江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司 彭雄根 何 浩

長期演進規(guī)劃指標體系及其統(tǒng)計關(guān)系研究

江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司 彭雄根 何 浩

要想做好LTE（長期演進）網(wǎng)絡規(guī)劃，最首要的是要深入理解LTE規(guī)劃指標體系和關(guān)鍵規(guī)劃指標間的關(guān)系?；诶碚摲治雠c測試驗證相結(jié)合的方法，從理論上研究LTE規(guī)劃指標體系，并基于實測數(shù)據(jù)，分析LTE規(guī)劃中關(guān)鍵指標的統(tǒng)計關(guān)系。

長期演進；參考信號；接收功率；信噪比；吞吐量

要想獲得優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡，必須要有優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡規(guī)劃來支撐。作為新一代移動通信系統(tǒng)，LTE（長期演進）與2G/3G系統(tǒng)相比，無論是物理層技術(shù)、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、調(diào)度算法等都發(fā)生了很大的變化，這些變化決定了LTE的無線網(wǎng)絡規(guī)劃與以往的有所不同，尤其是規(guī)劃指標體系的不同。

1 LTE規(guī)劃指標體系

1.1 RSRP

在3GPP（第三代合作伙伴計劃）協(xié)議中，RSRP（參考信號接收功率），定義為在考慮測量頻帶上，承載小區(qū)專屬參考信號的資源粒子（RE）的功率貢獻的線性平均值，可以認為RSRP代表了每個子載波的功率大小。

RSRP繼承了WCDMA（寬帶碼分多址）的關(guān)鍵指標RSCP（接收信號碼功率），因此其主要用途與RSCP類似，也是作為小區(qū)選擇的判據(jù)。但是它是RE級別的功率，其值比RSCP偏小，一般為－70 ～－120 dBm。

1.2 RSSI

在3GPP協(xié)議中，RSSI（接收信號強度指示）定義為：UE（用戶設(shè)備）測量寬帶內(nèi)接收到的總功率，其中，測量帶寬由UE自行決定。RSSI是在某個接收到symbol內(nèi)的所有信號（包括服務小區(qū)和非服務小區(qū)的信號，以及干擾、噪聲等）功率的平均值。雖然它也是平均值，但是還包含了來自外部其他的干擾信號，測量的平均值通常要比帶內(nèi)真正有用信號的平均值要高。

1.3 RS-SINR

RS-SINR（參考信號信噪比）在終端定義為RS有用信號與干擾（或干擾加噪聲）的比值，路測中由UE測得。RS-SINR沒有在3GPP進行標準化，所以目前僅在外場測試中要求廠家提供，且不同廠家在實現(xiàn)中可能會有一定偏差。

SINR代表業(yè)務信道的質(zhì)量，直接決定了業(yè)務速率，其決定的方式可以通過香農(nóng)公式的分析得到。SINR的計算公式與RS-SINR很類似。另外，在LTE中，業(yè)務信道與參考信號通常采用同樣的功率譜密度，因此RS-SINR與SINR的取值之間有極強的連動性，可以作為CQI（信道質(zhì)量指示）反饋的依據(jù)，在業(yè)務調(diào)度中發(fā)揮作用。

1.4 小區(qū)理論峰值速率

小區(qū)理論峰值吞吐量與系統(tǒng)參數(shù)選定、終端類別等有關(guān)系?？紤]控制信道開銷、MCS（調(diào)制與編碼策略）和TBS（傳輸塊大小）等因素的小區(qū)，下行/上行理論峰值速率能達到約150 Mb/s和75 Mb/s。通常，當小區(qū)中只有1個用戶獨享全部資源時，用戶的峰值速率大小取決于所用的UE類型，各種不同UE所能支持的最大速率也不同。

1.5 小區(qū)平均吞吐量

小區(qū)平均吞吐量與網(wǎng)絡負荷、用戶分布、調(diào)度算法、干擾消除算法等因素有關(guān)，一般通過實測獲得。小區(qū)邊緣吞吐量與上述因素也有關(guān)系，網(wǎng)絡規(guī)劃時一般根據(jù)運營商需求來取定。

2 主要指標的理論關(guān)系

由于LTE試驗網(wǎng)測試是在單用戶接入的情況下進行的，而且UE采集的是下行數(shù)據(jù)，上行數(shù)據(jù)在eNB（演進的基站）側(cè)接收。故下文只針對規(guī)劃指標體系中的下行指標RSRP、RS-SINR、單用戶下行吞吐量（DL Thr）的特點及相互之間的關(guān)系進行分析。

2.1 RSRP和RS-SINR

RS-SINR為RSRP和干擾加噪聲功率的比值，具體計算公式為c＝a/(b－a)，其中c為RS-SINR，a為RSRP，b為RS RSSI。

2.2 RS-SINR和DL Thr

由前所述，RS-SINR可以作為CQI反饋的依據(jù)，在業(yè)務調(diào)度中發(fā)揮作用。系統(tǒng)在具體實現(xiàn)中，UE測量參考信號，計算RS-SINR，然后通過插值的方式得到所有RE的SINR，再以RB（資源塊）為單位進行平均。于是，UE根據(jù)全帶寬的SINR，生成CQI，反饋給eNB。但是，3GPP協(xié)議并沒有固定SINR和CQI的對應關(guān)系，不同的芯片測量到相同的SINR，反饋的CQI可能是不同的，這個是由各設(shè)備廠家自己定義。

因此，RS-SINR與DL Thr之間的關(guān)系表現(xiàn)為：R-SINR→SINR→CQI→DL Thr。表1是3GPP規(guī)定的不同CQI對應的性能以及基于實驗室環(huán)境下LTE系統(tǒng)級仿真得到的不同CQI對應的等效SINR閾值。各個廠家的設(shè)備因算法、工藝不同，其等效SINR閾值會有所差異。

2.3 RSRP和DL Thr

RSRP和DL Thr在理論上的關(guān)系是2.1節(jié)和2.2節(jié)的綜合。

3 LTE規(guī)劃指標的統(tǒng)計關(guān)系分析

3.1 測試條件

測試區(qū)域：某東部城市主城區(qū)及周邊交通干線。

網(wǎng)絡條件：

系統(tǒng)帶寬 2×15 MHz；

天線類型 2T2R（2傳送2接收）；

?

測試終端 3GPP定義的所有終端類型有Cat1—Cat8，不同類型的終端性能有所不同，本次測試的終端是基于Cat3的LTE終端。

3.2 統(tǒng)計關(guān)系分析3.2.1 RSRP和RS-SINR的統(tǒng)計關(guān)系分析

RSRP與RS-SINR的PDF（概率密度函數(shù)）和CDF（累積分布函數(shù)）曲線見圖1。

從RS-SINR的CDF分布曲線來看，50%加載相對于空載，RS-SINR會惡化5～6 dB。

從測試中RSRP與RS-SINR的采樣點分布來看，不管是空載還是50%加載的情況下，二者之間并沒有十分明確的關(guān)系。對于同一RSRP（如RSRP等于－90 dBm），其對應采樣點的RS-SINR分布很廣泛（約為－12～25之間）。因此，要想從采樣點的分布圖來看出二者間的關(guān)系是非常困難的。

但是，對所有的采樣點經(jīng)過量化擬合后，RSRP與RS-SINR之間的關(guān)系見圖2。這種關(guān)系可以從以下兩方面來看。

3.2.1.1 擬合曲線

空載時，當－105 dBm小于RSRP小于－70 dBm時，擬合曲線基本上是線性的，在這區(qū)間之外，關(guān)系就有一定的變化。

50%加載時，擬合曲線的特征有一些不同。原本空載情況的線性區(qū)間，現(xiàn)在被分成了兩個相連的線性區(qū)間，分別為（－105 dBm，－80 dBm）和（－80 dBm，－70 dBm），后者比前者的斜率略大。這種現(xiàn)象是由測試場景所決定的，對于城區(qū)的交通主干道，遮擋較少，信號質(zhì)量較好，該場景下有相對較多的采樣點的RSRP位于－80 dBm附近，與后面圖3中的RSRP采樣點分布曲線中的小突變相吻合。

3.2.1.2 RS-SINR標準差

RS-SINR方差是在RSRP和RS-SINR的量化擬合曲線的基礎(chǔ)上，進一步描述采樣點相對擬合曲線的偏離情況。

空載時，由于鄰小區(qū)不會帶來干擾，干擾主要來自系統(tǒng)噪聲、系統(tǒng)外干擾等，因此，在整個RSRP的區(qū)間內(nèi)，RS-SINR分布相對比較集中（RS-SINR標準差小于5）。

50%加載時，當－105 dBm小于RSRP小于－89 dBm時，RS-SINR標準差小于5，分布相對比較集中。而RSRP更高時，用戶離服務小區(qū)所屬基站越近，受到同一基站下其他小區(qū)的干擾，信號占比可能越高；RSRP更低時，用戶離服務小區(qū)所屬基站越遠，所有鄰小區(qū)干擾信號占比可能越高。因此，這兩個區(qū)間內(nèi)，RS-SINR標準差較大，分布相對比較分散。

結(jié)合擬合曲線的特性，可以認為：

·空載時，－105 dBm小于RSRP小于－70 dBm區(qū)間內(nèi)，RSRP與RS-SINR具有一定的線性關(guān)系；

·50%加載時，－105 dBm小于RSRP小于－89 dBm區(qū)間內(nèi)，RSRP與RS-SINR具有一定的線性關(guān)系。

3.2.2 RS-SINR和DL Thr的統(tǒng)計關(guān)系分析

從DL Thr的CDF分布曲線圖3來看，50%加載相對于

空載，DL Thr會降低約10 Mb/s。

按照前述理論分析，RS-SINR與SINR的取值之間有極強的連動性，它在很大程度上決定了用戶的DL Thr。當然，用戶的DL Thr還受到其他因素的影響，如調(diào)度算法、功率大小等。假設(shè)功率不受限，100%資源利用率的情況下，是否加載對RS-SINR 與DL Thr關(guān)系的量化擬合曲線不會有任何影響。

但實際環(huán)境下，是需要考慮功率、調(diào)度策略等因素的影響的。從RS-SINR與DL Thr關(guān)系的量化擬合曲線看，當RS-SINR小于10時，50%加載和空載的情況基本一致；當RS-SINR大于10時，DL Thr（50%加載）要略大于DL Thr（空載），主要是因為：RS-SINR一致時，同一系統(tǒng)的調(diào)度策略一致。從圖4可知，RSRP（50%加載）要高于RSRP（空載），也就是說，前者離基站的距離更近。二者之間DL Thr存在差別的原因就在于前者獲得了更多的RB資源。這也說明了，在RS-SINR較高時，至少空載情況下的RB資源沒有100%使用。

DL Thr標準差的分布曲線說明了隨著RS-SINR的增加，DL Thr采樣點的分散程度越高。50%加載和空載情況下的曲線基本一致。

3.2.3 RSRP和DL Thr的統(tǒng)計關(guān)系分析

從理論上來看，RSRP和DL Thr并沒有直接的關(guān)系。RSRP只能直接影響RS-SINR的大小，通過RS-SINR間接影響DL Thr。因此，考慮RSRP和DL Thr兩個規(guī)劃指標的關(guān)系時，直接按3.2.1和3.2.2節(jié)的思路分析即可。