1 下行鏈路多徑傳播對(duì)功率控制與網(wǎng)絡(luò)容量的影響 緒論 WCDMA成功的商業(yè)發(fā)展有賴于移動(dòng)設(shè)備或用戶器材的實(shí)用性，這些器材可以使終端用戶體驗(yàn)到超越當(dāng)前 GSM/GPRS/EDGE 網(wǎng)絡(luò)的功能。傳統(tǒng) GSM移動(dòng)測(cè)試裝置測(cè)試符合傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法。 .這些一致的案例都被操作人員和儀器廠商采用 ,以確保該裝置可以滿足的最低程度的 射頻（ RF） 性能水平。雖然這種方法被 UMTS委員會(huì)和 GSM廣泛接受，但是 Release 99WCDMA 裝置(或用戶設(shè)備 (UE)需要更先進(jìn)、或綜合測(cè)試方法來對(duì) UE的性能進(jìn)行評(píng)估，確保成功投放。 WCDMA 的測(cè)試 必須設(shè)法描述 UE 在符合終端用戶經(jīng)歷具有代表性的特定狀態(tài)下的性能。同時(shí) “一致性 測(cè)試 ” 在建立最起碼的基準(zhǔn) 時(shí) 起著重要作用 ,但沒有提供一個(gè)完整的描述。僅僅是表示在對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)操作時(shí) UE起的作用。在一個(gè)特定的環(huán)境 ,功能好的 UE可減少干擾和減少功率需要 ,這些將直接影響到小區(qū)的容量 ,需要更多的性能進(jìn)行測(cè)試。 性能測(cè)試可以計(jì)算出不在一個(gè)水平上的多個(gè) UE 的基準(zhǔn)性能。 此外 ,它還能夠測(cè)定 UE 在典型的端到端移動(dòng)情況時(shí)的工作性能 ,并觀察他們的性能將如何影響網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量 .?？梢灶A(yù)料 , UE商業(yè)發(fā)展將超出那些通過 /失敗符合一致性測(cè)試案例的 標(biāo)準(zhǔn)。 UE 的 更好 履行可能會(huì)對(duì) 網(wǎng)絡(luò)性能 (以小區(qū)容量為例 ) 有更積極影響 ,因此最小化一致要求之外的測(cè)試對(duì)決定在一個(gè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中哪個(gè) UE工作的更好及工作到最好是十分必要的 . 能在有重復(fù)測(cè)試環(huán)境 測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行這類測(cè)試 ,將會(huì)顧及到早期的潛在性能和網(wǎng)絡(luò)容量的診斷，這 里的 網(wǎng)絡(luò)容量與先前實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中 UE 的配置有關(guān)。 WCDMA 網(wǎng)絡(luò)中的容量限定與 GSM 網(wǎng)絡(luò)有很大的差異。 WCDMA 可利用的容量 ,取決于在小區(qū)中同時(shí)使用的 UEs 所需要的可接受的性能水平。一個(gè) WCDMA 小區(qū)的最大容量直接對(duì)應(yīng)于所有的 UE達(dá)到最低但可接受的質(zhì)量水平 時(shí)的最小功率水平。 這表明 , 需要所有 UE 的精確功率控制水平 能力 是根據(jù) 小區(qū)容量 來 最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò) 的 標(biāo)準(zhǔn)工具 。 如果某一特定的 UE需要較少功率實(shí)現(xiàn)或維持一特定的誤塊率 (BLER)指標(biāo) ,這些多余的功率可重新分配給小區(qū)中其他的 UE,這導(dǎo)致容量的提升。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)引進(jìn)高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包存取 (HSDPA)的能力 ，精確的功率控制將變得更為重要 。它利用小區(qū)中的剩余或者未用的功率使高速數(shù)據(jù)連接。因此 ,功率控制是一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域 ,在這個(gè)領(lǐng)域里 UE 的性能直接影響了 WCDMA 的網(wǎng)絡(luò) .。當(dāng) HSDPA 要傳輸?shù)臅r(shí)候， UE 需要恰當(dāng)?shù)目刂乒β仕?，這將導(dǎo)致網(wǎng) 絡(luò)容量的提升并 顧慮到 了更高速的數(shù)據(jù)連接。 進(jìn)一步調(diào)查 ,這篇文章將分析不同的 UE 平臺(tái)需要的功率值 (即平均 DPCH_EC/IOR)。這個(gè)平臺(tái)代表了網(wǎng)絡(luò)建立的特定鏈路質(zhì)量， 這是 以各種多徑傳播條件為前提 的 。分析的目的是測(cè)定 2 在功率控制算法有用的情況下 UE達(dá)到各自的特定鏈路質(zhì)量的時(shí)候是否存在性能的差異。 功率 控制 和容量 功率控制是在 WCDMA 網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)最重要的概念。 沒有功率控制 (特別是在上行鏈路 ) 當(dāng)某一個(gè) UE 位于緊挨基站位置并傳送大功率的時(shí)候能容易地影響其它工作在小區(qū)邊緣的 UE 的性能 (i.e 遠(yuǎn)近效應(yīng) ) 甚至 阻塞整個(gè)小區(qū) ,如圖 1-1所示 。 圖 1-1 功率控制示例 (遠(yuǎn)近效應(yīng) ) 如果沒有功率控制機(jī)制那么 UE 1的功率將會(huì)很可能壓制處在小區(qū)邊緣的 UE 2。這會(huì)減少小區(qū)的覆蓋面和容量同時(shí)阻塞 UE 2與基站的成功通信。雖然現(xiàn)在的 WCDMA 網(wǎng)絡(luò)支持開環(huán)功率控制 , 但是它是基于過去的為 UE 在開始連接時(shí)提供粗糙的最初的功率。 為了真正地優(yōu)化 網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最大容量 , 必須使用閉環(huán) (內(nèi)在 )功率控制來調(diào)平小區(qū)中所有一直活躍的移動(dòng)臺(tái)每比特的接收功率。 內(nèi)環(huán)功率控制被使用在上行鏈路和下行鏈路 。在上行鏈路 , 基站對(duì)接收到的信干比（ SIR）進(jìn)行頻繁估計(jì) (SIR) 并且計(jì)算一個(gè)目標(biāo) SIR 值。 然后它把目標(biāo)值與測(cè)量值進(jìn)行比較并指示 UE 根據(jù)比較結(jié)果 進(jìn)行 相應(yīng)地操做。 在上行鏈路 ， 內(nèi)環(huán)功率控制意欲防止通信網(wǎng)絡(luò)中在基站方接收 到的信號(hào) 功率出現(xiàn) 不平衡狀態(tài) 。 在下行鏈路 , 同樣的環(huán)功率控制技術(shù) 也 被使用 ； 但是需要是注意的是方向的不同。 在下行鏈路 , 雖然所有信號(hào)都來源于同樣 信 源 (如：基站 ), 但根據(jù)他們位于小區(qū)中不同的地點(diǎn)、不同的多徑傳播和不同的服務(wù)要求 使得 各 UE 需要的功率水平將是不同的。為了保證 UE 能與基站成功地通信 , 各 UE 必須根據(jù)它打算 要用的無線接入信道 (RAB)來確定它 需要 的功率。 然后這信息被報(bào)告以便將正確數(shù)額的功率分配給每個(gè) UE ，這 使得以最優(yōu)用途為依據(jù)的可利用帶寬得以保證 。 功率控制一個(gè)最后的重要區(qū)域是外環(huán)功率控制。 外環(huán)功率控制根據(jù)需要 的 和各自的無線電鏈接 希望的質(zhì)量水平在基站方 調(diào)整目標(biāo) SIR。 必需或 希 望的 SIR 是由 UE 在多徑傳播情況 3 的測(cè)試之下而定的。 由于環(huán)境經(jīng)常改變 , 選擇一種最壞的配置來設(shè)置 SIR 會(huì)浪費(fèi)很多容量 , 特別是 在 低速連接的時(shí)候。 達(dá)到最大容量的最佳的方法就是是允許目標(biāo) SIR 值在履行指定的目標(biāo)質(zhì)量的最低值附近浮動(dòng) 。調(diào)查功率控制所起作用的方法之一就是在各種各樣的多徑傳播情況出現(xiàn)時(shí)測(cè)試 UE 在 需要達(dá)到一個(gè)指定的 QoS 水平時(shí)處理平均功率水平 (DPCH_Ec/Ior)的能力。 功率控制在信道解調(diào)上的作用 可以用 TS34.121 的例 7.8.1 (下行鏈路功率控制 )來確定通過不同的 UE 平臺(tái)時(shí)的性能容量基準(zhǔn) 。當(dāng)在下行鏈路使用最低可能的功率時(shí)，這測(cè)試建立了 UE 達(dá)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的必需鏈接質(zhì)量的能力。 一致性 測(cè)試 標(biāo)準(zhǔn)著重 于保證功率水平能夠在 90%時(shí)間 里 使達(dá)到的 給 定 BLER 目標(biāo) 值低于預(yù)先 設(shè)置 的門限。 然而 , 當(dāng)功率控制有效 的情況 下分析 UEs 在網(wǎng)絡(luò)中的性能的時(shí)候 ， 平均 DPCH_Ec/Ior 水平（不被要求作為一致性標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試 的 一部分） 可能被計(jì)算和作為比較數(shù)據(jù)使用。 這個(gè)測(cè)試方法 ,雖然集中于不同的 UE 平臺(tái) (從不同的商家 ), 但能非常容易地是被用于由 UE 制造商開發(fā) 的 不同核心 UE 平臺(tái) , 甚至在同樣平臺(tái)發(fā)展下對(duì)軟硬件 進(jìn)行 升級(jí)。 標(biāo)準(zhǔn)部分 7.8.1 依照測(cè)試?yán)邮褂迷?Annex D TS 34.121 (見本文附錄 A 多徑傳播條件的詳細(xì)介紹 )定義的多徑傳播情況。 圖 1-2 包含了三個(gè)被測(cè)試的 UE 各 需要的 BLER 和平均 DPCH_Ec/Ior 水平 , 當(dāng)配置為 1% BLER 目標(biāo) (+/- 0.3)時(shí) , 使用標(biāo)準(zhǔn)衰落模型 (案例 4) 作為為環(huán)境狀況。 圖 1-2 使用標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試案例條件的性能 當(dāng)以一致性 標(biāo)準(zhǔn) 條件測(cè)試時(shí)，分析改進(jìn)的結(jié)果 (i.e 平均 DPCH_Ec/Ior 水平 )，很明顯 UE 4 C 執(zhí)行最佳。 在達(dá)到同樣 BLER 目標(biāo)前提下， UE C 需要的平均功率大約比 UE A少 1.5 dB 。 在分析這些結(jié)果時(shí)要記住的一個(gè)重要方面是在 7.8.1測(cè)試?yán)又?UE在測(cè)試的時(shí)候下行鏈路的功率控制算法是有效的。 因此，在不同的 UE 平臺(tái)上觀察到的任何不同點(diǎn)都是和在以類似的衰落條件時(shí)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的 UE的性能類似的。 雖然 UE C 看上去在一致性 標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試之下表現(xiàn)最佳 ， 但是使用 其他 更多代表真實(shí)世界多徑傳播情況 時(shí) 需要另外的研究。另外兩個(gè)衰落模型：定義在 TR 25.493 的典型市區(qū)信道模型和定義在 ITU-R M.1225 的一個(gè) ITU 信道模型都能可以在 這 個(gè) 分析 中 使用 (參見附錄 A 多徑傳播條件的詳細(xì)介紹 ) 。 圖 1-3 包含三個(gè) UE 的測(cè)試結(jié)果 , 當(dāng)配置為 1% BLER目標(biāo) (+/- 0.3)時(shí) , 使用以高信號(hào)對(duì)干涉 (Ior/Ioc) 比率的 TU 和 ITU-A 衰落模型。 圖 1-3 以高信號(hào)對(duì)干涉 (Ior/Ioc) 比率的 TU 和 ITU-A 衰落模型 分析這些結(jié)果，在更具有實(shí)際多徑傳播條件代表性的條件下， UEC 再次表現(xiàn)出最好的性能。而且，在達(dá)到相同的 BLER 目標(biāo)的前提下， UEC 平均需要的功率比 UEA 少 1.5dB。在測(cè)試 4 的例子中 UEA甚至沒能夠滿足初始的收斂標(biāo)準(zhǔn)。 此外，比起其他的 UE來， UEC在測(cè)試時(shí)計(jì)算出的 BLER值要更加一致性。例如，在測(cè)試 4中， UEB 僅僅比 UEC 多需求不到 1dB 的功率，然而，它收斂在 BLER 的 1.25%，其目標(biāo)值定在1%?？墒?UEC 卻收斂在 0.98%。 在測(cè)試 6 中，雖然 UEB 能收斂于初始值，但是不能滿足 BLER目標(biāo)值并且由此沒能達(dá)到測(cè)試要求，于是有了在圖 1-3中顯示的 BLER的 1.45%。 其他的測(cè)試可以用相同的多徑條件，但要用更低的 Ior/Ioc率。圖 1-4包含了 3個(gè) UE的測(cè)試結(jié)果，當(dāng)用 1%BLER 目標(biāo)（ +/-0.3）配置時(shí)用 TU 和 ITU-A 衰落模型，按較低的信號(hào)比干擾比 (Ior/Ioc)。 5 圖 1-4 低 Ior/Ioc 下 TU & ITU 信道模型的測(cè)試結(jié)果 圖 1-4 中顯示的結(jié)果還是支持了在本 論文先前的預(yù)測(cè)。不考慮配置（如，衰落模型的使用、 Ior/Ioc水平的設(shè)置，或者初始 DHCP值）， UEC還是需要最少的功率且 達(dá)到了 BLER 的目標(biāo)值（當(dāng)和其他 UE比較時(shí)）。 在測(cè)試 8中， UEC 是所有的 UE中唯一能夠成功地收斂 在特定 目標(biāo)值的。在測(cè)試 10中， UEC不僅是收斂在特定目標(biāo)值，而且比 UEA 整整少用了 3dB 的功率，而 UEB 再次沒能成功地達(dá)到初始的覆蓋范圍。雖然 3個(gè) UE平臺(tái)測(cè)試都通過了一致性 標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試，但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中使用 UEC有明顯的好處，至少?gòu)母偷墓β蕮p耗考慮是這樣的。 結(jié)論 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和 UE 制造商都致 力于預(yù)測(cè) UE 的性能和對(duì)終端用戶、網(wǎng)絡(luò)容量的影響。 當(dāng)一致性測(cè)試試圖提供一種系統(tǒng)的方法來建立性能基準(zhǔn)時(shí)， UE 真的需要被評(píng)估來通過一致性 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格以便其良好的性能得到肯定。特別是在配置前 實(shí)驗(yàn)室仿真實(shí)際多徑情況的操作階段。 雖然 ITU-A通用的多徑傳播模型 源于 IMT-2000技術(shù)測(cè)試，但是要著重指明的是：在估計(jì)HSPDA 的性能時(shí)她是和一個(gè) 正 在使用的多徑傳播模型 TS34.121 合作的?；仡欉@些結(jié)果，他們都是基于較低的典型的用于語音的無線接入載體 (UL/DL = 12.2)，這個(gè)多徑傳播模型對(duì) UE的性能有明顯的影響。 在 以實(shí)際典型的多徑模型下預(yù)測(cè) 的 測(cè)試對(duì)高速數(shù)據(jù)調(diào)用性能的影響是很有意思的。Release 99的最優(yōu)化功率控制見證了使用功率控制 時(shí) 有用功率的 HSDPA的成功發(fā)展。 這篇論文集中分析了達(dá)到特定 BLER 需要的功率數(shù)量。然而，除了本文介紹之外還有種種的性能測(cè)試?yán)樱ɡ?，改?BLER 目標(biāo)值、 Ior/Ioc、數(shù)據(jù)率等等）都可以用于真實(shí)地估計(jì)一個(gè) UE配置到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)前的性能。 簡(jiǎn)單地提取記錄中顯示的 7.8.1的 DPCH_Ec/Ior 平均水平，很明顯， UEC在以整體范圍的 6 環(huán)境狀況下測(cè)試比其他的表現(xiàn)得都好（如，達(dá)到特定的 BLER 值時(shí)需要最少的功率）。忽略環(huán)境狀況的測(cè)試中，在達(dá)到相同的目標(biāo) BLER 值時(shí) UEC比 UEA平均少用了 1.5dB的功率。 因此， 僅僅考慮下行鏈路資源時(shí)，假設(shè)有兩個(gè)配置 相同 和 都 使用模型的小區(qū)，一個(gè)使用UEA，另外一個(gè)使用 UEC模型。允許不同的平均功率，使用 UEC的小區(qū)在達(dá)到相同的服務(wù)質(zhì)量時(shí)支持的容量比另外一個(gè)多 40%。 當(dāng)然，這樣的分析沒有考慮其他的因素，如上行鏈路的可用帶寬。但是，他確實(shí)提供了清晰的跡象， 那 就是在 WCDMA網(wǎng)絡(luò)中， UE性能的不同會(huì)顯著地影響 可用功率。在某種環(huán)境下，哪怕 1dB的額外功 率都會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的容量有巨大的影響。 7 參考文獻(xiàn) 1. 3GPP Technical Specification 34.121, V6.1.0 (2005-06) 3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Network, Terminal Conformance Specification, Radio Transmission and Reception