前向速率優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)

1、EV-DO Rev.A前向速率優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)網(wǎng)優(yōu)背景：中國(guó)聯(lián)通在07年取得澳門(mén)EVDO商用網(wǎng)的建設(shè)運(yùn)維資格。上海聯(lián)通以及阿爾卡特-朗訊公司作為技術(shù)支持，在澳門(mén)進(jìn)行了將近一年的EVDO網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。網(wǎng)優(yōu)經(jīng)驗(yàn)：通過(guò)對(duì)澳門(mén)聯(lián)通EV-DO網(wǎng)絡(luò)的前向速率的重點(diǎn)研究，提出了EV-DO Rev.A網(wǎng)絡(luò)的前向速率優(yōu)化基本思路。進(jìn)行了大量的參數(shù)實(shí)驗(yàn)，從功率、切換門(mén)限等方面詳細(xì)討論了對(duì)前向速率影響最大的SINR的優(yōu)化方法?？梢宰鳛镋V-DO網(wǎng)絡(luò)前向優(yōu)化的基本思路和原則。1) 重疊覆蓋ASET Size越小，SINR越好。通過(guò)壓天線(xiàn)減少重疊覆蓋區(qū)域，通過(guò)pilot ADD/DROP的降低使得重疊覆蓋區(qū)域中好的pilot更快地

2、加進(jìn)來(lái)。2) Active Set與Pilot ADD/DROPPilot ADD/DROP可以使得強(qiáng)的導(dǎo)頻盡快地被發(fā)現(xiàn)并且加入ASET，這樣可以使ASET的SINR變得更好且不容易掉話(huà)。此時(shí)應(yīng)該對(duì)-7/-4dB的兩種公式算法進(jìn)行討論，結(jié)論是按照滿(mǎn)載情況下的-4dB是合理的設(shè)置。3) 基站發(fā)射功率基站發(fā)射功率降了之后的直接結(jié)果是使得重疊覆蓋區(qū)域減少，路測(cè)時(shí)會(huì)盡量多的減少ASET Size，使得SINR更好。且同時(shí)比較Rx Power，降功率后無(wú)明顯下降。降功率之后Size 1的情況的百分比比Size 2的情況高，所以SINR提高了。但是同樣的Size 1情況下，降功率后的SINR比降功率前要高

3、。從PDF統(tǒng)計(jì)中可以看出，SINR好的比例大大上升，說(shuō)明降了功率之后扇區(qū)近點(diǎn)的SINR提升較大，原來(lái)可能來(lái)自其它扇區(qū)的信號(hào)被衰減了。4) ASET Size與SINR的關(guān)系所有情況下，路測(cè)時(shí)ASET Size越小的時(shí)候，SINR越大。只考察SINR>0的情況，降功率后的SINR會(huì)比較好，說(shuō)明過(guò)覆蓋對(duì)其它小區(qū)的干擾在降功率之后會(huì)減小，采樣點(diǎn)中ASET Size的數(shù)量明顯減小，所以很明顯降了功率之后SINR會(huì)變好。5) ASET Size相同的情況下的SINR通過(guò)比較CDF，得到的結(jié)論是：降過(guò)功率后SINR變好，原因是降過(guò)功率后重疊覆蓋區(qū)域減小，對(duì)于靠近基站的區(qū)域，減小發(fā)射功率可以使這部分區(qū)

4、域內(nèi)的干擾進(jìn)一步減輕，所以可以得到更好的SINR。綜上所述，通過(guò)路測(cè)，選擇較低的基站發(fā)射功率或者合理調(diào)整天線(xiàn)覆蓋范圍，減少重疊覆蓋區(qū)域是提升1x EV-DO前向速率的關(guān)鍵所在和基本思路。另外，設(shè)置合理的Pilot_ADD/DROP可以很直接的影響網(wǎng)絡(luò)的ASET Size，由此也可以控制前向速率，但是具體的設(shè)置建議參考本文第一章里的公式，以目前的CDMA 2000 1x參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合路測(cè)情況進(jìn)行合理調(diào)整。0. 概述澳門(mén)聯(lián)通一期網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)工程優(yōu)化后的前向物理層速率全網(wǎng)路測(cè)平均值852kbps，前向RLP層速率801kbps。通過(guò)實(shí)際路測(cè)發(fā)現(xiàn)澳門(mén)全網(wǎng)覆蓋良好，但是前向速率無(wú)法達(dá)到滿(mǎn)意的值，所以在20

5、07年8月我們選擇了一塊區(qū)域進(jìn)行前向速率的專(zhuān)項(xiàng)優(yōu)化。這次優(yōu)化得到的一些結(jié)論可以很好的被運(yùn)用到實(shí)際無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，具有一定的指導(dǎo)意義。文中大量運(yùn)用的概率統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化也具有很好的借鑒意義。1. 基本概念1.1. SINR 與Ec/Io圖1 SINR與Ec/IoSINR 與 Ec/Io只是同樣性能指標(biāo)的不同表述方法。Io的定義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號(hào)，等式在線(xiàn)形表達(dá)時(shí)不會(huì)大于1，而通過(guò)對(duì)數(shù)表達(dá)時(shí)不會(huì)大于0dB。SINR = S / (I+N)卻可以大于1或者0dB。上圖表達(dá)了一個(gè)單一信號(hào)（S）向?qū)τ诙鄠€(gè)干擾（I）的變化

6、曲線(xiàn)。中心點(diǎn)表示有一個(gè)干擾和一個(gè)好的信號(hào)，SINR的比值就是1/1，而Ec/Io的比值就是1/(1+1)=1/2。這是一個(gè)兩種表達(dá)式理想化的等功率點(diǎn)。用dB來(lái)表達(dá)時(shí)SINR是0dB而Ec/Io就是-3dB。當(dāng)Ec/Io接近于0dB時(shí)表示干擾越來(lái)越小，而SINR同時(shí)持續(xù)上升，所以SINR可以更好的表達(dá)有用信號(hào)與噪聲的關(guān)系。從上圖可見(jiàn)，當(dāng)減少干擾信號(hào)時(shí)，可以大大增加SINR，而此時(shí)Ec/Io的值會(huì)鈍化無(wú)限接近0dB。EV-DO的前向速率由DRC申請(qǐng)決定，而DRC申請(qǐng)的依據(jù)就是當(dāng)前的SINR值，所以通過(guò)降低干擾信號(hào)從而提升SINR值是提升前向速率的直接辦法。圖2 SINR與Ec/Io的關(guān)系干擾與白噪

7、聲通常不斷的交替增多或減少，所以SINR可以等同于原先的C/I。注：線(xiàn)性表達(dá)時(shí)（1/SINR）+1=1/（Ec/Io）1.2. Pilot_ADD和Pilot_DROP1xEV-DO系統(tǒng)的Pilot ADD和Pilot DROP門(mén)限，所提及的公式來(lái)源于1x系統(tǒng)中的T_ADD和T_DROP，只是根據(jù)EV-DO始終滿(mǎn)功率發(fā)射而1x前向負(fù)荷大小影響B(tài)TS發(fā)射功率的特性做出調(diào)整。1xEV-DO的Pilot ADD和DROP的基本公式可以使用下圖顯示的等式：公式1 1xEV-DO的add/drop基本公式其中T_ADD = IS-95/IS-2000 pilot add thresholdT_DROP

8、= IS-95/IS-2000 pilot drop thresholdf_ loaded pilot =1x的Pilot power的平均負(fù)荷的比值以上的公式是基于把EV-DO的切換邊界設(shè)想成和滿(mǎn)負(fù)荷的1x系統(tǒng)，在干擾受限系統(tǒng)中Ec-pilot/Io的轉(zhuǎn)換公式可以參Io loaded/Io unloaded。朗訊1x系統(tǒng)的pilot占總功率的15%，paging占總功率的5.1%，sync占總功率的1.4%。T add為-13dB，T drop為-15dB，pilot ADD/DROP的設(shè)定的前提是設(shè)想1xEV-DO需要和1x有相同的切換點(diǎn)。情況A：從對(duì)比空載情況考慮Pilot ADD/DR

9、OP（理想情況）1xRTT100%的時(shí)間內(nèi)Pilot占用BTS發(fā)射功率的20%左右，而EV-DO10%左右的時(shí)間內(nèi)Pilot占用BTS發(fā)射功率的100%，EV-DO的Pilot burst比1x強(qiáng)5倍（7dB）左右。所以EV-DO的Pilot Add和Pilot Drop thresholds相應(yīng)的增加7dB，為-7dB、-9dB。情況B：從對(duì)比滿(mǎn)載情況考慮Pilot ADD/DROP（現(xiàn)實(shí)情況）設(shè)想某個(gè)商用網(wǎng)的1x網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)載時(shí)的BTS發(fā)射功率為peak power的70%，空載時(shí)為28%（所有開(kāi)銷(xiāo)信道功率總和），這之間相差了-4dB。從整個(gè)BTS發(fā)射功率的角度考慮1xEV-DO的話(huà)，要符合1x

10、空載時(shí)的切換門(mén)限則Pilot ADD/DROP會(huì)低4dB，滿(mǎn)載時(shí)active set會(huì)減少業(yè)務(wù)信道的開(kāi)銷(xiāo)。如果考慮到1xEV-DO一直是滿(mǎn)功率發(fā)射的情況類(lèi)似于1x滿(mǎn)載，所以Pilot ADD/DROP門(mén)限應(yīng)該增加4dB，為-9dB、-11dB。對(duì)應(yīng)在朗訊網(wǎng)絡(luò)中的情況，所有開(kāi)銷(xiāo)信道占到22%，與滿(mǎn)載時(shí)peak power為70%的最大發(fā)射功相比，相差了5dB但是1xEV-DO不需要考慮軟切換，所以實(shí)際上最優(yōu)化的ADD/DROP值一定是根據(jù)1x的T_ADD/DROP并且處于1x滿(mǎn)載和空載之間的一個(gè)位置，于是計(jì)算公式可以修正為：公式2 1xEV-DO的add/drop修正公式修正公式中的Loadof

11、fset需要通過(guò)實(shí)際路測(cè)來(lái)確定。更高的Pilot ADD/DROP門(mén)限會(huì)通過(guò)延遲pilot加入active set而降低active set/cell size，這樣會(huì)因?yàn)閺?qiáng)導(dǎo)頻無(wú)法及時(shí)加入而影響強(qiáng)導(dǎo)頻加入active set前的前向鏈路的性能，并同時(shí)增加了掉話(huà)的可能。典型的T_ADD和T_DROP的值為-14dB和-16dB，1x系統(tǒng)的pilot通常占用BTS全部發(fā)射功率的20%，所以按照1xEV-DO占用100%的BTS發(fā)射功率對(duì)比1x的20%發(fā)射功率，Pilot ADD/DROP是-7dB，-9dB此時(shí)load offset為0dB。澳門(mén)聯(lián)通的EV-DO網(wǎng)絡(luò)由1x直接升級(jí)，天饋共用。EV

12、-DO基站100%的時(shí)間都以滿(mǎn)功率發(fā)射，而1x的基站開(kāi)銷(xiāo)信道發(fā)射功率在滿(mǎn)功率的22%左右，所以基站前向發(fā)射功率根據(jù)負(fù)荷情況在22%70%的最大發(fā)射功率之間變化，基本相差5dB。2. 測(cè)試方案考慮CDMA這樣的自干擾系統(tǒng)，需要提升前向吞吐率就需要提高DRC Request，而只有獲得更高的SINR才能有可能申請(qǐng)更高的DRC。為此我們挑選一塊測(cè)試區(qū)域?qū)χ苓呅^(qū)的BTS最大發(fā)射功率和Pilot ADD/DROP進(jìn)行調(diào)整對(duì)比試驗(yàn)。其中考慮對(duì)BTS最大發(fā)射功率取20w和14w（降低1.5dB），對(duì)于Pilot ADD/DROP取-9dB，-11dB；-8dB，-10dB，進(jìn)行交叉對(duì)比測(cè)試：2021822

13、朗訊系統(tǒng)默認(rèn)值143.51620試驗(yàn)值20218222021620143.51822143.51620圖3 測(cè)試參數(shù)設(shè)置方案2.1. 測(cè)試區(qū)域：圖4 澳門(mén)聯(lián)通測(cè)試區(qū)域圖5 本次優(yōu)化所選基站圖6 本次優(yōu)化路測(cè)線(xiàn)路2.2. 測(cè)試步驟：系統(tǒng)設(shè)置為Pn_Tn；Pn_Td；Pd_Tn；Pd_Td四套參數(shù)，在測(cè)試區(qū)域內(nèi)以車(chē)速30-40km/hour延測(cè)試線(xiàn)路行駛?cè)?，同時(shí)以iperf作為數(shù)據(jù)傳輸工具進(jìn)行AT下載。測(cè)試區(qū)域選擇澳門(mén)半島南岸花園周邊，該處基站密度和建筑物類(lèi)型比較具有代表性。測(cè)試終端為Aircard 595，測(cè)試軟件采用QXDM，數(shù)據(jù)處理采用APEX和Ldat3G。測(cè)試結(jié)果主要對(duì)Best ASP

14、 SINR；Rx power；Active set size；DRC Request；physical layer FL Throughput進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。3. 測(cè)試結(jié)果分析3.1. Active set sizeActive set size表示在AT active set中的pilot個(gè)數(shù)，測(cè)試結(jié)果顯示了四種參數(shù)設(shè)置情況下Active set size的變化。1.006.44%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

15、%0.00%0.00%0.00%6.000.00%0.00%0.00%0.00%mean2.572.142.342.10圖7 Active set size從測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，采用更高的Pilot ADD/DROP：-8dB，-10dB可以使得測(cè)試采樣點(diǎn)中ASET size 1和2的比例提高，而降低BTS最大發(fā)射功率同樣可以提升ASET size 1和2的比例。更高的Pilot ADD/DROP可以延遲或者避免一些強(qiáng)導(dǎo)頻進(jìn)入Active set，并且可以使得一些導(dǎo)頻衰弱之后更快地離開(kāi)Active set，所以Pilot ADD/DROP對(duì)于ASET的影響是顯而易見(jiàn)的。而對(duì)于BTS最大發(fā)射功率變化對(duì)

16、于ASET size的影響主要是由于信號(hào)在衰弱1.5dB之后覆蓋范圍有所收縮，使得原先重疊覆蓋的區(qū)域減少，從而降低了ASET size。圖8 Active set size 統(tǒng)計(jì)柱狀圖3.2. Rx Power-59.99-58.594-59.421-59.099-51.053-50.184-50.932-50.0989.8729.0239.2649.742圖9 Rx Power接收功率反映了測(cè)試時(shí)的無(wú)線(xiàn)環(huán)境，測(cè)試區(qū)域的AT平均接收功率>-60dBm，屬于覆蓋較好的區(qū)域。在對(duì)BTS最大發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整后，AT接收功率無(wú)明顯變化，平均接收功率如上表所示，略微的變化在合理的波動(dòng)范圍之內(nèi)。從概

17、率密度分布圖分析，BTS最大發(fā)射功率從20w降低到14w對(duì)于覆蓋的影響非常輕微。圖10 四種情況下Rx Power的CDF圖11四種情況下Rx Power的PDF由于澳門(mén)半島高層建筑物密集，造成無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳播存在較多的繞射和反射，原先BTS的滿(mǎn)功率發(fā)射也可能在這樣的無(wú)線(xiàn)環(huán)境中衰弱較快，所以略微降低基站最大發(fā)射功率對(duì)于處在這樣的無(wú)線(xiàn)環(huán)境中的AT來(lái)說(shuō)接受功率并無(wú)很大區(qū)別。3.3. SINR與ASET Size的比較ASET Size表示Active set內(nèi)的sector數(shù)量，取同樣的Pilot ADD/DROP -9dB，-11dB，對(duì)比降功率前后的ASET Size發(fā)現(xiàn)BTS peak pow

18、er=14w時(shí)的單導(dǎo)頻比例為15.59%，遠(yuǎn)大于BTS peak power=20w時(shí)的6.44%。再比較同樣功率和Pilot ADD/DROP的設(shè)置情況下的ASET size=1、2、3、4時(shí)的Ec/Io（SINR與Ec/Io具有相同的趨勢(shì)性，由于APEX無(wú)法取得SINR值對(duì)應(yīng)的ASET set size，所以只能比較Ec/Io）會(huì)發(fā)現(xiàn)ASET size越小，Ec/Io越好。圖12 ASET不同的情況下EcIo的CDF_PnTn圖13 ASET不同的情況下EcIo的CDF_PdTn從BTS peak power=14w和20w兩種情況來(lái)看，總的規(guī)律總是ASET size=1時(shí)Ec/Io最好。

19、根據(jù)這個(gè)結(jié)果可以推測(cè)出通過(guò)控制覆蓋減少軟切換可以提高Ec/Io（SINR）。圖14 ASET不同的情況下EcIo的CDF_PnTn與PdTn上圖對(duì)比了BTS peak power：14w->20w的Ec/Io PDF，4條曲線(xiàn)分別代表ASET size的4種情況。其中ASET size=1時(shí)的Ec/Io>-1dB的百分比明顯增加了。說(shuō)明在原先的單導(dǎo)頻覆蓋區(qū)域內(nèi)所有BTS都使用14w最大發(fā)射功率后來(lái)自其它基站干擾會(huì)減少。3.4. 同樣ASET size情況下四個(gè)case的SINR比較我們?nèi)匀皇褂肊c/Io來(lái)代替具有相同變化趨勢(shì)的SINR值來(lái)進(jìn)行四個(gè)case的對(duì)比測(cè)試。圖15 四種不同

20、的情況下ASET Size=1時(shí)EcIo的CDF上圖顯示在同樣單導(dǎo)頻覆蓋的情況下，使用低功率（14w）和低切換門(mén)限-9dB，-11dB可以得到最好的Ec/Io分布。圖16 四種不同的情況下ASET Size=2時(shí)EcIo的CDF在ASET size=2的情況下，同樣也是使用低功率（14w）和低切換門(mén)限-9dB，-11dB可以得到最好的Ec/Io分布。圖17 四種不同的情況下ASET Size=3時(shí)EcIo的CDF圖18 四種不同的情況下ASET Size=4時(shí)EcIo的CDF在ASET size=3、4的情況下，Ec/Io分布與功率和切換門(mén)限并無(wú)特別的關(guān)系了。3.5. SINR的4種case比

21、較四種情況下SINR的分布：309002684244604468465.029 dB4.355 dB5.596 dB5.052 dB7.655 dB7.353 dB8.422 dB7.951 dB5.120 dB6.570 dB5.678 dB5.527 dB圖19 四種不同的情況下SINR的統(tǒng)計(jì)從平均值分析，降功率之后的SINR比滿(mǎn)功率發(fā)射要更高，而Pilot ADD/DROP取-9dB，-11dB時(shí)的SINR平均值比-8dB，-10dB更高。通過(guò)之前對(duì)ASET size與SINR之間關(guān)系的分析可知，同樣的SINR改善出現(xiàn)在改變Pilot ADD/DROP的case中，Pilot ADD/D

22、ROP設(shè)為-9dB，-11dB時(shí)的SINR普遍好于-8dB，-10dB時(shí)的SINR。由于-9dB，-11dB更容易將強(qiáng)的pilot加入到Active set中，而1xEV-DO選擇最強(qiáng)的導(dǎo)頻作為服務(wù)小區(qū)，所以在重疊區(qū)域內(nèi)低門(mén)限更容易使得強(qiáng)導(dǎo)頻進(jìn)入Active set以此來(lái)提高Best ASP SINR。以下從概率密度分布來(lái)分析SINR的改變情況，可以特別注意CDF圖中SINR=0dB時(shí)的百分比，因?yàn)?dB意味著信號(hào)和干擾一樣強(qiáng)。圖20 四種不同的情況下BestASP SINR的CDF圖21 四種不同的情況下BestASP SINR的CDF(SINR>0)從上圖可以看出，功率使用14w時(shí)S

23、INR的分布在0dB之后更好，也就是說(shuō)，降功率后原先SINR較高的區(qū)域SINR會(huì)變得更高。由于SINR=S/（I+N），在S相同的情況下，減少干擾可以提高SINR值。從AT Rx Power來(lái)看，BTS最大發(fā)射功率14w時(shí)的平均接受功率與20w時(shí)相當(dāng)，所以SINR>0dB時(shí)的提高可以看作是降功率后原先的干擾被減輕了。之前的分析結(jié)論已知：1) ASET size=1、2時(shí)的SINR（Ec/Io）在任何情況下都好于ASET size=3、4時(shí)。2) ASET size=1或者2時(shí)更低的BTS peak power和更低的Pilot ADD/DROP可以獲得更好的SINR；而ASET size

24、=3或者4時(shí)這部分增益并無(wú)明顯體現(xiàn)。3) 更低的BTS peak power和更高的Pilot ADD/DROP可以提高ASET size=1、2的比例并且同時(shí)降低ASET size=3、4的比例。4) 更低的Pilot ADD/DROP在ASET size=1、2時(shí)可以提高SINR。所以在SINR>0dB的區(qū)域內(nèi)，14w BTS peak power + Pilot ADD/DROP-9dB，-11dB的組合可以使得重疊覆蓋區(qū)域減少，即提高了ASET Size=1、2占所有采樣點(diǎn)的比例，且這樣的組合在ASET Size=1的相同情況下也會(huì)有更高的SINR。 圖22 PnTn與PdTn的BestASP SINR的PDF對(duì)比通過(guò)對(duì)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顯的向更好的SINR值移動(dòng)了。4. 結(jié)論通過(guò)對(duì)于功率和切換門(mén)限的深入研究可以揭示1x EV-DO前向速率優(yōu)化的主導(dǎo)思路：6) 重疊覆蓋ASET Size越小，SINR越好。通過(guò)壓天線(xiàn)減少重疊覆蓋區(qū)域，通過(guò)pilot ADD/DROP的降低使得重疊