“UTRA测试环境和部署模型”译文(一)

20100279“UTRA测试环境和部署模型”译文(一)许锐汪奕金亮上海邮电设计咨询研究院有限公司上海200092摘要本文是3GPPTR101112V3.2.0orETSItr101112v030200p“UMTS30.03UniversalMobileTelecommunicationsSystem(UMTS);SelectionproceduresforthechoiceofradiotransmissiontechnologiesoftheUMTS(UMTS30.03version3.2.0)”附件B“Testenvironmentsanddeploymentmodels”的译文。是UTRA系统网络部署及测试的经典和渊源篇章，在多制式差异处以FDD系统为例。关键词译文；3GPP；ETSI；UTRA；测试环境；部署模型附件B：UTRA测试环境和部署模型本附件描述了在详细制定UMTS陆地无线接入系统(UTRA)可选无线传输技术集SRTT的性能指标时所用的参考场景(测试环境和部署模型)和传播模型。为便于UTRA入选IMT-2000/FPLMTS，这些参考场景均基于REVAL*ones。备注：本文对REVAL附录2第1部分“陆地部分”的改动差异部分如下：1)表1中比特速率的分级数量减少了，增加了时延指标。2)表1中REVAL的分组数据模型置换为表2和图1表述的新模型。3)1.3.2节中的部署模型与REVAL不同，此处为新的分组数据和混合业务模型。1测试环境本节提出各种测试运行环境的参考模型，这些运行条件假设囊括了UMTS范畴内可能的各种运行环境。定义参考模式所必需的参数包括测试传播环境、业务条件、原型语音和数据业务的用户信息速率，以及每个测试运行环境的目标性能标准。测试运行环境是RTT评估的基础要素；参考模型用于评估频谱、覆盖和功率效率等核心指标。整个评估将用到传播模型和业务模型，基于系统级计算和链路级软件仿真两方面。1.1业务场景到测试环境的映射业务场景的上层描述到测试环境的映射包括各测试环境下最大用户比特速率的定义，以及终端最大移动速率、预期覆盖范围和用于评估的有关宽带信道模型。这些是方案设计和评估需考虑的因素。具体测试环境将在其它章节描述。1.2业务描述1.2.1测试业务特征频谱效率和覆盖效率等SRTT的关键性能必须结合特定的UMTS业务信息才能确切地评估，至少包括：1)所支持的数据速率的范围；2)允许的误比特率BER；3)允许的单向延迟；4)激活因子；5)业务模型。表1给出了用于评估的测试数据速率表。*RadioTransmissionTechnologyEvaluation的缩写，为ITU-R的评估建议。编者按：本译文将分四部分刊登，本期发表的是第一部分，后三部分将分别在3、4、5期刊出。BroadAngleforTechnology业务场景的上层描述农村户外郊区户外室内/小范围户外最大用户业务比特速率144kbit/s384kbit/s2048kbit/s最大终端移动速率500km/h120km/h10km/h测试环境信道模型车载信道A、B室外到室内及步行信道A、B车载信道A室内信道A、B室外到室内及步行信道A小区覆盖宏小区微小区宏小区微微小区微小区信息通信技术801.2.2业务模型1)实时业务。对于所有实时测试业务，呼叫产生遵循泊松过程，语音和电路交换数据业务平均呼叫持续时间设为120秒。话音业务服从开关模型，激活和静默期按指数分布生成；激活和静默平均周期为3秒，上、下行彼此独立并且都呈指数分布。电路型交换的数据业务表现为100%时长激活的恒定比特速率业务模型。2)非实时业务。图1描述了一个典型的互联网浏览会话，它包括一系列分组呼叫。这里只考虑分组同源的情形，可以位于链路的不同端，但不会在两端同时出现。当用户请求一个信息实体时，会初始化一个分组呼叫。期间可能产生若干个分组，这意味着分组呼叫由一系列分组的脉冲序列构成，见参考1和参考2。在建立业务模型时把这种现象考虑进去是十分重要的。在固定网络的分组传输中，分组呼叫中的突发性为其个性化特征。一个分组业务会话包含一个还是多个分组呼叫是由应用决定的。举个例子：在互联网浏览业务中一个分组呼叫对应互联网文件的下载；当这个文件全部到达终端后，用户则要花费一定的时间来研读这些信息——称为阅读时间。也有可能一个会话里仅包含一个分组呼叫，如文件传输(FTP)事件。为获得图1中所描述的典型行为，必须设定以下模型参数：1)会话到达过程；2)每个会话的分组呼叫次数，Npc；3)分组呼叫间的阅读时间，Dpc；4)一个分组呼叫内的数据报数，Nd；5)同一分组呼叫内数据报间的到达间隔，Dd；6)数据报大小，Sd。注意这里的会话长度是取决于会话过程中事件的数量来模拟的。接下来看这六个参量如何构造。由于模拟位于离散参考1AnderlindErikandJensZanderATrafficModelforNon-Real-TimeDataUsersinaWirelessRadioNetworkIEEECommunicationsletters.Vol1No.2March1997.参考2MiltiadesEetal.“Amultiuserdescriptivetrafficsourcemodel”IEEETransactionsoncommunications,vol44no10,October1996.表1计算目标的测试数据速率测试环境测试业务典型话音低时延承载*1低时延数据承载LDD(电路交换、低时延)*1有限时延数据承载LCD(电路交换、有限时延)*1无限时延数据承载UDD(分组交换)面向无连接类型办公室室内比特速率(值)误比特率BER时延信道激活率8kbps≤10-320ms50%144-384-2048kbps≤10-650ms100%144-384-2048kbps≤10-6300ms100%参见1.2.2节室外到室内、步行比特速率(值)误比特率BER时延信道激活率8kbps≤10-320ms50%64-144-384kbps≤10-650ms100%64-144-384kbps≤10-6300ms100%参见1.2.2节车载120km/h比特速率(值)误比特率BER时延信道激活率8kbps≤10-320ms50%32-144-384kbps≤10-650ms100%32-144-384kbps≤10-6300ms100%参见1.2.2节车载500km/h比特速率(值)误比特率BER时延信道激活率8kbps≤10-320ms50%32-144kbps≤10-650ms100%32-144kbps≤10-6300ms100%参见1.2.2节*1须为所有测试业务提出单向时延要求(排除传播延迟、语音帧结构化延迟和话音信道编码的处理延迟因素)。备注：对于LDD业务，在初始阶段比较不同概念时考虑10-4的BER门限以减少仿真次数，在优化阶段则设置BER门限为10-6。备注：TDD业务参见附录D。图1分组业务会话的典型特性技术广角20100281的时间域，这里采用指数分布的离散表达——几何分布形式。会话到达过程：会话是如何到达系统的？网络中会话到达过程的建立基于泊松过程模型，并且各个业务过程相互独立。很重要的一点是，每个业务的会话到达过程发生于业务呼叫开始的时刻，与呼叫的结束无关。每个会话中的分组呼叫请求数，Npc：是一个均值为Npc分组呼叫的几何分布的随机变量，即一个会话中两个连续分组呼叫间的阅读时间Dpc:是一个均值为模拟时间步长Dpc的几何分布随机变量，即注意，阅读时间始于前一个分组呼叫的最后一个分组被用户全部接收后，终结于用户提出下一个分组呼叫的请求时。一个分组呼叫内分组的数量,Nd:为在业务模型中表达未来UMTS业务量中各种可能的特征，分组的产生可基于多种统计分布。如均值为Nd的几何分布的随机变量，即应保障目标业务事件的最优统计分布描述可选，如极端情况之一—一个分组呼叫仅包含单个大分组。一个分组呼叫内两个连续分组间的时间间隔Dd：是均值为模拟时间步长Dd的几何分布的随机变量，即显然，如果一个分组呼叫中只有一个分组，这个参数就不需要了。分组大小Sd：分组大小的分布模型应尽可能贴切表述目标业务状况；模型采用分段式Pareto分布形式。无截点的Pareto正态分布定义如下分组大小表述为：PacketSize=min(P,m)这里P是正态Pareto分布的随机变量(α=1.1,k=81.5字节)，m是最大可能的分组大小，m=66666字节。分组大小的偏微分函数(PDF)就是其中β是xm的概率。易得出继而推出以上参数取值下分组大小的平均值是n=480字节表2给出了典型互联网业务形态的缺省均值。由Pareto分布的α和k取值，平均分组大小μ为480字节。请求文件的平均大小为μNd×μ=25×480≈12千字节。分组到达时间间隔则根据发送端不同的平均比特速率要求调整。1.2.3测试配置本节给出了UTRA系统评估中需考虑的各种测试配置，提供了UTRA优化理念出发所需的完备场景系列。表3列出了对于每一测试环境的测试业务构型和覆盖类型，以及每种情况下覆盖效率和频谱效率的指标项。1.3测试环境描述移动无线传播环境中的一个重要因素是多径传播，会引起衰落和信道宽度色散——即频移。衰落的特性随传播环境而异，其对通信质量的影响——即比特差错形式高度依赖于移动台与服务基站的相对速度。相关无线环境的描述见ITU-RM.1034提案。测试环境的目的是验证RTT集。实际并未对UMTS系统可能的所有运行环境都构造传播模型，而是基于所有可能的测试环境定义了一组充分涵盖整个范畴的较小的一个测试环境集为代表。因而这些测试环境的BroadAngleforTechnology信息通信技术82描述与现实的某运行环境可能无从对应。本节后续将给出每一测试环境下传播模型的定义。如前所述，为便于实际分析，测试操作环境系列选取为ITU-RM.1034提案描述的UMTS操作环境的典型子集。简单的模型足以用于评估某无线链路的性能，特定技术的全面系统级可靠性和适用性评估则需要采用各种复杂的模型。窄带技术中，时延扩展可仅以它的r.m.s指标来判断；对于宽带技术，信元的数量、强度以及相对时延都尤为重要。对诸如功控应用类等技术，为获得尽可能准确的结果，传播模型必须考虑所有共用信道的传播链路的耦合作用。又如某些情况下，环境中阴影衰落类大范围的即时变化也必须在建模中考虑。描述传播模型的关键参数包括：1)时延色散及其结构和统计概率分布;2)几何路径损耗规则(例如R-4)和额外路径损耗;3)阴影衰落;4)信道包络的多径衰落特性，例如多普勒谱特性是莱斯信道还是瑞利信道衰落造成的；5)无线工作频率。1.2节中提出了用于各测试环境中生成路径损耗和时延构造的统计模型。基于UMTS作为国际标准的需求，用于评价RTT集所提出的模型应顾及广泛的环境特征，例如大城市、小城市、丛林、乡村以及沙漠地形。下面分节描述了界定的各种环境的简要条件要求，特定信道参数参阅1.2节中的相应部分。UMTS体系同时囊括移动和固定环境的无线应用。从评估角度考虑，固定无线测试环境默认已包含在移动测试环境中。通常，由于不存在移动性，固定无线信道模型趋向简化，故而在评估SRTT集时应考虑固定和移动用户间可能的平衡。1.3.1办公场所室内测试环境这类环境往往具有微小区和低发射功率的配置特性，基站和步行状态用户都位于室内。1.4.2(在下期第二部分)节描述了相应信道脉冲响应模型及其参数。会随着墙壁、地板、隔断和文件柜等金属结构物体的散射和衰减效应不同，路径损耗规则也因而不同。这些障碍物制造的阴影效应，预计其对数正态分布的阴影衰落标准偏差为12dB。衰落范围跨莱斯衰落和瑞利衰落状态，其中多普勒频移根据步行速度给出。1.3.2室外向室内及步行测试环境该测试环境仍以微小区和低发射功率覆盖为特征。基站天线安装于室外、位置偏低，步行用户位于街道、建筑物及居住区内。1.4.2节中描述了信道脉冲响应模型。路径损耗按