下行链路性能优化策略探讨

峰值数据速率只在信道状态极好的情况下才是可用的。实际数据速率受到网络干扰及噪声程度的限制。在静态信道中，使用单天线传输的最大理论数据速率可以通过香农公式得出。公式将数据速率作为带宽和信噪比（SNR）接收值这两个参数的函数。

比特率（Mbit/s）=带宽（MHz）×log₂[1+SNR] （9-1）

在实际应用中，由于存在着若干个实现方面的问题，因而式（9-1）中的极限值无法实现。为了精确表示这些损耗机理，我们采用改进的香农容量公式[3]

比特率（Mbit/s）=BW_eff×带宽（MHz）×log₂[1+SNR/SNR_eff] （9-2）

式中，BW_eff为LTE的系统带宽效率；SNR_eff为LTE中SNR的实现效率。

LTE的带宽效率受到若干因素的影响，见表9-6。由于受到邻信道泄漏功率比（Adjacent Channel Leakage PowerRatio，ACLR）和实际滤波器实现条件的影响，带宽占用率降低到0.9。对于单天线传输来说，循环前缀的开销大约为7%，导频辅助信道估计开销约为6%。对于双天线传输来说，开销增长将近1倍（约为11%）。需要注意的是，此处采用的是理想信息估计，这就是导频开销没有包含在链路性能带宽效率中，但必须包含在系统级带宽效率中的原因^[3]。这个问题也对SNR_eff值产生影响。因此，整个链路级带宽效率大约为83%。

表9-6 使用系统带宽为10MHz的LTE下行链路带宽效率

(www.xing528.com)

在信道存在加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise，AWGN）的情况下，将式（9-2）拟合到香农性能曲线时，根据表9-6，当BW_eff的取值为0.83时，我们可以推出SNR_eff的最佳值，拟合参数可以用圆括号（BW_eff，SNR_eff）来表示。图9-1给出了相关结果。我们可以看出，LTE频谱效率比香农边界值低1.6～2dB。不过，在G因子范围的两个端点处，二者的差别不大。这是因为SNR_eff不是一个常量，它随着G因子的变化而变化参考文献[3]指出，这种依赖关系可用修正因子η乘以BW_eff参数来表示。对于AWGN来说，η=0.9（BW_eff×η=0.75），SNR_eff=1.0。链路自适应曲线^[3]的最佳拟合值是1.25dB。

图9-1 LTE频谱效率（Spectral Efficiency，SE）是G因子（单位为dB）的函数，它包含香农最佳拟合曲线。这些步骤与仿真过程中采用的调制编码方案受限有关^[3]（版权所有，IEEE，2007年）

对于3km/h的典型城区衰落信息来说，在图9-2中，我们可以看到根据链路级研究结果和香农最佳拟合曲线得出的频率效率结果。图中给出了不同的天线配置：单天线发射和接收单输入单输出（Single Input Single Output，SISO）（1×1）、单天线发射和天线接收分集单输入多输出（Single Input Multiple Out-put，SIMO）（1×2）和闭环MIMO（2×2）。使用与G因子有关的SNR_eff，我们显然可以得到链路仿真结果的近似完全拟合值。在SISO配置下，可以看到，与AWGN相比，香农最佳拟合值减小幅度较大：等价BW_eff值从0.83减小到0.56（对应于修正因子η=0.6），SNR_eff参数值从1.6～2dB增加到2～3dB。香农拟合曲线和实际链路级结果之间的匹配不够完美，但对于实际应用来说，已经足够接近。

图9-2 SISO（1×1）、SIMO（1×2）和闭环MIMO（2×2）配置下的LTE频谱效率，它是G因子（单位为dB）的函数。香农最佳拟合曲线是根据参数（BW_eff，SNR_eff）和式（9-2）画出的^[3]

链路级结果表明，对于衰落信道来说，虽然香农拟合曲线和LTE频率效率之间的背离越来越大，但是包含理想信道估计值的LTE下行链路频谱效率比AWGN中的香农容量低2dB左右。然而，在使用频域分组调度时，衰落损耗可以由多用户分集增益来补偿衰落损耗，且香农拟合曲线也可以包含系统级调度增益^[3]。在特定蜂窝应用场景下，使用这些调整，就可以根据改进后的香农公式和G因子对蜂窝容量结果进行精确估计。