基于TD-SCDMA R4路測數據評估HSUPA系統吞吐量的方法研究

方媛 梁雙春

（中國移動通信集團設計院有限公司 北京 100080）

隨著我國TD-SCDMA技術的不斷發展，在未來幾年內，TD-SCDMA數據業務將會取得大幅度增長。為了適應多媒體服務對高速數據傳輸日益增長的需要，3GPP對空中接口作了改進，在R5版本中引入了高速下行分組接人（HSDPA）技術。然而，HSDPA技術不能解決上行數據速率問題，為滿足要求更高的上行速率業務發展需要，3GPP R6版本開始，開展了對高速上行分組接入（HSUPA）的研究和標準制定工作。

1 研究內容

目前對于無線系統性能的評估通常是使用計算機系統級仿真的方式。無線通信系統中的系統級仿真通過模擬無線傳播環境，終端的運動速率和方向，業務模型，通信過程中的功率變化和可能引起的干擾，計算出信噪比，根據信噪比查找出相應鏈路級仿真的結果從而得到網絡性能。系統級仿真通常用于檢驗無線接入系統的性能和系統規劃、優化。系統級仿真通常采用蒙特卡羅(Monte Carlo)方法，將整個系統的運行行為視作多個時間片斷內所表現出來的行為樣本的統計平均，每個時間片斷稱為一個快照，它體現了系統在短期內相對穩定的行為。經過大量仿真樣本的運行，用統計的方法分析所有樣本內的數據記錄，可以得到所需的關鍵性能參數的均值和方差。

系統級仿真的方式是建立仿真模型，盡量的貼近網絡中的實際情況。然而這種方式不能準確地反映現實系統中復雜多變的地理和自然環境，因此對TD-SCDMA HSUPA網絡性能的評估不是十分準確，并且仿真方法復雜，需要一定仿真時長。本文中提出的這種方法利用實際網絡中的通過車載測試得到的路測數據，考慮了實際的網絡拓撲結構及自然傳播環境，并且實現方法簡單，具有一定的可擴展性，同樣適用于與后3G系統，如HSPA+和LTE系統的性能評估。

2 HSUPA吞吐量的評估方法

本方法的核心思想是利用實際網絡中的通過進行車載測試得到的CPICH信道的RSCP值，可以計算出在一定發射功率下的上行E-DCH信道接收到的有用信號功率，通過干擾預算的方式得到HSUPA系統E-DCH信道的信噪比，最終結合鏈路級性能得到系統吞吐量。具體方法見以下幾個部分。

2.1 傳輸損耗預算

通過在現網中進行車載測試，可以得到的單個UE接收到來自周圍多個小區的CPICH信道的RSCP值，即RSCPi＝TXCPICH－PathLossi。因此，可以反推出該UE到周圍第i個小區傳輸損耗PathLossi＝TXCPICH－RSCPi。

2.2 干擾預算

根據前面的介紹，計算吞吐量的前提是首先要對基站接收機端接收到的干擾進行預算。基站接收機接收到的干擾主要包括以下幾個部分，接收機熱噪聲功率N0、小區外干擾Ioc和小區內干擾Ior。

I0＝Ior＋Ioc＋N0

為了便于簡化，我們假設小區在某一時隙只服務一個用戶，因此小區內干擾為零。該用戶會對其他小區產生小區外干擾，同理，其他小區的用戶也會對本用戶產生干擾。在這里我們將該用戶對其他小區的干擾之和等效為該用戶的小區外干擾。通過上文中計算出的傳輸損耗可以計算出該用戶對其他小區的干擾，將這些干擾累加便可等效為該用戶的小區外干擾。

2.3 HSUPA有用信號功率計算

TDD系統上、下行信道具有良好的相關性，如果已知上行E-DCH信道的發射功率，通過增加相對于導頻信道的智能天線的增益，可以估算出基站接收到來自目標用戶的有用信號的功率值。HSUPA系統對于E-DCH進行基于RoT（Rise over Thermal Noise)的功率控制，UE的最大發射功率會受到RoT門限的限制。

假設RoT門限為RoTMAX＝6dB，那么基站出接收到的來自目標HSUPA用戶的功率可作如下推導，

IHSUPA＝RoTMAX＋N0

其中， IHSUPA為RoT門限的限制條件下，收到的來自目標HSUPA用戶的最大接收功率。

計算過程中假設所有UE先以終端最大發射功率進行發射，經過鏈路上的傳輸損耗后得到接收功率，與前面計算出的該HSUPA用戶的最大接收功率相比，取兩者中較小者。該方式導致以下兩種影響，一方面，即使UE距離基站很近，由于RoT門限的制約，UE不能以滿功率發射；另一方面，隨著UE趨于小區邊緣，即使UE以滿功率發射，由于鏈路損耗變大，接收功率降低。

2.4 E-DCH信道信號干擾比計算

基站接收機處的干擾包括以下幾個部分，接收機熱噪聲N0、小區外干擾Ioc、小區內干擾Ior。由于TDSCDMA使用智能天線，可以有效降低系統內干擾。這里我們引入一個具體的因子α來表示由于使用智能天線相對于廣播信道使用的定向天線帶來的增益。α取值的大小可以通過TD-SCDMA系統級仿真來獲得。對比仿真中使用智能天線相對于定向天線，在同樣的系統容量下所需要的目標Eb/N0的差異。

因此可以通過如下公式對HSUPA的EDCH信道SINR進行計算，

通過計算出的SINR來查找相應的鏈路級仿真結果，最終得到吞吐量。

圖1 車載測試場景及數據

圖2 路測RSCP數據CDF曲線

3 評估方法應用實例

3.1 車載測試場景及數據

車載測試數據來自于某移動公司的TD-SCDMA網絡，測試路線為該市朝陽公園南門外的一條東西走向的街道，測試環境屬于城區環境。測試距離大約在3500m左右，其中途徑公園、商業區和體育場。8個測試基站全部位于該測試路徑南北兩側，基站都為三扇區宏蜂窩結構，天線全部采用智能天線。將測試基站數據及測試點的CPICH信道RSCP值導入APOX規劃軟件顯示，測試場景如圖1所示。

測試數據主要包含了途徑各地點的經緯度信息及CPICH信道的RSCP值等。通過對車載測試進行整理，大約得到了15000個有效的樣本點數據，其RSCP分布的積累分布如圖2所示。從圖2可以看出， RSCP樣本數據范圍在-102～-57dBm，并且大多數測試點的數據值都集中在-65～-85dBm之間，這說明測試所經過的區域都處于覆蓋良好的狀態。

圖3 HSUPA吞吐量的評估結果

3.2 評估結果

圖3是利用現網路測數據根據以上介紹方法計算出的HSUPA吞吐量。為方便顯示，將其根據與經緯度的對應關系導入APOX規劃軟件中。從圖3可以看出，在這條測試路徑上，絕大多數測試點的信號條件都比較好，如圖中深色點吞吐量大于512kbit/s的地段較多。通過與圖1對比，這些深色的地點大都本身的RSCP信號條件也較為良好。在一些地點，如朝陽公園南側HSUPA吞吐量相對較差，經分析是由于存在湖面反射所導致。另外，在一些基站覆蓋邊緣處，如工體場西側路測得到的RSCP信號強度較弱，因此信干比情況較差，吞吐量較低。通過文中提出的評估方法可以很直觀反映網絡中存在的問題，在現網中優化人員應結合實際情況加以調整。