[4G&5G专题-131]：流程 - LTE的功率控制

Posted 2021-11-22 文火冰糖的硅基工坊

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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）

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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分配不同的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和重要性各自不同，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和UE特定的标称功率两部分。

• 小区标称功率

eNodeB为小区内的所有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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