3.4 R4的功率控制

本节主要讨论R4版本中的功率控制，主要包括UpPCH信道、PRACH信道、DPCH信道。对于HSDPA及HSUPA新增信道的功率控制，会在第10章和第11章等章节中体现。功率控制基本目的是限制系统内干扰电平以便减少小区间干扰电平，并减少UE功耗。即在维持链路通信质量的前提下尽可能小地消耗功率资源，从而降低移动网络中的相互干扰和延长终端电池的使用时间。

在TD-SCDMA系统中，无论是上行链路还是下行链路，完整的功率控制过程都包括开环功控和闭环功控。

开环功率控制的过程就是对各物理信道的初始发射功率的确定过程。只有在反方向无可用的反馈信道时才使用开环功控。一个完整的功控流程必然是从开环功控开始的，一旦得到接收端的反馈，就转入闭环功控。在端到端的接入流程中，每一个参与功控的物理信道，开环功控的时间总是很短暂的，大部分时间都处于闭环状态。

外环功率控制是根据所要求的信道质量（如传输信道BLER）来设置合理的目标SIR的。以上行链路的外环功控为例，RNC监测无线链路的传输信道BLER，如果实测的BLER高于优化工程师设置的目标BLER（BLER Target），则增大目标SIR；反之，则降低目标SIR。内环功率控制负责把链路的传输功率调整到合适的值，使之满足各个方向的目标SIR要求。在上行链路内环功率控制中，Node B测量接收信号的SIR，如果实测的SIR值低于目标SIR，则在下行链路发送TPC命令，指示UE必须增加发射功率；反之，则通过TPC命令指示UE必须降低发送功率。对于TD-SCDMA系统而言，内环快、外环慢，内环功控每秒可以做到200次，外环功控一般每秒十几次到几十次，取决于外环功控参数的设置。

下行链路闭环功控的过程与上行链路相同，但是在下行链路功控过程中，UE执行SIR的测量并把TPC命令反馈给Node B。每个时隙都要发送TPC，因此功控的速率为200次/s。

在闭环功率控制过程中，通信的双方（网络和UE）使用物理层信令TPC来请求对方增大或减小传输功率。每子帧进行一次TPC的控制，这使得TD-SCDMA系统可以进行快速功率控制。TPC在子帧中的位置如图3.11所示。

以上行DPCH信道为例，其功控包括上行开环功控、上行闭环功控（上行闭环功控又包括上行外环功控和上行内环功控），图3.12是一个典型的上行DPCH信道功率控制示意图。

3.4.1 开环功控

只有在反方向无可用的反馈信道时才使用开环功控。下面分别介绍UpPCH信道、PRACH信道、DPCH信道的开环功控过程。

1.UpPCH信道

（1）UE根据UE测量的PCCPCH信道上的RSCPPCCPCH及UE在广播信道上接收到的PCCPCH的发射功率P PCCPCH，计算出下行信道上的路径损耗值LPCCPCH

（2）UE根据UE在广播信道上接收到的网络侧希望接收到的UpPCH功率PRXUpPCHdes、UE在每次UpPCH发射试探时应增加的功率值Pramp、UE随机接入的上行同步尝试次数i及路径损耗值LPCCPCH等计算UpPCH上的发射功率

UE每次发送上行导频码之后，都会等待WT（WT协议默认值为4个子帧，相当于20ms网络侧可配置，通过SIB5下发）。若WT时间内UE未收到FPACH响应，则再次通过UpPCH信道重发上行导频码，此时发射功率会增加步长Pramp（Pramp可配置，并通过SIB5下发），并再次等待WT……每次重传都会在上一次基础上增加功率Pramp，直到达到最大尝试次数。当然，发射功率的爬升也不是无上限的——如果在达到最大重传次数之前，功率已达到射频器件所限制的24dBm，那么UE仍然只能以24dBm发射。

2.PRACH信道

（1）RNC根据Node B物理层测量的时隙干扰信号码功率ISCP、PRACH信道上期望接收的解扩前载干比（C/I）des以及智能天线增益GNode B，计算出Node B的PRACH期望接收功率PRXPRACHdes。

（2）RNC将Node B的PRACH期望接收功率PRXPRACHdes在FPACH响应中发送给UE。

（3）UE根据UE测量的PCCPCH信道上的RSCPPCCPCH及UE在广播信道上接收到的PCCPCH的发射功率PPCCPCH，计算出下行信道上的路径损耗值LPCCPCH

（4）UE根据Node B的PRACH期望接收功率PRXPRACHdes、UE在每次UpPCH发射试探时应增加的功率值P ramp、UE随机接入的最终上行同步尝试次数iUpPCH及路径损耗值LPCCPCH等计算PRACH上的发射功率

【案例3.1】

问题现象

某小区接通率差，现场测试发现手机连续发出多次RRC Connection Request，均未收到响应，如图3.13所示。此类问题比较常见，其恶劣影响在于：① 影响拨测接通率；② 影响用户感受。由T300控制的RRC Connection Request重传会明显增大平均接入时延，即便最终接通，也会严重影响用户体验。

问题分析流程

此类问题往往有两种可能性：不是上行问题就是下行问题。从空口来看，UE发出RRC Connection Request，可能是上行链路出了问题，导致RNC没有收到PRACH发送的request。但也有可能是下行链路出了问题：RNC收到request之后，发出了RRC Connection Setup，但UE没收到。如果要进行详细分析，必须结合Call Trace，看一下空口重传的同时，RNC是否收到了RRC Connection Request。如果没收到，则肯定是上行（PRACH）问题；如果收到了，并发出了Setup响应，但空口UE没收到，则明显为下行（SCCPCH）问题。图3.14中用圆圈标记的部分，即为该小区配置的SCCPCH信道和PRACH信道。

问题解决过程

（1）对于此类问题，首先从射频优化的角度着眼。射频优化是参数优化的基础，只有在覆盖、干扰得到保障的基础上，参数微调才能发挥锦上添花的作用，否则，如果覆盖、干扰没有优化好就贸然进行参数更改，很有可能会变成双刃剑：在改善一个问题的同时，却在另一方面有所牺牲。因此，首先由优化工程师路测核并查该小区的覆盖状况，发现该小区PCCPCH RSCP基本保持在-85dBm以上，下行C/I保持在6dB左右，符合经验值的预期。

（2）查找RNC侧Call Trace记录。发现RNC当时并未收到UE发出的RRC Connection Request，说明确实为上行问题。在OMCR侧查看该小区上行时隙ISCP，发现该小区PRACH占用的TS2时隙ISCP平均值稳定在-105dBm左右，基本正常。

（3）至此，基本排除了覆盖、干扰因素。联系到PRACH信道功控，PRACH信道在发送RRC Connection Request时，其发射功率

其中，PPRACH为PRACH上的发射功率；LPCCPCH为UE到Node B之间的路径损耗（dB），UE可以根据Node B在PCCPCH发射的功率与UE端在该码道实际测量到的码功率来进行估算PRxPRACHdes为Node B在PRACH上期望接收到的功率，Node B计算出PRxPRACHdes，通过FPACH告知UE。至此，初步怀疑为PRxPRACHdes过低导致。

（4）PRxPRACHdes的计算公式为

其中，ISCPPRACH为Node B在PRACH所在时隙测量到的干扰信号码功率。发现该小区PRACH期望C/I设置为3dB，偏低。将其由3dB改为5 dB之后，UE在PRACH开环功控时，以更大的功率发送，使网络侧更容易检测到PRACH信号，问题得以解决。

3.DPCH信道

1）上行DPCH信道

上行DPCH开环功控一般有两种思路：一种是基于测量的方法；也另一种是基于配置的方法。

（1）基于测量的方法

① RNC根据Node B物理层测量的时隙干扰功率ISCP、业务DPCH信道上期望接收的解扩前信干比（C/I）des以及智能天线增益GNode B，计算出Node B的上行DPCH期望接收功率PRXDPCHdes

② RNC将Node B的上行DPCH期望接收功率PRXDPCHdes在信息单元Uplink DPCH Power Control Info中通知UE。

③ UE根据UE测量的PCCPCH信道上的RSCPPCCPCH及UE在广播信道上接收到的PCCPCH的发射功率PPCCPCH，计算出下行信道上的路径损耗值LPCCPCH

④ UE根据Node B的上行DPCH期望接收功率PRXDPCHdes及路径损耗值LPCCPCH等计算DPCH上的发射功率

（2）基于配置的方法：根据不同的业务类型分别设置上行期望接收功率PRXDPCHdes，并通过下行信令（RRC Connection Setup、Radio Bearer Setup）发给UE。

2）下行DPCH信道

下行DPCH开环功控一般有两种思路：一种是基于测量的方法；另一种是基于配置的方法。

（1）基于测量的方法

① UE测量PCCPCH信道上的RSCPPCCPCH，并且在信令RRC Connection Request的信元Measured results on RACH中上报这些值。

② RNC根据UE上报的RSCPPCCPCH及PCCPCH信道上的发射功率PPCCPCH，计算出下行信道上的路径损耗值LPCCPCH

③ RNC根据期望接收信号功率Pdes、Node B的智能天线增益GNode B及路径损耗值LPCCPCH计算下行DPCH的初始发射功率PDPCH

采用此种算法，需要UE上报PCCPCH RSCP值用于网络侧计算路径损耗。

（2）基于配置的方法

对于各小区根据不同的业务类型分别设置下行初始发射功率、下行最小发射功率、下行最大发射功率。其单位为dB，即相对于单码道PCCPCH功率的偏置。例如，单码道PCCPCH信道发射功率设置为30dBm，某业务的DPCH信道占用2个BRU，下行初始发射功率设置为-10dB，下行最小发射功率设置为-16dB，下行最大发射功率设置为-7 dB。这就意味着该业务DPCH信道的单码道发射功率初始值为30-10=20dBm，两个码道的发射功率一共为20+10lg2=23dBm；同理，其最小发射功率为单码道30-16=14dBm，两个码道一共17dBm；最大发射功率为单码道30-7=23dBm，两个码道一共26dBm。在下行链路建立的时候，Node B会用23dBm的功率发射下行信号，如果UE认为无法满足下行SIR的要求，会通过上行链路反馈的TPC命令，要求Node B不断增大发射功率，但最大不能超过26dBm；如果链路质量较好，UE实测的SIR一直高于目标SIR，会通过上行链路反馈的TPC命令，要求Node B不断降低发射功率，但最小不能低于17dBm。

在实际应用中，一般采用基于配置的方法。其主要原因是基于测量的方法需要UE上报测量值，这就意味着，需要UE支持相关测量项的上报，同时需要在网络侧打开相关测量命令，这种方法不可控因素较多。此外，如果采用基于测量的方法，UE在随机接入过程中，通过RRC Connection Request上报测量的PCCPCH RSCP值，用于网络侧计算路径损耗，但实际上在移动性较强的网络中，UE在RRC Connection Request中上报的PCCPCH RSCP值往往会滞后于无线环境的变化，因此效果不是很理想。

3.4.2 闭环功控

1.上行闭环

1）上行内环功率控制

上行内环功率控制设定上行专用物理信道的发射功率，是一个闭环过程，它把上行外环功率控制生成的目标SIR和上行DPCH的实测SIR作为输入参数，输出的功率控制命令（TPC字段）通过下行专用物理信道发送给UE。功率控制步长可以是1dB、2dB或3dB。

上行内环功率控制功能位于UTRAN中的网元Node B和UE之间，其过程如图3.15所示。

Node B估计接收到的上行DPCH或者PUSCH的信干比是SIRest，如果SIRest＞SIRtarget，则TPC命令设置为“down”；如果SIRest＜SIRtarget，则TPC命令设置为“up”。

在UE侧，对TPC进行判决，若判决结果为“down”，则将UE发射功率减小一个功率控制步长；若判决结果为“up”，则将UE发射功率升高一个功率控制步长。

SIRtarget的调整由外环的功率控制来完成。

2）上行外环功率控制

上行外环功率控制以Node B测量的传输信道质量估计作为输入参数，为上行内环功率控制设定无线信道目标质量（Target SIR）。其目的是使数据传输质量维持在允许的范围内，保证各种业务的QoS；在保证传输质量的同时，尽量减小上行发射功率。上行外环功率控制主要用做无线信道长期的质量控制。

在移动通信系统的闭环功率控制中，内环功控虽然可以解决路径损耗、远近效应的影响，使接收信号保持固定信干比SIR，但是却不能保证接收信号的质量，因为环境因素（用户的移动速度、无线信号传播的多径和延迟）对接收信号的质量有很大的影响，接收信号的质量一般用误块率BLER来表征。当信道环境发生变化时，接收信号目标SIR与BLER的对应关系也相应地发生变化，所以需要调整接收信号SIR的目标值SIRtarget。

上行外环功率控制功能位于UTRAN中的网元RNC。其过程如图3.16所示。

RNC将Node B上报的测量BLER与目标BLER进行比较，当低于BLER目标值时，增大SIRtarget，以便通过内环功率控制增加发射功率；反之，则减小SIRtarget，以便通过内环功率控制降低发射功率。

RNC修改了上行内环功率控制需要使用的信干比目标值（SIRtarget）后，向Node B发送Outer Loop Power Control控制帧，其中包含修正过的SIRtarget。收到Outer Loop Power Control帧后，Node B应立即更新用于内环功控的SIRtarget。

当然，外环功率控制调整SIRtarget必须确定上限和下限，以防止SIRtarget变化过大导致的业务质量降低或干扰增大。这也是上行最小SIR、上行最大SIR存在的目的。SIRtarget的调整范围，必须不小于上行最小SIR，同时不大于上行最大SIR。如果上行最小SIR设置过高，在链路质量较好时，SIRtarget也难以降低，间接导致UE上行发射功率偏高，影响系统容量。另一方面，如果上行最小SIR设置过低，也是不可取的。一般观点认为，功率控制参数设置过大，会导致多UE之间互相干扰。事实上，在网络建设初期，用户数量有限，覆盖反而是瓶颈，如果将功控参数（如上行初始SIR、上行最小SIR、上行最大SIR）设置过低，那么UE在遇到突发的干扰或盲区时，可能根本来不及进行功率爬升，从而引起上/下行链路失步，进而掉话。因此，在网络建设初期，需要将DPCH期望接收功率、上行初始SIR、上行最小SIR、上行最大SIR、下行初始发射功率、下行最小、最大发射功率等参数，根据各小区具体的无线环境、用户分布模型、业务承载类型等因素，设置得稍大一些。而在网络成熟期，覆盖逐步改善，不再是瓶颈，用户量逐步增多，用户间干扰的概率明显增大，这时才需要根据各项因素的权衡，将功率控制参数设置得更小、更保守一些，以免引起用户间干扰。

2.下行闭环功率控制

下行闭环功率控制又可分为下行外环功率控制和下行内环功率控制，如图3.17所示。

下行外环功率控制以UE测量的传输信道BLER作为输入参数，为下行内环功率控制设定无线信道的目标质量（Target SIR）。下行外环功控主要用做无线信道的长期质量控制。

例如，优化工程师在网络侧设置的语音电话下行目标BLER为1%，通过下行信令（Radio Bearer Setup）发给UE，UE根据内部的映射关系，算出要达到1%所需要的SIR目标值。

下行内环功率控制设定下行专用物理信道的发射功率。在TD-SCDMA中，下行内环功率控制是一个闭环过程。它把下行外环功率控制生成的目标质量和下行专用物理信道的质量估计作为输入参数。功率控制命令（TPC字段）通过上行专用物理信道发送给Node B。

下行内环功率控制功能主要位于UE。