外文翻译--下行链路多径传播对功率控制与网络容量的影响 中文版

1 下行链路多径传播对功率控制与网络容量的影响 绪论 WCDMA成功的商业发展有赖于移动设备或用户器材的实用性，这些器材可以使终端用户体验到超越当前 GSM/GPRS/EDGE 网络的功能。传统 GSM移动测试装置测试符合传统检验方法。 .这些一致的案例都被操作人员和仪器厂商采用 ,以确保该装置可以满足的最低程度的 射频（ RF） 性能水平。虽然这种方法被 UMTS委员会和 GSM广泛接受，但是 Release 99WCDMA 装置(或用户设备 (UE)需要更先进、或综合测试方法来对 UE的性能进行评估，确保成功投放。 WCDMA 的测试 必须设法描述 UE 在符合终端用户经历具有代表性的特定状态下的性能。同时 “一致性 测试 ” 在建立最起码的基准 时 起着重要作用 ,但没有提供一个完整的描述。仅仅是表示在对实际网络操作时 UE起的作用。在一个特定的环境 ,功能好的 UE可减少干扰和减少功率需要 ,这些将直接影响到小区的容量 ,需要更多的性能进行测试。 性能测试可以计算出不在一个水平上的多个 UE 的基准性能。 此外 ,它还能够测定 UE 在典型的端到端移动情况时的工作性能 ,并观察他们的性能将如何影响网络的质量 .。可以预料 , UE商业发展将超出那些通过 /失败符合一致性测试案例的 标准。 UE 的 更好 履行可能会对 网络性能 (以小区容量为例 ) 有更积极影响 ,因此最小化一致要求之外的测试对决定在一个实际网络中哪个 UE工作的更好及工作到最好是十分必要的 . 能在有重复测试环境 测试系统的实验室进行这类测试 ,将会顾及到早期的潜在性能和网络容量的诊断，这 里的 网络容量与先前实际网络中 UE 的配置有关。 WCDMA 网络中的容量限定与 GSM 网络有很大的差异。 WCDMA 可利用的容量 ,取决于在小区中同时使用的 UEs 所需要的可接受的性能水平。一个 WCDMA 小区的最大容量直接对应于所有的 UE达到最低但可接受的质量水平 时的最小功率水平。 这表明 , 需要所有 UE 的精确功率控制水平 能力 是根据 小区容量 来 最优化网络 的 标准工具 。 如果某一特定的 UE需要较少功率实现或维持一特定的误块率 (BLER)指标 ,这些多余的功率可重新分配给小区中其他的 UE,这导致容量的提升。当网络引进高速网络数据包存取 (HSDPA)的能力 ，精确的功率控制将变得更为重要 。它利用小区中的剩余或者未用的功率使高速数据连接。因此 ,功率控制是一个关键领域 ,在这个领域里 UE 的性能直接影响了 WCDMA 的网络 .。当 HSDPA 要传输的时候， UE 需要恰当的控制功率水平 ，这将导致网 络容量的提升并 顾虑到 了更高速的数据连接。 进一步调查 ,这篇文章将分析不同的 UE 平台需要的功率值 (即平均 DPCH_EC/IOR)。这个平台代表了网络建立的特定链路质量， 这是 以各种多径传播条件为前提 的 。分析的目的是测定 2 在功率控制算法有用的情况下 UE达到各自的特定链路质量的时候是否存在性能的差异。 功率 控制 和容量 功率控制是在 WCDMA 网络中一个最重要的概念。 没有功率控制 (特别是在上行链路 ) 当某一个 UE 位于紧挨基站位置并传送大功率的时候能容易地影响其它工作在小区边缘的 UE 的性能 (i.e 远近效应 ) 甚至 阻塞整个小区 ,如图 1-1所示 。 图 1-1 功率控制示例 (远近效应 ) 如果没有功率控制机制那么 UE 1的功率将会很可能压制处在小区边缘的 UE 2。这会减少小区的覆盖面和容量同时阻塞 UE 2与基站的成功通信。虽然现在的 WCDMA 网络支持开环功率控制 , 但是它是基于过去的为 UE 在开始连接时提供粗糙的最初的功率。 为了真正地优化 网络达到最大容量 , 必须使用闭环 (内在 )功率控制来调平小区中所有一直活跃的移动台每比特的接收功率。 内环功率控制被使用在上行链路和下行链路 。在上行链路 , 基站对接收到的信干比（ SIR）进行频繁估计 (SIR) 并且计算一个目标 SIR 值。 然后它把目标值与测量值进行比较并指示 UE 根据比较结果 进行 相应地操做。 在上行链路 ， 内环功率控制意欲防止通信网络中在基站方接收 到的信号 功率出现 不平衡状态 。 在下行链路 , 同样的环功率控制技术 也 被使用 ； 但是需要是注意的是方向的不同。 在下行链路 , 虽然所有信号都来源于同样 信 源 (如：基站 ), 但根据他们位于小区中不同的地点、不同的多径传播和不同的服务要求 使得 各 UE 需要的功率水平将是不同的。为了保证 UE 能与基站成功地通信 , 各 UE 必须根据它打算 要用的无线接入信道 (RAB)来确定它 需要 的功率。 然后这信息被报告以便将正确数额的功率分配给每个 UE ，这 使得以最优用途为依据的可利用带宽得以保证 。 功率控制一个最后的重要区域是外环功率控制。 外环功率控制根据需要 的 和各自的无线电链接 希望的质量水平在基站方 调整目标 SIR。 必需或 希 望的 SIR 是由 UE 在多径传播情况 3 的测试之下而定的。 由于环境经常改变 , 选择一种最坏的配置来设置 SIR 会浪费很多容量 , 特别是 在 低速连接的时候。 达到最大容量的最佳的方法就是是允许目标 SIR 值在履行指定的目标质量的最低值附近浮动 。调查功率控制所起作用的方法之一就是在各种各样的多径传播情况出现时测试 UE 在 需要达到一个指定的 QoS 水平时处理平均功率水平 (DPCH_Ec/Ior)的能力。 功率控制在信道解调上的作用 可以用 TS34.121 的例 7.8.1 (下行链路功率控制 )来确定通过不同的 UE 平台时的性能容量基准 。当在下行链路使用最低可能的功率时，这测试建立了 UE 达到网络设置的必需链接质量的能力。 一致性 测试 标准着重 于保证功率水平能够在 90%时间 里 使达到的 给 定 BLER 目标 值低于预先 设置 的门限。 然而 , 当功率控制有效 的情况 下分析 UEs 在网络中的性能的时候 ， 平均 DPCH_Ec/Ior 水平（不被要求作为一致性标准测试 的 一部分） 可能被计算和作为比较数据使用。 这个测试方法 ,虽然集中于不同的 UE 平台 (从不同的商家 ), 但能非常容易地是被用于由 UE 制造商开发 的 不同核心 UE 平台 , 甚至在同样平台发展下对软硬件 进行 升级。 标准部分 7.8.1 依照测试例子使用在 Annex D TS 34.121 (见本文附录 A 多径传播条件的详细介绍 )定义的多径传播情况。 图 1-2 包含了三个被测试的 UE 各 需要的 BLER 和平均 DPCH_Ec/Ior 水平 , 当配置为 1% BLER 目标 (+/- 0.3)时 , 使用标准衰落模型 (案例 4) 作为为环境状况。 图 1-2 使用标准一致性测试案例条件的性能 当以一致性 标准 条件测试时，分析改进的结果 (i.e 平均 DPCH_Ec/Ior 水平 )，很明显 UE 4 C 执行最佳。 在达到同样 BLER 目标前提下， UE C 需要的平均功率大约比 UE A少 1.5 dB 。 在分析这些结果时要记住的一个重要方面是在 7.8.1测试例子中 UE在测试的时候下行链路的功率控制算法是有效的。 因此，在不同的 UE 平台上观察到的任何不同点都是和在以类似的衰落条件时实际网络中的 UE的性能类似的。 虽然 UE C 看上去在一致性 标准 测试之下表现最佳 ， 但是使用 其他 更多代表真实世界多径传播情况 时 需要另外的研究。另外两个衰落模型：定义在 TR 25.493 的典型市区信道模型和定义在 ITU-R M.1225 的一个 ITU 信道模型都能可以在 这 个 分析 中 使用 (参见附录 A 多径传播条件的详细介绍 ) 。 图 1-3 包含三个 UE 的测试结果 , 当配置为 1% BLER目标 (+/- 0.3)时 , 使用以高信号对干涉 (Ior/Ioc) 比率的 TU 和 ITU-A 衰落模型。 图 1-3 以高信号对干涉 (Ior/Ioc) 比率的 TU 和 ITU-A 衰落模型 分析这些结果，在更具有实际多径传播条件代表性的条件下， UEC 再次表现出最好的性能。而且，在达到相同的 BLER 目标的前提下， UEC 平均需要的功率比 UEA 少 1.5dB。在测试 4 的例子中 UEA甚至没能够满足初始的收敛标准。 此外，比起其他的 UE来， UEC在测试时计算出的 BLER值要更加一致性。例如，在测试 4中， UEB 仅仅比 UEC 多需求不到 1dB 的功率，然而，它收敛在 BLER 的 1.25%，其目标值定在1%。可是 UEC 却收敛在 0.98%。 在测试 6 中，虽然 UEB 能收敛于初始值，但是不能满足 BLER目标值并且由此没能达到测试要求，于是有了在图 1-3中显示的 BLER的 1.45%。 其他的测试可以用相同的多径条件，但要用更低的 Ior/Ioc率。图 1-4包含了 3个 UE的测试结果，当用 1%BLER 目标（ +/-0.3）配置时用 TU 和 ITU-A 衰落模型，按较低的信号比干扰比 (Ior/Ioc)。 5 图 1-4 低 Ior/Ioc 下 TU & ITU 信道模型的测试结果 图 1-4 中显示的结果还是支持了在本 论文先前的预测。不考虑配置（如，衰落模型的使用、 Ior/Ioc水平的设置，或者初始 DHCP值）， UEC还是需要最少的功率且 达到了 BLER 的目标值（当和其他 UE比较时）。 在测试 8中， UEC 是所有的 UE中唯一能够成功地收敛 在特定 目标值的。在测试 10中， UEC不仅是收敛在特定目标值，而且比 UEA 整整少用了 3dB 的功率，而 UEB 再次没能成功地达到初始的覆盖范围。虽然 3个 UE平台测试都通过了一致性 标准 测试，但是在实际网络中使用 UEC有明显的好处，至少从更低的功率损耗考虑是这样的。 结论 网络运营商和 UE 制造商都致 力于预测 UE 的性能和对终端用户、网络容量的影响。 当一致性测试试图提供一种系统的方法来建立性能基准时， UE 真的需要被评估来通过一致性 标准规格以便其良好的性能得到肯定。特别是在配置前 实验室仿真实际多径情况的操作阶段。 虽然 ITU-A通用的多径传播模型 源于 IMT-2000技术测试，但是要着重指明的是：在估计HSPDA 的性能时她是和一个 正 在使用的多径传播模型 TS34.121 合作的。回顾这些结果，他们都是基于较低的典型的用于语音的无线接入载体 (UL/DL = 12.2)，这个多径传播模型对 UE的性能有明显的影响。 在 以实际典型的多径模型下预测 的 测试对高速数据调用性能的影响是很有意思的。Release 99的最优化功率控制见证了使用功率控制 时 有用功率的 HSDPA的成功发展。 这篇论文集中分析了达到特定 BLER 需要的功率数量。然而，除了本文介绍之外还有种种的性能测试例子（例如，改变 BLER 目标值、 Ior/Ioc、数据率等等）都可以用于真实地估计一个 UE配置到实际网络前的性能。 简单地提取记录中显示的 7.8.1的 DPCH_Ec/Ior 平均水平，很明显， UEC在以整体范围的 6 环境状况下测试比其他的表现得都好（如，达到特定的 BLER 值时需要最少的功率）。忽略环境状况的测试中，在达到相同的目标 BLER 值时 UEC比 UEA平均少用了 1.5dB的功率。 因此， 仅仅考虑下行链路资源时，假设有两个配置 相同 和 都 使用模型的小区，一个使用UEA，另外一个使用 UEC模型。允许不同的平均功率，使用 UEC的小区在达到相同的服务质量时支持的容量比另外一个多 40%。 当然，这样的分析没有考虑其他的因素，如上行链路的可用带宽。但是，他确实提供了清晰的迹象， 那 就是在 WCDMA网络中， UE性能的不同会显著地影响 可用功率。在某种环境下，哪怕 1dB的额外功 率都会对网络的容量有巨大的影响。 7 参考文献 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