鑒于常用PA/PB資料介紹不全面,一般都未給出推導(dǎo)及正確的計(jì)算方法,普遍存在一定的局限性。本文著重從定義本身出發(fā),然后利用數(shù)學(xué)方式進(jìn)行表達(dá)呈現(xiàn),并進(jìn)一步應(yīng)用到計(jì)算功率利用率η和CRS發(fā)射功率等中。

回顧OFDM符號構(gòu)成

OFDM代表正交頻分復(fù)用,這里說的正交指的是子載波間相互正交。頻域上由眾多正交的子載波組成,而在時域上每個symbol均由NCP+N構(gòu)成:

根據(jù)不同的子載波間隔Δf,OFDM符號而有不同的CP長度,這些不同CP長度是根據(jù)不同時延色散要求而設(shè)計(jì)的。

循環(huán)前綴CP的作用是在接收端避免符號間干擾,以及維持子載波完整性,避免子載波間干擾。

有用信號的時間長度Tu有兩種:66.67us和133.33us,后者為MBMS獨(dú)立組網(wǎng)的應(yīng)用,現(xiàn)網(wǎng)常規(guī)應(yīng)用66.67us,其采樣點(diǎn)數(shù)N為2048個,采樣周期為1/(2048*15000)s。

對于發(fā)送端來說:在Tu時間窗口上進(jìn)行EPRE標(biāo)定;對于接收端來說:在Tu時間窗口上進(jìn)行信號接收和信號測量。

這些OFDM符號,組成了上下行時隙,2個時隙組成子幀,10個子幀構(gòu)成1個無線幀:

二

下行參考信號分類及位置

有五種類型的下行參考信號被定義:Cell-specific reference signals (CRS)、MBSFN reference signals、UE-specific reference signals、Positioning reference signals (PRS)、CSI reference signals (CSI-RS)。

1)小區(qū)專用參考信號CRS

不論常規(guī)CP還是擴(kuò)展CP,單天線口、二天線口的CRS時域上的位置均位于每個下行時隙的第一個符號位上以及倒數(shù)第三個符號位上,而四天線口的CRS時域上除了上述位置外,還新增了每個下行時隙的第二個符號位上。

所有天線端口的CRS在RE上的位置相互不干擾:當(dāng)某個端口的RE位置上在發(fā)射CRS信號,其它端口在相同RE位置上則不能發(fā)射信號,該RE能量予以空缺(該能量可根據(jù)PAPB設(shè)置而疊加于本符號其它有能量的RE上),反之亦然。

如果該下行子幀為MBSFN子幀,它承載著PMCH信息:

單天線口、二天線口情況下,該下行子幀自第二個(含)OFDM符號起不再出現(xiàn)CRS,均為A類符號;

四線口情況下,該下行子幀自第三個(含)OFDM符號起不再出現(xiàn)CRS, 均為A類符號;

2)天線端口4的MBSFN參考信號

特征:MBSFN子幀上的MBSFN參考信號在時域上與CRS不重疊。

3)天線端口5的UE專用參考信號-單流波束賦形號

特征:UE專用參考信號在時域或頻域上與CRS不重疊,彼此共存。

4)其它下行參考信號

R9版本

?手機(jī)定位參考信號---天線口6

?UE專用參考信號---天線口7、8(雙流波束賦形)?

R10版本

?UE專用參考信號---天線口7......14,層數(shù)最大值υ為 8

?CSI參考信號---天線口15、15...16、15...18、15...22 (CSI 天線口數(shù)為1、2、4、8)

下行參考信號非常重要,是下行信道測量、信道模型H函數(shù)估算或解調(diào)的基礎(chǔ),必須保證其完全獨(dú)立性。上述不同類型的下行參考信號或在時域上錯開或在頻域上錯開,不會導(dǎo)致相互之間干擾。

三

EPRE、A類符號、B類符號、ρA、ρB、PA、PB的概念

EPRE概念:

RE上有用信號能量:EPRE=TxPower*(1/Δf)。在應(yīng)用PA/PB/RSPower參數(shù)時,涉及三類RE:

沒有CRS的符號上的PDSCH RE(即A類符號RE);

有CRS的符號上的PDSCH RE(即B類符號RE);?

CRS的RE。

以上PDSCH RE為泛指,也即非CRS RE。

【其它EPRE闡述:在傳輸模式TM7/TM8/TM9(不大于2層)的情況下,UE可以假定UE-specific RS EPRE 等同于 PDSCH EPRE(UE專用參考信號所在符號位置),即全部當(dāng)成A類PDSCH符號,RE 發(fā)射功率均相同;在傳輸模式TM9(大于 2 層)的情況下,UE可以假定UE-specific RS EPRE比PDSCH EPRE大3dB(UE 專用參考信號所在符號位置);下行定位參考信號/CSI-RS EPRE也即它們的RSPower假定為恒值;UE可以假定PMCH EPRE與MBSFN RS EPRE相同,而MBSFN RSPower相對小區(qū)CRSPower設(shè)置偏移值。】

【CRSPower概念:CRS參考信號所在RE上的平均發(fā)射功率,UE可以假定下行CRS的EPRE在所有子幀上是恒定的,直到收到不同的CRS功率信息(SIB2)。

接收端RSRP概念:在考慮的測量頻率帶寬內(nèi),攜帶CRS的RE功率貢獻(xiàn)總和的線性平均值, Reference Signal Received Power (RSRP),The power per resource element is determined from the energy received during the useful part of the symbol, excluding the CP。】

A類符號、B類符號概念(TypeA、TypeB):?

沒有CRS的OFDM符號即A類符號;?

有CRS的OFDM符號即B類符號。

A類符號、B類符號在具體子幀上的規(guī)定,分成非MBSFN子幀和MBSFN子幀兩種情況:

常規(guī)應(yīng)用為第一種情況,即下行子幀為非MBSFN子幀:

單天線口、二天線口---B類符號為每個下行時隙的第一個符號和倒數(shù)第三個符號,其余均為A類符號。

四天線口---B類符號為每個下行時隙的第一個符號、 第二個符號和倒數(shù)第三個符號,其余均為A類符號。

由于現(xiàn)網(wǎng)下行子幀為非MBSFN子幀,且CRS端口為單天線口或二天線口,故后續(xù)討論相關(guān)計(jì)算時,皆以此為模型。

A類符號RE、B類符號RE、CRS RE(假定 PCImod6=0)的示意圖如下:

ρA、ρB的概念

ρA表示沒有CRS的OFDM符號PDSCH RE(即A類符號RE)

與CRS RE的能量比值,即兩者發(fā)射功率比值,為線性值,可換算成相應(yīng)對數(shù)值dB。

ρB表示有CRS的OFDM符號PDSCH RE(即B類符號RE)與CRS RE的能量比值,即兩者發(fā)射功率比值。

以上A/B類符號PDSCH RE為泛指,也即非CRS RE。

PA、PB的概念

PA為UE專用參數(shù)(UE specific parameter),在RRC連接態(tài)時由基站發(fā)送給UE,這類消息為RRC連接建立或RRC連接重配置消息。ρA引用PA參數(shù),并在特定情況下需要-3dB功率偏移:

1)當(dāng)四天線口發(fā)射分集情況下,ρA =δpower-offset +PA + 3[dB](某個天線口上發(fā)射信號的子載波只有帶寬的一半,根據(jù) A/B 符號關(guān)聯(lián),兩者功率均翻倍);

2)其它情況下,ρA =δpower-offset +PA [dB]。

δpower-offset為下行功率偏移值,該參數(shù)針對傳輸模式 TM5(MU-MIMO)生效,與信道模型估算有關(guān),在PDCCH格式1D中下發(fā),這時δpower-offset = -3 dB, 而其它傳輸模式下δpower-offset = 0 dB。由于MU-MIMO采用單層映射,ρA =PA – 3 [dB],意味著在接收端物理上降低了A類符號RE功率,根據(jù)A/B符號關(guān)聯(lián),邏輯上也會降低了A/B類符號RE功率。

PA參數(shù)值共有8個,常規(guī)應(yīng)用下,ρA與PA的對應(yīng)表如下:

PB為小區(qū)級別的專用參數(shù)(cell-specific parameter),在系統(tǒng)消息SIB2中廣播,只有當(dāng)UE處于RRC連接態(tài)時才有意義。PB參數(shù)值范圍為0~3,共4個,為索引號,每個索引號對應(yīng)著ρB/ρA的比值系數(shù),由于ρB與ρA的公共分母均為CRS EPRE,且都是在有用信號時間內(nèi)進(jìn)行計(jì)算的,因此也就代表了B類符號RE與A類符號RE的功率比值。

3GPP協(xié)議中PA、PB參數(shù)信元如下:

四

PB所代表比值的由來及推導(dǎo)

特征:時域上A類符號和B類符號都在滿功率情況下,PB索引序號代表了CRS RE功率的增強(qiáng)倍數(shù):

PB=0代表不增加CRS功率,與A類符號RE等值,這時計(jì)算ρB/ρA;

PB=1代表CRS功率相對A類符號RE增加了1倍,這時計(jì)算ρB/ρA;?

PB=2代表CRS功率相對A類符號RE增加了2倍,這時計(jì)算ρB/ρA;?

PB=3代表CRS功率相對A類符號RE增加了3倍,這時計(jì)算ρB/ρA。

由于CRS在頻域上按照6個子載波進(jìn)行循環(huán)重復(fù)的,因此下圖的計(jì)算模型是按照6個子載波來進(jìn)行的:

據(jù)此單天線口、二四天線口下,PB各有四個比值:

綜上所述,PB有4個值,PA有8個值,這樣總共可構(gòu)成4x8個組合,每個組合也即二元組(PB,PA),橫行為PB、豎列為PA:

說明:這32個組合并不是每個廠家都支持的,但至少可以支持7個或8個。

五

功率利用率η的計(jì)算

關(guān)于RSpower、PA、PB三者之間的關(guān)系描述如下圖:

根據(jù)定義,再次強(qiáng)調(diào):

RSPower僅與PA發(fā)生直接關(guān)系,不與PB發(fā)生直接關(guān)系;

PB(線性值)表示B類符號與A類符號發(fā)生關(guān)系。

總之只要兩個表達(dá)式就可以闡述上述關(guān)系,下面利用這些定義來計(jì)算各類RE功率。由于CRS在頻域上是按照6個子載波進(jìn)行重復(fù)循環(huán)的,因此計(jì)算時可按6個子載波為模型,分不同天線口闡述。

1)單天線口(按6個子載波為模型):

上述圖例和式子中B類符號RE功率以(ρB/ρA)·A來表示,CRS功率以(1/ρA)·A來表示。

2)二天線口(按6個子載波為模型):

上述圖例和式子中B類符號RE功率以(ρB/ρA)·A來表示,CRS功率以(1/ρA)·A來表示。

將上述功率計(jì)算應(yīng)用到每個二元組(PB,PA)中:?

某個二元組(PB,PA)的A類符號總功率為6A

某個二元組(PB,PA)的B類符號及參考信號總功率=B類符號總功率(行)+參考信號CRS功率(列)

結(jié)果列表如下:

小結(jié):

不論單天線口還是二天線口情況,在選定的某個二元組(PB,PA),計(jì)算出來的B類符號及參考信號總功率是相同的。

原因在于構(gòu)成二元組的某個PB索引號---單天線口的B類符號總功率5(ρB/ρA)A與二天線口的B類符號總功率4(ρB/ρA)A是相等的,按照PB索引號遞增往下排列依次為5A、4A、3A、2A,也就是每一行B類符號RE衰減的總功率是一樣的,按照PB索引號遞增往下排列依次為0、1A、2A、3A。而構(gòu)成二元組的某個PA所對應(yīng)的CRS功率也只有一個。

綠色區(qū)域代表A/B類符號均為滿功率發(fā)射,這時功率利用率必然為100%。

白色區(qū)域代表A類符號滿功率發(fā)射,而B類符號及參考信號總功率沒有達(dá)到滿功率發(fā)射,這時計(jì)算的就是B類符號位置上的功率利用率η:

灰色區(qū)域代表A類符號沒有滿功率發(fā)射(因B類符號功率受限而對A類符號功率進(jìn)行衰減),而B類符號及參考信號總功率是滿功率發(fā)射的,這時計(jì)算的就是A類符號位置上的功率利用率η:

計(jì)算結(jié)果如下:

二元組(PB,PA)的灰色區(qū)域---實(shí)質(zhì)為A類符號RE功率衰減而導(dǎo)致,解釋如下:

假設(shè)A類符號RE的發(fā)射功率為A,其總功率為6A。根據(jù)PAPB的相互關(guān)系,灰色區(qū)域的B類符號及參考信號總功率計(jì)算結(jié)果已經(jīng)超過滿功率情況下的6A,必然導(dǎo)致射頻設(shè)備不能正常功能。

對于某些設(shè)備廠家來說灰色區(qū)域的二元組(PB,PA)是禁區(qū)而不能設(shè)置的,而有些廠家則可通過衰減A類符號RE的發(fā)射功率來重構(gòu)A/B類符號RE功率以及CRS功率,這樣的話可以使B 類符號及參考信號總功率達(dá)到滿功率6A。

由于PB所代表的實(shí)際上是ρB/ρA比值關(guān)系,那么B類符號RE總功率也將同步于A類符號總功率同比例衰減,即對5A/4A/3A/2A作同比例衰減,由于B類符號及參考信號總功率依然為滿功率6A, 那么CRS功率將相應(yīng)增大,當(dāng)然PA值也越小(即-PA值越大)。

【針對A類符號功率衰減的計(jì)算方法

以單天線口,PB=0/PA=-3為例:

假設(shè)A類符號RE的發(fā)射功率在滿功率A的基礎(chǔ)上衰減了x,那么對于B類符號來說滿功率表達(dá)式為5(A-x)+(A+5x)=6A,加號前一項(xiàng)為B類符號總功率,加號后一項(xiàng)為參考信號功率,而參考信號功率與A類符號RE功率的關(guān)系則是等式2(A-x)=A+5x,求得x=A/7,也就是說A類符號RE實(shí)際發(fā)射功率為6A/7,圖示如下:

同理,以二天線口,PB=0/PA=-3為例:

假設(shè)A類符號RE的發(fā)射功率在滿功率A的基礎(chǔ)上衰減了x,那么對于B類符號來說滿功率表達(dá)式為4*5/4(A-x)+(A+4*5/4x)=6A,加號前一項(xiàng)為B類符號總功率,加號后一項(xiàng)為參考信號功率,而參考信號功率與A類符號RE功率的關(guān)系則是等式2(A-x)=A+5x,求得x=A/7,也就是說A類符號RE實(shí)際發(fā)射功率為6A/7, 圖示如下:

涉及A類符號功率衰減的PAPB二元組設(shè)置并不是所有設(shè)備廠家都支持】

六

最大CRS功率計(jì)算

1)A類符號RE功率不衰減情況(綠色及白色區(qū)域)

2)A類符號RE功率衰減情況(灰色區(qū)域)

波束賦形增益BFGain的計(jì)算,對構(gòu)成波束賦形的四個通道天線陣子的幅度系數(shù)(權(quán)重)的平方和取對數(shù):

【關(guān)于CRS 功率計(jì)算公式的正解,有些文檔在計(jì)算CRS功率時采用以下公式:

這是一個不完整的公式,只能計(jì)算功率利用率為100%情況下的CRS功率,僅4種情況, 如下圖綠色二元組(PB,PA):

然而二元組(PB,PA)總共有32個,而且上述公式不是原始定義(參考信號功率RSPower僅與PA發(fā)生直接關(guān)系),建議盡量不要采用該公式。

另外有的廠家在計(jì)算或設(shè)置CRS功率時,僅考慮單個通道的CRS功率,沒有考慮波束賦形增益的應(yīng)用,但最終在系統(tǒng)消息SIB2發(fā)送時會考慮該增益,較隱蔽需注意】

七

下行RNTP的傳遞

在小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)ICIC中,是通過協(xié)調(diào)控制相鄰基站同頻小區(qū)之間上下行PRB發(fā)射功率來實(shí)現(xiàn)的。

基站間的信息傳遞承載于負(fù)荷信息load information消息中,該消息通過X2接口在兩個基站之間傳遞。

該消息主要內(nèi)容包含:上行OI、上行HII、下行RNTP、下行ABS(空閑子幀)等,如下圖:

1)上行干擾過載指示OI:

發(fā)送方基站在每個上行 PRB 上測量到的干擾,分為高、中、低三種,實(shí)質(zhì)上代表了鄰小區(qū)對本小區(qū)的干擾情況,這些信息被接收方基 站(鄰小區(qū))用于設(shè)置上行調(diào)度策略。

2)上行高干擾指示HII:

代表發(fā)送方基站已經(jīng)在用的那些上行PRB的干擾敏感度,分為高干擾敏感性、低干擾敏感性,實(shí)質(zhì)上通報本小區(qū)對鄰小區(qū)的潛在上行干擾情況。接收方基站盡量避免調(diào)度邊緣用戶在這些上行高干擾敏感性的PRB上。

3)相對窄帶發(fā)射功率RNTP:

這是一個發(fā)送方基站的主動行為,實(shí)質(zhì)上通報本小區(qū)對鄰小區(qū)的潛在下行干擾情況。相對窄帶意味著是在一個PRB帶寬上,即180KHz帶寬,而非整個小區(qū)下行頻點(diǎn)DL-EARFCN帶寬。

該消息指示本小區(qū)在今后一段時間內(nèi)的承諾:

有哪些下行PRB的發(fā)射功率不大于RNTP門限(即承諾概念);

又有哪些下行PRB的發(fā)射功率會超過RNTP門限(即無承諾概念), 這些PRB位置是依據(jù)位圖來排列的。

發(fā)送方基站在X2接口傳遞這些基于PRB的RNTP信息時,必須隨同提供門限和A/B類符號范圍:包含RNTP門限、天線口信息、PB、PDCCH符號數(shù)等。

接收方基站鄰小區(qū)應(yīng)用以上信息來評估本身小區(qū)下行相關(guān)PRB位置上潛在干擾,而后設(shè)置有針對性的下行調(diào)度策略,以避免或減少下行同頻干擾。

關(guān)于計(jì)算RNTP的公式如下:

上述公式EPRE都是在有用信號1/Δf時間內(nèi)基于A類符號來計(jì)算的。

實(shí)質(zhì)上RNTP等式的分子部分代表了今后一段時間被調(diào)度的PRB將采用的A類符號RE發(fā)射功率(根據(jù)下行調(diào)度PDSCH可能采用的功率分配方式,可引申出中心用戶和邊緣用戶的兩種情況,各自PA值是不一樣的),分母代表了本小區(qū)最大的A類符號RE發(fā)射功率。

八

PA/PB/CRS的典型應(yīng)用

1)改善弱覆蓋

有損權(quán)值八通道天線的波束賦形前方相對集中,應(yīng)用場景定位于前方點(diǎn)狀集中覆蓋;

無損權(quán)值八通道天線的波束賦形前方相對較寬,應(yīng)用場景定位于前方大視角面狀覆蓋。

對波束賦形天線的權(quán)重、相位角具有一定隱秘性,不太會引起重視,但是對現(xiàn)網(wǎng)影響很大,不正確的應(yīng)用會造成覆蓋效果,比如產(chǎn)生弱覆蓋或重疊覆蓋,深度達(dá)到5dB。

2)提升MR弱覆蓋或抑制過覆蓋

除了修改通道功率外,可調(diào)整PA/PB參數(shù),下圖為經(jīng)過逐步調(diào)整后的MR覆蓋率曲線:

結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)kpi指標(biāo)的要求,在實(shí)際工作中,必須考慮A/B類符號兩者的功率均衡性問題,盡量均衡,也即ρB/ρA 比值均衡,比如該比值在5/4~3/4之間,因此建議二元組(PB,PA)應(yīng)用在下圖的粉紅色方框區(qū)域內(nèi):

特別說明:

有的廠家不支持灰色區(qū)域的二元組設(shè)置;

有的廠家只支持相應(yīng)PA列檔中功率利用率η最高的二元組(藍(lán)色的為可指定設(shè)置,否則也是利用率最高的二元組);

有的廠家不支持PA=1dB/2dB這兩檔設(shè)置(它們所對應(yīng)ρA線性值為無理數(shù))。?

3)改善低速率

均衡A/B類符號功率,降低CRS功率。

附錄:額外信息

1)關(guān)于TM7/TM8/TM9(不大于2層)的PDSCH EPRE與UE-specific RS EPRE的比值(UE專用參考信號所在符號位置),UE可以假定為0,也即UE-specific RS EPRE的功率等同于A類PDSCH符號。

2)關(guān)于TM9(大于2層)的PDSCH EPRE與UE-specific RS EPRE的比值(UE 專用參考信號所在符號位置),UE假定為-3dB,也即UE-specific RS EPRE的功率增強(qiáng)。

3)在系統(tǒng)中,RSPower的值作為一個基準(zhǔn),其它物理信道/信號、甚至是邏輯信道都可以設(shè)置一定的偏置,該偏置值可為正數(shù)、零、負(fù)數(shù),這些信道/信號有PBCH/PMCH/PCFICH/PHICH/PDCCH、PCCH、PSS、SSS、SIB等。

下行定位參考信號/CSI-RS EPRE也即它們的RSPower假定為恒值。

PMCH EPRE與MBSFN RS EPRE的比值為0,也即兩者發(fā)射功率相同。