基于LTE小区重选的RSRP测量研究

杨丰瑞， 周 侃

（重庆邮电大学 重庆 400065）

0 引言

UE一旦驻留到LTE系统中的某一个小区后，它就需要不断地对当前服务小区和邻近小区的信号质量进行测量[1]。当发现目标小区的质量满足规定的要求时，UE端会通过小区重选任务从当前服务小区重选到质量更好的目标小区。在小区重选中，测量只需要进行参考信号接收功率(RSRP,Reference Signal Received Power)的计算[2-3]。3GPP协议中，没有对RSRP的实现进行具体的描述。因此本文将根据RSRP的特点设计出RSRP的实现方法。然后，搭建RSRP仿真链路，验证测量带宽和加性高斯白噪声对RSRP的影响。最后根据仿真结果，优化RSRP实现流程。

1 LTE系统中的参考信号

参考信号类似于OFDM中的训练序列[4]，它主要有两方面的作用。一种是用作信道估计。另一种是表征小区信号的强度，也就是测量时需要测量的RSRP值。参考信号有3种[5]：

（1）小区专用参考信号，在非MBSFN帧发射，支持1个、2个、4个天线端口

（2）MBSFN参考信号。在MBSFN帧发射，天线端口p=4上发射

（3）UE专用参考信号，只在帧结构类型2上使用，在天线端口5上发射。

以小区专用参考信号为例，图1为一个小区专用参考信号映射到LTE系统帧资源元素的特例，采用两天线端口。

分析图1，可以知道小区参考信号的位置不能被其他信号占用。在频域上，同一个端口上传送的参考信号位置相差6个子载波的间隔，时域上相差4个符号。这样做的好处是可以避免产生时频冲突。

图1 两端口参考信号资源映射图

2 RSRP计算方法

RSRP测量是对一定的频带(即若干个资源块)内的参考信号接收功率进行测量，从而得到该小区的信号强度。根据3GPP 36. 141协议规定，RSRP是求测量频率带宽内携带的小区专用参考信号的线性平均功率。使用的是小区专用参考信号R0代表的资源元素。如果UE能够可靠地检测出R1，则使用R1和R0求出RSRP值。如果UE使用了接收分集，则需向上层报告的测量值应不低于任何单个分集分支的RSRP值[6]。

服务小区和邻近小区的RSRP测量的时间都是周期性的，以DRX周期为单位[7]，构造自己的时间。它们的测量时间点有所不同。

服务小区的测量时间点与UE端接收寻呼的周期相同。每当UE端接收寻呼时，当前服务小区进行一次RSRP测量。

对邻近小区的小区质量测量分3个时间段[2]：探测时间段、测量时间段和评估时间段。每个阶段都由若干个DRX周期组成。

对于RSRP的计算，3GPP没有详细规定该如何进行计算。而且对于其他RAT（如TD-SCDMA等），也没有明确的规定。通过查阅36.141协议知，接收元素传输功率 RETP (Received Element Transport Power)定义为： 。Z’(t,f)为接收端进行FFT后得到的结果[6]。这样得到的参考信号发射功率（RSTP）为：

这是一个线性平均功率。参考以上的规定，本文设计出RSRP的计算公式如下：

其中NRB为测量带宽。Rl,m(n)为接收到的参考信号值，rl,m(n)为本地生成参考信号，计算出来的值为线性平均相关功率，以该值作为RSRP测量值。

3 RSRP链路设计与性能仿真

3.1 RSRP仿真链路设计

RSRP测量仿真链路如图2所示，因为主要目的是对RSRP测量性能分析进行验证，所以在链路搭建中，简化了同步流程。首先参考信号和系统信息一起映射到LTE系统帧上，之后生成基带信号。基带信号将分别通过ETU，EVA，EPA等3种无线信道模型。接收端接收到基带信号后，先去除去循环前缀CP，然后进行FFT处理操作后提取出参考信号，最后根据节2介绍的方法进行RSRP计算。

RSRP测量仿真参数如表1所示。

表1 RSRP性能仿真参数表

3.2 测量带宽对RSRP值的影响

对于RSRP的测量带宽的选取，3GPP没有给出明确规定。SIB4信息只提供了允许的测量带宽参数allowedMeasBandwidth。该值只代表测量带宽的范围。部分文献都取工作频带中中间的1.44MHz（即6个资源块，72个子载波占据的位置）作为测量带宽[8-9]。如果进行测量任务的DSP计算/储存能力不强，又或是对于测量任务执行时间有约束时，6个资源块的数据量进行的测量是比较好的选择。但是毋庸置疑的是，更宽的测量带宽有潜在的抵抗信号衰落的潜力，更能正确地表达测量值。为此本节将专门对测量带宽对RSRP值的影响进行验证。

图 2 RSRP仿真链路

具体验证方法为，利用搭建好的仿真链路上，通过已知的小区ID号生成参考信号，参考信号和PDSCH信道一起映射到资源元素中，然后产生基带信号。当基带信号分别通过3种无线信道模型（EPA、EVA、ETU）后，在频域上分别选择不同的测量带宽，分别取中间频率的6个资源块，25个资源块，全带宽（50个资源块），在不同的测量带宽中提取出参考信号，计算RSRP值。

图3为模拟通过EPA信道模型后，在不同的测量带宽下，计算得到的RSRP值。假设天线口输入信号为-100dBm，SNR为15dB，EPA信道模型参数表由表2给出。

表2 EPA信道模型参数

图4为模拟通过ETU信道模型后，在不同的测量带宽下，计算得到的RSRP值。假设天线口输入信号为-100dBm，SNR为15dB，ETU信道模型参数表由表3给出。

图3 EPA信道模型下RSRP计算

图4 ETU信道模型下RSRP计算

表3 ETU信道模型参数

图5模拟模拟通过EVA信道模型后，在不同的测量带宽下，计算得到的RSRP值。假设天线口输入信号为-100dBm，SNR为15dB，EVA信道模型参数表由表4给出。

图 5 EVA信道模型下RSRP计算

表4 EVA信道模型参数

根据协议36.133的规定，RSRP值的上报有一个映射的过程。将每间隔1dBm范围内的RSRP值归为一组，设置成一个上报值。这也强调了，如果RSRP值相差1dBm以上，上报值会发生变化。结合上面仿真图分析，对于信道模型EPA，带宽为6个资源块时的测量值和整个带宽50个资源块时的测量值相比，相差接近1dBm，但是没超出 1dBm的范围；对于信道模型ETU，不同带宽下的RSRP测量值相差不超过0.4dBm，该模型下较少的测量带宽也能表征RSRP值；对于信道模型EVA，带宽为6个资源块时的测量值和整个带宽50个资源块时的测量值相比，接近1dBm。但是，使用25个资源块的测量带宽测得的RSRP值和使用50个资源块的测量带宽测得值相比，差距很小。

因此，不同的测量带宽对于RSRP的测量值影响比较小。利用较少的测量带宽测得的RSRP值在不同的信道环境下，能准确表征RSRP值，表征小区的信号质量。

3.3 加性高斯白噪声对RSRP值的影响

加性高斯白噪声是无线通信中最常见的噪声，下面将通过仿真研究加性高斯白噪声对于RSRP测量值的影响。图6、图7和图8分别是基带信号通过EVA，ETU和EPA无线信道模型时，不同信噪比情况下的加性高斯白噪声对RSRP值影响。利用不同的测量带宽计算出RSRP值。

观察这3个图，能够清晰判断出：基带信号通过三种无线信道环境后，在信噪比逐渐变好的情况下，不同测量带宽测量得到的RSRP值都是波动幅度不大，几乎是一条直线。这说明了加性高斯白噪声对于RSRP值的影响相当的微弱。也从另一方面证明了，RSRP值主要受到多径的影响。

图6 加性高斯白噪声在EVA环境下对RSRP值影响

图7 加性高斯白噪声在ETU环境下对RSRP值影响

图8 加性高斯白噪声在EPA环境下对RSRP值影响

3.4 仿真结果分析与优化

通过仿真结果可以明确：进行RSRP测量时，测量带宽大小不影响RSRP的计算值，加性高斯白噪声对RSRP的影响也相当微弱。所以，在实现RSRP测量时可以不参考系统信息提供的测量带宽参数allowedMeasBandwidth。利用接收信号中心频率附近的6个资源块作为测量带宽，就可以进行RSRP测量并得到良好的测量结果。这样做最大的好处在于：PSS信号和PBCH占据的位置，刚好是中间的6个资源块，当UE物理层在解读MIB信息或者执行同步任务时，在获取MIB块和PSS信号的同时，就能把和它们在同一个资源块中的参考信号提取出来，然后进行保存。当RRC层命令物理层进行RSRP测量时，物理层能马上取出保留好的参考信号值，立即进行RSRP测量。这样能减少RSRP计算的工作量和节省时间，大大提高UE端的工作效率，同时又不影响RSRP的测量性能。

4 结束语

本文通过对小区重选的研究，设计出了测量工作中的RSRP计算方法。之后通过搭建RSRP仿真链路，验证了不同的测量带宽对于RSRP测量值产生的影响不大，同时验证了加性高斯白噪声对于RSRP测量值的影响很微弱。通过仿真结果表明，在对RSRP实现方法进行优化时，只需要利用中心频率中较少的测量带宽便能获得准确的RSRP测量值，不需要考虑系统信息规定的测量带宽。这样能够大大提高UE端小区重选工作效率。

[1] 3GPP TS 36.304,UE Procedures in Idle Mode[S] .www.3gpp.org,2009.

[2] 3GPP TS 36.331 , Radio Resource Control（RRC）[S] .www.3gpp.org,2009.

[3] 3GPP TS 36.508 , Common test environments for User Equipment (UE) [S] .www.3gpp.org,2009.

[4] FAROOQ KHAN. LTE for 4G Mobile Broadband-Air Interface Technologies and Performance[M].Cambridge University Press,2009.

[5] 3GPP TS 36.211, Physical Channels and Modulation[S],www.3gpp.org,2009.

[6] 3GPP TS 36.141 , Base Station (BS) conformance testing [S] .www.3gpp.org,2009.

[7] Chandra S. Bontu and Ed Illidge, Nortel. DRX Mechanism for Power Saving in LTE[J]. IEEE Communications Magazine, 2009,47(6):48-55.

[8] Janne Kurjenniemi, Tero Henttonen. Effect of Measurement Bandwidth to the Accuracy of Interfrequency RSRP Measurements in LTE”[c]. IEEE 19th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2008:1-5.

[9] R4-080625,Ericsson.Reporting Range of RSRP[R].TSG-RAN Working Group 4 (Radio) #46bis Shenzhen,China, 31 March - 4 April, 2008.