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。
1.1 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。
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。
3.1 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。