动态功率控制参数优化的探讨

爱立信GSM网络动态功率控制参数优化的探讨摘要：本文分为六个部分对爱立信GSM网络动态功率控制参数调整进行全面阐述，对动态功控主要参数的优化进行重点分析。第一部分为BTS动态功控概述,第二部分MS动态功控概述,第三部分模拟功率控制效果，第四部分为动态功率控制的优化思路，第五部分为动态功控参数优化前后的分析计划，第六部分结合案例对优化动态功控参数分析。关键词：BTS动态功控MS动态功控参数优化案例分析引言：GSM功率控制技术根据无线信道变化情况以及接收到的信号电平通过反馈信道、按照一定准则调节发射信号电平。GSM功率控制能够很好的解决远近效应，从而提升通信质量。随着无线通信网络逐渐从2G、2.5G发展到现在的3G，以至于不久将来的4G，功率控制技术越来越成熟，越来越成为其中一项关键技术指标。本文对其参数优化的探讨，并对其各方面的梳理，目的是对其理论知识进行累计，为此项目内容的优化工作开展打好基础。1BTS动态功控概述1.1BTS的动态功控作用1)降低干扰BTS功率控制的目的是在保持充分好的C/I的前提下，增加同时通话的MS的数量。通过BTS功率控制，在话务量一定的条件下能提高C/I值，或随着话务量的增加保持一定的C/I值，或能使用更紧密的频率复用方式。此增益是通过减小全网的干扰电平而获得的。当全网所有的BTS都使用下行功率控制时，总的发射功率减小（相对于不使用功率控制来说），这意味着下行同邻频干扰减小。在紧密频率复用情况下，我们还使用跳频、DTX和功率控制。2)降低备用电池功耗若基站停电，使用备用电池时，BTS功率控制能减少电池消耗，最大限度的延长通话时间。3)接收机饱和度的控制MS距离BTS太近的情况下，BTS高功率发射可能使MS的接收机饱和，这样MS的灵敏度下降，通话质量也变差。若BTS的功率降低，发生这种危害的可能性就下降了。4)质量和信号强度算法中必须要考虑到质量和信号强度，质量用RXQUAL来表示，信号强度用RXLEV来表示。若质量太差或电平太低都需要增加BTS的输出功率。1．2BTS动态功控原理1）由接收电平触发的动态功控接收电平和接收质量的变化同时会触发动态功控的过程，为了便于分析其原理，我们将两种情况分开来讨论。下面是采取功控时，不同的路径损耗，BTS发射功率和MS接收电平的变化情况：从上图我们可以看到，在C区，BTS以满功率发射，按照无线电波在空中传播的特性，MS接收电平随着路径损耗的减小近似呈线性的上升；在B区由于路径损耗比较小，接收电平会增加，当采取了BTS功控，BTS的发射功率随着路径损耗减少而增大，接收电平增加得比较平缓；在A区时，BTS达到所允许的最小的功率发射，这时，MS接收电平随着路径损耗的减小近似呈线性的上升。2）由接收质量触发的动态功控BTS发射功率随MS接收质量的变化情况如下图所示：从上图可以看到，BTS的发射功率会随MS的接收质量变化，当BTS达到最大发射功率，这时MS即使是接收质量比较低也无法通过提高发射功率来提高接收质量了。1.3测量数据过滤信号强度和质量都要经过指数非线性滤波，SSBSTXPWR是滤波后的信号强度补偿，即不使用功率控制情况下MS收到的信号强度。SSBSTXPWR定义如下：SSBSTXPWR(k)=b*SS_COMP(k)+a*SSBSTXPWR(k-1)(4)其中：b和a（b=1-a）是滤波器系数，SS_COMP是对下行调整和跳频的信号强度补偿，k是序列号，系数a由指数滤波器的长度决定。质量滤波与信号强度滤波一样采用指数非线性滤波，质量滤波参见式6。QBSTXPWR(k)=b*Q_COMP(k)+a*QBSTXPWR(k-1)(6)其中：QBSTXPWR是滤波后的质量补偿，即不使用功率控制情况下MS的C/I（dB），Q_COMP是根据式7计算出来的质量补偿。Q_COMP=(BSTXPWR-PWR_U(k))+RXQUAL_dB(7)其中，RXQUAL_dB是根据rxqual转换成的SIR（dB）。式6中的系数a由指数滤波器长度决定。1.4功率等级的计算功率等级首先是计算两个基本的功率等级，然后比较其中一个较大值，在考虑一些条件限制后，将得到的结果转化为发往BTS的功率调整PLuse。用来调整的2个基本功率等级（pu1和pu2）通过如下计算得到。pui=BSTXPWR+i*(SSDESDL-SSBSTXPWR)+i*(QDESDL_dB-QBSTXPWR)(9)i=1,2其中，参数i和i定义如下：1=LCOMPDL/100(pathlosscompensation)(10)1=QCOMPDL/100(qualitycompensation)(11)2=0.3(pathlosscompensation)(12)2=0.4(qualitycompensation)(13)参数i和i控制路径损耗和质量的补偿，参数1和1由LCOMPDL和QCOMPDL决定，而参数2和2是常量。两个功率等级同时计算（式9），最高值（向下调整最小的值）被采用，这个结果叫不受限制的功率等级pu。pu=max(pu1,pu2)1.5参数设置的建议BTS功率调整一般应采取比较“温和”的调整方式，即调整幅度不要太大，以免造成话音质量突然变差或掉话。最好的方法是，降低尽量多的通话链路上的发射功率，甚至包括在小区边境上的MS上的通话链路，但是每一个链路降低的功率不要太大。这时系统的干扰电平就会显著降低了。功率控制调整主要在于功控公式中参数模式的调整。功率控制的参数QDESDL，SSDESDL，LCOMPDL，QCOMPDL必须要结合起来调整。现在我们举几个例子来说明调整的过程。上图是SSDESDL=-90，QDESDL=20，LCOMPDL=5，QCOMPDL=56时的情况，在这种情况下，只有在通话质量相当好，接收电平比较高的情况下才降低BTS发射功率，这是一种相对适中的参数。当然，我们可以在此基础上进行调整。具体的参数调整要视乎当地的无线环境。下面我们用图的形式表示，在改变不同参数模式的具体效果：A:改变SSDESDL和QDESDLSSDESDL由-90变成-97，QDESDL由20变成30，其他参数不变的情况，功控的范围扩大了，功控的斜率不变，这和参照模式一样，不失为一种较为温和的模式。B:改变LCOMPDLLCOMPDL的由5变成10，其他参数不变的时候，功控范围基本是不变，但是功控面沿rxqual的斜率会增加，这意味着由路径损耗触发的功控调整的范围更大了。C:改变QCOMPDLQCOMPDL由55变成63，其他参数不变的时候，功控的范围也基本不变，功控面沿rxlev的斜率增加，这意味着由质量触发的功控调整幅度会更大一些。从上面的几个参数模式我们可以看到，“温和”的功控参数模式不是唯一的，它可以有几种；另一方面不同的环境有不同的侧重点，比如城区覆盖较好，接收电平高，通常因质量触发功控过程，而郊区则覆盖差，干扰也相对少，通常因接收电平触发功控过程，因此不同的无线环境下会有不同的参数模式。1．6主要控制参数SSDESDL：下行信号强度的期望值。QDESDL：下行信号质量的期望置。从上述的功率调整公式可知，当手机接收的信号强度和质量高于上述两个期望值时，基站才开始降低其发射功率，具体降低多少，要通过上述调整公式计算得出。上述两个值得设置不能太大，如果设置的太大，那么手机在离基站很近的情况下，基站仍然以最大功率发射，网络的干扰势必会加大，但也不能设的太小，因为当手机接收的信号较弱或质量较差时，基站仍然再降低其发射功率，势必会造成弱信号掉话。所以这个要根据实际网络特性来设置。这两个参数的设置实际上决定了整个功率控制调整地范围。LCOMPDL：路径衰耗补偿因子。QCOMPDL：质量补偿因子。从上述的功率调整公式可知，这两个参数决定了功率下调的一个比率，也就是说当信号强度或质量高于期望期时下调的单位值，上述两个参数设置越大，那么下调的幅度越大。同样这两个参数的设置也很讲究，不能太大，也不能太小，要结合网络的实际情况来调整。另外下行功率控制只能在TCH载频上进行，BCCH载频是不能改变其发生功率，因为手机在空闲状态下所要接收的系统信息都是从BCCH载频下发，一旦其功率降低，将会导致一系列些问题，比如说用户脱网，不能正常位置更新，网络无法寻呼等。因此对于网络中只有一个载频配置的小区，下行动态功率控制是不起作用的。下表为主要参数及设置范围：2、MS动态功控的概述2.1MS动态功控的作用1)电池功耗方面：当使用MS功率控制以后，MS的耗电量减少，最大限度的减少充电次数和延长通话时间。2)干扰方面：MS功率控制的目的是在保持充分好的C/I的前提下，增加同时通话的连接的数量。3)接收机饱和度方面：MS距离BTS太近的情况下，若以太高的功率发射可能使接收机饱和，但是同时也使MS的灵敏度下降，通话质量也变差。若MS的功率降低，发生这种危害的可能性就下降了。4)质量影响方面：在BSS功率控制算法中，必须考虑到质量。质量用RXQUAL来表示，若质量太差需要增加输出功率。2.2MS动态功控的原理MS动态功率控制的基本原理，可以通过下图来描述：在没有采用MS动态功率控制之前，BTS接收到的信号电平和上行链路的路径损耗之间近似于线性关系，BTS的接收电平会随着路径损耗的增加而降低。当采用了MS动态功率控制之后，这种线形关系会遭受破坏，产生如上图A、B、C三个部分。1)A部分，MS已经以最低功率发射，因此无法通过功率控制来调节。在此区域，BTS的接收电平仍会随着路径损耗的减小近似呈线性的上升。2)B部分，MS在功率控制的范围之内。在此区域，MS的发射功率会根据BTS端接收到的信号电平以及话音质量来作出调整。当路径损耗较小也就是说MS距离基站比较近时，BTS会接收到的信号电平较高，此时MS发射功率会相应地下调，同时该区域还会考虑到话音质量的因素，当话音质量变差时，MS的发射功率会相应地被提高。通过动态地调整MS的发射功率，最终希望在BTS端有一个理想的接收电平，其大小由参数SSDES决定。3)C部分，MS以最大功率发射，BTS端的接收电平会随着路径损耗的增大而线性地下降。2.3测量数据过滤在测量数据准备好了之后，信号强度值首先经过补偿，然后直接求平均，补偿公式如下：SScomp（SSLEN）(SS+(MSTXPWR-PWRused))(1)其中：SS是BTS收到的信号强度，PWRused是测量报告中MS输出功率，MSTXPWR是MS最大输出功率，SSLEN是滤波器长度参数。质量参数首先将单位转换位dtqu，dtqu=rxqual*10，然后直接求平均。最后将直接平均的质量和需要达到的质量转换成C/I：Q_AVE_dB=32-10*Q_AVE/25(2)QDES_dB=32-10*QDESUL/25(3)2.4功率等级的计算功率等级计算分两步。首先计算不受限制的功率等级pu，功率等级最后传送给MS之前运用一些限制条件，这些约束条件涉及到功率步长大小限制和MS功率范围。实际发送给MS的信息是功率级别PL，可参考GSM规范05.05。功率级别是一个固定的输出功率。在初始阶段，不受限制的功率等级pu由下式计算：pu=MSTXPWR-(SScomp-SSDESUL)(4)在稳态阶段也需要考虑质量，不受限制的功率等级pu由下式计算：pu=MSTXPWR-(SScomp-SSDESUL)-(Q_AVE_dB-QDES_dB)(5)参数和定义如下：=LCOMPUL/100(路径损耗补偿)(6)=QCOMPUL/100(质量补偿)(7)通过将可调参数引入公式，并考虑到最大发射功率MSTXPWR和计算值的不同，我们可以得到不受限制的功率等级pu向下调整的dB数。dpu=LCOMPUL/100*(SScomp-SSDESUL)-QCOMPUL/100*4/10*(Q_AVE-QDESUL)第一阶段与基于SSDESUL值的功率减小相关，设SSDESUL为-92dBm，信号强度是-60