[4G&5G专题-131]:流程 - LTE的功率控制

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目录

第一章 功率控制概述

1.1 LTE的功率控制主要是上行

1.2 LTE的上行功率控制的意义

1.3 LTE上行功率控制的目的

1.4 功率控制的信道对象

第2章 上行功率控制的原理

2.1 UE上行发送功率公式

2.2 开环功控基准 

2.3 闭环动态的功率偏移 (基站检测UE的上行信号)



第一章 功率控制概述

1.1 LTE的功率控制主要是上行

LTE中,同小区内不同用户之间的上行数据,设计成相互正交的。

因此同WCDMA相比,小区内上行干扰的管理就相对容易得多,

LTE的功率控制主要在上行,LTE中的上行功率控制是,慢速而非WCDMA中的快速功率控制。

1.2 LTE的上行功率控制的意义

无线系统中的上行功控是非常重要的,通过上行功控,可以使得小区中的移动台:

  • 既保证上行发送数据的质量,
  • 又尽可能地减少对系统和其他用户的干扰,
  • 提升移动台功耗的效率,尽可能的以最小功率发送,延长移动台电池的使用时间。

1.3 LTE上行功率控制的目的

LTE通过功率控制,主要用来使得同的上行传输适应不同的无线传输环境,包括路损,阴影,快数衰落,小区内及小区间其他用户的干扰等。

LTE中,上行功率控制使得对于相同的MCS(Modulation And Coding Scheme),不同UE到达eNodeB的功率谱密度(Power Spectral Density, PSD 亦即单位带宽上的功率)大致相等

eNodeB根据UE不同的物理信道、距离远近等,为不同的UE分配不同发送带宽和调制编码机制MCS,使得不同条件下的UE获得相应不同的上行发射速率。

发送功率是一种非常有效的外部调节手段!!!

1.4 功率控制的信道对象

LTE功率控制的对象包括PUCCH,PUSCH,SRS等。

第2章 上行功率控制的原理

2.1 UE上行发送功率公式

虽然这些上行信号的数据速率重要性各自不同,其具体功控方法和参数也不尽相同。

但其原理都是基本相同的,可以归纳为(对于上行接入的功控如RA preamble, RA Msg3会有所区别,会在相应接入部分加以描述):

UE发射的功率谱密度(即每RB上的功率) = 开环功控基准 闭环动态的功率偏移

2.2 开环功控基准 

开环功控基准= 标称功率 P0 + 开环的路损补偿α×(PL)。

(1)标称功率P0(UE检测基站的广播信息

标称功率P0又分为小区标称功率UE特定的标称功率两部分。

  • 小区标称功率

eNodeB为小区内所有UE半静态地设定一标称功率P0_PUSCH和P0_PUCCH,该值通过SIB2系统消息(UplinkPowerControlCommon: p0-NominalPUSCH, p0-NominalPUCCH)广播;

P0_PUSCH的取值范围是-126dBm 到 +24 dBm (均指每RB而言)。

P0_PUCCH的取值范围是-126 dBm到-96 dBm。

  • UE specific的标称功率

除此之外,每个UE还可以有UE specific的标称功率偏移,该值通过dedicated RRC信令(UplinkPowerControlDedicated: p0-UE-PUSCH, p0-UE-PUCCH)下发给UE。

P0_UE_PUSCH和P0_UE_PUCCH的单位是dB,在-8到+7之间取值,是不同UE对于系统标称功率P0_PUSCH和P0_PUCCH的一个偏移量。

需要注意的是,半静态调度的上行传输,P0_PUSCH的值也有所不同(SPS-ConfigUL: p0-NominalPUSCH-Persistent)。

半静态调度应用于VoIP等,通常情况下希望尽量减少信令传输引起的系统开销,包括重传所需要的PDCCH信令。因此,对于SPS半静态上行传输,可以应用较高的发射功率, 以达到更好的BLER(Block  Error Rate)工作点。

(2)开环的路损补偿PL(UE检测基站的下行信号)

开环的路损补偿PL,基于UE对于下行的路损估计

UE通过测量收到的下行参考信号RSRP,并与已知的RS信号的功率(通过SIB消息获得基站发送时RS的功率)进行相减,从而进行路损估计。

RS信号的原始发射功率在SIB2中广播PDSCH-ConfigCommon : referenceSignalPower,范围是-60dBm到50dBm。

为了抵消快速衰落的影响,UE通常在一个时间窗口内对下行的RSRP进行平均。时间窗口的长度一般在100ms 到500ms之间。

对于PUSCH和SRS, eNodeB通过参数α来决定路损在UE的上行功率控制中的权重。比如说,对于处于小区边缘的UE,如果其发送功率过高,会对别的小区造成干扰,从而降低整个系统的容量。通过α可以对此加以控制。α在系统消息中半静态设定(UplinkPowerControlCommon: alpha)。

对于PUCCH来说,由于不同的PUCCH用户是码分复用的, α取值为1,可以更好地控制不同PUCCH用户之间的干扰。

2.3 闭环动态的功率偏移 (基站检测UE的上行信号)

动态的功率偏移包含两个部分,基于MCS的功率调整△TF和闭环的功率控制。

(1)基于MCS的功率调整

基于MCS的功率调整可以使得UE根据基站设定的MCS来动态地调整相应的发射功率谱密度。

UE的MCS是由eNodeB来调度的,通过设置UE的发射MCS,可以较快地调整UE的发射功率密度谱,达到类似快速功控的效果。△TF的具体计算公式在36.213的5.1.1.1节。

eNodeB还可以基于每个UE关闭或开启基于MCS的功率调整,通过dedicated RRC信令(UplinkPowerControlDedicated: deltaMCS-Enabled)实现。

PUCCH中基于MCS的功率调整体现为:LTE系统会对每个PUCCH format定义相对于format 1a的功率偏移(UplinkPowerControlCommon: DeltaFList-PUCCH),具体计算公式在36.213的5.1.2.1节。

(2)闭环的功率控制

闭环的功率控制是指基站通过PDCCH中的TPC命令来对UE的发射功率进行调整。

可以分为累积调整和绝对值调整两种方式。

累积调整方式适用于PUSCH,PUCCH和SRS,绝对值调整方式只适用于PUSCH。

这两种不同的调整方式之间的转换是半静态的,eNB通过专用RRC信令(UplinkPowerControlDedicated: accumulationEnabled)指示UE采用累积方式还是绝对值方式。

累积方式是指当前功率调整值是在上次功率调整的数值上增加/减少一个TPC中指示的调整步长,累积方式是UE缺省使用的调整方式。

LTE中累积方式的TPC可以有两套不同的调整步长,第一套步长为(-1,0,1,3)dB,对于PUSCH,由DCI format 0/3指示;对于PUCCH,由DCI format 1/1A/1B/1D/2/2A/3指示。第二套步长为(-1,1),由DCI format 3a指示(适用于PUCCH和PUSCH)。

绝对值方式是指直接使用TPC中指示的功率调整数值,只适用于PUSCH。此时,eNodeB需要通过RRC信令显式地关闭累积方式地功率调整方式。当采用绝对值方式时,TPC数值为(-4,-1,1,4)dB,由DCI format 0/3指示,其功率调整地范围可达8db,适用于UE不连续的上行传输,可以使得eNodeB一步调整UE的发射功率至期望值。


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