1XEVDO关键技术之反向速率控制.doc

1x EV-DO反向速率控制拟制金海涛日期2004-6-5审核日期审核日期批准日期目 录1 概述22 反向速率控制的相关参数23 几个基本概念63.1 ROT63.2 Silence Interval (Silence Period)63.3 RABOffset 和 RABLength83.4 Transition probability94 反向速率控制过程95 ROT的测量115.1 在silence interval 期间测量系统底噪No125.2 43 ROT的计算135.3 ROT的IIR滤波器的实现135.4 FPGA判断RAB136 参考文献13- i -1 概述在HRPD系统中，AT的反向速率可以在9.6kbps到153.6kbps之间由AT自由调节。当速率提高时，反向功率也随之提高。当一个扇区中的所有AT都使用高速率在反向业务信道上发送数据，会导致反向信号互相严重干扰，以至所有的AT不可用或系统的反向容量降低。反向速率控制的目的就是在AN侧实时测量ROT值，再通过前向RA信道，控制AT反向业务信道的数据发送速率，以达到控制反向功率的目的，使系统的反向容量和反向数据吞吐量保持在最佳状态。由此可见，反向功率控制和反向速率控制关系密切。2 反向速率控制的相关参数小区状态关系表(rhCellState) 中与反向速率控制有关的参数字段名类 型中文名字段详细描述单位取值范围缺省值录入方式RLSilenceDurationBYTE静默时长静默时长帧030Combox03RLSilencePeriodBYTE静默周期静默周期033Combox03 载频状态关系表（rhCrState）中与反向速率控制有关的参数字段名类 型中文名字段详细描述单位取值范围缺省值录入方式RABLengthBYTERA bit的长度AN发送RA bit的长度，8slot16slot32slot64slotslot031Combox0- 8slot1- 16slot2- 32slot3- 64slotRABOffsetBYTE时间偏置发送RA bit的时间偏置slot074Combox07RABThresholdBYTE设置RAB为1的门限，反向发射功率超过此门限时设置RAB为10.1dB0150112Edit协商参数关系表（rhCFGPARA）中与反向速率控制有关的参数：字段名类 型中文名字段详细描述单位取值范围缺省值录入方式Trans009k6_019k2BYTE反向速率上升概率(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向速率从9.6K上升到19.2K的概率1/25502550x30EditTrans019k2_038k4BYTE反向速率上升概率(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向速率从19.2K上升到38.4K的概率1/25502550x10EditTrans038k4_076k8BYTE反向速率上升概率(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向速率从38.4K上升到76.8K的概率1/25502550x08EditTrans076k8_153k6BYTE反向速率上升概率(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向速率从76.8K上升到153.6K的概率1/25502550x08EditTrans019k2_009k6BYTE反向速率下降概率(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向速率从19.2K下降到9.6K的概率1/25502550x10EditTrans038k4_019k2BYTE反向速率下降概率(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向速率从38.4K下降到19.2K的概率1/25502550x10EditTrans076k8_038k4BYTE反向速率下降概率(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向速率从76.8K下降到38.4K的概率1/25502550x20EditTrans153k6_076k8BYTE反向速率下降概率(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向速率从153.6K下降到76.8K的概率1/25502550xffEdit前向业务信道参数关系表(rhFTCPara)中与反向速率控制有关的参数：字段名类 型中文名字段详细描述单位取值范围缺省值录入方式RateLimit 5BYTE载频下反向业务信道的门限载频下反向业务信道的门限，当载频下的用户数大于某个门限时取下标对应的速率作为速率限制(见下字段取值)User Number09550,40,30,20,10EditRateLimitInHandoffBYTE切换时对反向业务信道的速率限制切换时对反向业务信道的速率限制，发送速率限制消息时取与RateLimit中较小值0-9.6kps1-19.2 kps2-38.4 kps3-76.8 kps4-153.6 kps-043Combox043 几个基本概念3.1 ROT Rise over thermal （ROT）的定义： Rise over thermal （Z）= Io/No (the ratio of the total receive power spectral density and the noise power spectral density，即总接收功率的功率谱密度和噪声功率的功率谱密度之比注：在本文中ROT也称为Z。ROT是反向链路负荷轻重的标识，当AN实时检测到ROT超过了给定的门限值，表明反向链路过载，通过前向MAC信道的RA子信道发送RAB给AT，使AT降低反向速率，达到降低反向发射功率的目的。3.2 Silence Interval (Silence Period)为了使系统能更准确地测量ROT，在HRPD标准中引入了Silence Period概念。在Silence Period期间内，所有的AT都不允许在反向链路（包括业务信道和接入信道）发送任何信息，以便帮助网络侧对射频系统重新定标。对于ROT的意义：在Silence Interval 时段，测量扇区的反向功率RSSI即得到ROT中的No 。实时测量系统正常通讯状态下的RSSI, 得到ROT中的Io 。由此，可实时计算出系统的ROT值。因此，Silence Interval是测量ROT的保证。在HRPD空口协议中，有关Silence Interval 的两个参数是通过Overhead protocol 中的SectorParameters message 通过前向控制信道的广播消息传送给AT。SectorParameters ：其中与Silence Interval 有关的两个参数：l ReverseLinkSilenceDuration ：表示反向链路静默期的时长，以帧为单位。在后台无线参数管理的小区状态关系表(rhCellState)中设置此参数，通过开销消息通知AT。l ReverseLinkSilencePeriod ：表示反向链路静默期发生的起始时刻，以帧为单位。在后台无线参数管理的小区状态关系表(rhCellState)中设置此参数。当该参数满足以下表达式时，则T是静默期的起始时间。T mod (20482ReverseLinkSilencePeriod 1) = 0T是CDMA系统时间，以帧为单位。3.3 RABOffset 和 RABLengthHRPD中采用RA子信道传输的RAB来控制AT的反向发送速率。RA与RPC、DRCLock一起码分复用MAC信道（其中RPC和DRCLock时分复用），连续地在前向链路上发送信息。RA的作用是用来动态控制反向链路上的负荷，当AN检测到反向负荷太大时，通过RA来指示AT降低反向数据速率。在HRPD空口协议中，有关RA子信道的两个参数是通过Route Update protocol 中的TrafficChannelAssignment message传送给AT。l RABLenght：发送RA bit的长度，表示发送一个RA bit所占用的时隙数，RABLength的不同取值所表示时隙数如下表所示。l RABOffset：发送RA bit的时间偏置。AN发送RA bit的时隙必须满足如下条件：T mod RABLength RABOffsetT是CDMA系统时间，以帧为单位。在后台无线参数管理的载频状态关系表（rhCrState）中设置这两个参数。3.4 Transition probabilityTransition probability转移概率，指的是AT收到AN在RA子信道上发送的RA bit后，提升或降低反向速率的概率门限值。这组参数在后台无线参数配置的协商参数关系表（rhCFGPARA）设置，下表是其默任值，单位为1/255。在AN与AT建立会话过程中，需要协商双方各协议层的参数，转移概率就是Reverse Traffic Channel MAC Protocol中所规定的反向速率参数。Transition009k6_019k2反向速率从9.6kbps上升到19.2kbps的概率门限值；Transition019k2_038k4反向速率从19.2kbps上升到38.4kbps的概率门限值；Transition038k4_076k8反向速率从38.4kbps上升到76.8kbps的概率门限值；Transition076k8_ 153k6反向速率从76.8kbps上升到153.6kbps的概率门限值；Transition019k2_009k6反向速率从19.2kbps下降到9.6kbps的概率门限值；Transition038k4_019k2反向速率从38.4kbps下降到19.2kbps的概率门限值；Transition076k8_038k4反向速率从76.8kbps下降到38.4kbps的概率门限值；Transition153k6_076k8反向速率从153.6kbps下降到76.8kbps的概率门限值。4 反向速率控制过程AN使用以下2种机制来控制手机的发射速率：1反向速率门限（Reverse Rate Limit）。AN可以通过广播消息（BroadcastReverse RateLimit）或单播消息（UnicastReverseRateLimit）的参数RateLimit，限制AT的最高反向速率在153.6kbps下的某一等级速率；参数RateLimit的取值受后台无线参数前向业务信道参数关系表(rhFTCPara)中的配置所限制。有以下两个约束条件：n RateLimit 5：载频下反向业务信道的门限，当载扇下的用户数大于某个门限时取下标对应的速率作为速率限制。限速9.6kbps、19.2kbps、38.4kbps、76.8kbps、153.6kbps的用户门限分别为50、40、30、20、10是用户个数的限制。用户数大于50时限速9.6kbps，用户数大于40时限速19.2kbps，用户数大于30时限速38.4kbps，用户数大于20时限速76.8kbps。实验局调试期间，由于反向最高速率设定为153.6kbps时AT的反向上传速率反而下降，因而将“限速76.8kbps的用户门限”设为了0，即反向最高速率限制为76.8kbps。目前该问题已经解决，“限速76.8kbps的用户门限”已经恢复为了20。“限速153.6kbps的用户门限”目前该参数没有用到，在以后的后台版本中估计会去掉。n RateLimitInHandoff：切换时对反向业务信道的速率限制，发送速率限制消息时取与RateLimit中较小值。0-9.6kps；1-19.2 kps；2-38.4 kps；3-76.8 kps；4-153.6 kps。2RAB和转移概率（Transition probability）。它的工作机制是这样的：当扇区检测到反向链路负荷比较轻时，RAB置0，该扇区下的手机可以根据设定的一组概率值（Transition009k6_019k2，Transition019k2_038k4，Transition038k4_076k8，Transition076k8_ 153k6）往上调整它们的反向速率；当扇区检测到反向链路负荷很重时，置RAB为1，所有的手机必须依据设定的一组概率值（Transition019k2_009k6，Transition038k4_019k2，Transition076k8_038k4，Transition153k6_076k8）往下调整它们的发射速率。如果手机处于软切换状态，那么任何一个扇区的RAB为1 都将使手机的速率往下调整。AT维持以下四个变量：MaxRate，CurrentRate， CombinedBusyBit， CurrentRateLimit。CurrentRateLimit: 在初始状态下为9.6kbps，当AT接收到广播消息（BroadcastReverse RateLimit）或单播消息（UnicastReverseRateLimit）后，按照以下规则更新CurrentRateLimit：l 如果消息中的RateLimit值小于或等于CurrentRateLimit，AT将在收到这条消息后立即使CurrentRateLimitRateLimit；l 如果消息中的RateLimit值大于CurrentRateLimit，AT将在收到这条消息后的下一个帧（16slots）使CurrentRateLimitRateLimit；CombinedBusyBit: 若AT从其激活集对应的所有小区收到的RAB均为“1”，则AT将设置CombinedBusyBit为“1”，否则将设置CombinedBusyBit为“0”。CurrentRate：AT设置此值为目前正在传输的速率，若目前没有传输数据，则设置为0。MaxRate:AT产生一个服从均匀分布的随机变量x（0x Zt，置RAB为1，否则置为0。其中Zt是用来判断扇区忙闲的门限值。Zt通常设为5dB。由于ROT的测试比较复杂，设置RAB的另外一种办法是计算扇区的等效负载，它的原理是这样的：通过每个手机的RRI信道获得该手机的发射速率，进而计算该手机发射信号到达天线时的能量，将所有手机到达扇区天线的能量加起来就是扇区的总负载。该方法的特点是实现比较简单，在CSM5500驱动程序中有相应的支持，缺点是不够准确。在我们的系统中，由TRX(收发信机)完成ROT的测量，并将判断得到的RAB通过RAB总线发送给信道板，最后再由信道板通过前向RA子信道将RAB发送给AT，下图给出了完整的过程。直接对扇区接收天线信号进行测量，根据我们的系统硬件架构，最适合的模块是TRX。在以前的设计中，TRX的中频部分是模拟实现，RSSI精度较低，并不准确。在3G系统中，TRX采用了数字中频技术。RSSI则使用硬件逻辑进行计算，因此精度大大提高。5.1 在silence interval 期间测量系统底噪No在Silence interval期间实现测量系统底噪，有两个步骤。1、 根据系统时间TOD计算Silence interval发生的时刻。2、 根据Sil