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WCDMA基础知识 功控控制 系统事业部 背景概述 对于WCDMA移动通信系统来说 上行是干扰受限 下行是功率受限 这就意味着不管是上行还是下行用户的功率水平都应该是够用但也不更好 只有这样才能提供更高的系统容量并保证用户的服务质量 而做到这一点 就需要快速而有效的功率控制手段 内容简介1 开环功率控制闭环功率控制下行功率平衡 内环功率控制 外环功率控制 按照功控方式 内容简介2 按照业务类型 R99HSDPAHSUPAMBMSIMS R99 开环功率控制 开环功率控制的目的对需要建立的物理信道 PRACH DPCCH和DPDCH的初始发射功率作出估计 开环功控的基本内容上行开环功率控制上行开环分为公共信道和专用信道开环功控下行开环功率控制下行开环分为公共信道和专用信道开环功控控制信道和数据信道的功率偏差 R99 上行公共信道开环功率控制 PRACH PCPCH 信道的初始发射功率计算公式 Preamble Initial Power PrimaryCPICHDLTXpower CPICH RSCP ULinterference ConstantValuePRACH功率控制方式 当UE发出前缀后 在规定的时间未收到NODEB的应答 则UE会在下一个发前缀的时刻把前缀的发射功率在前一个前缀功率的基础上再增加一个调整步长Power Step 当UE发出前缀后 在规定的时间收到NODEB正的应答 对于PRACH 则UE在原有功率的基础上增加消息部分与前缀部分的功率偏差发送消息 R99 上行专用信道的开环功率控制 对于RNC来说 需要确定UE上行DPCCH的初始发射功率偏差 计算公式如下 然后UE根据RNC提供的DPCCHpoweroffset 根据下述公式计算得到真正使用的DPCCH初始发射功率 其中 NT IT 是RNC接收的总干扰功率 PG是处理增益 DPCCH Initial power DPCCH Power offset CPICH RSCP R99 上行控制信道和数据信道的功率偏差 上行专用信道分为控制信道和数据信道 这两个信道的功率偏差分别用功率增益因子和来表示 其作用如下图所示 控制信道和数据信道之间的功率关系可用下述公式描述 R99 下行公共信道开环功率控制 下行公共信道发射功率的确定包括以下几类 对于公共信道而言 发射功率都是在信道建立时配置 并可以通过重配置消息对发射功率进行重配 pcpichpower scpichpower pschpower sccpchpower fachpower pchpower pccpchpower BCHpower pichpower AP AICHpower CSICHpower CD CA ICHpower PDSCH R99 下行专用信道的开环功率控制 基本原理 在于利用UE所测得的P CPICH的信号质量来确定路损 同时需要考虑业务的QoS 数据速率 品质因素Eb N0 下行链路的实时总发射功率 其他小区对本小区的干扰等因素 从而对下行链路专用信道的初始发射功率作出估计 发射功率估算公式1 基于实际路损法 发射功率估算公式1 基于CPICHEc N0法 R99 下行公共信道开环功率控制 sccpch SCCPCH的发射功率控制方式 SCCPCH信道建立时是按照FACH PCH传输信道分别配置的 且对FACH只是配置最大的发射功率 maxFachpower 当SCCPCH发送数据时 在每个FP帧中RNC都会给NodeB带powerlevel的值 NodeB将取当前有数据的传输信道的最大发射功率进行发送 R99 下行专用信道控制域和数据域的功率偏差 下行专用物理信道控制域和数据域是时分复用的 控制域和数据域之间的功率偏差分别用PO1 PO2 PO3来表示 PO1是TFCI域功率偏差 PO2是TPC域功率偏差 PO3是pilot域功率偏差下行专用物理信道的帧格式如下所示 R99 内环功率控制 基本原理 基本内容 上行内环功率控制下行内环功率控制 接收方根据接收到信号的信干比与信干比目标值比较 然后向发送方返回一个TPC命令 发送方根据接收到的TPC命令 通过高层给定的内环功率控制算法得出是增加发射功率还是减小发射功率 调整的幅度 TPC cmd TPC STEP SIZE R99 上行内环功率控制 上行内环功率控制是NodeB根据接收到的DPCCH的信干比与目标信干比比较来调整UE的发射功率上行内环功率控制有两种方式 算法1和算法2算法1是每个时隙进行内环功控 频率1500Hz 算法2是每隔5个时隙做一次内环功控 TPC命令在DPCCH上携带 R99 上行内环功控算法1的流程图 判决规则 假如所有无线链路集的TPC都为1 则r 1 假如从任何无线链路集来的TPC有一个为0 则r 1 R99 上行内环功控算法2的流程图 判决规则 若 则TPC cmd 1 若所有的为 1 则TPC cmd 1 其他情况 TPC cmd 0 R99 下行内环功率控制 下行内环功率控制是UE根据接收到的DPCH的信干比与目标信干比比较来调整NodeB的发射功率下行内环功率控制有两种方式 模式1和模式2模式1是每个时隙进行内环功控 频率1500Hz 模式2是每3个时隙做一次内环功控 TPC命令在DPCH上携带 R99 下行内环功率控制的方式 下行闭环功控时 当nodeb估计出第k个TPC命令之后 UTRAN按下式将当前的下行功率P k 1 调整为新的发射功率P k P k P k 1 PTPC k Pbal k 其中PTPC k 表示内环功率控制过程中的第k个功率调整量 Pbal k 表示为了平衡无线链路的功率向一个共同的参考功率靠拢 根据下行功率控制过程得到的一个修正值 R99 下行内环功率控制受限方式 下行内环功控设置了功率调整受限模式和不受限模式 如果功率调整量不受限 如果功率调整量受限 其中 0 5 1 1 5 2dB R99 外环功率控制 基本原理 内环功率控制的目的是控制单链路的SIR逼近SIRTarget 外环功率控制是内环功率控制的辅助 基本原理是接收方根据实际数据的接收质量慢速调整SIRTarget 以使业务质量不因无线环境的变化而受影响 保持相对恒定的通信质量 R99 外环功率控制 外环功率控制图形描述可以用作衡量业务质量的指标有 传输信道误块率 BLER CRCI指示物理信道误码率 BER R99 闭环功率控制总体图 R99 下行功率平衡 目的 当UE处于宏分集状态 同时拥有多条无线链路 但由于UE发射的TPC 传输功率控制 命令可能在空中发生差错 因此有的下行无线链路可能增加功率 而别的下行链路同时可能减少功率 这就造成了功率漂移 下行功率平衡机制就是用来克服这种功率漂移原理 不断地将各条无线链路的功率向一个相同的参考功率进行修正 平衡作用体现在下行内环功率控制公式中 P k P k 1 PTPC k Pbal k R99 下行功率平衡 下行功率平衡可以使多条下行链路物理信道发射功率相对于各小区P CPICH发射功率的偏差可以收敛为一致 u功率平衡公式 累加是以帧为单位在高层给定的调整周期上进行的 Pref是参考功率 它的值等于DLReferencePower PP CPICH是主CPICH的发射功率 Pinit是前一个调整周期的最后一个时隙的码功率 如果前一个周期的最后一个时隙正好落在传输间隔 压缩模式下 内 则Pinit等于传输间隔之前的那个时隙的码功率 r是调整系数 介于0 1之间 下行功控平衡的时隙定位 在CFNmodulo AdjustmentPeriod 0的帧的第一个时隙开始功控 以每个调整周期重复 当CFN 0时 则从此帧的第一个时隙重新开始 R99HSDPAHSUPAMBMSIMS HSDPA功率控制 RNC分配HSDPA功率方法的两种方式 1 RNC分配HSDPA的总功率 并通过PHYSICALSHAREDCHANNELRECONFIGURATIONREQUEST消息通知NodeB 2 RNC不分配HSDPA的总功率给NodeB 而是由NodeB实时的把DPCH所剩下的功率资源分配到HS PDSCH HS SCCH上 HSDPA功率控制 基于上述描述 HSDPA总功率的分配方法的三种方法 1 RNC固定分配方法 2 RNC动态分配方法3 NodeB动态使用方法 HSDPA功率控制 三种方法的比较 RNC静态配置方法可以用于产品的初期 小区用户不是很多的情况下 系统容易稳定 RNC动态配置方法是产品商用的基础 但由于涉及到前台的动态调整 要保证动态调整是否能够是的系统容量的最大化 需要通过仿真或者测试决定 NodeB动态使用方法 是最好的方法 应该是使系统容量最大化的最好方法 HSDPA功率控制 HSDPAPowerAllocationFrame SelectionofHSDPAPowerAllocationmeansinOMC FixedallocationinRNC DynamicallocationinRNC AllocatedbyNODEB PowerbalancebetweenHSDPAandR99 PowercongestionofHSDPA PowercongestionofR99 Triggeredbyloadcontrol Triggeringcondition HSDPA功率控制 DynamicHSDPAPowerAllocation HSDPATotalPower NOHSDPAUsedPower ResidualPower CellMaximumPower deltaP NoHSDPAHysteresisA When deltaP NoHSDPAHysteresisA DecreaseHSDPATotalPower HSDPA功率控制 DynamicHSDPAPowerAllocation HSDPATotalPower NOHSDPAUsedPower ResidualPower CellMaximumPower deltaP NoHSDPAHysteresisB When deltaP NoHSDPAHysteresisB IncreaseHSDPATotalPower R99HSDPAHSUPAMBMSIMS HSUPA功率控制 下行开环功控主要内容 主要是对物理信道E AGCH E RGCH E HICH的功率偏差的配置或者重配 NODEB根据该偏差值 以及由DPCCH上的内环功控机制来动态的调整这些物理信道的发送功率 因此 这几条信道也间接的做内环功率控制 根据协议描述 在软切换状态下 信道E AGCH只有服务小区配置 其他两条则所有小区都需要配置 因此 在软切换的状态下 这几条物理信道的处理增益有所不同 调整的策略也有所不同 HSUPA功率控制 下行开环功率控制配置原则 1 DPCH上所承载的业务类型 DPCH承载业务不同 DPCH所需要的发射功率不同 但E RGCH E HICH E AGCH所承载的数据速率是不变的 具有固定的扩频增益 2 宏分集状态 E AGCH由于没有软切换 因此当用户处在软切换状态时 因为DPCCH的功率在改变 因此 需要对E AGCH的功率偏差进行动态更新 对于E RGCH E HICH信道 和DPCH信道一样 具有软切换的能力 RNC侧无须进行更新 HSUPA功率控制 基本配置思路 1 PowerOffset配置和业务相关 2 当TTI发生改变时 需要对各自的PO进行重新配置 3 宏分集状态下的PowerOffset更新 4 当DPCH上发生并发业务时 从OMC后台分别取出为各个业务配置的PowerOffset值 然后取其最小值 HSUPA功率控制 上行开环功控主要内容 1 E DPCCH功率偏移的设置2 E DPDCH DPCCH功率偏差的确定3 Macd Flow功率偏移的配置4 调度信息的功率偏移的配置 HSUPA功率控制 E DPCCH功率控制原理 E DPCCH的功率应保证E DPCCH上的控制信令的误码率要求 可以根据仿真或实测得到 并在后台配置 注意区分不同TTI的情况 HSUPA功率控制 E DPDCH DPCCH功率偏差的确定原理 主要是通过设置E DPDCH相对于DPCCH的合理功率偏差来决定E DPDCH的发射功率 和R99业务不同 对于E DPDCH的功率偏差配置 协议只有计算方式一种 即根据一个或者一组参考E TFC作为参考 其他E TFC都根据选择的参考E TFC计算相应的bed值 HSUPA功率控制 参考E TFC增益因子计算 HSUPA功率控制 参考E TFC的选择 令E TFCIref m表示第m个参考E TFC的E TFCI 此处m 1 2 M 而M为信令通知的参考E TFC的数目 且E TFCIref 1 E TFCIref 2 E TFCIref M 令E TFCIj第j个E TFC的E TFCI 对于第j个E TFC 若E TFCIj E TFCIref M 则参考E TFC为第m个参考E TFC 若E TFCIj E TFCIref 1 则参考E TFC为第1个参考E TFC 若E TFCIref 1 E TFCIj E TFCIref M 则参考E TFC为满足E TFCIref m E TFCIj E TFCIref m 1的第m个参考E TFC HSUPA功率控制 对于第j个E TFC 临时变量的计算方式 HSUPA功率控制 MAC dflowpoweroffset的配置 因此MAC dflowpoweroffset是与业务子类和小区都相关的功控参数 可以在与业务相关的功控参数中配置 在业务建立时通过无线链路建立请求和无线承载建立配置给NodeB和UE HSUPA功率控制 调度信息的功率偏移的配置 本信元主要是用在当同一个MAC ePDU中 没有MAC dPDUs数据包括在内 UE侧根据这个值来决定E DPDCH的发射功率 作用和MAC dflowpoweroffset类似 HSUPA功率控制 HSUPA上行外环功控 在引入了E DCH后 虽然RNC为E DPDCH信道配置了功率偏移值 业务进行中NODEB用户面通过数据帧向RNC发送HARQ失败指示和NHR等 可以通过该失败指示或者重传次数等参数来触发上行的外环功率控制 保证E DCH上的QOS质量 HSUPA功率控制 针对I B类业务的算法 HARQ失败指示的上报将折算成一定量的重传次数 由重传次数 NHR 来判决功率是否需要调整 HSUPA功率控制 针对I B类业务的算法基本原理 设 为统计数目 其中为统计的次数排名 1 为最大统计数目 和窗口长度相关 该窗口长度和HARQ失败指示的窗口长度可以是同一个 定义 NumReTransAve 当 NumReTransAve ThresNumReTransUp时候 上调SIRtarget一个步长 NumReTransAve ThresNumReTransDown时候 下调SIRtarget一个步长 其他情况 则不触发调整流程 HSUPA功率控制 针对S类 VOIP类业务的算法 因为其实时性比较强 因此 在重传的次数会很小甚至为0 因此采用NHR来做外环功控不合理 只能从上报的HARQ失败指示上来考虑 因此 对于此类业务 其外环功率参数的上调和下调都需要由HARQ失败指示来触发 HSUPA功率控制 针对S类 VOIP类业务的算法原理处在统计窗口StatInWinLength只内 即发生NumHARQFail ThresNumHARQFailUp 说明E DCH上的无线质量较差 则触发SIRtarget上调 上调幅度为 步长 OlpcStepCorr 否则 按照StatInWinLength长度进行统计 当条件 NumHARQFail ThresNumHARQFailDown 满足 说明E DCH上的无线质量很好 则触发SIRtarget下调一个步长当条件 ThresNumHARQFailDown NumHARQFail ThresNumHARQFailUp 满足 说明无线质量尚可接受 不做功率调整 HSUPA功率控制 HSUPA和R99功控的耦合 按照如下原则进行调整 只要DCH或E DCH任何一个满足上调的触发条件 就立即进行上调 满足下调的触发条件 需要DCH和E DCH都触发下调 MBMS功率控制 R99HSDPAHSUPAMBMS MBMS功率控制 1 MICH信道和存在MCCH的FACH信道功率配置 2 P T M发送策略下的MBMS开环功率配置和调整 3 P T P发送策略下MBMS功率控制 4 MBMS引入后和R5 R99功率分配策略 动态共享 MBMS功率控制 MICH信道的开环功控 MICH信道采用固定的扩频因子 SF 256 因此MICH信道有固定的处理增益 并且配置的功率值只是相对于小区主导频的偏差值 因此可以不区分小区 可以将其配置成和RNC相关的参数 具体的功率配置值需要链路级的仿真结果和外场实际测试来优化得到 MBMS功率控制 承载MCCH的FACH信道功率控制 目前MCCH的承载复用方式有两种 1 逻辑信道MCCH 传输信道物FACH 物理信道SCCPCH的一一映射关系 2 和R99中的CCCH DCCH复用到一条FACH上 以上情况下 都通过控制面的公共信道建立请求和公共信道重新配置请求中的信元FACH允许的最大发射功率 maxFACHpower来配置 MBMS功率控制 P T M发送的MBMS开环功率配置和调整 基本原理 对于承载MTCH的SCCPCH 因为在UE侧进行接收的方式有三种方式 单小区接收 合并接收 包括选择合并和软合并 这三种状态下接收方式的性能差别很大 同时 在合并接收时 性能还和合并的小区个数相关 因此 在不同接收策略下 对SCCPCH的功率配置不同 MBMS功率控制 小区合并状态的判断方法 M表示采用PTM发送的小区数 PTMThres1 PTMThres2为判决门限 当 M PTMThres1 满足 表示相邻小区以P T M发送的数目比较大 该小区下的UE能进行合并的概率较大 则认为可以采用正常合并的功率发送 当 PTMThres1 M PTMThres2满足 表示相邻小区以P T M发送的数目相对较少 该小区下的UE能进行合并的概率较小 则认为该小区处于半孤岛状态 当 PTMThres2 M满足 表示相邻小区以P T M发送的数目相对很少或者没有 该小区下的UE能进行合并的概率基本为0 则认为该小区处于纯孤岛状态 MBMS功率控制 P T M发送的MBMS功率初始配置 当业务初始建立的时候 当某小区决定采用P T M发送或者当小区的发送方式由P T P向P T M切换的时候 应该触发对于该小区的业务合并状态进行判决 从而配置合理的功率值 MBMS功率控制 P T M发送的MBMS功率调整机制 原理 当本小区的邻接小区的发送方式发生改变 则会引起本小区内的用户的业务接收性能会发生变化 因此为了维持接收质量的稳定 也需要触发功率的调整 来保证功率的合理利用 MBMS功率控制 P T M发送的MBMS功率调整流程 周期算法 1 首先记录小区状态 等待检测周期的到来 2 周期到达 根据每个小区的即将要发生的最新发送方式 判断本小区的合并状态 3 根据上步的状态判断 假如和前一个状态不同 则调整到合适的功率值重新配置 MBMS功率控制 采用PTP方式下的MBMS业务的功率控制 和R99业务相类似 其中包括 开环功率控制 内环功率控制和外环功率控制等 基本原理参见R99相关功控设计文档 MBMS功率控制 MBMS引入后和R5 R99功率分配策略 动态共享在引入了MBMS后 在和R99 R5等业务共享小区资源时 采用动态共享的策略 按照先到先申请的原则 并且在功率资源过载的时候 根据优先级进行降功率 具体见 负荷控制 算法文档 谢谢大家 请多多指教