一种基于线性回归的UE功率优化及评估方法

PAGEPAGE12一种基于线性回归的UE功率优化及评估方法摘要通过对WCDMA系统RACH过程的分析和数理统计学的线性回归分析，结合现网测试数据，可以估计出现网参数配置下RACH过程中UE成功接入网络时的发射功率，从而提出一种RACH过程的参数优化方法。并同样利用回归理论分析UE在闭环功控时发射电平和接收电平的回归模型，这样可以评估不同时期、不用用户数量和结构时的网络负荷和干扰情况。关键词：线性回归UE功率优化评估方法

摘要 21. 概述 42. RACH过程及相关参数分析 43. 回归分析基本原理 74. 基于二元线性回归的RACH过程优化方法 75. 基于一元线性回归的UE闭环功率评估方法 106. 结论 127. 参考文献 12附：作者简介 12

概述随着08-09年中国联通WCDMA网络的不断建设，网络已初具规模。在此期间，宁夏网优中心紧随工程步伐，加紧实施工程优化，解决了大量工程建设中天馈接反、导频污染、邻区漏配等问题，为公司5.17试商用计划提供了有力保障。目前，银川市09年一期工程建设已接近尾声，宁夏网优中心将工作重心放到了更深层次的全网优化、专项优化和深度优化上来。优化过程中，本人通过对WCDMA网络RACH过程和相关参数的理解，结合数理统计学中线性回归分析，研究出一种RACH过程的优化方法和UE上行闭环功控时接收RSCP和发射功率的评估方法。本方法与现网测试数据紧密结合，对网络具有一定的评估意义。RACH过程及相关参数分析RACH过程是UE发起呼叫时在随机接入信道（RACH）发生随机接入过程，即UE在RACH信道发起RRCConnectionRequest消息后，到收到下行RRCConnectionSetup消息的时间段。UE发起呼叫时，在上行RACH信道用初始功率Pini发射一个接入试探信号（PreamblePart），启动重发计数器，在最后一个承载接入指针的上行接入时隙发出之后的3或4个（由参数AICH_Transmission_Timing决定）接入时隙（AccessSlot）之后，UE在对应的下行接入提示信道（AICH）的时隙上没有收到来自基站的响应消息（AcquisitionIndication）时，UE便假定先前发出的指针信号由于功率不足而没有被基站所收到，将再次发送接入试探信号，试探信号的功率增加为Pini+ΔP0，重发计数器减1，UE再次在对应的下行接入指示信道上的时隙接收反馈回来的系统响应消息。UE按照系统中的设定，发射一系列指针，每一次的功率较前一个均提高一个ΔP0(PowerRampStep)，直到UE收到来自基站的正捕获消息（AcquisitionIndication=+1），表明相应的指针已经被收到，可以进入消息发送阶段。如果重传计数器PreambleRetransMax减到0或检测到负捕获指示（AcquisitionIndication=-1），物理层将发送“NackonAICHreceived”给MAC层，并退出物理层的接入。需要注意的是，如果检测到负捕获指示，3GPP规范中定义了参数NBo1min和NBo1max，用于设置UE发起接入重传的最小和最大时间间隔范围，在此间隔内UE可以发起重传。每两个Preamble之间的间隔是固定的，3GPP规范中规定UE至少要等3或4个接入时隙，约5ms左右再重发指针，由参数AICH_Transmiison_Timing定义。Mmax定义了最大的接入循环次数，如果超过最大循环数后UE没有检测到下行的正捕获响应，则将RACH传送失败的消息报告给高层。为了避免在短时间内频繁地重发Preamble造成碰撞和降低重发对上行干扰的影响。UE的RACH过程如图1-1所示。AICH_transmission_timingAICH_transmission_timing………ΔP0Pini图2-1UERACH过程图图中：(1)其中：PCPICH_Power为扇区导频信道功率，ConstantValue为上行开环功控的修正值，都在SIB5中发送，如图2-2；图2-2SIB5ConstantValueandPCPICH_PowerPCIPCH_RSCP为UE对接收到的导频信道的码域功率电平测量值，如图2-3；图2-3PCPICH_RSCPUL_Interference为NodeB对上行干扰的测量值，在SIB7中发送，如图2-4；图2-4SIB7UL-interference表2-1中列举了，UE在RACH过程的重要参数：表2-1开环功控相关参数表参数名称参数描述取值范围ConstantValue开环功控中UE初始发射功率修正值-35～-10AICH_transmission_timing接入指针重发的时间间隔0,1PowerRampStep(ΔP0)接入指针的功率增长步长1～8Mmax接入循环最大数1-32PreambleRetransMax一个接入循环内最大允许的介入时隙数1-64UE_TXPWR_MAX_RACHUE在PRACH上允许的最大发射功率-50～33回归分析基本原理回归分析是研究变量之间相关关系的一种数理统计方法。客观事物之间总是相互联系、相互制约的，它们之间存在着某种关系。变量之间的关系分为两种类型：一种类型是变量之间存在着确定关系；另一种类型是变量之间存在着非确定性关系，其特点为：一方面变量之间有某种联系，另一方面这种联系又不同于函数关系，当自变量取定值时，因变量的取值带有随机性，是不确定的，这种非确定关系在数理统计学中称为相关关系，相关关系就是回归分析的研究领域。回归分析的基本任务就是利用实验数据来估计应变量关于自变量的回归函数模型，为此，需要推测回归函数的模型。一般的推测方式为：对自变量取定一组不全相同的，做n次独立实验得到n对实验数据，在直角坐标系中描出它的相应点，这种图称为散点图，根据散点图来推测回归函数的形式。在实际问题中，可以由专业知识来假定回归函数的模型。函数模型确定后，将实验数据代入以求得函数中自变量的系数并最终确定此函数。基于二元线性回归的RACH过程优化方法由式(1)可知，UE在RACH过程成功接入网络时的发射功率P的算式为：(2)其中，PCPICH_Power、ConstantValue、PowerRampStep为网络Cell级参数，一经设定则为确定值。PCPICH_RSCP和UL_interference为变量，PCPICH_RSCP随UE位置的不同而变化，UL_interference值取决于NodeB测量得到当前的上行干扰情况。因此，PCPICH_RSCP与UL_interference是相互独立的变量。式（2）中可以看到，当PCPICH_RSCP和UL_interference变化时，由于接入试探次数n的不确定性导致P的值是不确定的，因此应变量P与自变量PCPICH_RSCP和UL_interference之间属于相关关系，且PCPICH_RSCP和UL_interference是相互独立的变量。所以，可以利用回归分析来研究它们之间的关系。这里将P看成是依赖于PCPICH_RSCP(设为X)和UL_interference（设为Y）的随机变量，根据式(2)，可以发现P和X、Y之间属于线性关系，即P和X、Y之间可以利用二元线性回归模型来进行研究，当确定此模型后即可较精确的估计出在一定的PCPICH_RSCP范围内UE成功接入网络时的P值，以此修正网络的ConstantValue参数并可以将PowerRampStep设为最小值1。目的是让UE以较为精确的Pini成功接入网络，而且当Preamble碰撞、接入NodeB资源受限等非功率原因无法接入时，UE的发射功率不会提高太多而对网络造成较大干扰。此外，由于RRC连接成功后消息部分的功率和专用信道建立起后UE在上行DPCCH信道上发送第一个无线帧的初始功率都是通过开环功控估计决定的，因此在网络用户具备一定规模的热点地区必须保证开环功率具有一定的准确性。为了确定此二元线性回归模型，这里设：(3)其中，N（0，σ2）表示均为为0，方差σ的正态分布函数。对变量X、Y各有n对测量值(x1，x2，x3……xn)；（y1，y2，y3……yn）对应有P的n对测量值(p1，p2，p3……pn)，可以用最小二乘法来求位置参数a、b、c的点估计，即取：(4)当Q(a,b,c)取最小值时求得a，b，c的值。因此取Q分别关于a，b，c的偏导数，并令它们等于0，得到：(5)在求式(5)的方程组时，设：(6)可以得到：(7)求出a，b，c的值就可以通过给定PCPICH_RSCP和UL_interference的值来预测UE在接入成功时的值P，。并将P，和Pini进行比较，以此修正ConstantValue参数值，使Pini与P，接近。目前各省WCDMA网的开环参数值都是默认值，当不同区域场景网络下承载的用户数量和行为存在差异时，默认的参数值是不可能适应这些各种不同区域的基站的。从宁夏现网的接入情况来看，RRC建立基本都是一次接入试探就能够成功，这说明现网开环功率偏高，如果要多次试探才能接入网络，说明开环参数设置偏保守。为了更精确的估计出UE成功接入网络时的功率P和PCPICH_RSCP、UL_interference之间的相关关系，需要注意以下几点：将ConstantValue值设置得尽量小，如-35dB；并将PowerRampStep值设置得尽量小，如1dB。这样做的目的是为了增加UE发起RRCConnectionRequest的次数，通过小幅功率攀升并实施大量呼叫后，利用回归分析得出现网干扰水平下的较为精确的线性回归模型。分场景实施呼叫测试。由于不同类型区域的网络干扰水平、传播模型等不尽相同，因此需要根据不同的场景，如密集城区、普通城区、郊区、高速路、高铁、动车组等来进行测试。室外和室内分开测试，这是因为回归分析中当给定的变量值趋向于样本均值时预测区间的长度最小，估计的精确性最高。计算得出的模型需要对模型进行线性回归的显著性检验和回归系数的假设检验。测试数据采集时间最好集中在区域实际忙时。考虑到数据量很大的情况下矩阵运算量会很大，UL_interference的变化范围也不会很大，可以将UL_interference值取本测试区域内的平均值。此时转化为一元线性回归模型的分析，可以大大缩减运算量。目前WCDMA网络用户量较少、用户行为和分布情况也较难估计，WCDMA网络的自干扰特性还没有显现出来，网络的RRC建立成功率很高，呼叫建立时延也较短，因此现阶段网络还没有应用此方法实施优化的必要，这里只是通过对RACH过程的研究，结合数理统计学的线性回归分析，提出一种新的优化思路和方法。基于一元线性回归的UE闭环功率评估方法当UE成功接入系统，建立起上下行专用业务信道后，上行功控将变为闭环功控。其中UE和NodeB这一部分的功能称为内环功率控制，RNC和NodeB的部分称为外环功率控制。外环功控的目的是根据基站发送来的上行传输信道或物理信道（根据QE决定）的质量标签（CRCI）计算出新的目标信噪比；对于内环，NodeB使用新的目标信噪比与当前测量的信噪比进行比较，根据比较的结果来调整UE发射功率，保证业务目标误块率的要求。UE根据特定的功率控制算法来调整自身功率。闭环功控下UE根据参数PowerControlAlgoithm来选择TPC合并算法，并根据算法的结果来调整上行功率。特别是在软切换状态下，UE要根据当前TPC算法合并来自不同扇区的TPC命令。因此，闭环功控是一个很复杂的过程，要精确计算出此时UE接收和发射功率的对应关系几乎是不可能的。通常情况下，如果保证Ec/No和NodeBRTWP值处于良好水平，则UE接收的最强RSCP（以下简称RSCP）越高，其发射功率会越低；而如果Ec/No或RTWP较差的情况下，较高的RSCP也会出现发射功率偏大的现象。因此不同的网络时期UE的上下行电平之间的关系是不同的。根据前面的讨论和思路，显然UE接收RSCP和发射功率属于相关关系，因此同样可以利用回归分析来估计出在特定网络时期UE处于闭环功控时接收和发射功率的对应关系，以评估当前网络的无线环境。目前在现网基本空载的情况下是实施评估的最好时机，以该评估结果为基准，在今后网络用户成规模时以此基准来进行对比可以及时监控区域网络的运行状况。考虑到UE接收RSCP和发射功率没有必然的联系，只是作为一种网络评估手段来研究，因此选择的回归模型没有必要选择很复杂，这样反而不利于实施优化评估。这里假定的回归模型为一元线性回归模型，令UERSCP为Y，接收功率为x，则此模型为：(8)利用最小二乘法确定b、a的值，做离差平方和：(9)即选择参数a，b使Q(a，b)达到最小，为此，取Q分别关于a，b的一阶偏导，并令他们等于零，可解得：(10)(11)其中：(12)(13)根据上述算式，以5月份宁夏DT评估测试的兴庆区VC数据为例，对现网UE闭环功控下的RSCP和发射功率实施评估，DT数据如下：根据本次测试数据求出的b=-0.8168，a=-83.5775；即Tx_Power＝－83.5775－0.8168×RSCP。接下来需要对b值进行假设检验，同时求出样本相关系数r，判断线性回归是否显著。首先对b值检验，取统计量(14)求得U=-111.2424，由于采样值很大，根据中心极限定理可知U服从正态分布。可以看到，给定任何显著水平，都满足线性回归显著的特性。接着求样本相关系数r，根据(15)求得r=0.8179，相关