TD-SCDMA系統外環(huán)功控分析

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


1 引言

人們對通信日益增長(cháng)的需求促進(jìn)了通信技術(shù)的發(fā)展。為了提高通信系統的質(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CDMA技術(shù)的研究。人們在對CDMA技術(shù)研究的基礎上，提出了3G的概念以及3G的三大標準CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA，其中TD-SCDMA作為我國自主開(kāi)發(fā)的技術(shù)，在國內受到大家強烈的關(guān)注。TD-SCDMA作為一個(gè)CDMA系統，本身不可避免是一個(gè)干擾系統，同時(shí)由于在時(shí)間上不同用戶(hù)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。對于國內所使用的1.28M低碼片速率標準，由于使用了智能天線(xiàn)和聯(lián)合監測的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)在同一時(shí)隙里接入的用戶(hù)數目較少，系統的干擾維持在一個(gè)較低的水平，因此在一般情況下系統可以滿(mǎn)碼道工作，整個(gè)系統是一個(gè)資源受限系統。但是當信道環(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的各種干擾時(shí)，系統依然會(huì )表現出干擾受限性，此時(shí)系統就會(huì )轉變成為一個(gè)干擾受限系統。本文分析了不同信道環(huán)境下，系統的外環(huán)功控目標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 )性能的一項重要指標。為了達到一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量，最基本的要求是解碼后的誤碼率必須達到一定的要求，比如對于話(huà)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，為了達到所需求的誤碼率，需要有不同的目標SIR值，因此在這里目標SIR是衡量網(wǎng)絡(luò )信道環(huán)境好壞的一個(gè)重要指標。

2.1 小區分布結構

本文所分析的小區分布是如下圖所示的宏蜂窩單扇區小區：



圖2.1  宏蜂窩小區結構

2.2 閉環(huán)功控

TD-SCDMA系統的閉環(huán)功控可分為內環(huán)功控和外環(huán)功控。其中內環(huán)功控主要用來(lái)確定空口上的發(fā)射功率。其過(guò)程為將接收到的SIR值和目標SIR值比較，如果接收到的SIR值大于目標SIR值，則通知對等層將空口上的發(fā)射功率下調一個(gè)步長(cháng)；否則將對等層的發(fā)射功率上調一個(gè)步長(cháng)。內環(huán)功控每子幀進(jìn)行一次。而外環(huán)功控主要用來(lái)確定用于內環(huán)功控的目標SIR值。其過(guò)程為將一段時(shí)間內MAC上報的平均誤塊率和業(yè)務(wù)允許的誤塊率進(jìn)行比較，如果MAC上報的誤塊率大于允許的誤塊率，則將內環(huán)功控的目標SIR下調一個(gè)步長(cháng)，否則上調一個(gè)步長(cháng)。外環(huán)功控是一種慢速功控，一般幾百毫秒一次。



1.1 SIR計算

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



1.2 鏈路估算及小區半徑


基本參數配置



下表為仿真時(shí)系統的基本配置

參數描述	配置	備注
信道模型	COST-231城市模型	基站天線(xiàn)高度為20米，UE高度為1.5米
NodeB每小區最大發(fā)射功率	34dBm	對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
小區半徑	577米到1990米	577米為協(xié)議參考值。
NodeB智能天線(xiàn)增益	最大15dB左右	為實(shí)測數據
UE天線(xiàn)增益	0dB
噪聲功率	下行-104dBm 上行-106dBm	熱噪聲功率+噪聲系數
上行MUD因子	0.75
下行 因子	0.78
AMR語(yǔ)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數據業(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  結果及分析

1.1 不同信道環(huán)境下的系統干擾分析

小區半徑取577米時(shí)，在目標SIR分別取5、6、7、8dB時(shí)，12.2kAMR語(yǔ)音業(yè)務(wù)在滿(mǎn)碼道工作時(shí)系統噪聲提升結果如下：

目標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SIR-噪聲提升對應表 
 



如上所示，系統干擾水平和內環(huán)功控的目標SIR值直接相關(guān)，且隨著(zhù)目標SIR增大，系統干擾水平不斷提升，在目標SIR為5-6dB時(shí)，干擾水平提升不大，但是當目標SIR增大到8dB左右，系統噪聲開(kāi)始迅速提升。同時(shí)下行鏈路性能要好于上行鏈路性能。以上結果容易理解，因為目標SIR的增大必將導致NodeB和UE的發(fā)射功率增加，發(fā)射功率增加必將導致網(wǎng)絡(luò )的干擾增加，從而使得干擾水平不斷增大。

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

3.2 外環(huán)功控分析

在小區半徑為1199m-1646m時(shí)，不同的目標SIR情況下，12.2kAMR語(yǔ)音業(yè)務(wù)在滿(mǎn)碼道工作時(shí)用戶(hù)功控滿(mǎn)意率如下圖所示：

我們注意到，因為在12.2kAMR語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)，下行鏈路對SF=16的每碼道的最大發(fā)射功率為22dBm，而上行鏈路對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SIR、不同小區半徑系統容量分析圖

如上圖所示，外環(huán)功控的門(mén)限值和小區半徑直接相關(guān)。小區半徑越小，允許的外環(huán)功控門(mén)限值就越高。如對下行鏈路，小區最大允許路損值為145.5dB時(shí)，在系統用戶(hù)功控滿(mǎn)意率為95%的標準下，系統的外環(huán)功控最大目標SIR值不應該超過(guò)6dB；但是如果小區最大允許路損值為141dB時(shí)，在系統用戶(hù)功控滿(mǎn)意率為95%的標準下，系統的外環(huán)功控最大目標SIR值則可以達到8dB。

雖然減小小區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SIR上限值。但是外環(huán)功控的目標SIR上限值并不能無(wú)限制的提升，下面對小區半徑為577米，最大路損值為129dB的小區進(jìn)行分析，結果如下： 
 
如圖所示，即使在小區半徑較小達到577米，最大路損值降到129dB，SIR+I值達到下行26dB，上行22dB的極端情況下，要保證95%的接入用戶(hù)功控滿(mǎn)意，外環(huán)功控的目標SIR上限值也不應該超過(guò)10dB。

4 總結

對于TD-SCDMA系統，網(wǎng)絡(luò )的干擾水平和內環(huán)功控的目標SIR值有著(zhù)很大的關(guān)系。而內環(huán)功控的目標SIR由外環(huán)功控確定，直接反應了當前的信道質(zhì)量。當信道環(huán)境較好時(shí)，較小的目標SIR就能滿(mǎn)足用戶(hù)的誤碼率要求，如目標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(zhù)信道環(huán)境不斷惡化，為了達到用戶(hù)所需要的誤碼率，目標SIR將不斷增大，造成網(wǎng)絡(luò )的干擾水平迅速提升，此時(shí)為了使系統的功控平衡，需要不斷提升基站和用戶(hù)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SIR值是互相制約的。此時(shí)為了保持系統的覆蓋和容量，外環(huán)功控的目標SIR值不能無(wú)限提升。一般情況下的目標SIR值不應該超過(guò)8dB，即使網(wǎng)絡(luò )的情況很惡劣的情況下，目標SIR值也不應該超過(guò)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(lái)的資源受限性系統轉變?yōu)楦蓴_受限性系統。當然，對于一般的信道環(huán)境情況下，只需要6dB左右的目標SIR值就能很好的滿(mǎn)足用戶(hù)的誤碼率要求。