方媛 梁雙春

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100080）

隨著我國(guó)TD-SCDMA技術(shù)的不斷發(fā)展，在未來(lái)幾年內(nèi)，TD-SCDMA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將會(huì)取得大幅度增長(zhǎng)。為了適應(yīng)多媒體服務(wù)對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸日益增長(zhǎng)的需要，3GPP對(duì)空中接口作了改進(jìn)，在R5版本中引入了高速下行分組接人（HSDPA）技術(shù)。然而，HSDPA技術(shù)不能解決上行數(shù)據(jù)速率問(wèn)題，為滿足要求更高的上行速率業(yè)務(wù)發(fā)展需要，3GPP R6版本開始，開展了對(duì)高速上行分組接入（HSUPA）的研究和標(biāo)準(zhǔn)制定工作。

1 研究?jī)?nèi)容

目前對(duì)于無(wú)線系統(tǒng)性能的評(píng)估通常是使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)級(jí)仿真的方式。無(wú)線通信系統(tǒng)中的系統(tǒng)級(jí)仿真通過(guò)模擬無(wú)線傳播環(huán)境，終端的運(yùn)動(dòng)速率和方向，業(yè)務(wù)模型，通信過(guò)程中的功率變化和可能引起的干擾，計(jì)算出信噪比，根據(jù)信噪比查找出相應(yīng)鏈路級(jí)仿真的結(jié)果從而得到網(wǎng)絡(luò)性能。系統(tǒng)級(jí)仿真通常用于檢驗(yàn)無(wú)線接入系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)規(guī)劃、優(yōu)化。系統(tǒng)級(jí)仿真通常采用蒙特卡羅(Monte Carlo)方法，將整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行行為視作多個(gè)時(shí)間片斷內(nèi)所表現(xiàn)出來(lái)的行為樣本的統(tǒng)計(jì)平均，每個(gè)時(shí)間片斷稱為一個(gè)快照，它體現(xiàn)了系統(tǒng)在短期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的行為。經(jīng)過(guò)大量仿真樣本的運(yùn)行，用統(tǒng)計(jì)的方法分析所有樣本內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄，可以得到所需的關(guān)鍵性能參數(shù)的均值和方差。

系統(tǒng)級(jí)仿真的方式是建立仿真模型，盡量的貼近網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際情況。然而這種方式不能準(zhǔn)確地反映現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中復(fù)雜多變的地理和自然環(huán)境，因此對(duì)TD-SCDMA HSUPA網(wǎng)絡(luò)性能的評(píng)估不是十分準(zhǔn)確，并且仿真方法復(fù)雜，需要一定仿真時(shí)長(zhǎng)。本文中提出的這種方法利用實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的通過(guò)車載測(cè)試得到的路測(cè)數(shù)據(jù)，考慮了實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及自然傳播環(huán)境，并且實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，具有一定的可擴(kuò)展性，同樣適用于與后3G系統(tǒng)，如HSPA+和LTE系統(tǒng)的性能評(píng)估。

2 HSUPA吞吐量的評(píng)估方法

本方法的核心思想是利用實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的通過(guò)進(jìn)行車載測(cè)試得到的CPICH信道的RSCP值，可以計(jì)算出在一定發(fā)射功率下的上行E-DCH信道接收到的有用信號(hào)功率，通過(guò)干擾預(yù)算的方式得到HSUPA系統(tǒng)E-DCH信道的信噪比，最終結(jié)合鏈路級(jí)性能得到系統(tǒng)吞吐量。具體方法見以下幾個(gè)部分。

2.1 傳輸損耗預(yù)算

通過(guò)在現(xiàn)網(wǎng)中進(jìn)行車載測(cè)試，可以得到的單個(gè)UE接收到來(lái)自周圍多個(gè)小區(qū)的CPICH信道的RSCP值，即RSCPi＝TXCPICH－PathLossi。因此，可以反推出該UE到周圍第i個(gè)小區(qū)傳輸損耗PathLossi＝TXCPICH－RSCPi。

2.2 干擾預(yù)算

根據(jù)前面的介紹，計(jì)算吞吐量的前提是首先要對(duì)基站接收機(jī)端接收到的干擾進(jìn)行預(yù)算。基站接收機(jī)接收到的干擾主要包括以下幾個(gè)部分，接收機(jī)熱噪聲功率N0、小區(qū)外干擾Ioc和小區(qū)內(nèi)干擾Ior。

I0＝Ior＋I(xiàn)oc＋N0

為了便于簡(jiǎn)化，我們假設(shè)小區(qū)在某一時(shí)隙只服務(wù)一個(gè)用戶，因此小區(qū)內(nèi)干擾為零。該用戶會(huì)對(duì)其他小區(qū)產(chǎn)生小區(qū)外干擾，同理，其他小區(qū)的用戶也會(huì)對(duì)本用戶產(chǎn)生干擾。在這里我們將該用戶對(duì)其他小區(qū)的干擾之和等效為該用戶的小區(qū)外干擾。通過(guò)上文中計(jì)算出的傳輸損耗可以計(jì)算出該用戶對(duì)其他小區(qū)的干擾，將這些干擾累加便可等效為該用戶的小區(qū)外干擾。

2.3 HSUPA有用信號(hào)功率計(jì)算

TDD系統(tǒng)上、下行信道具有良好的相關(guān)性，如果已知上行E-DCH信道的發(fā)射功率，通過(guò)增加相對(duì)于導(dǎo)頻信道的智能天線的增益，可以估算出基站接收到來(lái)自目標(biāo)用戶的有用信號(hào)的功率值。HSUPA系統(tǒng)對(duì)于E-DCH進(jìn)行基于RoT（Rise over Thermal Noise)的功率控制，UE的最大發(fā)射功率會(huì)受到RoT門限的限制。

假設(shè)RoT門限為RoTMAX＝6dB，那么基站出接收到的來(lái)自目標(biāo)HSUPA用戶的功率可作如下推導(dǎo)，

IHSUPA＝RoTMAX＋N0

其中， IHSUPA為RoT門限的限制條件下，收到的來(lái)自目標(biāo)HSUPA用戶的最大接收功率。

計(jì)算過(guò)程中假設(shè)所有UE先以終端最大發(fā)射功率進(jìn)行發(fā)射，經(jīng)過(guò)鏈路上的傳輸損耗后得到接收功率，與前面計(jì)算出的該HSUPA用戶的最大接收功率相比，取兩者中較小者。該方式導(dǎo)致以下兩種影響，一方面，即使UE距離基站很近，由于RoT門限的制約，UE不能以滿功率發(fā)射；另一方面，隨著UE趨于小區(qū)邊緣，即使UE以滿功率發(fā)射，由于鏈路損耗變大，接收功率降低。

2.4 E-DCH信道信號(hào)干擾比計(jì)算

基站接收機(jī)處的干擾包括以下幾個(gè)部分，接收機(jī)熱噪聲N0、小區(qū)外干擾Ioc、小區(qū)內(nèi)干擾Ior。由于TDSCDMA使用智能天線，可以有效降低系統(tǒng)內(nèi)干擾。這里我們引入一個(gè)具體的因子α來(lái)表示由于使用智能天線相對(duì)于廣播信道使用的定向天線帶來(lái)的增益。α取值的大小可以通過(guò)TD-SCDMA系統(tǒng)級(jí)仿真來(lái)獲得。對(duì)比仿真中使用智能天線相對(duì)于定向天線，在同樣的系統(tǒng)容量下所需要的目標(biāo)Eb/N0的差異。

因此可以通過(guò)如下公式對(duì)HSUPA的EDCH信道SINR進(jìn)行計(jì)算，

通過(guò)計(jì)算出的SINR來(lái)查找相應(yīng)的鏈路級(jí)仿真結(jié)果，最終得到吞吐量。

圖1 車載測(cè)試場(chǎng)景及數(shù)據(jù)

圖2 路測(cè)RSCP數(shù)據(jù)CDF曲線

3 評(píng)估方法應(yīng)用實(shí)例

3.1 車載測(cè)試場(chǎng)景及數(shù)據(jù)

車載測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)自于某移動(dòng)公司的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試路線為該市朝陽(yáng)公園南門外的一條東西走向的街道，測(cè)試環(huán)境屬于城區(qū)環(huán)境。測(cè)試距離大約在3500m左右，其中途徑公園、商業(yè)區(qū)和體育場(chǎng)。8個(gè)測(cè)試基站全部位于該測(cè)試路徑南北兩側(cè)，基站都為三扇區(qū)宏蜂窩結(jié)構(gòu)，天線全部采用智能天線。將測(cè)試基站數(shù)據(jù)及測(cè)試點(diǎn)的CPICH信道RSCP值導(dǎo)入APOX規(guī)劃軟件顯示，測(cè)試場(chǎng)景如圖1所示。

測(cè)試數(shù)據(jù)主要包含了途徑各地點(diǎn)的經(jīng)緯度信息及CPICH信道的RSCP值等。通過(guò)對(duì)車載測(cè)試進(jìn)行整理，大約得到了15000個(gè)有效的樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)，其RSCP分布的積累分布如圖2所示。從圖2可以看出， RSCP樣本數(shù)據(jù)范圍在-102～-57dBm，并且大多數(shù)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)值都集中在-65～-85dBm之間，這說(shuō)明測(cè)試所經(jīng)過(guò)的區(qū)域都處于覆蓋良好的狀態(tài)。

圖3 HSUPA吞吐量的評(píng)估結(jié)果

3.2 評(píng)估結(jié)果

圖3是利用現(xiàn)網(wǎng)路測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)以上介紹方法計(jì)算出的HSUPA吞吐量。為方便顯示，將其根據(jù)與經(jīng)緯度的對(duì)應(yīng)關(guān)系導(dǎo)入APOX規(guī)劃軟件中。從圖3可以看出，在這條測(cè)試路徑上，絕大多數(shù)測(cè)試點(diǎn)的信號(hào)條件都比較好，如圖中深色點(diǎn)吞吐量大于512kbit/s的地段較多。通過(guò)與圖1對(duì)比，這些深色的地點(diǎn)大都本身的RSCP信號(hào)條件也較為良好。在一些地點(diǎn)，如朝陽(yáng)公園南側(cè)HSUPA吞吐量相對(duì)較差，經(jīng)分析是由于存在湖面反射所導(dǎo)致。另外，在一些基站覆蓋邊緣處，如工體場(chǎng)西側(cè)路測(cè)得到的RSCP信號(hào)強(qiáng)度較弱，因此信干比情況較差，吞吐量較低。通過(guò)文中提出的評(píng)估方法可以很直觀反映網(wǎng)絡(luò)中存在的問(wèn)題，在現(xiàn)網(wǎng)中優(yōu)化人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況加以調(diào)整。