LTE中的功率控制总结

LTE中的功率控制总结

1、LTE框图综述

2、LTE功率控制与CDMA系统功率控制技术的比较下表所示。

LTE CDMA

远近效应不明显明显

对抗快衰落

功控目的补偿路径损耗和阴影衰

落

功控周期慢速功控快速功控

功控围小区和小区间小区

具体功率目标上行：每个RE上的能量

整条链路的总发射功率

EPRE；

3、LTE当中上下行分别采用OFDMA和SC-FDMA的多址方式，所以各子载波之间是正交不相关的，这样就克服了WCDMA当中远近效应的影响。为了保证上行发送数据质量，减少归属不同eNodeB 的UE使用相同频率的子载波产生的干扰，同时也减少UE的能量消耗，并使得上行传输适应不同的无线传输环境，包括路损，阴影，快衰落等。（质量平衡与信干噪比平衡的原则相结合使用，是现在功率控制技术的主流。）

4、功率控制方面，只是对上行作功率调整(采用慢速功率控制)，下行按照参数配置进行固定功率的发送，即只有eNodeB对UE的发送功率作调整。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单位带宽上的功率）大致相等。eNodeB 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功率。

5、对于下行信号，基站合理的功率分配和相互间的协调能够抑制小区间的干扰，提高同频组网的系统性能。严格来说，LTE的下行方向

是一种功率分配机制，而不是功率控制。不同的物理信道和参考信号之间有不同的功率配比。下行功率分配以开环的方式完成，以控制基站在下行各个子载波上的发射功率。下行RS一般以恒定功率发射。下行共享控制信道PDSCH功率控制的主要目的是补偿路损和慢衰落，保证下行数据链路的传输质量。下行共享信道PDSCH的发射功率是与RS发射功率成一定比例的。它的功率是根据UE反馈的CQI 与目标CQI的对比来调整的，是一个闭环功率控制过程。在基站侧，保存着UE反馈的上行CQI值和发射功率的对应关系表。这样，基站收到什么样的CQI，就知道用多大的发射功率，可达到一定的信噪比（SINR）目标。

下行功率分配以每个RE为单位，控制基站在各个时刻各个子载波上的发射功率。下行功率分配中包括提高导频信号的发射功率，以及与用户调度相结合实现小区间干扰抑制的相关机制。下行在频率上和时间上采用恒定的发射功率。基站通过高层指令指示该恒定发射功率的数值。在接收端，终端通过测量该信号的平均接收功率并与信令指示的该信号的发射功率进行比较，获得大尺度衰落的数值。

下行共享信道PDSCH的发射功率表示为PDSCH RE与CRS RE 的功率比值，即ρA和ρB。其中ρA表示时隙不带有CRS的OFDM 符号上PDSCH RE与CRS RE的功率比值（例如2天线Normal CP的情况下，时隙的第1、2、3、5、6个OFDM符号）；ρB 表示时隙带有CRS的OFDM符号上PDSCH RE与CRS RE的功

率比值（例如2天线Normal CP的情况下，时隙的第0、4个OFDM符号）

下行链路的功率分配的方法之一是提高CRS的发射功率。小区通过高层指令设置ρA和ρB的比值，通过不同的比值可以设置信号在基站总功率中不同的开销比例，由此做到在不同程度上提高CRS的发射功率。例如以发射天线数目等于2为例，规中支持4种不同的小区配置ρB/ρA={5/4,1,3/4,1/2}，分别对应于CRS占总功率开销为[1/6, 1/3,3/6,2/3]的情况。下图表示了ρB/ρA=1和ρB/ρA=1/2时天线端口#0的信号功率情况，对应的CRS功率开销分别是2/6=1/3和8/12=2/3，分别实现了CRS高于同一OFDM符号中数据元素3dB和9dB的发送功率。

在设定ρA和ρB比值的基础上，通过高层参数P A可以确定ρA的具体数值，得到基站下行针对用户的PDSCH发射功率。P A和ρA

的场景，例如=-3dB可以表示功率平均分配给两个用户的情况。

为了支持下行小区间干扰协调的操作，规中定义了关于基站窄带发射功率限制（Relative Narrowband Tx Power，RNTP）的物理层测量，并在小区间X2接口上进行交互。该消息表示了基站在未来一段时间下行各个PRB将使用的最大发射功率的情况，相邻小区可以利用该消息来协调用户调度的过程，实现同频小区间干扰抑制的效果。

6、功率控制有开环和闭环两种方式,作为功率控制的信道有上行贡献信道PUSCH，上行控制信道PUCCH，随机接入信道PRACH，上行参考信号SRS。（PRACH开环；PUSCH，PUCCH和SRS都是闭环和开环并用，将开环和闭环的组合，这样与纯粹的闭环功率控制相比，理论上需要的反馈信息量比较少，即只有当LTE UE不能准确估算功率设置时才需要闭环功控）

7、根据路径损耗估算和开环算法，LTE系统为PSD（功率频谱密度，Power Spectral Density）发射设定了一个粗糙的操作点，这能在最普通的路径损耗及阴影衰落场景中为平均的调制编码方法提供适当的PSD。围绕着开环操作点，LTE上行的闭环功率控制能提供更快的调整，这能够更好地控制干扰，并且更精细地调整功率以适应信道情况（包括快衰落变化）。由于LTE的上行链路是完全正交的，上行功

率控制不需要像CDMA那样快，功控周期一般不超过几百赫兹。

每个UE根据接收到的参考信号RS的信号强度完成路径损耗测量，以确定要补偿部分路径损耗（fraction of the path-loss）需要多大的发射功率，因此也被称作Fractional Power Control（部分功率控制）。部分功率控制的参数由eNodeB决定，该参数的取值需要兼顾平衡整体频谱效率和小区边缘性能。部分功率控制和闭环功率控制命令合作完成上行功率控制。

功率控制可以与频域资源分配策略相结合，以实现小区间的干扰协调，提高小区边缘性能和整体频谱效率。其中的一种干扰协调技术是为位于相邻小区的路径损耗相似的几个UE分配相同的时频资源，这样可以提高小区边缘的性能，避免那些离基站比较近的相邻小区UE引起的强干扰（特别是有些基站的前后比性能不理想）。

8、LTE上行链路对PUSCH、PUCCH和SRS进行功率控制。三种上行信道或者信号的功率控制的数学公式不同，但都可以分成两个基本的部分：

1）根据eNodeB下发的静态或者半静态参数计算得到的基本开环操作点；

2）每个子帧都可能调整的动态偏置量，可以归纳为：

UE发射的功率谱密度（每个RB上的功率）= 开环操作点+ 动态功率偏移

基本开环操作点取决于一系列因素，包括小区间的干扰状况和小区负

荷，它可以进一步分成两部分：

1）一个半静态功率基数值P0，P0可以分成适用所有小区UE的通用功率数值，一个每个UE不同的偏置量；

2）一个开环路径损耗补偿分量。

开环路径损耗补偿分量取决于UE对下行路径损耗的估算，后者由UE测量到的RSRP数值和已知的下行参考信号（RS）的发射功率计算而得。在一种极端情况下，eNodeB可以把P0设置为最小值-126dBm，完全根据UE测量的路径损耗的大小来调整上行功率。

如果执行完全路径损耗补偿方法能让小区边缘的UE得到最大程度的公平对待，但是在多小区并存的现实部署环境中，实施部分路径损耗补偿方法能减少小区间的干扰，不需要为确保小区边缘用户的传输质量分配过多的资源，从而能提高系统的整体上行链路容量。因此LTE系统引入了部分路径损耗补偿因子α，以平衡上行公平调度和整体频谱效率。当α的取值为0.7-0.8时,既能让系统接近最大容量，又不让小区边缘的数据速率过多地下降。于是，每个RB的发射功率中的基本开环操作点被定义为：

开环操作点= 标称功率P0 + 开环的路损补偿α×（PL）

（PL: Path Loss）

标称功率P0分为：小区标称功率和UE特定标称功率

eNodeB为小区的所有UE半静态地设定标称功率P0_PUSCH和P0_PUCCH，该值通过SIB2系统消息（UplinkPowerControlCommon: p0-NominalPUSCH,

p0-NominalPUCCH）广播；P0_PUSCH的取值围是－126dBm 到＋24 dBm （均指每RB而言）。P0_PUCCH的取值围是－126 dBm 到－96 dBm。

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。

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。

开环的路损补偿PL基于UE对于下行的路损估计。UE通过测量下行参考信号RSRP，并与已知的RS信号功率进行相减，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，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。

每个RB的发射功率中的动态偏置量（Dynamic Offset）也可分成两个分量：

1）MCS决定的分量；

2）TPC（Transmitter Power Control）命令决定的分量。MCS决定的分量也叫ΔTF（TF是Transport Format）的缩写。基于MCS的功率调整可以使得UE根据选定的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。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）

闭环的功率控制是指UE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。

综上所述，UE上行发射功率可以表达为：

以PUSCH为例，在子帧i，终端的PUSCH信道的发射功率可以表示为：

其中，

（1）表示终端的最大发射功率。

（2）表示PUSCH的传输带宽（RB数目）

（3）是由高层信令设置的功率基准值，可以反应上行接收端的噪声水平。

（4）α的取值围是{0,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1}，表示部分功率控制算法中对大尺度衰落的补偿量，由高层信令使用3bit信息指示本小区所使用的数值。而PL是终端测量得到的下行大尺度损耗。

（5）表示由调制编码方式和数据类型（控制信息或者数据信息）所确定的功率偏移量。

（6）是由终端闭环功率控制所形成的调整值，它的数值根据PDCCH format 0/3/3A上的功率控制命令进行调整。在物理层有两种闭环功率控制类型——累计型（accumulation）和绝对值型（absolute）。（上文已经介绍）

终端的功率空间（Power Headroom）是功率控制过程的重要参数，物理层对终端剩余的功率空间（即终端最大发射功率与当前实际发射功率的差值）进行测量，并上报高层。

9、小区间功率控制

上行功率控制不但用来补偿路损和慢衰落，而且还有控制小区之间干扰的作用。

小区间功率控制有两种实现方式：一个是通过空中接口下发现邻小区的干扰水平指示；另外一个是通过基站之间的X2接口交互干扰情况。

邻小区测量小区受到的干扰情况，将此干扰水平与可承受的干扰门限相比较。如果超过干扰门限，则干扰指示为“1”；如果没有超过，则干扰指示为“0”。

这里又有两种实现方案：

一种是受干扰小区对所有相邻小区发送相同的干扰水平指示；另一种是受干扰小区对不同的相邻小区反馈不同的干扰水平指示。

给不同的邻区反馈不同的干扰水平指示，可以更精确地控制干扰源的发射功率。但需要分别测量不同的相邻小区引起的干扰，需要给不同的小区传送不同的指示，这就增加了系统的复杂度和下行信令开销。

每个用户根据自己对干扰指示的理解进行功率调整。当然也可以将干扰指示理解的结果反馈给基站，由基站集中控制。

通过基站间的X2接口，交换各小区的过载指示（Overload Indicator，OI），也可以实现小区间的集中式功率控制，可以抑制小区间的干扰，提升整个系统的性能。但由于基站之间的通信延迟较大，会导致干扰信息交互不及时。

LTE系统定义了RNTP（Relative Narrowband Tx Power，相关窄带发射功率），用以支持可能进行的下行功率协调，该消息通过X2接口在基站间交换。