上下行链路平衡

关于上下行链路不平衡的一些说明
1) 理论计算
一个无线扇区允许的最大半径取决于发信端和收信端之间所允许的最大路径损耗。

也就是取决于发射天线端的最大输出功率EIRP(emitted isotropic radiation power)和接收天线端的最低输入功率(为正确接收解调必须达到的输入功率) RIPL(required input power level) 的差值。

在计算上下行无线链路的最大允许路径损耗之前，让我们来看看BTS和MS各自的EIRP 和
RIPL：
1-1) BTS的输出:
EIRP BTS = Power Amplifier Output - Combiner Loss - Downlink Cable Loss + Antenna Gain
注，公式中各参数的含义：
a)Power Amplifier Output: PA的输出功率
b)Combiner Loss: 合路器(DUCOM, HYCOM, FICOM)衰减
c)Downlink Cable Loss: 从机柜到天线方向的电缆损耗
d)Antenna Gain: 天线本身的增益
一般这些参数的取值为：
a) Power Amplifier Output:PA25 或 MPA: 25 Watt = 44 dBm (GSM900)
HPAG: 50Watt = 47dBm
b) Combiner Loss:
c) Downlink Antenna Cable Loss: 3 dB (example)
e)Antenna Gain: 15.5 dB (650度方向性天线的典型值)
南宁市区天线天线为15.5 dBi
郊区为17dBi
1-2) MS的输出:
手机的电缆损耗(cable loss)和天线增益(antenna gain)都为0。

手机的最大输出功率取决于它的功率等级：
摘自 GSM: 05.05
通常我们的900兆无线扇区都是为 Power Class=4 (输出功率为33dBm)的手机设计的，但考虑到要保证网内可能还存在的Power Class为2或3的手机的上下行平衡，我们在BSC 数据库中设置：MSTXPMAX=5 (33dBm)。

它的含义是：不管你是什么功率等级的手机，你在我这个小区的业务信道上最大发射功率为33dBm。

(在上行公共控制信道RACH上的最大允许发射功率由参数 MSTXPMAXCH来定义，一般我们也设为33dBm)。

1-3)BTS的最低输入
RIPL BTS = Receiver Sensitivity Level - Antenna Diversity Gain + Uplink Cable Loss –Antenna Gain
参数含义为：
a) Receiver Sensitivity Level: BTS能正常接收的最低接收电平
b) Antenna Diversity Gain: 基站接收天线的分级增益
c) Uplink Cable Loss: 从天线到机柜方向的上行电缆损耗
d) Antenna Gain: 天线自身的增益(同上)
一般这些参数的取值为:
a)Receiver Sensitivity Level
GSM规范要求的BTS最低接收电平为-104dBm，实际上西门子基站设备的接收灵敏度要更好一些，我们认为它< - 104 dBm。

一般认为是-106dBm。

b) Antenna Diversity Gain: 4 dB (一般情况下).
天线分级增益很大程度上依赖于无线传播环境、手机的移动速度和跳频是否打开。

对一个典型的城市环境，手机移动速度为3km/h、跳频打开的情况下接收增益约为4dB。

(详细情况请参见TED BSS Page 46)。

c)Uplink Cable Loss:
3 dB →没有塔放 RXAMOD
0 dB →使用了塔放 RXAMOD
在使用DUCOM (on air combining)的情况下不能使用塔放。

d) Antenna Gain (example): 15.5 dB (650度方向性天线的典型值)
1-4) MS的最低输入
对手机而言没有天线增益或天线分级增益，电缆损耗可以忽略。

所以要求的最低接收电平取决于手机接收机的接收灵敏度，在GSM 05.05中的规定为：
∙－104 dBm for class 2 and 3 (GSM900),
∙－102 dBm for class 4 and 5 (GSM900),
∙－100 dBm for class 1 and 2 (DCS1800)
1-5) 在上面讨论的基础上，我们可以开始计算上下行无线联路的最大允许路径损耗：Maximum allowed path loss (Link Budget)
downlink L d[dB] = EIRP BTS - RIPL MS
uplink L u[dB] = EIRP MS - RIPL BTS
让我们就取南宁现实的值来看
DUCOM 2:1: →没有RXAMOD, uplink cable loss = 3 dB
Downlink cable loss = 3 dB
MSTXPMAX=5 → EIRP MS= 33 dBm
Antenna Diversity Gain: 4 dB
假设手机最低接收电平(RIPL BTS) = -104dBm
假设 Receiver Sensitivity Level (BTS) = -106dBm
我们使用的 KATHEREIN730 368 天线增益为15.5 dBi
*** 如果使用PA25 且满功率发射***
→ L u [dB] = 33 dBm - (- 106 dBm -15.5 dBi + 3 dB - 4 dB) = 155.5dB
→ L d [dB] = 44 dBm - 2.5 dB - 3 dB + 15.5 dBi - (- 104 dBm) = 158 dB
∆=2.5 dB
*** 如果使用HPAG 且满功率发射***
→ L u [dB] = 155.5dB
→ L d [dB] = 47 dBm - 2.5 dB - 3 dB + 15.5 dBi - (- 104 dBm) = 161 dB
∆=5.5 dB
根据上面的计算结果，我们可以认为无论使用PA25还是使用HPAG ，在满功率发射的条件下，上下行联路的不平衡总是存在的，使用HPAG 的情况下上下行不平衡接近6dB 。

2) 说明
2-1)上面的算法是从网络规划的角度来看问题，我们得到的结论是：如果对上行也引入 “覆盖”概念的话，那么在满功率发射的前提下，即便是理想的计算，下行覆盖和上行覆盖的范围也是不同的：
在上行覆盖范围之外，下行覆盖范围之内的地方，如果没有其他站的覆盖的话，那么 会出现用户能看到“信号”但打不了电话的想象。

这是真正意义上的“上下行不平衡”的体现，它的实质是覆盖问题。

2-2)如果要问，我就在站附近打电话，是否也会有上下行不平衡问题呢？
我们不妨这样来计算，在这里不引入接收灵敏度的概念，假设从基站天线到手机接收天线的空中接口的上下行损耗都为X
刚打电话是，手机和基站都出于满功率发射状态，这时：
(PA output = 44 dBm, Ducom 2:1 combiner loss = 2.5 dB, Downlink cable loss = 3 dB, Antenna Gain=15.5 dBi) → 手机接收为： 44 - 2.5 – 3 + 15.5 – X = 54-X
(MS output = 33 dBm, Diversity gain=4dB, Antenna Gain=15.5dBi, Uplink cable loss=3dB) → 基站的接收为： 33 + 4 + 15.5 – 3 – X = 49.5-X
即：手机接收－基站接收＝(54-X)-(49.5-X)=4.5dB (HPAG 时为7.5dB)
考虑到基站的接收灵敏度比手机要高2dB ，所以4.5-2=2.5dB ，这和上面的计算结果是一致 的。

接着，手机和基站分别根据上下行接收电平和质量的情况开始做功控，也就失去了两者之间差4.5dB(HPAG 时为7.5dB)的线性关系。

极限位置
2-3)结合南宁联通的情况看，上行电平切换比较多，我认为这在总体上反映了网络覆盖
造成这三个地方差异的因素有：
1)基站的密集程度
2)有否功率衰减
3)FICOM还是DUCOM
4)HPAG的多少
保定联通和南宁联通的情况接近，有较多的郊区站，使用DUCOM2:1，没有RXAMOD，部分站采用HPAG。

2-4)下一步我会找一些不同地区、不同覆盖、使用不同Combiner、采用不同功率衰减的小区来做一些统计，希望得到更量化的结果。