基于LTE小區(qū)重選的RSRP測(cè)量研究

楊豐瑞， 周 侃

（重慶郵電大學(xué) 重慶 400065）

0 引言

UE一旦駐留到LTE系統(tǒng)中的某一個(gè)小區(qū)后，它就需要不斷地對(duì)當(dāng)前服務(wù)小區(qū)和鄰近小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量[1]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)小區(qū)的質(zhì)量滿足規(guī)定的要求時(shí)，UE端會(huì)通過(guò)小區(qū)重選任務(wù)從當(dāng)前服務(wù)小區(qū)重選到質(zhì)量更好的目標(biāo)小區(qū)。在小區(qū)重選中，測(cè)量只需要進(jìn)行參考信號(hào)接收功率(RSRP,Reference Signal Received Power)的計(jì)算[2-3]。3GPP協(xié)議中，沒(méi)有對(duì)RSRP的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行具體的描述。因此本文將根據(jù)RSRP的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出RSRP的實(shí)現(xiàn)方法。然后，搭建RSRP仿真鏈路，驗(yàn)證測(cè)量帶寬和加性高斯白噪聲對(duì)RSRP的影響。最后根據(jù)仿真結(jié)果，優(yōu)化RSRP實(shí)現(xiàn)流程。

1 LTE系統(tǒng)中的參考信號(hào)

參考信號(hào)類(lèi)似于OFDM中的訓(xùn)練序列[4]，它主要有兩方面的作用。一種是用作信道估計(jì)。另一種是表征小區(qū)信號(hào)的強(qiáng)度，也就是測(cè)量時(shí)需要測(cè)量的RSRP值。參考信號(hào)有3種[5]：

（1）小區(qū)專(zhuān)用參考信號(hào)，在非MBSFN幀發(fā)射，支持1個(gè)、2個(gè)、4個(gè)天線端口

（2）MBSFN參考信號(hào)。在MBSFN幀發(fā)射，天線端口p=4上發(fā)射

（3）UE專(zhuān)用參考信號(hào)，只在幀結(jié)構(gòu)類(lèi)型2上使用，在天線端口5上發(fā)射。

以小區(qū)專(zhuān)用參考信號(hào)為例，圖1為一個(gè)小區(qū)專(zhuān)用參考信號(hào)映射到LTE系統(tǒng)幀資源元素的特例，采用兩天線端口。

分析圖1，可以知道小區(qū)參考信號(hào)的位置不能被其他信號(hào)占用。在頻域上，同一個(gè)端口上傳送的參考信號(hào)位置相差6個(gè)子載波的間隔，時(shí)域上相差4個(gè)符號(hào)。這樣做的好處是可以避免產(chǎn)生時(shí)頻沖突。

圖1 兩端口參考信號(hào)資源映射圖

2 RSRP計(jì)算方法

RSRP測(cè)量是對(duì)一定的頻帶(即若干個(gè)資源塊)內(nèi)的參考信號(hào)接收功率進(jìn)行測(cè)量，從而得到該小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度。根據(jù)3GPP 36. 141協(xié)議規(guī)定，RSRP是求測(cè)量頻率帶寬內(nèi)攜帶的小區(qū)專(zhuān)用參考信號(hào)的線性平均功率。使用的是小區(qū)專(zhuān)用參考信號(hào)R0代表的資源元素。如果UE能夠可靠地檢測(cè)出R1，則使用R1和R0求出RSRP值。如果UE使用了接收分集，則需向上層報(bào)告的測(cè)量值應(yīng)不低于任何單個(gè)分集分支的RSRP值[6]。

服務(wù)小區(qū)和鄰近小區(qū)的RSRP測(cè)量的時(shí)間都是周期性的，以DRX周期為單位[7]，構(gòu)造自己的時(shí)間。它們的測(cè)量時(shí)間點(diǎn)有所不同。

服務(wù)小區(qū)的測(cè)量時(shí)間點(diǎn)與UE端接收尋呼的周期相同。每當(dāng)UE端接收尋呼時(shí)，當(dāng)前服務(wù)小區(qū)進(jìn)行一次RSRP測(cè)量。

對(duì)鄰近小區(qū)的小區(qū)質(zhì)量測(cè)量分3個(gè)時(shí)間段[2]：探測(cè)時(shí)間段、測(cè)量時(shí)間段和評(píng)估時(shí)間段。每個(gè)階段都由若干個(gè)DRX周期組成。

對(duì)于RSRP的計(jì)算，3GPP沒(méi)有詳細(xì)規(guī)定該如何進(jìn)行計(jì)算。而且對(duì)于其他RAT（如TD-SCDMA等），也沒(méi)有明確的規(guī)定。通過(guò)查閱36.141協(xié)議知，接收元素傳輸功率 RETP (Received Element Transport Power)定義為： 。Z’(t,f)為接收端進(jìn)行FFT后得到的結(jié)果[6]。這樣得到的參考信號(hào)發(fā)射功率（RSTP）為：

這是一個(gè)線性平均功率。參考以上的規(guī)定，本文設(shè)計(jì)出RSRP的計(jì)算公式如下：

其中NRB為測(cè)量帶寬。Rl,m(n)為接收到的參考信號(hào)值，rl,m(n)為本地生成參考信號(hào)，計(jì)算出來(lái)的值為線性平均相關(guān)功率，以該值作為RSRP測(cè)量值。

3 RSRP鏈路設(shè)計(jì)與性能仿真

3.1 RSRP仿真鏈路設(shè)計(jì)

RSRP測(cè)量仿真鏈路如圖2所示，因?yàn)橹饕康氖菍?duì)RSRP測(cè)量性能分析進(jìn)行驗(yàn)證，所以在鏈路搭建中，簡(jiǎn)化了同步流程。首先參考信號(hào)和系統(tǒng)信息一起映射到LTE系統(tǒng)幀上，之后生成基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)將分別通過(guò)ETU，EVA，EPA等3種無(wú)線信道模型。接收端接收到基帶信號(hào)后，先去除去循環(huán)前綴CP，然后進(jìn)行FFT處理操作后提取出參考信號(hào)，最后根據(jù)節(jié)2介紹的方法進(jìn)行RSRP計(jì)算。

RSRP測(cè)量仿真參數(shù)如表1所示。

表1 RSRP性能仿真參數(shù)表

3.2 測(cè)量帶寬對(duì)RSRP值的影響

對(duì)于RSRP的測(cè)量帶寬的選取，3GPP沒(méi)有給出明確規(guī)定。SIB4信息只提供了允許的測(cè)量帶寬參數(shù)allowedMeasBandwidth。該值只代表測(cè)量帶寬的范圍。部分文獻(xiàn)都取工作頻帶中中間的1.44MHz（即6個(gè)資源塊，72個(gè)子載波占據(jù)的位置）作為測(cè)量帶寬[8-9]。如果進(jìn)行測(cè)量任務(wù)的DSP計(jì)算/儲(chǔ)存能力不強(qiáng)，又或是對(duì)于測(cè)量任務(wù)執(zhí)行時(shí)間有約束時(shí)，6個(gè)資源塊的數(shù)據(jù)量進(jìn)行的測(cè)量是比較好的選擇。但是毋庸置疑的是，更寬的測(cè)量帶寬有潛在的抵抗信號(hào)衰落的潛力，更能正確地表達(dá)測(cè)量值。為此本節(jié)將專(zhuān)門(mén)對(duì)測(cè)量帶寬對(duì)RSRP值的影響進(jìn)行驗(yàn)證。

圖 2 RSRP仿真鏈路

具體驗(yàn)證方法為，利用搭建好的仿真鏈路上，通過(guò)已知的小區(qū)ID號(hào)生成參考信號(hào)，參考信號(hào)和PDSCH信道一起映射到資源元素中，然后產(chǎn)生基帶信號(hào)。當(dāng)基帶信號(hào)分別通過(guò)3種無(wú)線信道模型（EPA、EVA、ETU）后，在頻域上分別選擇不同的測(cè)量帶寬，分別取中間頻率的6個(gè)資源塊，25個(gè)資源塊，全帶寬（50個(gè)資源塊），在不同的測(cè)量帶寬中提取出參考信號(hào)，計(jì)算RSRP值。

圖3為模擬通過(guò)EPA信道模型后，在不同的測(cè)量帶寬下，計(jì)算得到的RSRP值。假設(shè)天線口輸入信號(hào)為-100dBm，SNR為15dB，EPA信道模型參數(shù)表由表2給出。

表2 EPA信道模型參數(shù)

圖4為模擬通過(guò)ETU信道模型后，在不同的測(cè)量帶寬下，計(jì)算得到的RSRP值。假設(shè)天線口輸入信號(hào)為-100dBm，SNR為15dB，ETU信道模型參數(shù)表由表3給出。

圖3 EPA信道模型下RSRP計(jì)算

圖4 ETU信道模型下RSRP計(jì)算

表3 ETU信道模型參數(shù)

圖5模擬模擬通過(guò)EVA信道模型后，在不同的測(cè)量帶寬下，計(jì)算得到的RSRP值。假設(shè)天線口輸入信號(hào)為-100dBm，SNR為15dB，EVA信道模型參數(shù)表由表4給出。

圖 5 EVA信道模型下RSRP計(jì)算

表4 EVA信道模型參數(shù)

根據(jù)協(xié)議36.133的規(guī)定，RSRP值的上報(bào)有一個(gè)映射的過(guò)程。將每間隔1dBm范圍內(nèi)的RSRP值歸為一組，設(shè)置成一個(gè)上報(bào)值。這也強(qiáng)調(diào)了，如果RSRP值相差1dBm以上，上報(bào)值會(huì)發(fā)生變化。結(jié)合上面仿真圖分析，對(duì)于信道模型EPA，帶寬為6個(gè)資源塊時(shí)的測(cè)量值和整個(gè)帶寬50個(gè)資源塊時(shí)的測(cè)量值相比，相差接近1dBm，但是沒(méi)超出 1dBm的范圍；對(duì)于信道模型ETU，不同帶寬下的RSRP測(cè)量值相差不超過(guò)0.4dBm，該模型下較少的測(cè)量帶寬也能表征RSRP值；對(duì)于信道模型EVA，帶寬為6個(gè)資源塊時(shí)的測(cè)量值和整個(gè)帶寬50個(gè)資源塊時(shí)的測(cè)量值相比，接近1dBm。但是，使用25個(gè)資源塊的測(cè)量帶寬測(cè)得的RSRP值和使用50個(gè)資源塊的測(cè)量帶寬測(cè)得值相比，差距很小。

因此，不同的測(cè)量帶寬對(duì)于RSRP的測(cè)量值影響比較小。利用較少的測(cè)量帶寬測(cè)得的RSRP值在不同的信道環(huán)境下，能準(zhǔn)確表征RSRP值，表征小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量。

3.3 加性高斯白噪聲對(duì)RSRP值的影響

加性高斯白噪聲是無(wú)線通信中最常見(jiàn)的噪聲，下面將通過(guò)仿真研究加性高斯白噪聲對(duì)于RSRP測(cè)量值的影響。圖6、圖7和圖8分別是基帶信號(hào)通過(guò)EVA，ETU和EPA無(wú)線信道模型時(shí)，不同信噪比情況下的加性高斯白噪聲對(duì)RSRP值影響。利用不同的測(cè)量帶寬計(jì)算出RSRP值。

觀察這3個(gè)圖，能夠清晰判斷出：基帶信號(hào)通過(guò)三種無(wú)線信道環(huán)境后，在信噪比逐漸變好的情況下，不同測(cè)量帶寬測(cè)量得到的RSRP值都是波動(dòng)幅度不大，幾乎是一條直線。這說(shuō)明了加性高斯白噪聲對(duì)于RSRP值的影響相當(dāng)?shù)奈⑷酢Ｒ矎牧硪环矫孀C明了，RSRP值主要受到多徑的影響。

圖6 加性高斯白噪聲在EVA環(huán)境下對(duì)RSRP值影響

圖7 加性高斯白噪聲在ETU環(huán)境下對(duì)RSRP值影響

圖8 加性高斯白噪聲在EPA環(huán)境下對(duì)RSRP值影響

3.4 仿真結(jié)果分析與優(yōu)化

通過(guò)仿真結(jié)果可以明確：進(jìn)行RSRP測(cè)量時(shí)，測(cè)量帶寬大小不影響RSRP的計(jì)算值，加性高斯白噪聲對(duì)RSRP的影響也相當(dāng)微弱。所以，在實(shí)現(xiàn)RSRP測(cè)量時(shí)可以不參考系統(tǒng)信息提供的測(cè)量帶寬參數(shù)allowedMeasBandwidth。利用接收信號(hào)中心頻率附近的6個(gè)資源塊作為測(cè)量帶寬，就可以進(jìn)行RSRP測(cè)量并得到良好的測(cè)量結(jié)果。這樣做最大的好處在于：PSS信號(hào)和PBCH占據(jù)的位置，剛好是中間的6個(gè)資源塊，當(dāng)UE物理層在解讀MIB信息或者執(zhí)行同步任務(wù)時(shí)，在獲取MIB塊和PSS信號(hào)的同時(shí)，就能把和它們?cè)谕粋€(gè)資源塊中的參考信號(hào)提取出來(lái)，然后進(jìn)行保存。當(dāng)RRC層命令物理層進(jìn)行RSRP測(cè)量時(shí)，物理層能馬上取出保留好的參考信號(hào)值，立即進(jìn)行RSRP測(cè)量。這樣能減少RSRP計(jì)算的工作量和節(jié)省時(shí)間，大大提高UE端的工作效率，同時(shí)又不影響RSRP的測(cè)量性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)小區(qū)重選的研究，設(shè)計(jì)出了測(cè)量工作中的RSRP計(jì)算方法。之后通過(guò)搭建RSRP仿真鏈路，驗(yàn)證了不同的測(cè)量帶寬對(duì)于RSRP測(cè)量值產(chǎn)生的影響不大，同時(shí)驗(yàn)證了加性高斯白噪聲對(duì)于RSRP測(cè)量值的影響很微弱。通過(guò)仿真結(jié)果表明，在對(duì)RSRP實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，只需要利用中心頻率中較少的測(cè)量帶寬便能獲得準(zhǔn)確的RSRP測(cè)量值，不需要考慮系統(tǒng)信息規(guī)定的測(cè)量帶寬。這樣能夠大大提高UE端小區(qū)重選工作效率。

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