LTE下行功率控制
由于LTE下行采用OFDMA技術(shù)，一個小區(qū)內(nèi)發(fā)送給不同UE的下行信號之間是相互正交的，因此不存在CDMA系統(tǒng)因遠近效應(yīng)而進行功率控制的必要性。就小區(qū)內(nèi)不同UE的路徑損耗和陰影衰落而言，LTE系統(tǒng)完全可以通過頻域上的靈活調(diào)度方式來避免給UE分配路徑損耗和陰影衰落較大的RB，這樣，對PDSCH采用下行功控就不是那么必要了。另一方面，采用下行功控會擾亂下行CQI測量，影響下行調(diào)度的準(zhǔn)確性。因此，LTE系統(tǒng)中不對下行采用靈活的功率控制，而只是采用靜態(tài)或半靜態(tài)的功率分配（為避免小區(qū)間干擾采用干擾協(xié)調(diào)時靜態(tài)功控還是必要的）。
下行功率分配的目標(biāo)是在滿足用戶接收質(zhì)量的前提下盡量降低下行信道的發(fā)射功率，來降低小區(qū)間干擾。在LTE系統(tǒng)中，使用每資源單元容量（Transmit Energy per Resource Element, EPRE）來衡量下行發(fā)射功率大小。對于PDSCH信道的EPRE可以由下行小區(qū)專屬參考信號功率EPRE以及每個OFDM符號內(nèi)的PDSCH EPRE和小區(qū)專屬RS EPRE的比值ρA或ρB的得到。
其中，下行小區(qū)參考信號EPRE定義為整個系統(tǒng)帶寬內(nèi)所有承載下行小區(qū)專屬參考信號的下行資源單元（RE）分配功率的線性平均。UE可以認為小區(qū)專屬RS_EPRE在整個下行系統(tǒng)帶寬內(nèi)和所有的子幀內(nèi)保持恒定，直到接收到新的小區(qū)專屬RS_EPRE。小區(qū)專屬RS_EPRE由高層參數(shù)Reference-Signal-power通知。
ρA或 ρB表示每個OFDM符號內(nèi)的PDSCH EPRE和小區(qū)專屬RS EPRE的比值，且ρA或ρB是UE專屬的。具體來說，在包含RS的數(shù)據(jù)OFDMA的EPRE與小區(qū)專屬RS EPRE的比值標(biāo)識用Bρ表示；在不包含RS的數(shù)據(jù)OFDMA的EPRE與小區(qū)專屬RS EPRE的比值標(biāo)識用ρA表示。
一個時隙內(nèi)不同OFDMA的比值標(biāo)識ρA或ρB與OFDMA符號索引對應(yīng)關(guān)系
圖1
lOFDMA系統(tǒng)如果要使用下行功控，主要用于補償信道的路徑損耗和陰影。但下行功控和頻域調(diào)度存在一定的沖突。
1.系統(tǒng)完全可以通過頻域調(diào)度的方式避免在那些路徑損耗較大的RB進行傳輸，因此對PDSCH采用下行功率控制就不是很重要了。
2.采用下行功率控制反而會擾亂下行CQI測量，由于功控補償了某些RB的路徑損耗，UE無法獲得真實的下行信道質(zhì)量信息，從而影響到下行調(diào)度的準(zhǔn)確性。
在頻率和時間上采用恒定的發(fā)射功率，基站通過高層信令指示該發(fā)射功率數(shù)值。下行功率分配以每個RE為單位，控制基站在各個時刻各個子載波上的發(fā)射功率。
下行功率分配方法：
1. 提高參考信號的發(fā)射功率(Power Boosting)
2. 與用戶調(diào)度相結(jié)合實現(xiàn)小區(qū)間干擾抑制的相關(guān)機制
小區(qū)通過高層信令指示或ρB/ρA，通過不同比值設(shè)置RS信號在基站總功率中的不同開銷比例，來實現(xiàn)RS發(fā)射功率的提升
圖2
l在指示 ρB/ρA基礎(chǔ)上，通過高層參數(shù)確定的具體數(shù)值，得到基站下行針對用戶的PDSCH發(fā)射功率。
l關(guān)系：
其中，在除了多用戶MIMO之外的所有傳輸模式中，δpower-offset均為0；為高層指示的UE特定參數(shù)。
lδpower-offset用于MU-MIMO的場景
lδpower-offset = -3dB 表示功率平均分配給兩個用戶
l為了支持下行小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)，定義了基站窄帶發(fā)射功率限制（RNTP，Relative Narrowband Tx Power）的物理層測量，在X2口上進行交互。它表示了該基站在未來一段時間內(nèi)下行各個PRB將使用的最大發(fā)射功率的情況，相鄰小區(qū)利用該消息來協(xié)調(diào)用戶，實現(xiàn)同頻小區(qū)干擾協(xié)調(diào)。
圖3 1、2或4小區(qū)專屬天線端口下的ρB/ρA比
LTE上行功率控制
無線系統(tǒng)中的上行功控是非常重要的，通過上行功控，可以使得小區(qū)中的UE在保證上行發(fā)射數(shù)據(jù)的質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能的降低對其它用戶的干擾，延長終端電池的使用時間。
CDMA系統(tǒng)中，上行功率控制主要的目的是克服“遠近效應(yīng)”和“陰影效應(yīng)”，在保證服務(wù)質(zhì)量的同時抑制用戶之間的干擾。而LTE系統(tǒng)，上行采用SC-FDMA技術(shù)，小區(qū)內(nèi)的用戶通過頻分實現(xiàn)正交，因此小區(qū)內(nèi)干擾影響較小，不存在明顯的“遠近效應(yīng)”。但小區(qū)間干擾是影響LTE系統(tǒng)性能的重要因素。尤其是頻率復(fù)用因子為1時，系統(tǒng)內(nèi)所有小區(qū)都使用相同的頻率資源為用戶服務(wù)，一個小區(qū)的資源分配會影響到其他小區(qū)的系統(tǒng)容量和邊緣用戶性能。對于LTE系統(tǒng)分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，各個eNodeB的調(diào)度器獨立調(diào)度，無法進行集中的資源管理。因此LTE系統(tǒng)需要進行小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)，而上行功率控制是實現(xiàn)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的一個重要手段。
按照實現(xiàn)的功能不同，上行功率控制可以分為小區(qū)內(nèi)功率控制（補償路損和陰影衰落），以及小區(qū)間功率控制（基于鄰小區(qū)的負載信息調(diào)整UE的發(fā)送功率）。其中小區(qū)內(nèi)功率控制目的是為了達到上行傳輸?shù)哪繕?biāo)SINR，而小區(qū)間功率控制的目的是為了降低小區(qū)間干擾水平以及干擾的抖動性。
終端的功率控制目的：節(jié)電和抑制用戶間干擾
手段：采用閉環(huán)功率控制機制
控制終端在上行單載波符號上的發(fā)射功率，使得不同距離的用戶都能以適當(dāng)?shù)墓β蔬_到基站，避免“遠近效應(yīng)”。
通過X2接口交換小區(qū)間干擾信息，進行協(xié)調(diào)調(diào)度，抑制小區(qū)間的同頻干擾，交互的信息有：
過載指示OI（被動）：指示本小區(qū)每個PRB上受到的上行干擾情況。相鄰小區(qū)通過交換該消息了解對方的負載情況。
高干擾指示HII（主動）：指示本小區(qū)每個PRB對于上行干擾的敏感程度。反映了本小區(qū)的調(diào)度安排，相鄰小區(qū)通過交換該信息了解對方將要采用的調(diào)度安排，并進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以實現(xiàn)協(xié)調(diào)的調(diào)度。
lTDD系統(tǒng)可以利用上下行信道的對稱性進行更高頻率的功率控制。
l小區(qū)間干擾抑制的功控機制和單純的單小區(qū)功控不同。單小區(qū)功控只用于路損補償，當(dāng)一個UE的上行信道質(zhì)量下降時，eNodeB根據(jù)該UE的需要指示UE加大發(fā)射功率。但當(dāng)考慮多個小區(qū)的總頻譜效率最大化時，簡單的提高小區(qū)邊緣UE的發(fā)射功率，反而會由于小區(qū)間干擾的增加造成整個系統(tǒng)容量的下降。
應(yīng)采用部分功控的方法，及從整個系統(tǒng)總?cè)萘孔畲蠡嵌瓤紤]，限制小區(qū)邊緣UE功率提升的幅度。具體的部分功控操作通過X2接口傳遞的相鄰小區(qū)間的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)信令指示來實現(xiàn)。
分成3種：
p上行共享信道PUSCH的功率控制
p上行控制信道PUCCH的功率控制
pSRS的功率控制
終端的功率空間：終端最大發(fā)射功率與當(dāng)前實際發(fā)射功率的差值作為功率控制過程的參數(shù)，物理層對終端的功率空間進行測量，并上報高層。
1 小區(qū)內(nèi)功率控制原理
由于LTE上行采用OFDMA技術(shù)，同小區(qū)內(nèi)不同UE之間的上行數(shù)據(jù)是相互正交的。因此同WCDMA相比，小區(qū)內(nèi)上行干擾的管理就容易的多，LTE中的上行功控是慢速而非WCDMA中的快速功率控制，功控頻率不高于200Hz。
與上行功控不同的是，LTE上行功控是對每個資源塊的功率譜密度（Power Spectral Density，PSD）進行設(shè)定，且即使如果一個UE在一個子幀中發(fā)射的數(shù)據(jù)多于多個RB，每個RB的功率對于該UE占用的所有RB都是相同的。
LTE的上行包括：接入信道、業(yè)務(wù)共享信道（PUSCH）和公共控制信道（PUCCH），它們都有功率控制的過程，此外，為了便于eNodeB實現(xiàn)精確的上行信道估計，UE需要根據(jù)配置在特定的PRB發(fā)送上行參考信號（SRS），且SRS也要進行功率控制。除接入信道外（對于上行接入的功控如隨機接入前導(dǎo)碼，RA Msg3會有所區(qū)別）：其他3類信道上的功率控制的原理是一樣的，主要包括eNodeB信令化的靜態(tài)或半靜態(tài)的基本開環(huán)工作點和UE側(cè)不斷更新的動態(tài)偏移。
UE發(fā)射的功率譜密度（即每個RB上的功率）=開環(huán)工作點+動態(tài)的功率偏移
1) 開環(huán)工作點
開環(huán)工作點=標(biāo)稱功率P0+開環(huán)的路損補償（PL×α）
標(biāo)稱功率P0又分為小區(qū)標(biāo)稱功率和UE特定的標(biāo)稱功率兩部分。eNodeB為小區(qū)內(nèi)所有UE半靜態(tài)的設(shè)定一標(biāo)稱功率P0-PUSCH和P0-PUCCH，通過SIB2系統(tǒng)消息廣播。P0-PUSCH的取值范圍是-126dBm~+24 dBm(均指每RB而言)，P0-PUSCH的取值范圍是-126dBm~--96 dBm。
除此之外，每個UE還可以有UE特定的標(biāo)稱功率偏移，該值通過專用RRC信令下發(fā)給UE。P0_UE_PUSCH和P0_UE_PUCCH取值范圍-8dB~+7dB，是不同UE對于小區(qū)標(biāo)稱功率P0-PUSCH和P0-PUCCH的一個偏移量。
開環(huán)的路損補償PL基于UE對于下行的路損估計。UE通過測量下行參考信號RSRP，與已知的RS信號功率進行相減進行路損估計。RS信號的原始發(fā)送功率在SIB2中廣播。
為了抵消快速衰落對路損估計的影響，UE通常在一個時間窗內(nèi)對下行的RSRP進行平均。時間窗口的長度一般在100ms~500ms之間。
對于PUSCH和SRS，eNodeB通過參數(shù)α來決定路損在UE的上行功控中的權(quán)重。α表示對路徑損耗的補償因子，是針對一個eNodeB由上層配置的3個比特的半靜態(tài)數(shù)值，且α∈{1,9.0,8.0,7.0,6.0,5.0,4.0,0}。
α=0，UE均以最大功率發(fā)送，這導(dǎo)致高的干擾水平，惡化了小區(qū)邊緣的性能；
α=1，邊緣用戶以最大功率發(fā)送，小區(qū)內(nèi)其他用戶進行完全的路損補償，每個用戶到達接收端的功率相同，則SINR相同，這降低了系統(tǒng)的頻譜效率；
0<α<1，UE的發(fā)送功率處于最大功率和完全的路損補償之間，小區(qū)內(nèi)部的用戶越靠近小區(qū)中心，到達接收端的SINR越高，具有更高的傳輸速率，實現(xiàn)了小區(qū)邊緣性能和系統(tǒng)頻譜效率的平衡。
下圖給出了α=0 (全功率補償)、α=1和α=0.5三種功控方式的用戶吞吐量CDF曲線，表明了FPC實現(xiàn)了小區(qū)邊緣數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)整體吞吐量的折中。
圖4 不同功控方案的用戶吞吐量比較
實際系統(tǒng)中，為了獲得小區(qū)平均吞吐量和小區(qū)邊緣速率的性能折中，(,0Pα)的設(shè)置還與應(yīng)用場景、業(yè)務(wù)和小區(qū)配置有關(guān)。
對于PUCCH來說，由于不同的PUCCH用戶是碼分復(fù)用的，α取值為1，可以更好的控制不同PUCCH用戶之間的干擾。
2) 動態(tài)功率偏移
動態(tài)功率偏移包含兩個部分，基于MCS的功率調(diào)整ΔTF和閉環(huán)的功率控制。
基于MCS的功率調(diào)整ΔTF可以使得UE根據(jù)選定的MCS來動態(tài)的調(diào)整相應(yīng)的發(fā)射功率譜密度。UE的MCS是由eNodeB來調(diào)度的，通過設(shè)置UE的發(fā)射MCS,可以較快的調(diào)整UE的發(fā)射功率譜密度，達到類似快速功控的效果。eNodeB還可以基于每個UE關(guān)閉或開啟基于MCS的功率調(diào)整，通過專用RRC信令實現(xiàn)。
PUCCH中基于MCS的功率調(diào)整體現(xiàn)為：LTE系統(tǒng)會對每個PUCCH format定義相對于format 1a的功率偏移。具體計算公式參見協(xié)議36.213的5.1.2.1節(jié)。
閉環(huán)的功率控制是指UE通過PDCCH中的TPC命令來對UE的發(fā)射功率進行調(diào)整。閉環(huán)功控TPC命令可以分為累積調(diào)整和絕對值調(diào)整兩種方式。累積調(diào)整方式適用于PUSCH、PUCCH和SRS，絕對值調(diào)制方式只適用于PUSCH。這兩種不同的調(diào)整方式的轉(zhuǎn)換是半靜態(tài)的，eNodeB通過專用RRC信令指示UE采用累積方式還是絕對值方式。
對于累積TPC命令，每個TPC命令相對于前面的水平發(fā)送一個功率階躍信號。累積TPC命令是默認模式并且特別適用于一個UE在一組連續(xù)子幀中接收功率控制命令的情況。在LTE中，提供兩種不同的調(diào)整步長。第一套步長為{-1，0，+1，+3}dB，對于PUSCH，由DCI format 0/3指示；對于PUCCH,由DCI format 1/1A/1B/1D/2/2A/3指示。第二套步長為{-1，+1}，由DCI format 3a指示（適用于PUCCH和PUSCH）。使用這兩套步長的哪一個由TPC命令格式和RRC配置決定。相對于絕對性TPC，累積TPC命令可以實現(xiàn)較大的功率步進，也可以通過累積TPC命令和基于MCS的功率階躍組合實現(xiàn)更大的功率步進。此外，包括0dB步進值的一套功率步進值可以使功率保持恒定，尤其適用于干擾不會顯著變化的場景。
絕對型TPC命令是指直接使用TPC中指示的功率調(diào)整數(shù)值，只適用于PUSCH。此時，eNodeB需要通過RRC信令顯式的關(guān)閉累積方式的功率調(diào)整方式。當(dāng)采用絕對值方式時，TPC數(shù)值為{-4，-1，+1，+4}dB，由DCI format0/3指示。絕對型功控模式只能控制功率在半靜態(tài)工作點的+4dB~-4dB范圍內(nèi)，相對較大的功率步進可以通過一個單獨命令觸發(fā)（范圍+8dB~-8dB）。因此，絕對調(diào)整模式特別適合于UE不連續(xù)的上行傳輸，可以使得eNodeB一步調(diào)整UE的發(fā)射功率至期望值。
LTE的上行功控涉及到的信道包括PUSCH、PUCCH、PRACH以及SRS。除接入信道外其他3類信道上的功率控制的原理是一樣的。這里僅以PUSCH為例進行說明。
按照協(xié)議的規(guī)定，UE在PUSCH信道上第i子幀的發(fā)送功率為：
2 小區(qū)間功率控制原理
LTE系統(tǒng)小區(qū)間功率控制的目的是實現(xiàn)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)，即協(xié)調(diào)小區(qū)間的干擾，提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和功率控制的基本原理是避免相鄰eNodeB服務(wù)的UE以較高的功率調(diào)度到相同的資源塊，因此關(guān)鍵問題是對相鄰小區(qū)相同資源塊的使用和這些資源塊功率水平的設(shè)置，以避免過載，保證調(diào)度UE可接受的上行SINR水平。
LTE系統(tǒng)小區(qū)間功率控制的目的是實現(xiàn)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)，即協(xié)調(diào)小區(qū)間的干擾，提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)和功率控制的基本原理是避免相鄰eNodeB服務(wù)的UE以較高的功率調(diào)度到相同的資源塊，因此關(guān)鍵問題是相鄰小區(qū)相同資源塊的使用和這些資源塊功率水平的設(shè)置，以避免過載，保證調(diào)度UE可接受的上行SINR水平。
目前上行小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)主要有兩個方法：Reactive方法和Pro-active方法。其中，Reactive方法是小區(qū)干擾水平超過一定門限時，通過向鄰區(qū)發(fā)送過載指示，以通知調(diào)度器和功率控制機制采取措施；Pro-active方法是通過調(diào)度鄰區(qū)不用的資源塊或者對干擾不敏感的資源塊，試圖避免小區(qū)邊緣用戶之間的資源沖突。下面將對這兩種方法進行介紹。
1) 基于過載指示（OI）的小區(qū)間功率控制
“Reactive方法”是通過在X2接口交互過載指示信息（OI，Overload Indicator），以進行上行功率控制和干擾協(xié)調(diào)。該技術(shù)具有如下特點和要求（參見提案【R1-080511】）：
􀂊 OI攜帶當(dāng)前小區(qū)基于每個PRB的干擾水平；
􀂊 報告值的范圍包含3種干擾水平指示：低（low）、中（medium）、高（high）；
􀂊 報告是基于事件觸發(fā)，報告頻率不高于20ms一次（這受限于X2接口時延~20ms）；
OI是一個反映過去狀態(tài)的測量，基于eNodeB對上行一些子帶的干擾測量（例如RIP，包含熱噪聲），當(dāng)檢測到干擾水平超過一定的門限時，通過X2接口觸發(fā)向鄰區(qū)的匯報。鄰小區(qū)收到OI指示后，將采取一定的措施，以抑制小區(qū)間干擾，改善過載小區(qū)的性能。
eNodeB可以有下面幾種方式進行功控的自適應(yīng)調(diào)整（參見提案【R1-074042】）：
􀂊 eNodeB調(diào)整功控公式的參數(shù)，然后廣播到UE；（標(biāo)準(zhǔn)支持）
􀂊 eNodeB調(diào)整單個UE的傳輸功率；（標(biāo)準(zhǔn)支持）
􀂊 eNodeB廣播（處理的）X2消息，然后UE相應(yīng)地調(diào)整各自的傳輸功率。（沒有標(biāo)準(zhǔn)化）
2) 基于高干擾指示（HII）的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)
高干擾指示是“Proactive方法”。在這個概念中，每個小區(qū)有一些分配給邊緣用戶的高干擾頻段，小區(qū)將高干擾指示通過X2接口傳送給鄰小區(qū)，使得鄰小區(qū)調(diào)度器知道哪些是干擾頻段，即產(chǎn)生最強的干擾的用戶（即小區(qū)邊緣用戶）將調(diào)度的頻段。這是非常重要的，接收小區(qū)將不允許在這些頻段調(diào)度邊緣用戶，倘若邊緣用戶的可用資源不充足時，調(diào)度器也可以結(jié)合鄰小區(qū)的高干擾頻段和自己小區(qū)內(nèi)的用戶路損信息，進行合適的調(diào)度決策，以最小化小區(qū)間干擾。
假定給每個鄰小區(qū)指定一個不同的頻段用于小區(qū)邊緣的用戶，則只需要3個高干擾頻段，如圖 5所示。
圖 5 為小區(qū)分配不同的高干擾頻段
HII具有如下的特點和要求：
􀂊 HII指示服務(wù)eNodeB內(nèi)調(diào)度給小區(qū)邊緣用戶的PRB，這些PRB將產(chǎn)生高的小區(qū)間干擾，同時這些PRB對于小區(qū)間的干擾也是最敏感的；
􀂊 “cell-edge UE”可以通過UE測量的服務(wù)小區(qū)和鄰小區(qū)RSRP確定；
􀂊 HII以Bitmap形式發(fā)送（1bit/PRB），不同鄰小區(qū)可以有不同的bitmap，目標(biāo)小區(qū)可以明確自已的HII；
􀂊 基于事件觸發(fā)，HII更新頻率不高于20ms一次（這受限于X2接口時延~20ms）；
􀂊 服務(wù)小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)之間不需要handshake過程。
關(guān)注樓主