WCDMA中的壓縮模式測量

1、WCDMA 中的壓縮模式測量廣東移動通信有限責(zé)任公司深圳分公司郝云飛摘要：本文介紹了 WCDMA中壓縮模式測量的原理和方法，并結(jié)合一些實際測試對功率控制和系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行了分析。本文還分別介紹了壓縮模式的幀流格式參數(shù)和觸發(fā)方式。最后本文對 WCDMA和CDMA2000不同的切換思路進(jìn)行了比較。壓縮模式，就是在不中斷業(yè)務(wù)情況下， 終端對異頻或者異系統(tǒng)進(jìn)行測量，以便根據(jù)無線信道性能及時切換或者采取其他操作的一種工作模式。一般終端只具備一套收發(fā)信機，無法同時在多個頻率上進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)和測量。UMTS網(wǎng)絡(luò)用戶在業(yè)務(wù)漫游過程中，終端必須能夠適時地在異頻或異系統(tǒng)之間進(jìn)行切換，以保持相應(yīng)業(yè)務(wù)的質(zhì)量和連續(xù)性。在這個

2、過程中，對異頻或者異系統(tǒng)進(jìn)行測量是終端操作的第一步。而這個壓縮模式測量一般都是在 CELL_DCH狀態(tài)下進(jìn)行。1 原理和方法1. 1 壓縮測量原理WCDMA 主要通過數(shù)據(jù)速率和幀流格式等方式的調(diào)整，在無線幀流中空出一段測量間 隔時隙TGL (Transmission Gap Length )完成異頻或者異系統(tǒng)測量。如圖一所示：在壓縮幀 流中，壓縮幀時隙分為測量時隙和壓縮時隙。其中， TGL長度范圍為114個。一個10ms 的無線幀最大傳輸空閑長度為7個時隙。如果所需 TGL長度超過7個，則必須采用雙幀模式，其最大測量間隔可達(dá)到14個時隙。圖一：壓縮模式的幀描述壓縮模式主要是在下行鏈路應(yīng)用。 只

3、有當(dāng)測量目標(biāo)頻率靠近上行頻段的時候，終端才會同時在上行鏈路也進(jìn)入壓縮模式。 例如：GSM 1800MHz頻段靠近UMTS 1900MHz的頻段， 為了避開干擾，終端需在上行也進(jìn)入壓縮模式。1. 2壓縮方法有三種實現(xiàn)壓縮模式的方法：1、縮短擴(kuò)頻碼提高物理層數(shù)據(jù)速率，在剩余的壓縮時隙把信息發(fā)送出去。這種方法壓縮SF為原來的SF的1/2長度(SF=4則不適用)，因此容易得到較長的 TGL (Transmission Gap Length)o其所用擴(kuò)頻碼必須是當(dāng)前碼字的上一級碼。另外，由于 RNC功率控制的 BLER_target值不變，當(dāng)壓縮模式直擴(kuò)因子SF' = SF/2后，接收機獲得的直

4、擴(kuò)增益 將減少3dB，導(dǎo)致Ec/No損失。為了補償這個損失，下行發(fā)射功率理論上需要提高3dB左右，以維持鏈路質(zhì)量。因此，縮短擴(kuò)頻碼方式會占用碼資源，可能帶來系統(tǒng) 干擾和容量損失。這種方法對實時業(yè)務(wù)的服務(wù)保持比較好。CS64K、CS12.2K等實時性比較強的業(yè)務(wù)一般采用這種方式。2、高層調(diào)度低層操作不變。由高層控制TFC (Transport Format Combination )格式，用 TFCI字段占用了實際數(shù)據(jù)信息位置，來限制幀內(nèi)的實際信息比特數(shù)量，以較低的數(shù)據(jù)速 率發(fā)射，為測量空出時隙間隔(SF= 4亦可)。這種方式需調(diào)整數(shù)據(jù)時隙占用格式，使用的必須是原來 TFC Set的子集。而且高

5、層調(diào)度必須是在TrCH以可變位置映射無線幀的情況下實現(xiàn)。高層調(diào)度的方法主要適用于非實時的PS類業(yè)務(wù)。3、速率適配由低層控制減少數(shù)據(jù)冗余，降低速率。這種方式不牽涉資源配置或者高層進(jìn)程，能 夠降低系統(tǒng)干擾，是比較側(cè)重保證無線鏈路的壓縮辦法。但是這種方式降低了服務(wù) 質(zhì)量，且只適合所需 TGL較短，TrCH只在固定位置映射到無線幀的情況。2 壓縮模式實測2. 1功率控制壓縮模式的功控實際上是在 TGL時段放棄了功率控制后維持鏈路的補救手段。其目標(biāo) 仍舊是保持鏈路質(zhì)量，并在測量間隔時隙 TGL結(jié)束后在盡可能短的時間內(nèi)恢復(fù)對信道的正 常功率控制：1、保證壓縮模式下數(shù)據(jù)發(fā)送質(zhì)量達(dá)到系統(tǒng)要求；2、盡量減少對系

6、統(tǒng)產(chǎn)生的干擾；3、盡快在RPL內(nèi)恢復(fù)到正常功率控制。壓縮模式功率控制在上下行都使用帶有糾正參數(shù)、偏移量的功率控制算法來估計當(dāng)前時隙的功率，同時附加判決條件，根據(jù) SIR_cm_target、BLER_cm_target調(diào)整發(fā)射功率。這些 參數(shù)和偏移量根據(jù)不同的無線鏈路情況取得，以確保和實際功率控制效果的差距最小化。功率控制的恢復(fù)時期稱為 RPL (Recovery Period Length )。RPL=min測量間隙長度，7, 單位為時隙。但是任何情況下，RPL都必須在下一個測量間隙開始前結(jié)束。實現(xiàn)壓縮模式的功率控制時，一般對異系統(tǒng)或?qū)崟r業(yè)務(wù)考慮更安全的功率保障幅度相對 較大；而對非實時或者

7、同系統(tǒng)異頻業(yè)務(wù)則功率保障幅度相對較小，實測與理論分析存在微小差異。2. 2Code Power對比當(dāng)通過縮短擴(kuò)頻碼的壓縮方式時，由于 SF縮短到1/2長度，擴(kuò)頻增益降低一半?？紤] 在短暫時隙中，無線鏈路變化很小。則在空中接口的Code Power,理論上需高于原發(fā)射功率的3dB左右，才能保證 BLER達(dá)到或者優(yōu)于 BLER_target。2. 2. 1 CS域單鏈路測試 DL Tx Code Power DL BLER異系統(tǒng)CS12.2K+ 3.6dB0.0528%異頻 CS12.2K+ 1.7dB+ 0.2%異頻CS64K+ 4.6dB+ 0.018%表一：CS業(yè)務(wù)下行壓模測試CS業(yè)務(wù)下行C

8、ode Power在不同業(yè)務(wù)狀態(tài)下有不同程度提高，平均幅度約3dB。測試結(jié)果之間的差異，與 Code Power相關(guān)，可以認(rèn)為是設(shè)備功能設(shè)計中為實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)要求，功 率控制的差異化導(dǎo)致。例如：在異頻CS12.2K業(yè)務(wù)的壓縮模式測量時，Code Power提高僅1.7dB,因此BLER有一定程度下降。但從總體結(jié)果看，Code Power和BLER的變化趨勢與壓縮模式協(xié)議功能一致。2. 2 . 2 PS域單鏈路測試 DL Data Rate DL Tx Code Power DL BLER異系統(tǒng)PS64K57.7%0dB+ 2.26%異頻PS64K57.7%1.3dB1.30%表二：PS業(yè)務(wù)下行壓

9、模測試由于采取了高層調(diào)度的措施，PS業(yè)務(wù)在壓縮模式下的主要特征就是數(shù)據(jù)速率大幅下降，約為正常模式的40%。PS業(yè)務(wù)下行Code Power沒有變化，或者變化幅度很小。 非實時性業(yè) 務(wù)的在壓縮模式下的BLER出現(xiàn)略微波動。這與壓縮模式下不連續(xù)功率控制，以及鏈路誤差有關(guān)。2. 3 系統(tǒng)負(fù)荷與容量2. 3. 1 容量的估計考慮不降低數(shù)據(jù)速率， 并保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的情況下，由于壓縮測量間隔內(nèi)缺少真正的功率控制，會影響到擴(kuò)頻增益，在保持無線鏈路的時候， 需要提高信號功率，來補償Eb/No損失。 因此，壓縮模式會影響一部分容量。假設(shè)【5】壓縮測量中補償 Eb/No損失需要2dB,貝U不同比例終端接入和不同壓縮

10、幀流 格式會有不同的容量影響，如表三：所有終端進(jìn)入壓縮模式10%終端進(jìn)入壓縮模式每幀均壓縮估計一58%<5.8 %母隔3幀壓縮估計一19%<1.9 %表三：壓縮模式與容量2. 3. 2 不同壓縮方式測試不同的壓縮方法對系統(tǒng)負(fù)荷有截然不同的影響?？s短SF,保持?jǐn)?shù)據(jù)量集中發(fā)出（CS類業(yè)務(wù)較為典型），至少在壓縮發(fā)射期間會增加小區(qū)的負(fù)荷；而高層調(diào)度的辦法（PS類業(yè)務(wù)較為典型），由于減少發(fā)射，降低數(shù)據(jù)速率，會略微減輕小區(qū)的負(fù)荷。具體影響的程度與業(yè)務(wù) 類型、碼域功率、幀流格式和小區(qū)承載負(fù)荷等因素有關(guān)。比較在正常和異頻壓縮不同模式實測結(jié)果，對系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生的影響。壓縮模式相對于標(biāo)準(zhǔn)模式的小區(qū)負(fù)荷變

11、化如下：UE數(shù)CS64K異頻PS64K異系統(tǒng)PS64K異頻00.00 %0.00 %0.00 %27.86%-4.44%0.93%415.69%-6.83%-1.58%表四：不同壓縮模式與負(fù)荷縮短擴(kuò)頻碼方式對系統(tǒng)負(fù)荷的增加非常顯著；而高層調(diào)度方式則對系統(tǒng)負(fù)荷無明顯影 響，或略微有所減輕。3 幀流格式幀流格式對壓縮模式測試效果和現(xiàn)網(wǎng)運營質(zhì)量影響很大。壓縮幀的個數(shù)和重復(fù)規(guī)律，以及不同測量要求下測量間隔的時隙長度，都需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況來配置。實際測量中有兩種傳輸間隙模式，TGP1 （Transmission Gap Pattern ）和TGP2。它們間隔連接，形成各種不同組合的測量間隙。如圖二所示

12、：#TG PRCT G p a tte rn 2T ran sm isp 1gap 2TG SNT ra nsm is sio nT ra n sm is sio ngap 1T ra n sm iss iongap 2TGSNT GPL1TG PL2圖二：壓縮模式的格式參數(shù)其中，控制傳輸時隙格式的參數(shù)包括：TGSN ( Transmission Gap Start Slot Number)進(jìn)入壓縮模式的第一幀中傳輸間隙開始的時 隙號TGL1/TGL2 (Transmission Gap Length )傳輸間隙長度，以時隙計數(shù)。TGL1由參數(shù)給 出，如無特殊說明， TGL2 = TGL1TG

13、D (Transmission Gap Start Distance)TGL1和TGL2之間的距離，以時隙計數(shù)TGPL (Transmission Gap Pattern Length )傳輸間隙測量格式持續(xù)的長度，以幀計數(shù)控制傳輸間隙起始和重復(fù)的參數(shù)包括:TGPRC ( Transmission Gap Pattern Repetition Count)傳輸間隙測量格式的個數(shù)，以幀計數(shù)TGCFN ( Transmission Gap Connection Frame Number)在整個傳輸間隙模式中，TGP1開始的第一幀 的序號進(jìn)入壓縮模式的時候，UTRAN將通過信令把上述詳細(xì)參數(shù)告訴終端

14、。終端即按照系統(tǒng) 所指定的幀流格式進(jìn)行壓縮模式測量。在Idle Mode的系統(tǒng)消息中，RBS把一個aMeasurementControl Message”發(fā)送給終端。它包括了壓縮模式所需的全部內(nèi)容，如：觸發(fā)事件參數(shù)、 小區(qū)ID和測量類型等信息。測量完成后，終端返回給RBS 一個"Measurement ReportingMessage”報告測量結(jié)果。實際網(wǎng)絡(luò)運行中，終端有可能需要較長的TGL;有可能需要不同壓縮幀間隔的測量，等等。一般地，對異系統(tǒng)的測量需要更多的測量次數(shù)和更長的測量間隔長度TGL;異頻測試所需測量次數(shù)略少，測量間隔長度較短。 為了滿足不同測量要求，就要靈活調(diào)整壓縮模式

15、的時隙組織參數(shù)，并兼顧空中接口的幀結(jié)構(gòu)。4 壓縮模式的觸發(fā)壓縮模式一般通過事件觸發(fā)。終端軟件中包含有很多協(xié)議可選的觸發(fā)事件（如表五），例如：2D、2F、6A、6B等等。一般在分析無線環(huán)境后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的要求，在 RNC配置 并以信令方式給終端的事件觸發(fā)參數(shù)置位。LinkEvent觸發(fā)條件Downlink2D當(dāng)前頻段質(zhì)量評估結(jié)果低于某門限2F當(dāng)前頻段質(zhì)量評估結(jié)果高于某門限Uplink6A終端發(fā)射功率高于某門限6B終端發(fā)射功率低于某門限表五：壓縮模式觸發(fā)事件實際系統(tǒng)設(shè)計的時候，判決方式由 RNC參數(shù)配置。比較典型的，一是通過 RSCP的絕 對變化判決；二是通過信道性能Ec/No的相對變化來判決。前

16、者能夠迅速地反映覆蓋變化；后者則主要針對無線鏈路性能、系統(tǒng)干擾水平的狀況。兩種方式有利有弊，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的實際需要來選用。5 思路比較壓縮模式僅在 WCDMA中應(yīng)用。在 CDMA2000中則是采用 MAHO、DAHO的方式解 決異頻、異系統(tǒng)之間的切換。兩種處理辦法反映出兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思路的區(qū)別。WCDMA是通過短時間放棄功率控制的損失來換取異頻、異系統(tǒng)之間的切換效率。這 是3GPP制定WCDMA標(biāo)準(zhǔn)時，期望利用廣泛的 GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，幫助發(fā)展UMTS系統(tǒng)的一個考慮。在壓縮模式測量間隔內(nèi)，信號發(fā)射實際脫離功率控制的約束。盡管采取了折中和快速恢復(fù)的補救辦法，仍然會抬升系統(tǒng)干擾。這對于一個CDMA

17、系統(tǒng)來說是危險的。而CDMA2000系統(tǒng)從IS-95起步，沒有采用壓縮模式，而是依靠DAHO、MAHO方式， 通過Pilot Beacon的應(yīng)用、不同切換策略的選擇和切換邊界的規(guī)劃，提高異頻、異系統(tǒng)之間 的切換效率。相對來說，CDMA2000采取更簡明的方式維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定和效率。但在系統(tǒng)效率提高的同時，CDMA2000也不得不支付“盲切”的風(fēng)險。參考文獻(xiàn)：【1 】3GPP. TS25.211 v3.12.0 Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD).Release 1999.2002.09【2】3GPP. TS25.215 v3.12.0 Physical layer-Measurements (FDD). Release 1999.2003.06【3】3GPP. TS25.331 v4.17.0 Radio Resource Control (RRC). Re