鑒于常用PA/PB資料介紹不全面,一般都未給出推導及正確的計算方法,普遍存在一定的局限性。本文著重從定義本身出發,然后利用數學方式進行表達呈現,并進一步應用到計算功率利用率η和CRS發射功率等中。

回顧OFDM符號構成

OFDM代表正交頻分復用,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構成:

根據不同的子載波間隔Δf,OFDM符號而有不同的CP長度,這些不同CP長度是根據不同時延色散要求而設計的。

循環前綴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獨立組網的應用,現網常規應用66.67us,其采樣點數N為2048個,采樣周期為1/(2048*15000)s。

對于發送端來說:在Tu時間窗口上進行EPRE標定;對于接收端來說:在Tu時間窗口上進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)小區專用參考信號CRS

不論常規CP還是擴展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:當某個端口的RE位置上在發射CRS信號,其它端口在相同RE位置上則不能發射信號,該RE能量予以空缺(該能量可根據PAPB設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函數估算或解調的基礎,必須保證其完全獨立性。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)。在應用PA/PB/RSPower參數時,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),即全部當成A類PDSCH符號,RE 發射功率均相同;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CRSPower設置偏移值。】

【CRSPower概念:CRS參考信號所在RE上的平均發射功率,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,攜帶CRS的RE功率貢獻總和的線性平均值, 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定,分成非MBSFN子幀和MBSFN子幀兩種情況:

常規應用為第一種情況,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、 第二個符號和倒數第三個符號,其余均為A類符號。

由于現網下行子幀為非MBSFN子幀,且CRS端口為單天線口或二天線口,故后續討論相關計算時,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,即兩者發射功率比值,為線性值,可換算成相應對數值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(UE specific parameter),在RRC連接態時由基站發送給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,并在特定情況下需要-3dB功率偏移:

1)當四天線口發射分集情況下,ρA =δpower-offset +PA + 3[dB](某個天線口上發射信號的子載波只有帶寬的一半,根據 A/B 符號關聯,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,該參數針對傳輸模式 TM5(MU-MIMO)生效,與信道模型估算有關,在PDCCH格式1D中下發,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A/B符號關聯,邏輯上也會降低了A/B類符號RE功率。

PA參數值共有8個,常規應用下,ρA與PA的對應表如下:

PB為小區級別的專用參數(cell-specific parameter),在系統消息SIB2中廣播,只有當UE處于RRC連接態時才有意義。PB參數值范圍為0~3,共4個,為索引號,每個索引號對應著ρB/ρA的比值系數,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進行計算的,因此也就代表了B類符號RE與A類符號RE的功率比值。

3GPP協議中PA、PB參數信元如下:

四

PB所代表比值的由來及推導

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功率的增強倍數:

PB=0代表不增加CRS功率,與A類符號RE等值,這時計算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,這時計算ρB/ρA。

由于CRS在頻域上按照6個子載波進行循環重復的,因此下圖的計算模型是按照6個子載波來進行的:

據此單天線口、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的計算

關于RSpower、PA、PB三者之間的關系描述如下圖:

根據定義,再次強調:

RSPower僅與PA發生直接關系,不與PB發生直接關系;

PB(線性值)表示B類符號與A類符號發生關系。

總之只要兩個表達式就可以闡述上述關系,下面利用這些定義來計算各類RE功率。由于CRS在頻域上是按照6個子載波進行重復循環的,因此計算時可按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。

將上述功率計算應用到每個二元組(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)

結果列表如下:

小結:

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。而構成二元組的某個PA所對應的CRS功率也只有一個。

綠色區域代表A/B類符號均為滿功率發射,這時功率利用率必然為100%。

白色區域代表A類符號滿功率發射,而B類符號及參考信號總功率沒有達到滿功率發射,這時計算的就是B類符號位置上的功率利用率η:

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

計算結果如下:

二元組(PB,PA)的灰色區域---實質為A類符號RE功率衰減而導致,解釋如下:

假設A類符號RE的發射功率為A,其總功率為6A。根據PAPB的相互關系,灰色區域的B類符號及參考信號總功率計算結果已經超過滿功率情況下的6A,必然導致射頻設備不能正常功能。

對于某些設備廠家來說灰色區域的二元組(PB,PA)是禁區而不能設置的,而有些廠家則可通過衰減A類符號RE的發射功率來重構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到滿功率6A。

由于PB所代表的實際上是ρB/ρA比值關系,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功率將相應增大,當然PA值也越小(即-PA值越大)。

【針對A類符號功率衰減的計算方法

以單天線口,PB=0/PA=-3為例:

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

同理,以二天線口,PB=0/PA=-3為例:

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

涉及A類符號功率衰減的PAPB二元組設置并不是所有設備廠家都支持】

六

最大CRS功率計算

1)A類符號RE功率不衰減情況(綠色及白色區域)

2)A類符號RE功率衰減情況(灰色區域)

波束賦形增益BFGain的計算,對構成波束賦形的四個通道天線陣子的幅度系數(權重)的平方和取對數:

【關于CRS 功率計算公式的正解,有些文檔在計算CRS功率時采用以下公式:

這是一個不完整的公式,只能計算功率利用率為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發生直接關系),建議盡量不要采用該公式。

另外有的廠家在計算或設置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用,但最終在系統消息SIB2發送時會考慮該增益,較隱蔽需注意】

七

下行RNTP的傳遞

在小區間干擾協調ICIC中,是通過協調控制相鄰基站同頻小區之間上下行PRB發射功率來實現的。

基站間的信息傳遞承載于負荷信息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,實質上代表了鄰小區對本小區的干擾情況,這些信息被接收方基 站(鄰小區)用于設置上行調度策略。

2)上行高干擾指示HII:

代表發送方基站已經在用的那些上行PRB的干擾敏感度,分為高干擾敏感性、低干擾敏感性,實質上通報本小區對鄰小區的潛在上行干擾情況。接收方基站盡量避免調度邊緣用戶在這些上行高干擾敏感性的PRB上。

3)相對窄帶發射功率RNTP:

這是一個發送方基站的主動行為,實質上通報本小區對鄰小區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,而非整個小區下行頻點DL-EARFCN帶寬。

該消息指示本小區在今后一段時間內的承諾:

有哪些下行PRB的發射功率不大于RNTP門限(即承諾概念);

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

發送方基站在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符號數等。

接收方基站鄰小區應用以上信息來評估本身小區下行相關PRB位置上潛在干擾,而后設置有針對性的下行調度策略,以避免或減少下行同頻干擾。

關于計算RNTP的公式如下:

上述公式EPRE都是在有用信號1/Δf時間內基于A類符號來計算的。

實質上RNTP等式的分子部分代表了今后一段時間被調度的PRB將采用的A類符號RE發射功率(根據下行調度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),分母代表了本小區最大的A類符號RE發射功率。

八

PA/PB/CRS的典型應用

1)改善弱覆蓋

有損權值八通道天線的波束賦形前方相對集中,應用場景定位于前方點狀集中覆蓋;

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

對波束賦形天線的權重、相位角具有一定隱秘性,不太會引起重視,但是對現網影響很大,不正確的應用會造成覆蓋效果,比如產生弱覆蓋或重疊覆蓋,深度達到5dB。

2)提升MR弱覆蓋或抑制過覆蓋

除了修改通道功率外,可調整PA/PB參數,下圖為經過逐步調整后的MR覆蓋率曲線:

結合現網kpi指標的要求,在實際工作中,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)應用在下圖的粉紅色方框區域內:

特別說明:

有的廠家不支持灰色區域的二元組設置;

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

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

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。

3)在系統中,RSPower的值作為一個基準,其它物理信道/信號、甚至是邏輯信道都可以設置一定的偏置,該偏置值可為正數、零、負數,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,也即兩者發射功率相同。