Monte Carlo仿真的算法实现 北京邮电大学无线中心 贺欣韬 2006-3-31

系统级仿真 系统级仿真 通过执行很多次的用户接入网络计算得到统计的结果,从而能更加真实地反映实际的网络情况 对象 对地理环境、基站位置、基站配置、控制机制等多种因素共同定义的复杂的CDMA网络进行仿真 结果 输出系统性能参数，如话音容量、数据业务吞吐量、覆盖等。 作用 1. 用于检验无线接入系统的性能 2.用于系统规划和优化

静态仿真 静态仿真 静态仿真用于分析网络在不同快照的性能。在同次快照中，移动台所处的位置不会变化的。每个移动台能否接入网络通过迭代分析来决定。 TOP3中Monte Carlo仿真就是一种静态仿真。 不同次快照得到的结果不同

动态仿真 动态仿真 动态仿真是在一段连续的时间范围内网络的性能。移动台在这段时间可以移动。仿真是由仿真时隙驱动，由空状态开始，分析移动台从发起呼叫一直到结束呼叫的整个过程 数据包，重传等都要考虑

静态仿真与动态仿真的比较 方法 准确性 复杂度 耗时 静态仿真 比较精确 结果很详细明了 与分析的用户数和小区数有关 动态 十分精确 结果比较复杂 很长 基于时间与算法复杂性的考虑，现在商用的网络规划工具基本上都采用静态仿真 动态仿真虽然包括不同业务和移动速度的用户的动态行为，但是这样的仿真器用来做网络规划太耗时，所以一般并不采用动态仿真方法。

无线资源管理 无线资源管理(RRM)算法 是基于网络中硬件资源的数量和空中接口的干扰水平的一种算法 通过负责空中接口资源的分配与使用，确保系统的服务质量(QOS)、获得规划的覆盖区域和提高容量。 为确保空中接口的干扰维持在最低的水平上，并提供所需求的服务质量(QOS)，必须进行功率控制。

Monte Carlo静态仿真 快照 迭代 在一次快照里，把产生的仿真区的用户依次接入网络，并且计算基站的发射功率和接收功率，直至收敛。 一次完整的静态仿真过程包括对3G系统的多次独立采样。 每一次采样即一次快照(Snapshot)。含义是对一个时变的系统进行多次快照拍摄，每次快照得到系统的某个瞬间状态。 各此快照彼此独立，从而统计系统的性能 迭代 在一次快照里，把产生的仿真区的用户依次接入网络，并且计算基站的发射功率和接收功率，直至收敛。

算法流程

初始化 主框架 分析基站组 仿真区域 业务信息 数据库 初始化硬件资源，如码资源、CE 馈线、塔放信息，初始化噪声系数和塔放增益

建立邻小区关系 邻集 选取方法 每次仿真只进行一次 用途：切换、干扰（分别生成两个链表） 距离 其他小区到本小区中心点的距离，由小到大 接收码强度 在本小区中心点设一个虚拟用户， 比较用户接收到其他小区的接收 码强度，由大到小

生成虚拟用户 接口 用途 业务模块 参数：仿真区域、系统 根据业务分布预测结果 分别产生话音用户和数据用户 确定用户所在的位置（大地坐标，地物，室内，室外） 确定用户的移动性

生成虚拟用户(2) 基于不同规划区域，保证业务不同 密集城区：以CS 64 kbit/s业务为上下行保证业务，在部分区域保证下行PS 384 kbit/s业务 市区：以CS 64 kbit/s业务为上下行保证业务，在部分区域保证下行PS 128 kbit/s业务 郊区：以PS 64 kbit/s业务为上下行保证业务 乡村：以CS12.2 kbits/s业务为上下行保证业务

生成虚拟用户(3) 激活因子 将激活的用户加入激活终端链表中 激活情况分为上行激活(上行激活因子置1)、下行激活(下行激活因子置1)、上下行都激活(上下行激活因子都置1)

生成虚拟用户(4) 分配载频 业务是都绑定载频 得到用户归属小区的邻集载频链表 按一定原则进行选取(目前使用随机选取)

建立虚拟链路 根据用户位置计算用户与基站之间的传播损耗 路径损耗 阴影衰落 阴影衰落的变化通常比多径衰落的变化要慢，因此阴影衰落通常被称为慢衰落（slow fading）。阴影衰落的模型一般是一个服从对数正态分布的随机变量 快衰落 快衰变化很快，对系统的平均性能影响不大，所以静态仿真一般不考虑快衰对系统的影响

切换 软切换 更软切换 差别 指标：导频强度Ec/Io,同时确定用户的归属小区 移动台位于同一个基站的两个相邻扇区的小区覆盖重叠区。 下行链路，差别不大，使用两条空中接口信道通信。更软切换时需使用不同扩频码。移动台采用Rake接收机通过最大比合并。 上行链路，更软切换，在基站进行最大比合并。软切换，数据送到RNC进行合并。

码资源和信道板卡容量 OVSF码资源 WCDMA技术的一个重要特点，即每个信道用OVSF码来区分。（CDMA Walsh码） 软切换和更软切换可使一个用户占用多个码资源。 高速业务使用更短的码，使有限的码资源消耗更大加快。 码树的某一分支，某一长度的码一旦被占用，该分支的其他码便成为不可用。 码树的某一分支，某一长度的码一旦被占用，该分支的其他码便成为不可用。

码资源和信道板卡容量(2) 信道板卡容量 信道单元是基站的核心部件之一， 负责基带信号的数字处理。 一般基站中有若干个信道模块， 每一个模块能支持多个信道单元数， 每个信道单元可以处理一路信号。 由于软切换，同一个用户可以处于多路连接状态， 需要多个信道单元支持，对小区用户增长或对峰 值容量估计不足，会使容量受限于硬件资源。 软切换时，两路连接只消耗一份信道单元

用户优先级排序 根据用户的优先级，将小区的尝试接入终端链表进行排序 原则 业务类型 连接状态 语音> CS Data> PS Data 连接状态 保持链路> 新建立的软切换链路> 新建链路

接入控制 概念 对申请接入的新用户或者切换用户进行控制，是避免拥塞、保证各类业务服务质量(QOS)的一种有效解决方法 作用 对接入系统的各种业务流进行控制，通过合理利用有限资源，在保证现有业务流QOS的同时，满足新接入用户所要求的QOS，或者尽力减小新接入业务流对现有业务流QOS的影响

接入控制(2) 上行 硬件资源 负载 噪声增长(在功率控制部分执行) 通过上行承载得到用户所需CE数，看基站信道板卡容量是否还有余粮 适用于第一次迭代，此时用户造成的上行负载只是个估值 设i为其他小区和本小区干扰的比值，取值0.67 噪声增长(在功率控制部分执行)

接入控制(3) 下行 硬件资源 通过下行承载得到用户所需CE数，看基站信道板卡容量是否还有余量 扩频码资源 负载 a正交因子 是Eb/No

初始化业务信道发射功率 接收机灵敏度 接收机灵敏度是指接收机成功解调有用信号所需要的有用信号接收功率S SNR为有用信号所需的接收信噪比 ，定义式为 考虑到小区负载对干扰功率的影响

初始化业务信道发射功率(2) 上行 计算终端所有激活集所需的接收灵敏度 ＋上行传播总损耗 取最大值作为终端发射功率

初始化业务信道发射功率(3) 下行 初始化终端激活集与终端链路的发射功率 终端灵敏度+下行传播总损耗

多址干扰产生分析 下行链路小区内干扰 ：第k径分量的相对功率 结论： 1. 多路径传播时，信号正交性受影响，正交性损失用 表示 移动台对M个路径进行最大比合并，则最好 的总比特能量比为各径能量比之和 ：热噪声功率谱密度 ：接收带宽内的本小区功率谱密度 ：第k径总的前向链路噪声加干扰功率谱密度 ：第k径分量的相对功率 结论： 1. 多路径传播时，信号正交性受影响，正交性损失用 表示 2. 正交性的损失导致噪声的增加，这就是“干扰” 3. 取值和移动传播环境和接收机结构有关，一般工程取值0.4。

多址干扰产生分析 下行链路其他小区干扰 在下行链路其他小区到达移动台接收机的信号， 不包含对移动台的有用信号，全部是干扰 ：表示接收带宽内的其他小区功率谱密度

多址干扰产生分析 上行链路小区内干扰 接收第k径的解调器上的有效比特能量对噪声干扰谱密度之比为： 基站对M个路径进行最大比合并，则最好 的总比特能量比为各径能量比之和 ：热噪声功率谱密度 ：接收带宽内的本小区功率谱密度 ：第k径总的前向链路噪声加干扰功率谱密度

多址干扰产生分析 上行链路小区间干扰 在上行链路其他小区移动台到达基站接收机的 信号，不包含对本小区移动台的有用信号， 全部是干扰 ：表示接收带宽内的其他小区功率谱密度

迭代分析 迭代计算基站的发射功率和接收功率 前向迭代 反向迭代 目的：计算基站扇区的发射功率 目标：满足移动台接收机的目标Eb/Nt 方法：功率控制 反向迭代 目的：计算基站扇区的接收功率 目标：满足基站扇区接收机的目标Eb/Nt

计算CIR 下行链路CIR 单条链路下行CIR 移动台接收的链路功率 = 链路对移动台i的发射功率 – LossDL，LossDL是链路的下行传播总损耗 本小区干扰 = （1 - a）（该基站的发射总功率 – LossDL）， a为移动台的正交化因子 其它小区干扰 = 同频干扰 + 邻频干扰 = ∑（相邻小区的总发射功率 – LossDL）+ ∑邻频干扰公式 邻频干扰暂不记入 CIR=链路功率/(干扰+噪声) 下行总CIR 将所有到达终端的链路的CIR进行最大比合并 + 软切换增益

计算CIR(2) 上行链路CIR 上行单条链路CIR 扇区接收的链路功率 = 移动台的发射功率 – LossUL， LossUL是链路的上行传播总损耗 基站接收到的本小区移动台的干扰I（own）= ∑Vi*Pi*LossULi 基站接收到的其它小区移动台的干扰I（oth）= ∑Vi*Pi*LossULi， Vi为上行激活因子，已置1。Pi为移动台发射功率 CIR=扇区接收的链路功率/(干扰+噪声) 软切换时，上行链路采用选择合并； 更软切换时，采用最大比合并

软切换增益 定义 在软切换过程中由于宏分集现象的存在，基站和移动台所需的发射功率都将明显的低于硬切换时的要求，带来了一定的增益。 软切换过程中上行链路和下行链路的软切换增益是不一样的，因为下行采取的最大比合并，上行采取的时选择合并。更软切换时采用的也是MRC，所以更软切换的上行增益大于软切换

功率控制 干扰受限系统， CDMA系统的其优越性的体现有赖于 功率控制技术的使用。 作用 够降低用户间的干扰；增加容量 最小化其发射功率，延长电池寿命 分类 开环功率控制 快速闭环功率控制 外环功率控制

功率控制(2) 开环 用于随机接入过程。 Pnext(dBm)=Ploss(dB)+Pdes(dBm)，Pdes目标功率 无反馈，深衰落时误差很大 闭环 通过CIR进行功率调整 快速 外环 通过BLER或BER调整SIR目标值

功率控制(3) 下行功控 ⊿C/I = 移动台i的C/I目标值 – 实际C/I值 – 软切换分集合并增益 基站对移动台i的发射功率+=⊿C/I 踢出用户原因 基站发射功率受限

功率控制(4) 上行功控 ⊿C/I = 上行C/I目标值 – 实际C/I值 – 软切换分集合并增益 移动台发射功率+=⊿C/I 踢出用户原因 移动台发射功率受限 上行噪声增长受限 噪声增长 接收带宽内的总干扰（包括噪声、本小区干扰（包括有用信号）、其它小区干扰）与 噪声 的比值。

收敛判断 迭代计算基站的发射功率和接收功率 下行迭代收敛准则 是否达到总的迭代次数 对上面步骤产生的基站（扇区）发射功率和原来（前一次迭代产生的）基站（扇区）发射功率求差的平方和，与门限比较，是否收敛 迭代收敛的判断需满足以下四个准则

收敛判断(2) 迭代计算基站的发射功率和接收功率 上行迭代收敛准则 是否达到总的迭代次数 对上面步骤产生的基站（扇区）接收功率和原来（前一次迭代产生的）基站（扇区）接收功率求差的平方和，与门限比较，是否收敛 迭代收敛的判断需满足以下四个准则

相关指标 记录性能相关指标 基站扇区的发射功率 基站扇区的接收功率 每个扇区的容量 每个扇区前向、反向负载因子 每个移动台接入成功与否，如果失败记录具体原因

EVDO下行 多个用户以时分方式使用信道。 当传送数据时，业务信道总是以满功率发射，没有功率控制，采用的是速率控制。 移动台不断的快速测量质量最好的前向链路的突发导频，从中选择出一个最好的作为当前服务的扇区。 通过调度算法，调度用户，在接下来的时间内以其所报告的速率向其发送数据。

资源调度 正比公平 取DRC/T最大者，兼顾吞吐量和公平性 maxCIR 最大CIR 轮循 依次调度

TD-SCDMA系统中干扰成因 TD-SCDMA基于CDMA技术，CDMA系统的干扰同样体现在TD-SCDMA系统中。 TD-SCDMA系统特有的干扰(如：MS-MS,BS-BS)主要是由于蜂窝的不同步、蜂窝间帧结构不同、信道不对称性以及多径传播时延几方面的因素引起的。 Cdma干扰包括：小区内，邻小区干扰

TD-SCDMA系统中干扰成因 子帧不同步引起的干扰： 帧结构不同带来的交叉时隙干扰： 由于上下行时隙比例可以灵活安排，使得干扰的类型比FDD系统要复杂，存在上下行交叉时隙的干扰。

TD-SCDMA系统干扰抑制技术 3GPP规范中包含的干扰抑制技术： 上行同步 智能天线 联合检测 动态信道分配 扰码分配

谢谢