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移动通信
降低WCDMA上行负荷的优化研究
文章来源:本站原创  发布时间:2014-08-08  浏览次数:1017

降低WCDMA上行负荷的优化研究

 

刘楠 于大林

(中国联通大连分公司 116021)

摘要:随着WCDMA系统的商用普及,用户数量的不断增加及服务需求的不断增长,网络负荷也在逐步提升。负荷问题日益突出,商用网络出现严重资源类问题。文中阐述了上行技术的演进特点,根据上行的技术发展特点,通过开启E-TTI转换开关,修改CQI反馈周期,上行功率控制参数调整等手段有效控制网络的上行负荷,通过合理的参数配置实现,优化网络资源。

关键词: 负荷 TTI 功率控制 

引言

WCDMA系统的商用为人们提供了高质量,多业务类型的多媒体服务及无线上网业务。在网络建设初期,网络负荷较小,用户体验较优,然而随着用户数量的不断增加及服务需求的不断增长,网络负荷也在逐步提升。负荷问题日益突出,商用网络出现严重资源类问题。 

负荷是用户数量增长带来网络压力的具体表征。作为自干扰和软容量系统,WCDMA网络负荷的增加主要体现在下行功率提升和上行干扰增加,并最终影响业务质量性能指标导致掉话或拥塞[1]。本文旨在研究上行负荷的控制。

1上行链路HUSPA R99DCH的对比

为了更好的发展移动数据业务,3GPP对WCDMA R99/R4版本的空中接口技术作了改进,引入了R5版本(HSDPA)无线数据宽带业务,下行峰值速率提高到14.4Mbit/s,为了迎合用户对上行数据速率的要求,高速上行链路分组接入技术(HSUPA)作为3G演进过程的关键技术在3GPP的Release 6中被加入3GPP,旨在提升上行方向小区吞吐量和高速数据速率覆盖。

HSUPA不是一个独立的功能,其运行需要用到WCDMA R99中的大多数基本功能。小区选择及同步、随机接入、基本移动性流程等不仅是HSUPA运行所必需的,而且这些基本功能保持不变[2]。唯一改变的是从用户设备到基站之间传送用户数据的新方法,而规范的其他所有部分都保持不变。例如,R99的基本闭环功率控制也是HSUPA运行所必需的。HSUPA是实现上行速率高于384kbit/s的一种灵活途径,采用与HSDPA类似的技术,HSUPA引入了快速上行混合重传、基于NODEB的上行调度以及与比R99相比更加简单的多码传输。HSUPA没有替代任何一项R99的功能,他更多的是增加而不是一个替代,因此在上行负荷控制上有其共性也有其针对HUSPA的个性化的优化。

2降低上行负荷的参数方案研究

2.1方案一开启E-TTI转换开关,控制上行负荷

在WCDMA系统R6版本的HSUPA中,HSUPA 具有两种TTI时长可供选择(2ms和10ms),10ms帧结构所有UE均强制支持,2ms帧结构为可选使用。2ms时长的目的是为了获取潜在的时延增益,而10ms时长则是为了覆盖范围的需要以确保小区边缘的性能。

经链路仿真验证[3],对于相同峰值上行业务速率传输,2ms帧结构传输需要较10ms帧结构更大的接受信噪比才能达到相同水平的BLER。在相同调度算法,相同小区信道环境下,系统级仿真结果显示出使用10ms帧结构时,系统性能优于使用2ms帧结构。同样也得出结论,2ms帧结构是在信道条件非常优良,同时UE业务对时延求很高的情况下使用的,实际应用过程中发现2ms TTI不适合应用在小区边缘。

UL_DPCCH功率相同时,TTI=2ms比TTI=10ms需要的功率高4.43dB,这样就导致在同样无线环境下,TTI为2ms时上行UE的发射功率比TTI为10ms时更高,从而使上行负载增加,RTWP进一步抬升,相对10msTTI 2ms更消耗资源,现实商用网络随着用户的增多,网络个别站点由于HSPA用户数量过多,尤其是当一个站点2ms UPA 用户数过多时, 占用基站CPU处理负荷很大,负荷超过一个控制的处理门限值时,容易引起基带处理板的复位,有一定的概率导致了基站单板因为CPU过载而复位。

3GPP关于业务类别的规定,可以看到10ms TTI对每一类应用都是必需的,而2ms为部分应用的可选项,因此设置基于用户面吞吐量测量的E-TTI转换开关,可以实现基于用户面吞吐量测量的E-TTI的动态调整,提高系统的吞吐量同时降低上行负荷。若不设置E-TTI转换开关,无法动态调整,对于2ms终端在信号覆盖差的地区业务仍然建立在2ms上,无法转换到10ms提高更优质的业务,并且消耗上行负荷。

同时配置合适的用于触发E-TTI从2ms转换为10ms的4B事件次数门限及用于触发E-TTI从10ms转换为2ms的4A事件次数门限,提高用户体验,合理利用资源。

3.2方案二修改CQI反馈周期

下行HSDPA 的快速调度算法依靠于CQI的判断,需要根据由终端发送给基站的上行链路物理层反馈信息(CQI),对每一个激活的HSDPA用户进行信道质量估计,以便使用调度算法和用户优先级策略快速地进行调度和链路自适应。上行反馈信息占用上行资源,由HS-DPCCH(上行链路高速专用物理控制信道)承载。HS-DPCCH在R6规范中得到了增强,改善了起在小区边缘的性能。而性能的改善是通过引入DPCCH的前导后置符实现的,这种方式使终端更频繁地发射,也因此增大了上行负荷[3]。

UE上报CQI的周期是一个可控参数,他控制UE报告CQI的频率。如果UE的能力较低,较低的收发活动,上行负载需要控制时,应考虑低的周期参数设置。CQI Feedback Cycle 确定的依据是不同反馈周期对下行吞吐量以及对上行干扰的影响。若CQI Feedback Cycle 配置太大,则UE需要等待较长的时间才能发送新的CQI,使得HSDPA调度的准确性降低,从而影响下行吞吐量。若CQI Feedback Cycle 配置太小,则CQI越有可能反应实际的信道质量,HSDPA调度的准确性也会比较高,但也会产生较大的上行干扰。

在上行负荷增高的网络中,对CQI反馈周期进行试验调整,修改CQI反馈周期由2ms修改至8ms。

3.3方案三降低上行外环功控的SIRTarget

功率控制是WCDMA系统的关键技术问题,由于远近效应的问题,功率控制是否有效直接决定了WCDMA系统是否可用。对上行链路而言,利用快速功率控制处理远近效应是非常必要。上行功率控制是用来控制移动台的发射功率,使基站接收到的所有移动台发射的基站的信号功率或SIR基本相等。上行功率控制使个用户之间相互干扰最小,并能达到克服“远近效应”的目的,干扰小了,系统就能达到最大容量。

E-DCH的引入对总体功率控制的架构没有发生改变。E-DCH和任何其他上行链路信道没什么不同,因此其功率控制也采用和其他信道一样的方式。 降低WCDMA的上行负荷,可以采用功率控制来调节系统负荷,利用NODEB测量接受信号与干扰之比在下行链路上发送功率控制命令给UE来调节发射功率,降低RTWP,控制上行干扰,达到上行下平衡。

为了降低小区接收电平RTWP和用户间的上行信号相互干扰,降低手机发射功率,针对高负荷小区,RTWP提升较大的小区,我们将各项业务设置的SIRTarget的初始值、最大值和最小值进行调整。

3效果分析

3.1方案参数具体配置

按照上述的方案设置,本文都在实际的大连3G 网络进行了参数调整和效果分析。

(1)开启E_TTI转换开关;修改CQI反馈周期由2ms修改至8ms;

(2)功率控制参数配置对比

1上行功控参数配置


3.2实验数据对比

(1) UPA上行机制参数调整后的效果

开启E_TTI转换开关后,通过自动转换,高负荷小区的基站CPU也有所下降,降低基站的负荷,降低RTWP,对网络总体流量和网络性能都没有影响。

                                          表2开启E-TTI转换效果


修改CQI反馈周期由2ms修改至8ms,网络的RTWP整体有下降趋势,下行HSDPA吞吐量没受到较大影响。

                                                                                 表3调整CQI反馈周期效果

                                         

(2) 功率控制调整后的统计指标对比

我们选取大连市内一个RNC范围做试验调整,通过前台测试进行指标对比,发现使用优化后的功控参数,手机发射功率降低,上下行功率平衡率指标也有明显提高,降低了上行干扰。

                                                                                表4功率控制调整后指标对比

                                          

4总结

增强型上行链路是继HSDPA后,WCDMA的又一次重要演进。通过采用一系列的关键技术,相对于R99版本,用户能体验到一种具有更高的数据传输速率和更少时延的服务,系统性能也能得到极大的提高,同时也消耗更多的上行资源。本文根据HSUPAR99上行技术的特点,研究参数方案进行优化,有效的控制的高负荷小区的上行负荷。对于3G网络的运营商而言,今后想在目前激烈竞争的3G 市场中保持并扩大市场份额,就必须更关注网络提供的数据业务能力,提供用户更有的网络体验,网络负荷的优化还需要在今后的工作中继续不断摸索。

 

参考文献

[1] 张恒,叶青 基于用户体验的WCDMA网络负荷评估方法研究邮电设计技术,2012/10

[2] Harri holma, Antti Toskala著 HSDPA/HSUPA技术与系统设计.北京:机械工业出版社 2007

[3] 窦中兆.WCDMA系统原理与无线网络优化 .北京:清华大学出版社,2009

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