)覆蓋所允許的路損值迅速的減少，小區(qū)覆蓋半徑也將迅速的減少。

3.2 外環(huán)功控分析

在小區(qū)半徑為1199m-1646m時(shí)，不同的目標(biāo)SIR情況下，12.2kAMR語音業(yè)務(wù)在滿碼道工作時(shí)用戶功控滿意率如下圖所示：

我們注意到，因?yàn)樵?2.2kAMR語音業(yè)務(wù)時(shí)，下行鏈路對(duì)SF=16的每碼道的最大發(fā)射功率為22dBm，而上行鏈路對(duì)SF=8的一條碼道的最大發(fā)射功率為21dBm，因此下圖中上下行的SIR+I值相差4dB。 
 
圖3.2  不同目標(biāo)SIR、不同小區(qū)半徑系統(tǒng)容量分析圖

如上圖所示，外環(huán)功控的門限值和小區(qū)半徑直接相關(guān)。小區(qū)半徑越小，允許的外環(huán)功控門限值就越高。如對(duì)下行鏈路，小區(qū)最大允許路損值為145.5dB時(shí)，在系統(tǒng)用戶功控滿意率為95%的標(biāo)準(zhǔn)下，系統(tǒng)的外環(huán)功控最大目標(biāo)SIR值不應(yīng)該超過6dB；但是如果小區(qū)最大允許路損值為141dB時(shí)，在系統(tǒng)用戶功控滿意率為95%的標(biāo)準(zhǔn)下，系統(tǒng)的外環(huán)功控最大目標(biāo)SIR值則可以達(dá)到8dB。

雖然減小小區(qū)覆蓋半徑可以給功控更大的自由度，提高外環(huán)功控的目標(biāo)SIR上限值。但是外環(huán)功控的目標(biāo)SIR上限值并不能無限制的提升，下面對(duì)小區(qū)半徑為577米，最大路損值為129dB的小區(qū)進(jìn)行分析，結(jié)果如下： 
 
如圖所示，即使在小區(qū)半徑較小達(dá)到577米，最大路損值降到129dB，SIR+I值達(dá)到下行26dB，上行22dB的極端情況下，要保證95%的接入用戶功控滿意，外環(huán)功控的目標(biāo)SIR上限值也不應(yīng)該超過10dB。

4 總結(jié)

對(duì)于TD-SCDMA系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)的干擾水平和內(nèi)環(huán)功控的目標(biāo)SIR值有著很大的關(guān)系。而內(nèi)環(huán)功控的目標(biāo)SIR由外環(huán)功控確定，直接反應(yīng)了當(dāng)前的信道質(zhì)量。當(dāng)信道環(huán)境較好時(shí)，較小的目標(biāo)SIR就能滿足用戶的誤碼率要求，如目標(biāo)SIR取5-6dB就已經(jīng)足夠，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)的干擾很小。但是隨著信道環(huán)境不斷惡化，為了達(dá)到用戶所需要的誤碼率，目標(biāo)SIR將不斷增大，造成網(wǎng)絡(luò)的干擾水平迅速提升，此時(shí)為了使系統(tǒng)的功控平衡，需要不斷提升基站和用戶的發(fā)射功率或降低網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。但是在發(fā)射功率一定的情況下，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和外環(huán)功控的目標(biāo)SIR值是互相制約的。此時(shí)為了保持系統(tǒng)的覆蓋和容量，外環(huán)功控的目標(biāo)SIR值不能無限提升。一般情況下的目標(biāo)SIR值不應(yīng)該超過8dB，即使網(wǎng)絡(luò)的情況很惡劣的情況下，目標(biāo)SIR值也不應(yīng)該超過10dB，此時(shí)需要較大的犧牲網(wǎng)絡(luò)的容量和覆蓋，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也由原來的資源受限性系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦蓴_受限性系統(tǒng)。當(dāng)然，對(duì)于一般的信道環(huán)境情況下，只需要6dB左右的目標(biāo)SIR值就能很好的滿足用戶的誤碼率要求。