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，主要用來補償lognormal慢衰落和網(wǎng)絡內(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，主要用來補償信道環(huán)境變化所帶來的長期的業(yè)務質(zhì)量的惡化，這種惡化主要通過提高目標SIR來進行補償。但是目標SIR的提高會增加網(wǎng)絡的整體干擾水平，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SIR值與網(wǎng)絡的覆蓋、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

　　人們對通信日益增長的需求促進了通信技術(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作為我國自主開發(fā)的技術(shù)，在國內(nèi)受到大家強烈的關(guān)注。TD-SCDMA作為一個CDMA系統(tǒng)，本身不可避免是一個干擾系統(tǒng)，同時由于在時間上不同用戶占用不同的時隙碼道，并且時隙碼道總是有限的，因此也是一個資源有限系統(tǒng)。對于國內(nèi)所使用的1.28M低碼片速率標準，由于使用了智能天線和聯(lián)合監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)，同時在同一時隙里接入的用戶數(shù)目較少，系統(tǒng)的干擾維持在一個較低的水平，因此在一般情況下系統(tǒng)可以滿碼道工作，整個系統(tǒng)是一個資源受限系統(tǒng)。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(tǒng)的各種干擾時，系統(tǒng)依然會表現(xiàn)出干擾受限性，此時系統(tǒng)就會轉(zhuǎn)變成為一個干擾受限系統(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SIR與網(wǎng)絡的覆蓋、容量之間的關(guān)系，從而確定了網(wǎng)絡由資源受限性向干擾受限性轉(zhuǎn)變的條件。

　　2 網(wǎng)絡性能分析方法

　　SIR是衡量網(wǎng)絡性能的一項重要指標。為了達到一定的業(yè)務質(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，比如對于話音業(yè)務，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)絡信道環(huán)境好壞的一個重要指標。

　　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(diào)一個步長；否則將對等層的發(fā)射功率上調(diào)一個步長。內(nèi)環(huán)功控每子幀進行一次。而外環(huán)功控主要用來確定用于內(nèi)環(huán)功控的目標SIR值。其過程為將一段時間內(nèi)MAC上報的平均誤塊率和業(yè)務允許的誤塊率進行比較，如果MAC上報的誤塊率大于允許的誤塊率，則將內(nèi)環(huán)功控的目標SIR下調(diào)一個步長，否則上調(diào)一個步長。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

　　下表為仿真時系統(tǒng)的基本配置

[table]

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)務物理信道資源	下行SF=16的八條碼道 上行SF=2的一條碼道

[/table]

　　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，在目標SIR分別取5、6、7、8dB時，12.2kAMR語音業(yè)務在滿碼道工作時系統(tǒng)噪聲提升結(jié)果如下：

[table]

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

[/table]
表3.1 目標SIR-噪聲提升對應表



　　如上所示，系統(tǒng)干擾水平和內(nèi)環(huán)功控的目標SIR值直接相關(guān)，且隨著目標SIR增大，系統(tǒng)干擾水平不斷提升，在目標SIR為5-6dB時，干擾水平提升不大，但是當目標SIR增大到8dB左右，系統(tǒng)噪聲開始迅速提升。同時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)絡的干擾增加，從而使得干擾水平不斷增大。

　　因此隨著目標SIR和網(wǎng)絡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，不同的目標SIR情況下，12.2kAMR語音業(yè)務在滿碼道工作時用戶功控滿意率如下圖所示：

　　我們注意到，因為在12.2kAMR語音業(yè)務時，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(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。如對下行鏈路，小區(qū)最大允許路損值為145.5dB時，在系統(tǒng)用戶功控滿意率為95%的標準下，系統(tǒng)的外環(huán)功控最大目標SIR值不應該超過6dB；但是如果小區(qū)最大允許路損值為141dB時，在系統(tǒng)用戶功控滿意率為95%的標準下，系統(tǒng)的外環(huán)功控最大目標SIR值則可以達到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SIR上限值。但是外環(huán)功控的目標SIR上限值并不能無限制的提升，下面對小區(qū)半徑為577米，最大路損值為129dB的小區(qū)進行分析，結(jié)果如下：



　　如圖所示，即使在小區(qū)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%的接入用戶功控滿意，外環(huán)功控的目標SIR上限值也不應該超過10dB。

　　4 總結(jié)

　　對于TD-SCDMA系統(tǒng)，網(wǎng)絡的干擾水平和內(nèi)環(huán)功控的目標SIR值有著很大的關(guān)系。而內(nèi)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，較小的目標SIR就能滿足用戶的誤碼率要求，如目標SIR取5-6dB就已經(jīng)足夠，此時網(wǎng)絡的干擾很小。但是隨著信道環(huán)境不斷惡化，為了達到用戶所需要的誤碼率，目標SIR將不斷增大，造成網(wǎng)絡的干擾水平迅速提升，此時為了使系統(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)絡的覆蓋范圍。但是在發(fā)射功率一定的情況下，網(wǎng)絡的覆蓋和外環(huán)功控的目標SIR值是互相制約的。此時為了保持系統(tǒng)的覆蓋和容量，外環(huán)功控的目標SIR值不能無限提升。一般情況下的目標SIR值不應該超過8dB，即使網(wǎng)絡的情況很惡劣的情況下，目標SIR值也不應該超過10dB，此時需要較大的犧牲網(wǎng)絡的容量和覆蓋，整個網(wǎng)絡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值就能很好的滿足用戶的誤碼率要求。