动态功率控制参数优化的探讨.docx

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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+αi*（SSDESDL-SSBSTXPWR）+βi*（QDESDL_dB-QBSTXPWR）（9）

i=1,2

其中，参数αi和βi定义如下：

α1=LCOMPDL/100（pathlosscompensation）（10）

β1=QCOMPDL/100（qualitycompensation）（11）

α2=0.3（pathlosscompensation）（12）

β2=0.4（qualitycompensation）（13）

参数αi和βi控制路径损耗和质量的补偿，参数α1和β1由LCOMPDL和QCOMPDL决定，而参数α2和β2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：

改变SSDESDL和QDESDL

SSDESDL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。

改变LCOMPDL

LCOMPDL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。

改变QCOMPDL

QCOMPDL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=（1/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-α（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-α（SScomp-SSDESUL）-β（Q_AVE_dB-QDES_dB）（5）

参数α和β定义如下：

α=LCOMPUL/100（路径损耗补偿）（6）

β=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-60dBm，相差32dB。

LCOMPUL是放大因子，如果LCOMPUL=50，这种情况下不受限制的功率等级pu会要求功率下降16dB。

BTS能上报的最大信号强度是-47dBm（rxlev=63），这意味着SSCOMP的最大值是-47dBm加上向下调整量。

第二阶段考虑到差质量补偿，假设QDESUL=0（rxqual=0），测得的rxqual质量值是4（Q_AVE=40），第二阶段使功率下降减小。

如果QCOMPUL=60，此时对应9.6dB。

这样，不受限制的功率等级pu会要求功率下降16-9.6=6.4dB。

2.5主要控制参数

SSDESUL：

上行信号强度的期望值。

QDESUL：

上行信号质量的期望置。

从上述的功率调整公式可知，当基站接收的信号强度和质量高于上述两个期望值时，手机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，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，因为当基站上行接收的信号较弱或质量较差时，手机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。

LCOMPUL：

路径衰耗补偿因子。

QCOMPUL：

质量补偿因子。

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。

下表为主要参数及其设置范围：

3、模拟功率控制效果

3.1模拟BTS功控

根据功率控制的算法，我们对下行功率控制设计了模拟结果的工具，可以设置不同的功控参数得出不同的模拟结果，了解功率控制的理论效果。

说明：

相对前两种设置，此设置下功率控制的范围和幅度较小。

3.2MS动态功控

在R12版本的系统中，手机动态功率控制的算法发生了重大的改变，算法的变化使得功控参数的推荐值也发生了相当大的变化，下表为R9和R12的手机功控推荐值对比：

R12

SSDESUL

-92

-95

QDESUL

LCOMPUL

QCOMPUL

在R12系统下使用R9推荐值时的手机功控效果图如下：

下图为R12UserDescription中推荐配置下手机功控效果图：

可见，推荐值将信号质量较好时的功控范围变大（SSDESUL提升至95），而减弱了信号质量较差时的功控力度。

4、动态功率控制的优化思路

选取典型市区环境与典型郊区环境分别设置

1）考虑到高速、铁路上快速移动交通工具内，手机容易受阴影效应影响产生快衰落，功率控制功能往往来不及发挥作用语音质量就严重恶化出现掉话。

因此，我们建议关掉覆盖高速、铁路的小区的下行功率控制功能。

2）根据各个功率控制参数的作用，结合以往网络优化的经验，无法一一比较各个参数的不同组合设置，因此，主要还是在现网已有参数设置的基础上进行修正。

例如：

SSDESDL和QDESDL相对独立，可以分别调整得出较优值；LCOMPDL和QCOMPDL密切相关、相互制约，需要比较组合设置对网络的影响。

3）SSDESDL/SSDESUL和QDESDL/QDESUL，与无线环境相关比较密切，需针对不同无线环境设置个性值。

4）SSDESDL/SSDESUL和QDESDL/QDESUL对于网络影响较大，适合第一步调整；LCOMPDL和QCOMPDL适合在合理SSDESDL和QDESDL设置的基础上，进行第二步细致微调；LCOMPUL和QCOMPUL适合在合理SSDESUL和QDESUL设置的基础上，进行第二步细致微调。

5）现网参数配置不规范，需要适当规整部分参数，即在每次调整比较前，保证其他参数采用统一设置值。

6）由于上行和下行功率控制的FILTER算法一致，因此，上下行功率控制的FILTER长度对功率控制的影响应该比较相似，上行和下行功率控制的FILTER长度可以采用统一值作为一组代表值。

7）在上下行的功率控制中，语音质量的FILTER算法和信号强度的FILTER算法一致，同时也为了使FILTER结果对测量报告中语音质量变化的敏感程度和对信号强度的敏感程度保持一致，需要，因此，我们决定在上下行功率控制中采用相同的语音质量FILTER长度和信号强度FILTER长度。

8）UPDWNRATIO参数主要是将功率控制中需要功率增强的反应速度和需要功率减弱的反应速度区分开来，和其他四个参数相结合，得到下调功率控制实际需要时间。

因此，我们决定在调整功控滤波器长度的同时，使用相同的UPDWNRATIO参数，然后再对该参数进行调整分析。

5、动态功控参数优化前后的分析计划

功率控制的目的，在于降低网内平均干扰，从而减少掉话。

这样，功控参数调整的效果，应该直接反映在话务掉话比的变化上。

所以，我们评判各组功控参数的效果时所使用的主要评判标准是话务掉话比。

为了更细致地对比采用不同参数设置对网络的影响，我们也收集了调整阶段每天的STS统计和MRR数据：

1）通过MRR数据中的各BSC功率控制平均值和功率控制强度分布情况，可以了解不同参数设置下功率控制发挥作用的大小

2）通过MRR数据中的各BSC上下行语音质量平均值和上下行语音质量值分布情况，可以了解不同参数设置下，功率控制对降低干扰、改善语音质量的影响

3）通过STS数据中的各BSC平均话务掉话比情况，可以了解不同参数设置下，功率控制对减少掉话、提高网络性能的影响。

4）在话务模型不变的情况下，网络的平均TA越小，覆盖越合理。

因为，一般对某个移动台而言，TA越小，路径损耗越小，小区能提供的最大信号强度越高；而且TA越小，在功率控制的条件下，移动台和基站所需的发射功率也越小，对其他小区的上下行干扰也越小。

从整体来看，即平均TA越小，网络覆盖越合理。

所以，我们还可以通过MRR数据中的各BSC平均TA情况，可以了解不同参数设置上下功率控制对改善网络覆盖的影响。

6：

结合案例对优化动态功控参数分析

选取典型市区环境的BSC和典型郊区环境的BSC作为本次优化调整对象。

（备注：

案例来源2006年南通移动功率控制优化总结报告）

6.1BTS动态功控参数的分析

6.1.1调整SSDESDL和QDESDL分析

BSC

参数

调整值

方案1

方案2

方案3

方案4

市区BSC

SSDESDL

QDESDL

不调整

郊区BSC

SSDESDL

QDESDL

不调整

统一市区BSC、郊区BSC的LCOMPDL值为10，QCOMPDL值为75。

选取合适的SSDESDL和QDESDL值用于比较测试。

结合以往优化经验，针对现网已有设置，我们决定对市区无线环境BSC测试SSDESDL=80/85、QDESDL=40/20，对郊区无线环境的BSC测试SSDESDL=82/88，QDESDL=10/20。

1）SSDESDL优化分析

A、市区环境

以下是MRR数据和STS统计对比

SSDESDL

平均功率控制强度（dB）

-6.96

-8.53

平均TA

1.74

1.73

平均下行语音质量

0.42

0.48

下行语音质量大于4的百分比

2.33

2.57

话务掉话比（10：

00－11：

00）

244.24

269.03

话务掉话比（20：

00－21：

00）

222.04

239.67

从对比中，我们可以得知，对于市区无线环境中：

SSDESDL=85下功率控制作用较大，相对SSDESDL=80，平均功率控制强度提高了23％。

相比较而言，SSDESDL=85功率控制下，TA较小，网络覆盖更合理。

SSDESDL=80时平均下行语音质量较好，相对SSDESDL=80，下行语音质量大于4的百分比下降了9％

对于早晚忙时，SSDESDL=85时功率控制对减少掉话、改善网络性能的效果更好，相对于SSDESDL=80，早忙时段话务掉话比提高了10％，晚忙时段话务掉话比提高了8％。

B、郊区环境

以下是MRR数据和STS统计对比

SSDESDL

平均功率控制强度（dB）

-4.58

-6.25

平均TA

2.85

2.87

平均下行语音质量

0.23

0.26

下行语音质量大于4的百分比

1.39

1.56

话务掉话比（10：

00－11：

00）

188.89

221.92

话务掉话比（20：

00－21：

00）

217.16

270.1

从对比中，我们可以得知，对于郊区无线环境中：

SSDESDL=88下功率控制作用较大，相对SSDESDL=82，平均功率控制强度提高了36％

相比较而言，SSDESDL=82功率控制下，TA较小，网络覆盖更合理。

SSDESDL=82时平均下行语音质量较好，相对SSDESDL=88，下行语音质量大于4的百分比下降了11％

对于早晚忙时，SSDESDL=88时功率控制对减少掉话、改善网络性能的效果更好，相对于SSDESDL=82，早忙时段话务掉话比提高了17％，晚忙时段话务掉话比大幅提高了24％。

优化SSDESDL总结

结论：

从改善早晚忙时掉话指标，提高网络性能的角度出发，对于市区无线环境设置SSDESDL=85较合理，对于郊区无线环境设置SSDESDL=88较合理。

从改善语音质量，提高路测评分角度出发，对于市区无线环境设置SSDESDL=80较合理。

在本次优化调整中，我们决定统一优化市区BSC的SSDESDL为85，郊区BSC的SSDESDL为88，其他参数在此基础上进行优化。

2）QDESDL优化分析

A、市区环境

以下是MRR数据和STS统计对比

QDESDL

平均功率控制强度（dB）

-11

-8.98

平均TA

1.72

1.75

平均下行语音质量

0.65

0.5

下行语音质量大于4的百分比

3.7

2.75

话务掉话比（10：

00－11：

00）

296.48

267.51

话务掉话比（20：

00－21：

00）

248.11

255.15

从对比中，我们可以得知，对于市区无线环境中：

QDESDL=40下功率控制作用较大，相对QDESDL=20，平均功率控制强度提高了22％

相比较而言，QDESDL=40功率控制下，TA较小，网络覆盖更合理。

QDESDL=20时平均下行语音质量较好，相对QDESDL=40，下行语音质量大于

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