(UM10 4-27~4-28)
在WCDMA中,功率控制被分为开环和闭环功率控制,上下行链路上都有开环和闭环的功控。以上行链路为例,开环功率控制是指在公共信道上的功率控制,是在RLC连接建立过程中所执行的功率控制。一旦RLC连接建立成功,获得专用信道,将转入闭环功率控制。在UE进入专用状态之前,执行的都是开环功控。上行RLC建立过程涉及到的信道是随机接入信道。作为开环功控指的是移动台以尝试性方式来发出功率控制值,而GSM中移动台是根据参数定义的最大功率值开始发送的。在CDMA中移动台在发出随机接入请求之前,在上行方向上发出一个Preamble,称为前导部分。 Preamble会以初始功率值Po向基站发送,但基站并不一定会侦听到该信息,间隔一定周期,移动台没有收到在下行方向上基站相应的应答时,移动台将递增△P的功率值再次发送Preamble,依此类推,直至移动台收到下行方向上基站的应答信号,移动台将以该功率值发起随机接入请求信号,整个开环功率控制过程结束。这与窄代CDMA和CDMA2000中的开环功控过程不同,WCDMA的开环功控是将Preamble和随机接入请求信号分开发送的。而CDMA和CDMA2000中的开环功控是同时发射的,基站直接对随机接入请求信号作出相应。对于初始功率值Po的取值,根据移动台距离基站远近位置的不同,要满足一定的算法,移动台首先要在基站下行方向上解码系统信息参数,获取相应的参数设置,通过参数设置及对公共导频信道Ec/Io的测量,来估算Po值。而递增功率△P值由参数定义,是统一的。Preamble是在物理层上传递的一个序列,规范中定义为签名序列,定义的签名序列共有16种且完全正交。移动台随机产生签名序列并发送,在下行方向,移动台只针对该序列进行相应的运算,监测该序列是无响应、被允许还是不接受。基站对Preamble的应答分三种情况,+1表示响应、0表示无响应,-1表示拒绝。
移动台一旦获得专用信道,系统将触发闭环功控过程。在上行方向,闭环功控分为内环和外环,内环指的是移动台和基站之间的功控、外环指的是移动台或基站和RNC之间的功控。上行链路的闭环功控,首先由基站完成对上行链路的测量,由RNC根据服务类型Qos的不同要求,向基站设置执行功率控制的门限值。门限值(SIR)的大小是动态变化的,SIR(Signal to Interference Ratio)目标值由RNC根据Iub接口上统计的块差错率(BLER),进行一定的算法而确定的值。基站根据SIR目标值来命令移动台完成功率控制,由基站对上行链路进行测量,并与SIR目标值比较,从而决定移动台的发射功率升或降。所以内环功率控制指的是基站根据SIR目标值执行功控,调整周期是1500次/s,即每10ms帧中出现15次功率控制比特位(TPC)。功率控制比特位(TPC)规范规定是1位或2位,表示的含义只有二种,增加或减少。增加或减少的步进值是由参数设置定义的。所以闭环功控相当于GSM中的步进制功率控制算法,只不过内环是由基站命令移动台来完成的,而基站要根据RNC设定的SIR目标值来作参考。SIR所反应的只不过是空中接口上行链路上用户受干扰的情况,所以作为RNC来说,它也是在时刻改变SIR值,也就是外环功控的周期。外环功控周期也就是SIR值更新周期,RNC根据基站上传的统计新的BLER值,推算出新的SIR目标值。新旧SIR目标值的更新周期为TTI的整数倍。在上行链路上的功控是针对每用户来执行的(for UE),RNC必须根据用户申请服务的Qos值,确定不同BLER的要求,根据BLER来设置SIR目标值。在下行链路上的闭环功控,由移动台控制基站执行功率调整,RNC设置目标值并发往移动台,作为移动台的参考门限,移动台根据下行链路的测量值与门限值比较,在上行链路上发送功率控制比特位(TPC),命令基站调整功率,基站完成基于每码字的功率调整(for code),在码字上通过调整基带信号上的功率增益,影响在下行链路上功率的百分比,从而完成功率控制。在上行链路上尽管收到每个不同用户的测量报告,并据此报告会产生各个目标值,但最终送往基站的目标值则是一个平均值,是所有业务的均衡体现值,该值对小区内的所有用户都起作用,所考虑的因素主要是Ec/Io。在下行链路上目标值的设定是根据移动台的位置而取不同的值,是基于物理信道的目标值,考虑的因素主要是功率。所以上行功控的目的是抗干扰,而下行功控的目的是克服功率受限。
(UM10 4-29~4-30)
关于系统的覆盖(Coverage)和容量(Capacity)的限制问题,在UMTS中须分上下行链路分别进行描述。在上行链路上,存在3个推论,第一个推论:在chip速率恒定(3.84M)的前提下,为计算方便假设为100,chip rate=bit rate x SF,SF=1时bit rate=100;SF=2则bit rate=50;SF=4则bit rate=25;另Ec=Eb/SF,假设所有用户不论业务类型Eb一致,随着Bit速率增加,SF值的下降,在空中接口上所引入的Ec逐渐增大,所以推论是在空中接口上,如果业务速率越高,在上行链路方向上,扩频后所造成的干扰Ec也就越大。第二个推论:用户的速率越高,该用户要求距离基站的实际可操作的范围越小,也就是用户速率与覆盖之间的关系。假设Eb/No为恒定值2,即No=0(在不考虑上行链路的噪声干扰的前提下),Eb=2。这是最差情况下,基站可以容忍的门限值,也就是解扩后的Eb/No必须大于2,若小于2则基站就无法恢复信号。所以每用户到达基站时,Eb值必须大于2。比较SF=4时,用户的Ec=Eb/SF=2/4=0.5dB,表示该用户信号到达基站时空中接口上的能量必须大于0.5dB;当SF=8时,用户的Ec=Eb/SF=2/8=0.25dB。假设移动台初始发射功率都是30dB,对SF=4的用户来说,上行链路允许空中损耗为30-0.5=29.5dB,SF=8时,允许空中损耗为30-0.25=29.75dB,换言之,基站允许SF=8的用户,可以距基站的距离更远。因此,用户速率越高,Cellrange的范围越小。第三个推论:在用户速率恒定的前提下(假设SF=8),随着噪声功率的增加(假设No=6),Cellrange的范围将减小。由于在推论二中,Eb/No=2,所以Eb=8,Ec=Eb/SF=8/8=1dB,允许空中损耗变为为30-1=29dB,所以对于同一个用户(SF=8),随着噪声加剧,基站要求移动台的距离更近。所以推论是Eb/No恒定,No增加,Cellrange的范围减小。也就是CDMA系统中呼吸效应的体现。结论是小区负荷越重,上行干扰也就越大,小区覆盖半径(实际可操作范围)减小。当小区范围减小,对于小区边缘的用户处理大致有几种方案可供选择,如不启动Cell Breathing,直接拒绝新用户的接入(一旦启动CB功能,小区会出现覆盖空洞);但对UMTS来说,如果根据Qos新用户是高优先级别用户,系统必须满足用户接入,可以选择将原小区内处于边缘的低级别用户切换出本小区,再允许该高级别用户接入;如果基站周围无可用小区可作切换时,基站可以选择减小Eb/No的门限,降低服务质量来允许新的用户接入;这种方法是牺牲所有用户的服务质量门限来满足容量的需求,在建网初期一般不作考虑,也就是不允许用户质量的下降,因此,可以通过降低用户的业务速率(有效比特速率),减少每用户发射功率,来满足新用户接入,这一方案是在R4版本,真正启动Qos时才会使用,低端用户会仍满足保证速率的要求;最极端的处理方法是直接拒绝低级别用户,释放功率。满足高级别用户接入。
在下行链路方向上,系统是功率受限。在CDMA中,无论时全向还是定向站,每小区与GSM一样都有功率放大器(PA),这个PA称为多载波PA。PA的最大能力,也就是下行链路的资源受限。作为CDMA来说,所有用户同时在PA上信号的叠加来进行发送,而GSM中每个接收和发送都对应一个PA。如当前小区实际可用的POWER能力时50W,假设用户1以Ec1能量发射,UE2发射能量Ec2,UE3发射能量Ec3,用户能量叠加Ec1+Ec2+Ec3,假设有第四个用户UE4要求通信,叠加能量可能会大于50W。在考虑功控过程已完成且上行方向系统已允许UE4接入的前提下,系统会强制命令小区边缘的用户UE1(但尚未满足切换门限的用户)作切换出小区处理,使UE4获得下行通路,满足叠加能量小于50W。当无法切出时,系统会拒绝新用户的接入。所以在下行方向上是功率受限。一旦业务种类确定,在下行方向传输信道上的chip能量是恒定的,移动台根据用户数的增减来执行下行链路的功控。如果在下行方向,用户叠加后的能量小于50W时,PA不会以50W功率发送,下行方向的功控是每码字的功控,PA发射功率是动态变化的。关于Qos的体现,都是在信道分配之前体现的。用户提出接入请求,RNC通过NBAP协议咨询Node B是否有合适的资源(POWER),如果没有,RNC将与用户协商,降低Qos要求,否则拒绝接入分配资源。
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