[4G&5G专题-100]：MAC层 - 调度 - 4G LTE物理信道的功率控制3 - 上行信道功率控制

Posted 2021-05-15 文火冰糖的硅基工坊

目录

第1章 上行功率控制概述

1.1 上行业务流程

1.2 上行功率控制的分类

1.3 下行信道的功率传输损耗

第2章 PRCH信道功率控制

2.1 PRACH开环功率控制的基本流程

2.2 PRACH信道的计算公式

2.3 PRACH信道的控制参数

第3章 PUSCH信道功率控制

3.1 PUSCH信道功率控制概述

3.2 PUSCH MSG3信令的发送功率

3.3 PUSCH动态功率控制

第4章 PUCCH信道功率控制

4.1 概述

4.2 PUCCH信道的功率控制的基本策略

4.3 内环功率控制

4.4 外环功率控制

4.5 上行功率控制的建议

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第1章 上行功率控制概述

1.1 上行业务流程

上行功率控制是针对与上行业务流程来进行的，如下图所示：

 

1.2 上行功率控制的分类

• PRACH信道是有手机自行控制，不受基站控制，为开环功率控制。
• PUSCH和PUCC信道的功率控制受控于基站，为闭环功率控制。

 

1.3 下行信道的功率传输损耗

手机的出发发射功率要受限于手机与基站之间的无线信道的传输损耗。

传输损耗取决于终端离基站的距离、终端与基站之间的障碍物引起的功率损失等等 ，如下图所示。

手机如何知道上行和下行信道的传输损耗呢？

（1）下行传输损耗

• 终端通过读取小区参考信号的实际功率RS1
• 终端通过系统消息，获得基站小区参考信号的发送功率RS0
• 下行信道的路损 = RS0 - RS1

（2）上行信道的传输损耗

• 默认情况下：上行信道的路损 = 下行信道的路损

 

第2章 PRCH信道功率控制

2.1 PRACH开环功率控制的基本流程

• 基站通过广播信道广播自己期望的PRACH信道上接收到信号的功率（SIB2消息）
• 手机通过SIB2消息获取基站期望的PRACH信道的接收功率pPRACH0
• 手机通过SIB2小区获取到小区参考信号RS的发射功率pRS0
• 手机检测到实际的小区参考功率pRS1，并用pRS0-pRS1得到下行路损。
• 手机计算在PRACH信道上的发射功率 pPRACH1 = pPRACH0 + 上行路损 = pPRACH0 + 下行路损 = pPRACH0 + （pRS0 - pRS1），这就是手机端在PRACH信道的初始发射功率。
• 手机使用该功率，在PRACH信道上发起随机接入请求，如果成功，则后续建立RRC连接
• 如果失败，按照预定义的步长增加PRACH信道的发射功率。

2.2 PRACH信道的计算公式

 

2.3 PRACH信道的控制参数

 

第3章 PUSCH信道功率控制

PUSCH信道作为业务信道，不仅仅传递业务数据、还包括业务信令（RRC信令）和NAS信令。

备注：

业务信令不同于PUCCH公共控制信道的控制命令，PUCCH命令用于MAC层和物理层命令（不是信令），而业务信令主要是RRC层和NAS层信令。

 

3.1 PUSCH信道功率控制概述

（1）PUSCH对MSG3 RRC信令的发送功率控制有特定的增强措施，主要是提升RRC连接的成功率。

（2）PUSCH信道为多个用户共享，不同用户在PUSCH信道上发送信号的功率不同。

（3）PUSCH对其他信令或业务数据采用的是动态功率控制，需要实时调整手机的发送功率。

3.2 PUSCH MSG3信令的发送功率

备注：

上述公式与PRACH类似，相对于PRACH，这里有带宽影响因素，因为PRACH信道的带宽是固定的，而用户的PUSCH信道的带宽，不是固定的，而是动态调度的。

 

3.3 PUSCH动态功率控制

这两种策略的选择是根据参数来配置的，而不是根据业务来确定。

（1）半静态功率控制策略

半静态功率控制是：基站基于从用户的PUSCH信道上接收到的数据块的误码率BLER来进行功率控制的，当BLER值高于预期的误码率时，则要求基站提高PUSCH信道的发射功率。

基站通过PDCCH信道的DCI0, DCI3, DCI3A等向不同的UE传递不同的功率控制的命令！！！

BER（Bit error rate）在DCH或USCH等传输信道上估算出来的平均比特误码率。计算BER时仅考虑接收数据的非打孔部分，它仅用于使用了信道编码的传输信道，报告周期可以是每一TTI结束时。BLER（Block Error Rate）为传输信道的数据块差错率。它是对单位时间内信道上接收到坏数据块的一个统计参数。BLER估计基于传输信道数据块的CRC校验。

具体过程如下：

 

（2） 动态调度测量

P0：定义了期望的每个每个终端发送的信号到达基站时的功率的标称值

这样可以确保，即使终端离基站的距离不同，但他们发射的信号，经过路损，到达基站时的功率大致相等，任何一个终端得到基站的信号，不能过高，也不能过低。这就是动态功率控制的目标。因此动态功率控制比较频繁，如20ms一次。

 

动态功率控制是：基站基于从用户的PUSCH信道功率谱密度来进行功率控制的。

当实际的功率谱密度值，大于目标值，则要求基站降低PUSCH信道的发射功率；

当实际的功率谱密度值，小于目标值，则要求基站抬升PUSCH信道的发射功率。

动态功率控制需要基站实时地（如20ms一次），通过PDCCH信道的DCI0, DCI3, DCI3A等向不同的UE传递不同的TPC（发送功率控制命令）！！！每次调整一次步长，步长是可以设置的。

具体过程如下：

第4章 PUCCH信道功率控制

4.1 概述

PUCCH作为上行控制信道，用于为不同的终端用户传递基站发给自己的下行数据包的应答信息、信道质量指示CQI信息以及终端的上行调度请求等命令。这些都是终端与基站专有的MAC层的命令。

备注：

PUCCH公共控制信道的控制命令，不同于PUSCH的业务信令。PUCCH命令用于MAC层和物理层命令（不是信令），而业务信令主要是RRC层和NAS层信令。

基于手机与基站之间传递的不同上行命令，PUCCH支持如下几种不同的命令格式。

• SR： 上行调度请求
• HRAR ACK/NACK
• CQI：信道质量指示

不同的格式索引，代表不同的传输命令的标识

• 可以传递单个命令，如格式1，仅仅传递SR命令。
• 也可以同时传输两种命令：如格式2，,传递CQI + HARQ两种命令。

 

4.2 PUCCH信道的功率控制的基本策略

PUCCH信道支持两种功率控制：外环功率控制和内环功率控制

（1）（物理层）内环功率控制：不需要解码PUCCH信道的内容，只根据PUCCH信道的信噪比来进行功率控制，因此称为内环功率控制。

（2）（MAC层）外环功率控制：需要解码PUCCH信道的内容，根据PUCCH信道命令数据的误码率BER来进行功率控制。不同命令格式，其目标误码率的要求不同。

详细见如下图所示：

4.3 内环功率控制

（1）流程图

（2）计算公式

备注：

基站只给UE传递g(i)参数，实际的发送功率是UE根据上述公式计算而来。

（3）主要参数

 

（4）SRS:Sounding Reference Signal(上行探测参考信号) 信号的特定参数

 

4.4 外环功率控制

外环与内环类似，不同过的是：

4.5 上行功率控制的建议