WCDMA功率控制解析课件.ppt

1、WCDMA网络规划培训功控专题功控专题2023-2-112课程内容课程内容T第一章第一章 功率控制概述功率控制概述第二章第二章 功率控制介绍功率控制介绍2023-2-113 CDMA是一个自干扰系统，如果没有功控机制容易导致是一个自干扰系统，如果没有功控机制容易导致“远近效应远近效应”信号被离基站近的UE的信号“淹没”，无法通信一个UE就能阻塞整个小区远近效应远近效应2023-2-114引入功控后的发射功率接收功率关系引入功控后的发射功率接收功率关系2023-2-115 功率控制的好处：功率控制的好处：u克服“远近效应”u调整发射功率，保持上下行链路的通信质量u克服阴影衰落和快衰落u降低网络干

2、扰，提高系统质量和容量u总之 CDMA系统中功率控制的目标就是在保证用户通 信质量的条件下，使用户的发射功率尽量小。功控的好处功控的好处2023-2-116 分类：分类：u开环功率控制u闭环功率控制n上行内环功率控制n下行内环功率控制n上行外环功率控制n下行外环功率控制功控的分类功控的分类2023-2-117功控在各个信道的适用情况功控在各个信道的适用情况 Power control works on specific channels.Physical channelOpen loop Inner loopOuter loop没有功控过程，没有功控过程，功率由高层指功率由高层指定定DPDCH

3、DPCCHPCCPCHSCCPCHPRACHAICHPICH2023-2-118课程内容课程内容T第一章第一章 功率控制概述功率控制概述第二章第二章 功率控制介绍功率控制介绍2023-2-119第二章第二章 功率控制介绍功率控制介绍 第二节第二节 内环功率控制内环功率控制 第三节第三节 外环功率控制外环功率控制2023-2-1110在WCDMA中，开环功控的目的是提供初始发射功率的粗略估计。它是根据测量结果对路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初始发射功率的过程。在上下行的物理信道中，应用到开环功率控制的主要是PRACH和DPCCH信道。下面对他们分别作一下讨论。开环功率控制开环功率控制202

4、3-2-1111One access slotp-ap-mp-pPre-amblePre-ambleMessage partAcq.Ind.AICH accessslots RX at UEPRACH accessslots TX at UE 上图反映了PRACH的接入过程：在发射初始前导信号后，如果网络侧接收到preamble信号，将会在下行回AI信号。如果UE接收到AI信号，将开始发射PRACH的消息部分。如果UE在p-a时间点没有收到AICH信号，将在一定时间p-p后发起下一个preamble。如此反复，直到UE接收到AI信号为止。PRACHPRACH信道的开环功率控制信道的开环功率控制

5、2023-2-1112对于上行PRACH信道来说，第一个前导信号的发射功率是由开环功率控制算法来确定。公式：Preamble_Initial_Power=PCPICH DL TX power CPICH_RSCP +UL interference+Constant Value （即：发射功率路径损耗上行干扰常量）PRACHPRACH信道的开环功率控制信道的开环功率控制(续续)2023-2-1113PRACHPRACH信道的开环功率控制信道的开环功率控制(续续)其中PCPICH DL TX power、UL interference、Constant Value的值都是由RNC在系统消息中下发，

6、CPICH_RSCP的值由UE测量得到。PCPICH DL TX power和下行覆盖有关，是由网络规划在建网前就已经确定了的；UL interference反映的是当前小区的上行干扰，由NodeB测量得到后上报RNC；Constant Value实际反映的是前导信号的捕获门限。因此，从上面的公式中，我们可以看出，Constant Value的取值需要仔细分析，它对随机接入的时间、难易度有一定的影响。2023-2-1114PRACHPRACH信道的开环功率控制信道的开环功率控制(续续)2023-2-1115不同场景下Constant Value的取值分析：Constant Value的取值需要

7、在前导信号捕获门限仿真的基础上得到，前导信号的检测可以用虚警概率（Pfa：probability of false alarm）和捕获概率（Pd：probability of detection）这两个参数来表示。首先解释Pfa和Pd两个概念：虚警概率表示在UE没有发射前导信号的情况下系统发生错判的概率，它可能是背景噪声（其他用户干扰也作为背景噪声）造成的虚假峰值引起的误判。捕获概率则表示在UE发射前导信号的情况下系统正确接收的概率。PRACHPRACH信道的开环功率控制信道的开环功率控制(续续)2023-2-1116PRACHPRACH信道的开环功率控制信道的开环功率控制(续续)按照协议规定

8、，虚警概率必须小于10-3，因此我们需要得到的是在虚警概率小于10-3的情况下，一定捕获概率（0.99/0.999)时所对应的最小捕获门限。前导信号的捕获门限主要根据仿真和实测数据得到，在外场测试中，虚警概率的检测已经作为专门的测试项目列入测试用例中。2023-2-1117Constant Value取值建议：对于不同时期Constant Value取值应该是不一样的，下面以建网初期的取值来进行说明：建网初期，覆盖受限，可以将Constant Value的值设置偏大（-16dB或-15dB），便于网络侧能够及时接收到UE发出的前导信号，另外，可将power ramp step参数设置偏大也能够

9、提高网络侧成功捕获前导信号的概率；随着网络的发展，用户数目不断增多，此时适当将上面得到的Constant value值降低1dB，并且降低power ramp step，以减小大量用户接入时对网络造成的干扰。PRACHPRACH信道的开环功率控制信道的开环功率控制(续续)2023-2-1118上行DPCCH开环功控初始功率的计算公式为：DPCCH_Initial_powerPCPICH DL TX power-CPICH_RSCP+UL interference+DPCCH_SIRtarget 其中，PCPICH DL TX power是导频信号的发射功率，CPICH_RSCP是UE测量得到的

10、，UL interference是NodeB测量得到的上行干扰值，需要着重分析的是DPCCH_SIRtarget，它实际反映了在一定多径环境下，DPCCH信道能够正确解码的最低门限要求。上行上行DPCCHDPCCH信道信道的开环功率控制的开环功率控制2023-2-1119当UE获得下行同步以后，将按DPCCH_Initial_power计算结果发射上行信号。由于DPCCH_Initial_power计算结果比较粗糙，因此下行将按照一定的要求产生TPC command pattern来控制上行DPCCH功率的抬升。一旦上行同步建立，将停止上面的TPC command pattern，开始闭环功控

11、过程。上行上行DPCCHDPCCH信道信道的开环功率控制的开环功率控制(续续)2023-2-1120上行上行DPCCHDPCCH信道信道的开环功率控制的开环功率控制(续续)TPC command pattern的协议描述：2023-2-1121上行上行DPCCHDPCCH信道信道的开环功率控制的开环功率控制(续续)建立的链路是第一条链路，在同步过程中按照TPC Pattern来发送TPC，发n对（0，1）后发一个1，每四帧重新按这个规则发；软切换过程中增加的链路不是第一条链路，在同步过程中，NodeB采用发送全1的TPC命令给UE，同时下行功率保持不变。2023-2-1122在协议中对下行DP

12、CCH的初始功率计算没有规定，在目前RNC的实现中，是用下面的公式来表示的：P=（Ec/Io）Req-CPICH_Ec/Io+PCPICH 其中：（Ec/Io）req是UE正确接收该专用信道所需的Ec/Io，CPICH_Ec/Io是UE测量到的公共导频信道的Ec/Io，通过RACH报告给UTRAN，PCPICH是公共导频信道的发射功率。与上行类似，需要仔细规划的其实就是（Ec/Io）Req的值。由于下行DPCCH不存在功率提升机制，因此如果初始功率计算不合理，那么就会导致用户无法建立下行同步，使得连接建立失败，因此，建议在仿真的结果下，再加一定dB的余量，以保证用户实现同步。下行下行DPCCH

13、DPCCH信道信道的开环功率控制的开环功率控制2023-2-1123第二章第二章 功率控制介绍功率控制介绍 第一节第一节 开环功率控制开环功率控制 第三节第三节 外环功率控制外环功率控制2023-2-1124开环功率控制确定物理信道的初始发射功率，但是比较粗糙。对于WCDMA-FDD系统，由于上下行频段间隔较大，所以上下行的衰落情况是不完全相关的。因此，开环功控根据下行信号估计得到的路径损耗和干扰值并不十分适用于上行情况（反之亦然），解决这个问题的方法就是引入闭环功率控制。闭闭环功率控制环功率控制2023-2-1125内环功率控制的目的：使基站处接收到的每个UE信号的bit能量相等NodeBU

14、E下发TPC测量接收信号SIR并比较内环设置SIRtar1500Hz每一个UE都有一个自己的控制环路上行内环功控上行内环功控2023-2-1126NodeB设置SIRtar发TPC测量SIR并比较内环1500Hz下行内环功控下行内环功控2023-2-1127内内环功率控制环功率控制 在WCDMA中，上行链路和下行链路的内环功率控制都是由接收方 NodeB或UE通过RAKE接收机产生的信号估计DPCH的功率，同时估计当前频段的干扰，产生SIR估计值，与预先设置的门限相比较。如果估计值小于门限就发出TPC命令“1”（升高功率）；如果大于门限就发出TPC命令“0”（降低功率）。接收到TPC命令的一方

15、根据一定的算法决定发射功率的升高或降低。通过内环功率控制，使得接收SIR收敛于目标SIR。2023-2-1128内内环功率控制环功率控制(续续)3GPP协议中上行DPCCH链路的内环功控可以采取两种算法（PCA1或PCA2），对于PCA1，上行功控步长取tpc1dB或2dB，对于PCA2，上行功控步长取tpc1dB。在DPCCH上的功控调整幅度为：dpcch=tpcTPC_cmd。TPC_cmd为利用不同算法得到的TPC合成命令。(下行DPDCH的功率根据DPDCH和DPCCH之间的功率偏置来设置。DPDCH和DPCCH功率的调整幅度相同，他们之间的相对功率偏差是由高层的信令决定的)。2023

16、-2-1129上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制 DPCCH和DPDCH上的功率之比为 。上行DPCCH的功率控制方式包括两种类型，即非压缩模式下的功率控制和压缩模式下的功率控制。Uplink DPDCH/DPCCH：Pilot Npilot bitsTPC NTPC bitsDataNdata bitsSlot#0Slot#1Slot#iSlot#14Tslot=2560 chips,10 bits1 radio frame:Tf=10 msDPDCHDPCCHFBI NFBI bitsTFCI NTFCI bitsTslot=2560 chips,Ndata=10*2k

17、bits(k=0.6)22dc2023-2-1130上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)上行DPCCH非压缩模式模式下的功率控制：服务小区应当估计接收到的上行DPCCH信噪比SIR，随后，服务小区在每一个时隙之内都产生一个TPC指令并且按照如下规则发射：如果SIR估计值大于SIR目标值就发出TPC命令“0”（降低功率）；如果小于门限就发出TPC命令“1”（增加功率）。UE在一个时隙中会接收到一个或多个TPC指令，如果在一个时隙中接收到多个TPC指令，UE将把这多个TPC指令合并成一个TPC_cmd，合并得到TPC_cmd的算法（PCA算法）有两种，采用哪种算法由网络设置

18、。2023-2-1131上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)在得到TPC指令即TPC_cmd后，UE就可以根据TPC指令用步长tpc来调整上行专用物理信道的发射功率。步长tpc也是由网络设置的，可以取1dB或2dB。如果TPC_cmd等于1，那么上行DPCCH和上行DPDCH的发射功率就应该增长tpc，如果TPC_cmd等于-1，那么上行DPCCH和上行DPDCH的发射功率就应该减小tpc，如果TPC_cmd等于0，那么上行DPCCH和上行DPDCH的发射功率就保持不变。2023-2-1132上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)处理TPC指令的算

19、法1（PCA1）：1）当UE没有处于软切换时，每个时隙收到一个TPC命令 如果TPC0，则TPC_cmd=-1 如果TPC1，则TPC_cmd=12023-2-1133上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)2）当UE处于软切换时当UE处于软切换状态时，在每个时隙UE将接收到多条下行无线链路上的TPC命令，UE需进行TPC命令合并处理以形成每一时隙的TPC_cmd。此时分两步进行：首先对属于同一无线链路集（RLS）的下行链路进行TPC命令的合并，同一RLS的TPC命令是相同的；然后对所有的RLS的TPC命令进行合并，设第i个RLS合并后的TPC命令设为Wi，Wi的产生原则为

20、：若该时隙的TPC命令为0，则Wi=0；若TPC命令为1，则Wi1。假设UE存在N个RLS，经过此合并后就形成了N个TPC命令，设为W1、W2WN。其次对这N条RLS的TPC指令进行合并。采用如下公式处理：TPC_cmd=g(W1,W2,WN)2023-2-1134上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)g函数应该满足这样的要求：如果N个TPC命令是独立且不相关，等于“0”或“1”的概率相等，那么g函数的输出等于1的概率应该大于或等于 1/(2N)；等于-1的概率应该大于或等于0.5。有一个Wi为0，TPC_cmd为-1；只有所有的Wi为1，TPC_cmd才为1。这种情况满

21、足g函数要求。2023-2-1135上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)处理TPC指令的算法2（PCA2）：1）如果UE没有处于软切换，每个时隙只收到一个TPC 命令，UE将以5个时隙为单位进行功控。将每帧划分成3组（每5个slot一组），在每组的前4个slot，功率保持不变，在第5个slot，硬判决这5个slot的TPC命令：如果全部是要求升功率，则TPC_cmd=1，增加1dB；如果全部是要求降功率，则TPC_cmd=-1，降低1dB；否则，TPC_cmd=0，功率保持不变。TPC 命令TPC_cmd0000 00000-11111 10000 1else0000

22、02023-2-1136上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)2）当UE处于软切换时，则可以分为两步，第一步是将同属于一个RLS（Radio Link Set）的RL的TPC合并（在一个RLS内的所有RL的TPC是一样的）。这样如果有N个RLS，则每个时隙都会得到TPCi（i=1,2.N）。每个RLS都采用上文所述的方法，每5个时隙做判决。这样设前四个时隙TPC_cmd=0。第5个时隙的TPC_cmd则通过如下规则获得：对N个TPC_temp命令进行算术平均，如果大于0.5则TPC_cmd为1。如果小于-0.5,则TPC_cmd为-1，否则为0。2023-2-1137上行

23、上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)TPC指令处理算法1的特点是针对每个时隙进行功控调整，其功控速度为1500Hz，我们称为快速闭环功控。TPC指令算法2则是每5个时隙进行调整一次，并且UE将以5个时隙为单位处理接收到的TPC指令，其中每5个时隙的集合应当和帧边界对齐，每5个时隙的集合之间不重叠。由于每5个时隙进行一次调整，相对减少了功控的调整步长。其功控速度为300Hz，我们称为慢速闭环功控。2023-2-1138上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)上行DPCCH压缩模式模式下的功率控制：在压缩模式中由于中间可能会在几个时隙内停止发送TPC指令，所

24、以在压缩模式下的功率控制的目的是在经过一段时间间隔后尽可能快的恢复信噪比SIR，使其接近目标SIR。在下行压缩模式中，由于在压缩期间没有发下行TPC指令，发射间隔中就没有应用功率控制，所以上行DPCCH和DPDCH的发射功率在发射间隔中就保持不变。在上行和下行压缩模式同时发生时，上行DPCCH和DPDCH的发射在发射间隔就停止了。在每个发射间隔之后，压缩模式下的功率控制模式有两种可能，采用哪一种由高层信令通知。2023-2-1139上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)压缩模式下的功率控制模式：2023-2-1140上行上行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续

25、续)1）对于模式0，步长不变，并且在发射间隔后仍然采用通常的发射功率控制。2）对于模式1，在每个发射间隔后的一个或多个时隙（称为恢复周期）中，仍采用通常的功率控制算法，但采用RP-TPC而不是TPC，其中RP-TPC称为恢复功率控制步长，以dB为单位，RP-TPC为3dB和2 TPC两个值中的较小值。恢复周期之后，就执行以TPC为步长的通常的功率控制算法。2023-2-1141下行下行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制 下行功率控制主要是指对DPDCH/DPCCH的功率控制。DPDCH和DPCCH功率的调整幅度相同。下行DPCCH的内环功率控制方式包括两种类型，即非压缩模式下的功率控

26、制和压缩模式下的功率控制。下行DPCH时隙结构：PO1、PO2和PO3分别是DPCCH的TFC I、TPC 和PILOT 域相对于DPDCH的功率偏置 PO1、PO2和PO3由RNC确定2023-2-1142下行下行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制 下行功率控制主要是指对DPDCH/DPCCH的功率控制。DPDCH和DPCCH功率的调整幅度相同，他们之间的相对功率偏差是由高层的信令决定的。DPCCH的TFCI，TPC，以及导频域相对于DPDCH功率的偏移分别为PO1，PO2和PO3 dB。下行DPCCH的内环功率控制方式包括两种类型，即非压缩模式下的功率控制和压缩模式下的功率控制。

27、2023-2-1143下行下行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)下行DPCCH非压缩模式下的功率控制：UE不断地估计接收到的下行DPDCH/DPCCH的功率，同时UE还要估计接收到的干扰，并获得一个SIR估计值，随后，UE比较估计值和目标值产生TPC指令：如果估计值大于目标值就发出TPC命令0（降低功率）；如果小于目标值就发出TPC命令1（增加功率）。下行链路的内环功率控制的步长有0.5、1、1.5或2dB。2023-2-1144下行下行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)1）当UE未处于软切换时，UE产生的TPC指令将在上行链路的TPC域传送 2）当UE处于

28、软切换时，可以采用2种功控模式，由参数 DPC_mode决定：DPC_MODE0，UE在每个时隙都传送TPC命令 DPC_MODE1，UE将相同的TPC命令在三个时隙里重复传送3次 3）当下行链路处于失步状态时，UE不能测量下行SIR，此时，UE发射的TPC命令为1。4）作为对接收到的TPC指令的响应，UTRAN调整下行DPCCH/DPDCH的功率，但是下行DPCCH/DPDCH的发射功率不可以高于Maximun_DL_Power，也不能低于Minimum_DL_Power。2023-2-1145下行下行DPCCHDPCCH内环功率控制内环功率控制(续续)下行DPCCH压缩模式下的功率控制：在

29、压缩模式下，UE的操作与正常模式下相同，即产生TPC指令应当基于接收到的SIR的估计值。2023-2-1146下行功率平衡下行功率平衡 下行功率平衡（DPB）过程：2023-2-1147下行功率平衡下行功率平衡 下行功率平衡算法主要是抵抗在软切换时由于TPC误码导致的下行不同无线链路之间的功率偏移。这种偏移在WCDMA系统中引入快速功率控制技术后显得尤为突出。偏移越大，软切换增益越小。P(k)=P(k-1)+PTPC(k)+Pbal(k)(1(initCPICHPrefbalPPPrP r为调整比例，Pref是参考功率值（注意，这个参考功率是相对导频功率的偏置），Pinit是上一个调整周期内最

30、后一个时隙的码域功率，PP-CPICH是导频功率。2023-2-1148下行功率平衡下行功率平衡 DPB启动和停止：更软切换 链路间的功率差大于DPB启动门限时，启动DPB。链路间的功率差小于DPB停止门限时，停止DPB。非更软切换 链路建成后立即启动DPB，在软切换期间一直进行DPB。给NodeB发送DL Power Control Request，通过设置Power Ajustment Type（Common/Individual/None）来启动和停止DPB。2023-2-1149内环功率控制小结内环功率控制小结2023-2-1150第二章第二章 功率控制介绍功率控制介绍 第一节第一节

31、开环功率控制开环功率控制 第二节第二节 内环功率控制内环功率控制2023-2-1151外外环功率控制环功率控制 WCDMA系统的内环功率控制是使发射信号的功率到达接收端时保持一定的信干比。然而，最终接入网提供给NAS的服务中QoS表征量为 BLER，而非SIR。SIR目标值是能够正确解调有用信号所需要的信干比，在不同的多径环境下（移动台的速度及其多径数量），这个值是不同的，因此需要一个外环功率控制的机制，根据通信的质量（BLER，BER，FER）来调整内环的SIR目标值，使系统始终能够以最小的功率满足质量要求。2023-2-1152NodeBUE下发TPC测量接收信号SIR并比较内环设置SIR

32、tar可以得到BLER稳定的业务数据测量传输信道上的BLER外环RNC测量接收数据BLER并比较设置BLERtar10-100Hz上行外环功控上行外环功控2023-2-1153NodeB设置SIRtar发TPC测量SIR并比较测量BLER并比较外环内环UE物理层UE层3下行内环和外环功率控制10-100Hz1500Hz下行外环功控下行外环功控2023-2-1154下面着重介绍OLPC算法：协议中没有明确规定OLPC具体的算法。因为一条链路最终质量是由该链路BLER/BER/FER所决定的，OLPC思路就是监测链路的BLER/BER/FER，使得该链路的BLER/BER/FER逼近其预先设定的目

33、标值，最终目的是保证链路的接收质量。如测量到的BLER/BER/FER低于预先设定的目标值，则降低内环功率的SIRtar值；如测量到的BLER/BER/FER高于预先设定的目标值，则提高内环功率的SIRtar值。外外环功率控制环功率控制(续续)2023-2-1155外环功率控制原理图:外外环功率控制环功率控制(续续)NN2N1N:调整目标SIR所需要的TTI个数（N=外环功率调整周期/TTI）N1：非DTX TTI个数N2：DTX TTI个数NN1N2;N10,N2=0,根据BLER进行OLPCN10,N20,根据BLER进行OLPCN1=0,N20,根据DPCCH BER进行OLPC 202

34、3-2-1156外外环功率控制环功率控制(续续)基于传输信道BLER的OLPC算法公式：SIRtar=(x/BLERtar-N)/Nstepdownfactor；SIRtar=(x/N/BLERtar-1)stepdownfactor；对于不同的业务有不同的BLERtar值。一旦业务确定下来，那么该链路的BLER参数也就确定了。N为测量的总块数。x为N中的坏块数。stepdown为门限调整的步长。factor算法调整因子（取值范围为：01）。2023-2-1157外外环功率控制环功率控制(续续)DTX期间基于DPCCH BER的OLPC算法：如果DTX之前能够获得正常OLPC下的DPCCH BER（外环功率控制调整周期内的BER均值），把这个数作为BER的BERTarget。如果无法获得则用典型值（RNC配置），比如一开始就是DPCCH情况。当BLER为常数时BER可能有波动范围，设置波动范围BERtarget1，BERtarget2。设当前测量值为BERm，当BERmBERtarget+BERtarget1时,目标SIR提高；当BERmBERtarget+BERtarget2,降低目标SIR。2023-2-1158外外环功率控制环功率控制(续续)上行外环功率控制调整命令通过DCH FP下发给NODEB：SRNCOUTER LOOP PCNode B2023-2-1159