LTE功率控制

LTE功率控制從兩方面：上行和下行功率控制進行介紹。

中文名：

外文名：

：

基本介紹

• 中文名：LTE功率控制
• 外文名：LTE power control
• 套用學科：通信

LTE

LTE無線接入協定體系結構如圖1所示，該接入系統分為三層：層一為物理層（PHY），層二為媒體接入控制子層（MAC）、無線鏈路控制子層（RLC）和分組數據會聚協定子層（PDCP），層三為無線資源控制層（RRC）。其中物理層是無線接入系統最底層，它以傳輸信道為接口，向上層提供服務。

圖1 LTE無線接入協定體系結構

LTE（LongTermEvolution，長期演進)，又稱E-UTRA/E-UTRAN，和3GPP2UMB合稱E3G（Evolved3G）

LTE是由3GPP（The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作夥伴計畫）組織制定的UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移動通信系統）技術標準的長期演進，於2004年12月在3GPP多倫多TSGRAN#26會議上正式立項並啟動。LTE系統引入了OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復用）和MIMO（Multi-Input&Multi-Output，多輸入多輸出）等關鍵傳輸技術，顯著增加了頻譜效率和數據傳輸速率（20M頻寬2X2MIMO在64QAM情況下，理論下行最大傳輸速率為201Mbps，除去信令開銷後大概為140Mbps，但根據實際組網以及終端能力限制，一般認為下行峰值速率為100Mbps，上行為50Mbps），並支持多種頻寬分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G頻段和一些新增頻段，因而頻譜分配更加靈活，系統容量和覆蓋也顯著提升。LTE系統網路架構更加扁平化簡單化，減少了網路節點和系統複雜度，從而減小了系統時延，也降低了網路部署和維護成本。LTE系統支持與其他3GPP系統互操作。LTE系統有兩種制式：FDD-LTE和TDD-LTE，即頻分雙工LTE系統和時分雙工LTE系統，二者技術的主要區別在於空中接口的物理層上（像幀結構、時分設計、同步等）。FDD-LTE系統空口上下行傳輸採用一對對稱的頻段接收和傳送數據，而TDD-LTE系統上下行則使用相同的頻段在不同的時隙上傳輸，相對於FDD雙工方式，TDD有著較高的頻譜利用率。

LTE/EPC的網路架構如圖2所示，其中E-URTAN對應於圖3，E-URTAN無線接入網路架構。

圖2 3GPP接入的非漫遊架構

圖3 E-UTRAN的網路結構

上行功率控制

無線系統中的上行功率控制是非常重要的，通過上行功控，可以使得小區中的UE既保證上行所傳送數據的質量，又儘可能減少對系統中其他用戶的干擾，延長UE電池的使用時間。

LTE系統中，同小區內不同用戶之間的上行數據是正交的，因此，LTE系統採用慢速的上行功率控制，主要考慮通過功率控制來使得上行傳輸適應不同的無線傳輸環境，包括路損、陰影衰落等。LTE上行實現的功率控制主要包括以下信道的功率控制及配置。

–PUSCH信道功率控制，通過TPC命令調整PUSCH信道功率。

–PUCCH信道功率控制，通過TPC命令調整PUCCH信道功率。

–SRS信道功率控制，通過SRS功控指令調整SRS信道功率。

–PRACH信道功率控制，配置PRACH開環功率控制所需的參數。

–配置UE上報功率餘量，支持周期性和事件觸髮型上報。

此外，為了支持小區間干擾協調，需要在X2接口上傳輸兩種信息：①OI（OverloadIndicator，過載指示）；②HII（HighInterferenceIndicator，高干擾指示），以控制小區範圍的上行干擾。

2.1上行共享信道PUSCH的功率控制

（1）上行物理共享信道PUSCH在子幀i的傳送功率由式（5-1）給出。

PPUSCH(i)=min{PCMAX,10log10(MPUSCH(i))+PO_PUSCH(j)+j)×PL+TF(i)+f(i)}[dBm]

（5-1）

●PCMAX表示UE的最大發射功率。

●MPUSCH(i)表示子幀i中，PUSCH傳輸所使用的RB數目。

●PO_PUSCH(j)=PO_NOMINAL_PUSCH(j)+PO_UE_PUSCH(j)是一個半靜態設定的功率基準值。其中，PO_NOMINAL_PUSCH(j)為小區專用參數，PO_UE_PUSCH(j)為UE專用參數，兩個參數均由高層信令指示，該參數可用於對不同的上行傳輸數據包設定不同的值。此外，參數j的取值與上行傳輸的數據包有關，當傳輸半持續性許可的數據包時，j=0；當傳輸動態調度許可的數據包時，j=1；當傳輸隨機接入回響許可的數據包時，j=2。

●(j)是小區特定的對路徑損耗的補償量，當j=0或1時，{0,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1}，由高層信令控制。當j=2時，(j)=1。

●PL是基於UE對於下行鏈路的估計，所得到的開環路徑損耗補償。

●TF是基於MCS的功率調整值。基於MCS的功率調整可以使得UE根據選定的MCS動態的調整相應的發射功率譜密度。UE的MCS是由eNodeB調度的，通過設定UE的發射MCS，可以較快地調整UE的發射功率譜密度，達到類似快速功率控制的效果。

●f(i)是PUSCH當前功率控制的調整值，該參數依據PDCCH上的TPC命令進行調整，具體調整方式可參見3GPPTS36.213。

（2）UE功率餘量上報

UE的路徑損耗隨著UE在小區中位置的變化而變化，UE通過上報功率餘量，告知基站其路損情況，以幫助eNodeB合理的調度上行傳輸資源給不同的UE。

UE的功率餘量是指UE最大發射功率與其現有發射功率之間的差值，因此，子幀i中UE的功率餘量可定義為

公式5-2

其中主要參數的含義與PUSCH傳送功率計算公式相同。

功率餘量的取值為23～40dB，且功率餘量由物理層上報到高層。

2.2上行控制信道PUCCH的功率控制

上行物理控制信道PUCCH在子幀i的傳輸功率由式（53）給出。

公式5-3

●PCMAX是UE的最大發射功率。

●PO_PUCCH=PO_NOMINAL_PUCCH+PO_UE_PUCCH是eNodeB為小區內所有的UE半靜態設定的標稱功率，其中PO_NOMINAL_PUCCH是一個由高層配置的小區專用參數，PO_UE_PUCCH為UE專用參數。

●PL是基於UE對於下行鏈路的估計，所得到的開環路徑損耗補償。

●h(nCQI,nHARQ)是一個依賴於PUCCH格式的值，其中nCQI代表CQI的信息比特數，nHARQ代表HARQ的比特數。

●對於PUCCH格式1，1a以及1b，h(nCQI,nHARQ)=0

●對於PUCCH格式2，2a，2b，並且採用常規循環前綴時，

公式（5-4）

●對於PUCCH格式2，並且採用擴展循環前綴時，

公式（5-5）

●F_PUCCH(F)表示PUCCH不同格式相對於1a格式的偏移量，該參數由高層配置。

●g(i)是由當前PUCCH功率控制形成的調整值，該參數依據PDCCH中傳送的TPC命令進行調整。

2.3SRS的功率控制

上行SRS在子幀i的傳輸功率由式（5-6）給出。

公式（5-6）

其中：PCMAX是UE的最大發射功率；PSRS_OFFSET表示SRS相對於PUSCH數據的功率偏移；MSRS表示SRS的傳輸頻寬，用RB的數目表示；f(i)是當前功率控制調整值；參數PO_PUSCH(j)和(j)的定義同PUSCH，其中j=1。

2.4隨機接入信號的功率控制

LTE上行隨機接入信號的傳送將採用開環功率控制技術，也就是說，系統會根據需要調整每次隨機接入信號的發射功率。在FDD系統，開環功率控制將採用可變步長的功率漸增方法。

前導傳輸功率PPRACH由式（5-7）決定。

PPRACH=min{PCMAX，PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER+PL}[dBm]（5-7）

●PCMAX是UE的最大發射功率。

●PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER是目標前導傳輸功率，其計算公式如式（5-8）所示。

PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER

=preambleInitialReceivedTargetPower+DELTA_PREAMBLE

+(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER−1)

×powerRampingStep（5-8）

-preambleInitialReceivedTargetPower為前導碼初始發射功率，該參數在每次隨機接入過程觸發前，可通過系統訊息進行更新。

-DELTA_PREAMBLE為基於前導格式的偏移量，該參數在每次隨機接入過程觸發前，可通過高層配置進行更新。

-PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER為前導碼傳輸計數器，該參數在隨機接入過程觸發時設定為1，前導碼每傳輸一次，該參數加1。

-powerRampingStep為功率抬升因子，該參數在每次隨機接入過程觸發前，可通過高層配置進行更新。

●PL是基於UE對於下行鏈路的估計，所得到的開環路徑損耗補償。

下行功率分配

LTE在下行不採用功率控制，使用下行功率分配將功率分配到RE上。下行功率分配過程主要包括PDSCH信道的功率分配，主要是控制下行EPRE（EnergyPerRE，每個RE上的能量），對PDCCH信道可以根據用戶的信道質量自適應調整發射功率，同時還可以使用下行RNTP測量來進行小區間的功率協調。具體如下。

（1）PDSCH信道採用RSEPRE方式進行分配。

eNodeB決定下行每個RE的傳輸功率。

UE可以假定下行小區專用參考信號EPRE在整個下行系統頻寬中恆定，並且假定在所有子幀中恆定，直到接收到不同的小區專用參考信號功率信息。下行參考信號EPRE可以從高層配置的參數Reference-signal-power中獲得。下行參考信號傳輸功率定義為系統頻寬內所有承載小區專用參考信號的RE功率的線性平均。

對於每一個UE，在每個不包含小區專用參考信號的OFDM信號中，PDSCH與小區專用參考信號的EPRE比值表示為A。當採用四天線預編碼發射分集時，A等於power−offset+PA+10log10(2)；否則，A等於power−offset+PA。其中，PA為UE專用參數，由高層信令下發。此外，需要說明的是，通常情況下power−offset均為0dB（多用戶MIMO除外）。

對於每個包含UE專用參考信號的OFDM信號，PDSCH與UE專用參考信號的EPRE比值相同。此外，UE可假定，對於傳輸模式7在16QAM或者64QAM配置下，或傳輸模式8，PDSCH與UE專用參考信號的EPRE比值為0dB。

UE可假定下行定位參考信號的EPRE在下行定位參考信號頻寬內和所有包含下行定位參考信號的OFDM符號內恆定。

在每個包含小區專用參考信號的OFDM符號中，PDSCH與小區專用參考信號的EPRE比值表示為B。不同場景下，不同OFDM符號所對應的A和B如表5-1所示。

表5-1 不同OFDM符號所對應的A和B

天線連線埠數	A		B
	常規CP	擴展CP	常規CP	擴展CP
單天線或雙天線	1,2,3,5,6	1,2,4,5	0,4	0,3
四天線	2,3,5,6	2,4,5	0,1,4	0,1,3

小區專用的比值B/A可由高層信令通知的小區專用參數PB以及eNodeB配置的小區專用天線連線埠數目決定。其中，PB為小區專用參數，由高層信令下發。不同場景下，B/A的取值如表5-2所示。

表5-2 不同場景下，B/A的取值

PB	B/A
	單天線連線埠	2天線或4天線連線埠
0	1	5/4
1	4/5	1
2	3/5	3/4
3	2/5	1/2

對於PMCH且使用16QAM或64QAM調製方式時，UE可假設PMCH與參考信號的EPRE比值為0dB。

（2）eNodeB相對窄帶發射功率限制

系統定義了RNTP(RelativeNarrowbandTXPowerindication，相對窄帶發射功率指示)，基站間通過X2接口傳遞該參數，通過該參數以比特圖的形式指示每個PRB將要使用的發射功率是否超過門限，從而對下行進行功率協調。RNTP的計算公式如式所示。

公式（5-9）

（5-9）

●EA表示不包含參考信號的OFDM符號中的數據子載波的發射功率。

●nPRB是物理資源塊的序號，。

●RNTPthreshold為門限值，該門限值可取下列值中的一個；RNTPthreshold[dB]。

●。

公式（5-10）

–是基站最大輸出功率。

–表示系統頻寬配置，表示頻域資源塊的大小。

–為子載波間隔。