HSDPA链路预算报告.doc

HSDPAHSDPA 链路预算报告链路预算报告 HSDPA 链路预算报告 封页 2 目目 录录 1 1引言引言.4 1.1编写目的.4 1.2预期读者和阅读建议.4 1.3文档约定.4 1.4参考资料.4 1.5缩写术语.4 2 2用户峰值速率链路仿真用户峰值速率链路仿真.5 2.1仿真假设.5 2.2仿真结果.6 Mbps能力级.6 Mbps能力级.6 Mbps能力级.7 2.3仿真结果分析.7 3 3HSDPAHSDPA 链路预算和覆盖分析链路预算和覆盖分析.7 3.1边缘覆盖速率.8 3.1.1边缘覆盖速率.8 3.1.2边缘峰值速率.8 3.1.3边缘传输速率.11 3.2HSDPA 链路预算.11 3.2.1HS-DSCH信道链路预算方法.11 3.2.2HS-DSCH链路预算表.13 3.2.3HS-SICH和HS-SCCH 覆盖.14 3.2.4各种信道链路预算结果比较.16 市区（市区（PA3） .17 3.2.5R4（CS64K）连续覆盖下HSDPA边缘速率.17 3.3室内覆盖特性.18 3.3.1室内覆盖概述.18 3.3.2室内链路预算结果.18 大唐移动通信设备有限公司 HSDPA 链路预算报告 第 3 页 共 18 页 1.11.1缩写术语缩写术语 HSDPA High Speed Downlink Packet Access BRU Bearer Radio Unit BR5 Before Release 53GPP R5 以前系统，不支持 HSDPA LCR Low Coding Rate 16-QAM 16 Quadratic Amplitude Modulation QPSK Quarternary Phase-shift Keying AMC Adaptive Modulation and Coding HARQ Hybrid ARQ PF Proportional Fair RR Round Robin MAX_C/I Maximal C/I HS-DSCH High Speed-Downlink Shared Channel HS-SCCH High Speed- Shared Control Channel HS-SICH High Speed- Shared Information Channel TB Transport Block 2 2用户峰值速率链路仿真用户峰值速率链路仿真 不同资源配置时，通过给出不同信噪比下单用户速率的仿真结果曲线，做为链路预算 的基础。 为了体现单个用户连续调度的情况下性能，可以通过设置不同的平均信噪比，在链路仿 真中加入 AMC，HARQ，CQI 反馈技术，统计不同的信道环境下单用户连续调度能够达到的吞吐 速率。链路仿真得到的单用户吞吐率能够反应信道环境、AMC 和 HARQ 对性能的影响。由于是 单用户独占分配的资源所得到的吞吐量，仿真结果反应的是单用户衰落信道下，在某一平均信 噪比时能够得到的实际最大速率。 2.1仿真假设仿真假设 表 2-1-1 链路仿真假设 序号仿真条件名称仿真条件设置 1 用户数单用户下行仿真，单天线发送，单天线接收； 2 时隙及码道占用1.4Mbps:3X16XSF16 码道，Nir 为 7040； 2.0Mbps:4X15XSF16 码道，Nir 为 10560； 2.8Mbps:5X16XSF16 码道，Nir 为 14080； 3 中间码分配方式COMMON 方式，Kcell=8； 4 信道及噪声设置采用 ITU 定义的信道，噪声设置采用 Ior/Ioc(或 Ec/N0，Ior/Ioc=Ec/N0+10*log10(每时隙虚码道数)； 5 接收机采用理想时延信道估计后处理， 采用 4 倍过采样，RRC 滤波器中 FFT 长度为 128；采用 MMSE 算 法； 6 信令反馈机制采用无误反馈环路，反馈时延为两个 TTI；SNR 估计采用 ML 算 法； 反馈的信道质量指示 SNR 要乘一个校准因子(PA3/PB3/VA30 或 VA120 的取值分别为 0.86/0.92/0.80) 7AMCOn HSDPA 链路预算报告 第 4 页 共 18 页 8 HARQ 进程数 4 9 最大传输次数 4 10 合并方式Chase 合并 11 Cholesky 分解次数 4 12 译码迭代次数 4 13 统计参数统计了 10000 块的 BLER 和吞吐量性能。 2.22.2仿真结果仿真结果 Mbps 能力级能力级 图 2-2-1 单用户吞吐量链路仿真结果（1.4Mbps） HSDPA 链路预算报告 第 5 页 共 18 页 Mbps 能力级能力级 图 2-2-2 单用户吞吐量链路仿真结果（2.0Mbps） Mbps 能力级能力级 图 2-2-3 单用户吞吐量链路仿真结果（2.8Mbps） HSDPA 链路预算报告 第 6 页 共 18 页 2.32.3仿真结果分析仿真结果分析 不同信道在 30dB 信噪比下的速率（峰值速率）如下表 3-3-2：（单位：bps） 表 2-3-1 30dB 信噪比下的速率 信道 速率等级 PA3PB3VA30IDA3 1.4Mbps1.15M0.85M0.64M 1.20M 2.0Mbps1.80M1.61M1.10M 1.87M 2.8Mbps2.42M2.04M1.38M 2.54M 在存在衰落和多径的情况下，即使用户连续调度、而且具有很高的信噪比（30dB） ，实 际传输速率也很难达到理论最大值。传输速率最高的 PA3 信道，实际值也只能达到最大值的 90%左右，而 VA30 信道能达到最大值的 50%。 需要说明的是，EVM 指标对用户能够达到的峰值速率存在较大的影响，特别是终端接收 机的 EVM 指标。例如：假设终端接收机 EVM 为 15，将错误向量等效为随机白噪声特性，则 相当于即使没有任何干扰，接收端能够达到的最高信噪比为：20*log10(1/0.15)=16.4dB。 3 3HSDPAHSDPA 链路预算和覆盖分析链路预算和覆盖分析 HSDPA 的覆盖可以分为连续覆盖和非连续覆盖（热点覆盖） 。根据前面的分析和假设， 通常情况下，HS-DSCH 信道独占一个时隙，不存在本区用户间的干扰，以及 R4 业务的干扰。 连续覆盖情况下，小区边缘用户受到邻区干扰和热噪声干扰共同作用，边缘覆盖峰值速率 取决于本区功率和邻区干扰比值；而实际的边缘覆盖速率还受覆盖半径的影响。 非连续覆盖的情况下，小区边缘用户干扰主要为热噪声，边缘覆盖峰值速率可以达到理论 峰值速率，边缘覆盖速率由边缘用户覆盖电平和热噪声比值决定，覆盖规划相对简单。 3.13.1边缘覆盖速率边缘覆盖速率 3.1.1边缘覆盖速率边缘覆盖速率 边缘覆盖速率就是小区边缘用户在连续调度时能够获得的速率，是在做链路预算前提 出的需求。 边缘覆盖速率由接收机和发射机 EVM 指标，邻区干扰和热噪声干扰共同决定，对于 CDMA 系统，邻区干扰通常可以认为是白色的，这种假设下，可以将邻区干扰和热噪声相加， 得到总的 CIR 值和、以及 EVM 的关系式如下： er IEc int /NtEc/ （公式 3-1-1） 2 int / 1 / 1 1 EVM NtEcIEc CIR er 通常情况下，边缘用户工作于一个低信噪比值，所以远低于另外两个值，在考 2 EVM 察边缘覆盖时，该值可以忽略。 HSDPA 链路预算报告 第 7 页 共 18 页 NtEcIEc CIR er / 1 / 1 1 int 通过第二章的链路仿真的结果，可以得到信噪比与吞吐速率的对应关系，即已知覆盖 速率要求的情况下可以得到目标信噪比，或者已知边缘信噪比可以得到边缘覆盖速率。 边缘覆盖速率相当边缘用户得到连续调度时，能够达到的平均速率，可以等效于边缘 用户的 OTA。 .2边缘峰值速率边缘峰值速率 在研究边缘峰值速率之前，先给出用户路损评估值（在有些文献中定义为 Metric L Geometry）的定义，以及仿真典型取值。 的表达式如下式所示： Metric L （公式 3-1-2） eri i ra Metric l l L int int /1 /1 是服务小区基站到该用户的路径损耗值，是相邻小区基站到该用户的路径损耗。 ra lint i l 值的大小与用户的位置有关，越靠近小区中心的用户，其值越大，而边缘用户则 Metric L Metric L 较低。在基站发射功率相等的情况下，该值反应了用户的信干比。当 Ec 的功率远远大于热噪 声功率时，3.1 节定义的 CIR 达到最大值，其对应的传输速率也就是边缘峰值速率。 （公式 3-1-3） er c eri i ra Metric I E l l L int int int /1 /1 值的大小除了与用户位置有关外，还与小区半径、传播环境和切换门限等有关。 Metric L 在普通市区、密集市区、郊区和室内环境下不同的切换门限下其概率分布为： HSDPA 链路预算报告 第 8 页 共 18 页 图 3-1-1 普通市区站间距 2000 米不同切换门限下的值概率分布图 Metric L 图 3-1-2 密集市区站间距 1000 米不同切换门限下的值概率分布图 Metric L HSDPA 链路预算报告 第 9 页 共 18 页 图 3-1-3 郊区站间距 3000 米不同切换门限下的值概率分布图 Metric L 从上述图中得到，在覆盖 90%，即边缘 10%处的典型取值约为-5dB. Metric L 在各小区下行等功率发射时，这个值等效于公式 3-1-1 中的值。TDHSDPA 中采 er IEc int / 用了波束赋形，智能天线波束赋行可以降低邻区干扰，带来赋形增益，从而： sma G （公式 3-1-4） smaMetric er c GL I E int 平均情况下，6 阵元智能天线有 7dB 的增益。 另外，上述值是在信道利用率 100%的前提下得到的.在 PA3 和 PB3 信道下，典型 er c I E int WWW 业务用户数目 16 的情况下，信道利用率为 70%，有-10log10（0.7）= 1.55dB 的 er c I E int 增益。综合考察以上因素，在一个 70的系统符合下，90的用户的 的取值高于 er c I E int 3.55dB。将这个值代如到第 2 章用户连续调度下信噪比与吞吐量的曲线，可以查到吞吐量，该 值即边缘峰值速率。之所以称为边缘峰值速率，是在没有考虑热噪声仅考虑邻区干扰能够得到 的速率，是用户边缘速率的理想最大值。考虑热噪声干扰项时，实际速率低于这个速NtEc/ 率。 HSDPA 链路预算报告 第 10 页 共 18 页 根据上述分析和查表，得到不同场景下不同资源配置的峰值速率为下表所示。 表 3-1-1：不同信道不同配置下的峰值速率（单位：Kbps） 1.4M2.0M2.8M 信道条件 普通 市区 密集 市区 郊区普通 市区 密集 市区 郊区普通 市区 密集 市区 郊区 峰值速率（Kbps） 280190149380280202480330243 3.1.3边缘传输速率边缘传输速率 边缘传输传输速率指的是在多用户调度的情况下，一段时间内边缘用户能够体验到的业 务平均传输速率。在 WWW 业务模型下，边缘传输速率可以等于边缘用户的 Packet Call Throughput。 边缘传输速率通常远低于边缘覆盖速率，因为系统是多用户共享资源，边缘用户并不能 保证连续调度。另外，当采用正比公平算法或者 MAX C/I 调度算法是，边缘用户得到调度的几 率更低。只有当系统只有一个边缘用户时，边缘传输速率等于边缘覆盖速率。 边缘传输速率主要受以下因素的影响： 1） 边缘覆盖速率；边缘覆盖速率越大，才有可能获得更大的边缘传输速率。 2） 系统中同时需要调度的用户数目，以及系统中其它用户相对边缘用户的信道质量差 异；如果某一时刻其它用户的信道质量都远优于边缘用户，而又不是采用的轮循算 法，边缘用户的速率就会进一步下降。 3） 调度算法；在轮循算法下，可以认为边缘传输速率等于边缘覆盖速率除以用户数； 在其它调度算法下，边缘覆盖速率理论上应该有所降低。 由于边缘传输速率受诸多因素的影响，所以在链路预算时，不适合采用这个值做为系统 覆盖的目标。系统设计时只能保证边缘用户在单用户连续调度时能够体验到的传输速率，而很 难保证多用户调度时，边缘用户能够体验的传输速率。 3.23.2HSDPAHSDPA 链路预算链路预算 3.2.1HS-DSCH 信道链路预算方法信道链路预算方法 链路预算的最终目的是在一定的边缘覆盖速率要求下，得到覆盖半径。以下是链路覆 盖的步骤： 第一步第一步，通过链路仿真得到信噪比和传输速率的关系曲线 准确的仿真方法为多小区仿真，根据给定的，设定邻区干扰功率，然后仿真得 Metric L 到和系统吞吐速率的关系曲线。NtEc/ 为了简化仿真，可以认为邻区干扰可以等效为等功率的热噪声，直接得到和系NtEc/ 统吞吐速率的关系曲线，如前面第 2 章的结果。该方法的链路框图如下： HSDPA 链路预算报告 第 11 页 共 18 页 C hannelR x Ec ther NI int AW G N 图 3-2-1：简化链路仿真方法 第二步第二步：得到小区边缘用户的值 er c I E int 如 3.1 节中方法，根据仿真得到的典型配置下的，考虑智能天线和信道利用率。 Metric L 第三步第三步：得到边缘峰值速率。 边缘峰值速率是指仅考虑邻区干扰的情况下边缘用户能够达到的最大速率。在设置边 缘覆盖速率时，不能高于边缘峰值速率。在 3.1 节中， 给出了不同场景不同资源配置下的 峰值速率值。 第四步第四步：选定需要覆盖的边缘速率（一定低于峰值速率） ，从而得到信噪比 CIR 目标值。 在已知情况下，可以计算出目标值，其关系式如下： er c I E int NtEc/ （公式 3-2-1） er c I E CIR NtEc int 11 1 / 反过来，也可以在确定了某一覆盖半径后，得到用户接收电平，从而得到值，NtEc/ 再通过公式 3-1-1 计算得到 CIR 值，从而查第 2 章曲线得到边缘覆盖速率。 由于 HSDPA 系统采用了 MAX_C/I，PF 等调度算法，这样，用户会在链路质量好时得到 更大的调度概率，带来调度增益。所以，采用这种方法得到的边缘速率是在 RR 算法下能够 达到的值。 第五步第五步：得到接收机灵敏度。 根据背景噪声、目标值，通过公式：接收机灵敏度=背景噪声+目标值NtEc/NtEc/ 得到接收机灵敏度。与 R4 网络不同的是，这里不再需要考虑干扰储备，因为通过链路仿真 结果得到时，已经将邻区干扰计算在内了。NtEc/ 第六步第六步：得到最大允许路径损耗和覆盖半径。 由于阴影衰落的影响，需要考虑衰落储备。这样，通过等效发射功率、接收机灵敏度 和衰落储备可得到最大允许路径损耗。然后根据传播模型和参数得到覆盖半径，或者得到 覆盖半径和边缘速率的关系。 切换门限对边缘覆盖速率有一定的影响。根据的定义，容易看出，切换门限越大， Metric L HSDPA 链路预算报告 第 12 页 共 18 页 处于边缘的用户嵌入邻区就越深，边缘用户的值就越低，如下表。这样，边缘用户能够 Metric L 达到的峰值速率就降低。在同样的边缘覆盖速率下，由于值的降低，值增加， erc IE int /NtEc/ 覆盖半径降低。所以，从 HSDPA 覆盖和边缘速率的角度考虑，切换门限越低越好。但是从切换 频率和克服乒乓切换的角度，切换门限不能太低。 3.2.2HS-DSCH 链路预算表链路预算表 下表以系统 3 时隙配置下，1.4Mbps 等级的终端为例，给出了不同信道环境下典型边缘 覆盖速率的链路预算的结果。 表 3-2-1：HS-DSCH 链路预算表 业务速率128Kbps（HSDP A） 256Kbps（HSDP A） 128Kbps（HSDP A） 128Kbps（HSDP A） 链路信道环境 PA3PA3PA3PA3PB3PB3VA30VA30 单天线最大发 射功率(dBm) 25252525 发射天线数 6666 多天线最大发 射功率(dBm) 33333333 发射天线增益 (dBi) 15151515 人体损耗 0000 发射馈线损耗 (dB) 1111 发射天线赋形 或分集增益 (dB) 7777 等效全向发射 功率(dBm) 5454545454545454 接收天线增益 (dBi) 0000 接收天线馈线 损耗(dB) 0000 接收天线赋形 增益(dB) 0000 接收机天线总 增益(dB) 0 00 00 00 0 热噪声密度 (dBm/Hz) -174-174-174-174 噪声指数 7777 目标 CIR 0.112.981.672.68 (dB) erc IE int /3.553.553.553.55 目标 NtEc/ (dB) 2.7312.086.2110.09 HSDPA 链路预算报告 第 13 页 共 18 页 接收机灵敏度接收机灵敏度-103.20-93.85-99.72-95.84 最大允许传播 损耗(dB) 157.20147.85153.72149.34 阴影衰落方差 (dB) 88108 衰落储备(dB) 5.405.406.745.40 穿透损耗 15151810 天线高度(m) 40403540 室内最大容许 路径损耗(dB) 137.80128.45128.98133.94 场景模型普通市区普通市区普通市区普通市区密集市区密集市区郊区郊区 半径（千米） 1.0231.023 0.5560.5560.4730.4731.6951.695 注： 考虑 6 天线波束赋形增益通常为 7dB。 考虑 90的小区覆盖概率。 均采用 hata 模型，用户终端天线高度 1.5 米，载波频率 2010MHz。 3.2.3HS-SICH 和和 HS-SCCH 覆盖覆盖 研究 HSDPA 的覆盖时，除了关注 HSDPA 共享信道能够达到的边缘速率外，还应该考虑对 应的公共控制信道的覆盖半径。如果 HS-SICH 信道的覆盖不能得到保证，则边缘用户反馈的 ACK/NACK，RTBS 信息将不能被正确解调，从而严重影响边缘用户的速率和系统的性能；如果 HS-SCCH 信道的覆盖不能得到保证，边缘用户得到到正确的调度信息，也不能保证边缘覆盖的 速率。为了对 HSDPA 共享信道的速率不造成太大的影响，通常要求： ACK/NACK 的错误概率低于 1； RTBS 的错误概率低于 1； HS-SCCH 信道错误概率低于 1。 根据下图所示的 HS-SICH 和 HS-SCCH 信道在 PA3 下的链路仿真结果，以及上面的性能指 标，可以得到 HS-SICH 和 HS-SCCH 信道的目标信噪比值分别为：SNR=9.8dB 和 SNR = 11.4dB。 HSDPA 链路预算报告 第 14 页 共 18 页 -50510152025 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 SNR Test(dB) BLER HS-SICH PA3 U1 Ka1 PC ACK NACK RMF RTBS 图 3-2-2：HS-SICH 信道链路仿真结果 -5051015202530 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 SNR Test(dB) BLER HS-SCCH PA3 U1 Ka1 PC BLER 图 3-2-3：HS-SCCH 信道链路仿真结果 根据上面的目标信噪比，可以得到 HS-SICH 和 HS-SCCH 信道在普通市区的链路预算表如 下： 表 3-2-2:公共控制信道链路预算表 HSDPA 链路预算报告 第 15 页 共 18 页 信道HS-SICHHS-SCCH 方向ULDL 单天线每用户最大 发射功率(dBm) 2422 发射天线数16 多天线最大发射功 率(dBm) 2430 发射天线增益(dBi)015 人体损耗00 发射馈线损耗(dB)0-1 发射天线赋形或分 集增益(dB) 07 等效全向发射功率 (dBm) 2451 接收天线增益(dBi)150 接收天线馈线损耗 (dB) -10 接收天线赋形增益 (dB) 7.80 接收机天线总增益 (dB) 21.80 热噪声密度-174-174 噪声指数47 背景噪声(dBm)-108.93-105.93 链路信道模型PA3 信道PA3 信道 目标 SNR(dB)9.811.4 扩频增益(dB)129 接收机灵敏度接收机灵敏度-111.93-103.53 干扰储备(dB)23 接力切换增益 dB22 最大允许传播损耗 (dB) 156.93153.53 阴影衰落方差(dB)88 衰落储备(dB)5.405.40 穿透损耗(dB)1515 基站天线高度(m)4040 室内最大容许路径 损耗(dB) 137.53134.13 场景模型市区市区市区市区 覆盖半径（Km）1.0050.805 3.2.4各种信道链路预算结果比较各种信道链路预算结果比较 以普通市区为例，给出 HSDPA(256Kbps/1.4M)业务，HS-SICH，HS-SCCH，12.2Kbps 话音， 64Kbps 流业务的链路预算结果的比较如下表。关于 R4 业务 12.2Kbps 话音,64Kbps 流业务的详 细链路预算参考文献【10】 。 HSDPA 链路预算报告 第 16 页 共 18 页 表 3-2-3: 链路预算结果比较 信道/业务HS-SICHHS-SCCH256Kbps HSDPA 12.2Kbps R4 CS 64Kbps R4 方向ULDLDLULUL 等效全向发 射功率(dBm) 2451542424 室内最大容 许路径损耗 (dB) 137.53134.13128.45132.36128.44 传播环境市区（PA3） 覆盖半径1.000.80 0.560.56 0.720.56 从上表可以看出： 1） 市区环境下，3 时隙，1.4Mbps 配置，公共控制信道的半径超过 256Kbps 边缘速率 的覆盖。 2） HSDPA 在 3 时隙 1.4Mbps 配置下，256Kbps 边缘速率的覆盖半径和 R4 CS64Kbps 业 务覆盖半径基本相当。 3.2.5R4（CS64K）连续覆盖下）连续覆盖下 HSDPA 边缘速率边缘速率 通常，R4 系统以保证 CS64Kbps 的连续覆盖为目标。当在 R4 系统上升级引入 HSDPA 后， 各种信道环境下能够达到的边缘覆盖速率可以根据上面链路预算的方法反推，如下表 3-2-4： 表 3-2-4：CS64 连续覆盖下的 HSDPA 边缘速率 信道环境 PA3PB3VA30 传播环境普通市区密集市区郊区 CS64K 最大允许 传播损耗(dB) 149.24149.24148.84148.84149.04149.04 HSDPA 等效全向 发射功率(dBm) 545454 HSDPA 接收 电平(dBm) -95.24-94.84-95.04 (dB) erc IE int /3.553.553.55 (dB)NtEc/ 10.6911.0910.89 边缘用户 CIR(dB)2.782.852.81 边缘速率（Kbps） （4 时隙 2.0Mbps） 334240176 边缘速率（边缘速率（KbpsKbps） （3 3 时隙时隙 1.4Mbps1.4Mbps） 258258168168131131 HSDPA 链路预算报告 第 17 页 共 18 页 3.3室内覆盖特性室内覆盖特性 3.3.1室内覆盖室内覆盖概述概述 由于室内环境下，用户对高速分组数据业务需求比室外更加明显，同时要求的速率也会 更高。为了保证高速的传输速率，HSDPA 需要在室内具有较高的覆盖电平，所以，在业务需求 量高的地区，建议使用室内微基站和分布式天线系统来进行室内的覆盖，而不是通过室外天线 对室内进行覆盖。 在室内环境下，在一些业务需求量大的商务场所，可能需要在同一大楼设置多个基站来 吸收足够的数据业务需求。此时，典型配置为几层 1 个小区，由于楼层间存在较大的穿透损耗， 层间邻区干扰较小，其对边缘覆盖速率的影响较小。 当系统业务需求量比较低时，1 栋大楼只需要 1 个基站，为了各层都有较高的覆盖电平， 往往需要采用分布式天线覆盖，将基站信号通过分路器，干放，远端天线等设备引到各层实现 比较均匀的覆盖电平。由于 HSDPA 达到最高速率的信噪比要求一般远大于 R4 传统业务，所以 为了提高室内 HSDPA 吞吐量，需要更高的覆盖电平。 室内具有良好覆盖的情况下，室外对室内的同频干扰成为室内覆盖的制约因素，所以在 网络规划时，应该尽量避免室外同频干扰。 室内覆盖情况下，按照对室内边缘覆盖速率影响的大小，包括以下 3 方面的因素： 1) 覆盖电平； 2) 室外同频干扰； 3)