EV-DORev.A前向速率优化经验.doc

中国电信上海公司网运部无线处EV-DO Rev.A前向速率优化经验网优背景：中国联通在07年取得澳门EVDO商用网的建设运维资格。上海联通以及阿尔卡特-朗讯公司作为技术支持，在澳门进行了将近一年的EVDO网络优化。网优经验：通过对澳门联通EV-DO网络的前向速率的重点研究，提出了EV-DO Rev.A网络的前向速率优化基本思路。进行了大量的参数实验，从功率、切换门限等方面详细讨论了对前向速率影响最大的SINR的优化方法。可以作为EV-DO网络前向优化的基本思路和原则。1) 重叠覆盖ASET Size越小，SINR越好。通过压天线减少重叠覆盖区域，通过pilot ADD/DROP的降低使得重叠覆盖区域中好的pilot更快地加进来。2) Active Set与Pilot ADD/DROPPilot ADD/DROP可以使得强的导频尽快地被发现并且加入ASET，这样可以使ASET的SINR变得更好且不容易掉话。此时应该对-7/-4dB的两种公式算法进行讨论，结论是按照满载情况下的-4dB是合理的设置。3) 基站发射功率基站发射功率降了之后的直接结果是使得重叠覆盖区域减少，路测时会尽量多的减少ASET Size，使得SINR更好。且同时比较Rx Power，降功率后无明显下降。降功率之后Size 1的情况的百分比比Size 2的情况高，所以SINR提高了。但是同样的Size 1情况下，降功率后的SINR比降功率前要高。从PDF统计中可以看出，SINR好的比例大大上升，说明降了功率之后扇区近点的SINR提升较大，原来可能来自其它扇区的信号被衰减了。4) ASET Size与SINR的关系所有情况下，路测时ASET Size越小的时候，SINR越大。只考察SINR0的情况，降功率后的SINR会比较好，说明过覆盖对其它小区的干扰在降功率之后会减小，采样点中ASET Size的数量明显减小，所以很明显降了功率之后SINR会变好。5) ASET Size相同的情况下的SINR通过比较CDF，得到的结论是：降过功率后SINR变好，原因是降过功率后重叠覆盖区域减小，对于靠近基站的区域，减小发射功率可以使这部分区域内的干扰进一步减轻，所以可以得到更好的SINR。综上所述，通过路测，选择较低的基站发射功率或者合理调整天线覆盖范围，减少重叠覆盖区域是提升1x EV-DO前向速率的关键所在和基本思路。另外，设置合理的Pilot_ADD/DROP可以很直接的影响网络的ASET Size，由此也可以控制前向速率，但是具体的设置建议参考本文第一章里的公式，以目前的CDMA 2000 1x参数为基础，结合路测情况进行合理调整。0. 概述澳门联通一期网络经过工程优化后的前向物理层速率全网路测平均值852kbps，前向RLP层速率801kbps。通过实际路测发现澳门全网覆盖良好，但是前向速率无法达到满意的值，所以在2007年8月我们选择了一块区域进行前向速率的专项优化。这次优化得到的一些结论可以很好的被运用到实际无线网络优化中，具有一定的指导意义。文中大量运用的概率统计分析方法对于3G网络优化也具有很好的借鉴意义。1. 基本概念1.1. SINR 与Ec/Io图1 SINR与Ec/Io SINR 与 Ec/Io只是同样性能指标的不同表述方法。Io的定义包含所有的接收能量也包括有用功率。所以公式S / (S+I+N)的分子和分母都含有有用信号，等式在线形表达时不会大于1，而通过对数表达时不会大于0dB。SINR = S / (I+N)却可以大于1或者0dB。上图表达了一个单一信号（S）向对于多个干扰（I）的变化曲线。中心点表示有一个干扰和一个好的信号，SINR的比值就是1/1，而Ec/Io的比值就是1/(1+1)=1/2。这是一个两种表达式理想化的等功率点。用dB来表达时SINR是0dB而Ec/Io就是-3dB。当Ec/Io接近于0dB时表示干扰越来越小，而SINR同时持续上升，所以SINR可以更好的表达有用信号与噪声的关系。从上图可见，当减少干扰信号时，可以大大增加SINR，而此时Ec/Io的值会钝化无限接近0dB。EV-DO的前向速率由DRC申请决定，而DRC申请的依据就是当前的SINR值，所以通过降低干扰信号从而提升SINR值是提升前向速率的直接办法。图2 SINR与Ec/Io的关系干扰与白噪声通常不断的交替增多或减少，所以SINR可以等同于原先的C/I。注：线性表达时（1/SINR）+1=1/（Ec/Io）1.2. Pilot_ADD和Pilot_DROP1xEV-DO系统的Pilot ADD和Pilot DROP门限，所提及的公式来源于1x系统中的T_ADD和T_DROP，只是根据EV-DO始终满功率发射而1x前向负荷大小影响BTS发射功率的特性做出调整。1xEV-DO的Pilot ADD和DROP的基本公式可以使用下图显示的等式：公式1 1xEV-DO的add/drop基本公式其中T_ADD = IS-95/IS-2000 pilot add thresholdT_DROP = IS-95/IS-2000 pilot drop thresholdf_ loaded pilot =1x的Pilot power的平均负荷的比值以上的公式是基于把EV-DO的切换边界设想成和满负荷的1x系统，在干扰受限系统中Ec-pilot/Io的转换公式可以参Io loaded/Io unloaded。朗讯1x系统的pilot占总功率的15%，paging占总功率的5.1%，sync占总功率的1.4%。T add为-13dB，T drop为-15dB，pilot ADD/DROP的设定的前提是设想1xEV-DO需要和1x有相同的切换点。情况A：从对比空载情况考虑Pilot ADD/DROP（理想情况）1xRTT100%的时间内Pilot占用BTS发射功率的20%左右，而EV-DO10%左右的时间内Pilot占用BTS发射功率的100%，EV-DO的Pilot burst比1x强5倍（7dB）左右。所以EV-DO的Pilot Add和Pilot Drop thresholds相应的增加7dB，为-7dB、-9dB。情况B：从对比满载情况考虑Pilot ADD/DROP（现实情况）设想某个商用网的1x网络满载时的BTS发射功率为peak power的70%，空载时为28%（所有开销信道功率总和），这之间相差了-4dB。从整个BTS发射功率的角度考虑1xEV-DO的话，要符合1x空载时的切换门限则Pilot ADD/DROP会低4dB，满载时active set会减少业务信道的开销。如果考虑到1xEV-DO一直是满功率发射的情况类似于1x满载，所以Pilot ADD/DROP门限应该增加4dB，为-9dB、-11dB。对应在朗讯网络中的情况，所有开销信道占到22%，与满载时peak power为70%的最大发射功相比，相差了5dB但是1xEV-DO不需要考虑软切换，所以实际上最优化的ADD/DROP值一定是根据1x的T_ADD/DROP并且处于1x满载和空载之间的一个位置，于是计算公式可以修正为：公式2 1xEV-DO的add/drop修正公式修正公式中的Load offset需要通过实际路测来确定。更高的Pilot ADD/DROP门限会通过延迟pilot加入active set而降低active set/cell size，这样会因为强导频无法及时加入而影响强导频加入active set前的前向链路的性能，并同时增加了掉话的可能。典型的T_ADD和T_DROP的值为-14dB和-16dB，1x系统的pilot通常占用BTS全部发射功率的20%，所以按照1xEV-DO占用100%的BTS发射功率对比1x的20%发射功率，Pilot ADD/DROP是-7dB，-9dB此时load offset为0dB。澳门联通的EV-DO网络由1x直接升级，天馈共用。EV-DO基站100%的时间都以满功率发射，而1x的基站开销信道发射功率在满功率的22%左右，所以基站前向发射功率根据负荷情况在22%70%的最大发射功率之间变化，基本相差5dB。2. 测试方案考虑CDMA这样的自干扰系统，需要提升前向吞吐率就需要提高DRC Request，而只有获得更高的SINR才能有可能申请更高的DRC。为此我们挑选一块测试区域对周边小区的BTS最大发射功率和Pilot ADD/DROP进行调整对比试验。其中考虑对BTS最大发射功率取20w和14w（降低1.5dB），对于Pilot ADD/DROP取-9dB，-11dB；-8dB，-10dB，进行交叉对比测试：Power ParaHandOff parameterCASEMax power（unit：w）attenuation（dB）Pilot Detection Threshold(unit:-0.5dB)Pilot Drop Threshold(unit:-0.5dB)备注2021822朗讯系统默认值143.51620试验值Pn_Tn2021822Pn_Td2021620Pd_Tn143.51822Pd_Td143.51620图3 测试参数设置方案2.1. 测试区域：图4 澳门联通测试区域图5 本次优化所选基站图6 本次优化路测线路2.2. 测试步骤：系统设置为Pn_Tn；Pn_Td；Pd_Tn；Pd_Td四套参数，在测试区域内以车速30-40km/hour延测试线路行驶三圈，同时以iperf作为数据传输工具进行AT下载。测试区域选择澳门半岛南岸花园周边，该处基站密度和建筑物类型比较具有代表性。测试终端为Aircard 595，测试软件采用QXDM，数据处理采用APEX和Ldat3G。测试结果主要对Best ASP SINR；Rx power；Active set size；DRC Request；physical layer FL Throughput进行统计分析。3. 测试结果分析3.1. Active set sizeActive set size表示在AT active set中的pilot个数，测试结果显示了四种参数设置情况下Active set size的变化。ASET sizePnTnPnTdPdTnPdTd1.006.44%20.56%15.95%21.07%2.0047.46%49.60%46.53%54.40%3.0029.12%25.22%24.89%18.44%4.0016.98%4.62%12.63%6.08%5.000.00%0.00%0.00%0.00%6.000.00%0.00%0.00%0.00%mean2.572.142.342.10图7 Active set size从测试结果可见，采用更高的Pilot ADD/DROP：-8dB，-10dB可以使得测试采样点中ASET size 1和2的比例提高，而降低BTS最大发射功率同样可以提升ASET size 1和2的比例。更高的Pilot ADD/DROP可以延迟或者避免一些强导频进入Active set，并且可以使得一些导频衰弱之后更快地离开Active set，所以Pilot ADD/DROP对于ASET的影响是显而易见的。而对于BTS最大发射功率变化对于ASET size的影响主要是由于信号在衰弱1.5dB之后覆盖范围有所收缩，使得原先重叠覆盖的区域减少，从而降低了ASET size。图8 Active set size 统计柱状图3.2. Rx PowerPnTnPnTdPdTnPdTdMean:-59.99-58.594-59.421-59.099Mean (lin):-51.053-50.184-50.932-50.098Stdev:9.8729.0239.2649.742图9 Rx Power接收功率反映了测试时的无线环境，测试区域的AT平均接收功率-60dBm，属于覆盖较好的区域。在对BTS最大发射功率进行调整后，AT接收功率无明显变化，平均接收功率如上表所示，略微的变化在合理的波动范围之内。从概率密度分布图分析，BTS最大发射功率从20w降低到14w对于覆盖的影响非常轻微。图10 四种情况下Rx Power的CDF图11四种情况下Rx Power的PDF由于澳门半岛高层建筑物密集，造成无线信号的传播存在较多的绕射和反射，原先BTS的满功率发射也可能在这样的无线环境中衰弱较快，所以略微降低基站最大发射功率对于处在这样的无线环境中的AT来说接受功率并无很大区别。3.3. SINR与ASET Size的比较ASET Size表示Active set内的sector数量，取同样的Pilot ADD/DROP -9dB，-11dB，对比降功率前后的ASET Size发现BTS peak power=14w时的单导频比例为15.59%，远大于BTS peak power=20w时的6.44%。再比较同样功率和Pilot ADD/DROP的设置情况下的ASET size=1、2、3、4时的Ec/Io（SINR与Ec/Io具有相同的趋势性，由于APEX无法取得SINR值对应的ASET set size，所以只能比较Ec/Io）会发现ASET size越小，Ec/Io越好。 图12 ASET不同的情况下EcIo的CDF_PnTn图13 ASET不同的情况下EcIo的CDF_PdTn从BTS peak power=14w和20w两种情况来看，总的规律总是ASET size=1时Ec/Io最好。根据这个结果可以推测出通过控制覆盖减少软切换可以提高Ec/Io（SINR）。图14 ASET不同的情况下EcIo的CDF_PnTn与PdTn上图对比了BTS peak power：14w-20w的Ec/Io PDF，4条曲线分别代表ASET size的4种情况。其中ASET size=1时的Ec/Io-1dB的百分比明显增加了。说明在原先的单导频覆盖区域内所有BTS都使用14w最大发射功率后来自其它基站干扰会减少。3.4. 同样ASET size情况下四个case的SINR比较我们仍然使用Ec/Io来代替具有相同变化趋势的SINR值来进行四个case的对比测试。图15 四种不同的情况下ASET Size=1时EcIo的CDF上图显示在同样单导频覆盖的情况下，使用低功率（14w）和低切换门限-9dB，-11dB可以得到最好的Ec/Io分布。图16 四种不同的情况下ASET Size=2时EcIo的CDF在ASET size=2的情况下，同样也是使用低功率（14w）和低切换门限-9dB，-11dB可以得到最好的Ec/Io分布。 图17 四种不同的情况下ASET Size=3时EcIo的CDF图18 四种不同的情况下ASET Size=4时EcIo的CDF在ASET size=3、4的情况下，Ec/Io分布与功率和切换门限并无特别的关系了。3.5. SINR的4种case比较四种情况下SINR的分布：PnTnPnTdPdTnPdTdSamples:30900268424460446846Mean (log):5.029 dB4.355 dB5.596 dB5.052 dBMean (lin):7.655 dB7.353 dB8.422 dB7.951 dBStdev:5.120 dB6.570 dB5.678 dB5.527 dB图19 四种不同的情况下SINR的统计从平均值分析，降功率之后的SINR比满功率发射要更高，而Pilot ADD/DROP取-9dB，-11dB时的SINR平均值比-8dB，-10dB更高。通过之前对ASET size与SINR之间关系的分析可知，同样的SINR改善出现在改变Pilot ADD/DROP的case中，Pilot ADD/DROP设为-9dB，-11dB时的SINR普遍好于-8dB，-10dB时的SINR。由于-9dB，-11dB更容易将强的pilot加入到Active set中，而1xEV-DO选择最强的导频作为服务小区，所以在重叠区域内低门限更容易使得强导频进入Active set以此来提高Best ASP SINR。以下从概率密度分布来分析SINR的改变情况，可以特别注意CDF图中SINR=0dB时的百分比，因为0dB意味着信号和干扰一样强。图20 四种不同的情况下BestASP SINR的CDF图21 四种不同的情况下BestASP SINR的CDF(SINR0)从上图可以看出，功率使用14w时SINR的分布在0dB之后更好，也就是说，降功率后原先SINR较高的区域SINR会变得更高。由于SINR=S/（I+N），在S相同的情况下，减少干扰可以提高SINR值。从AT Rx Power来看，BTS最大发射功率14w时的平均接受功率与20w时相当，所以SINR0dB时的提高可以看作是降功率后原先的干扰被减轻了。之前的分析结论已知：1) ASET size=1、2时的SINR（Ec/Io）在任何情况下都好于ASET size=3、4时。2) ASET size=1或者2时更低的BTS peak power和更低的Pilot ADD/DROP可以获得更好的SINR；而ASET size=3或者4时这部分增益并无明显体现。3) 更低的BTS peak power和更高的Pilot ADD/DROP可以提高ASET size=1、2的比例并且同时降低ASET size=3、4的比例。4) 更低的Pilot ADD/DROP在ASET size=1、2时可以提高SINR。所以在SINR0dB的区域内，14w BTS peak power + Pilot ADD/DROP-9dB，-11dB的组合可以使得重叠覆盖区域减少，即提高了ASET Size=1、2占所有采样点的比例，且这样的组合在ASET Size=1的相同情况下也会有更高的SINR。 图22 PnTn与PdTn的BestASP SINR的PDF对比通过对比PDF可以看出，14w的BTS peak power所提供的SINR分布的最大比例部分明显的向更好的SINR值移动了。4. 结论通过对于功率和切换门限的深入研究可以揭示1x EV-DO前向速率优化的主导思路：6) 重叠覆盖ASET Size越小，SINR越好。通过压天线减少