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LTE 系列:功率控制

LTE 功率控制

功率控制

针对上行和下行信号的发送特点,物理层定义了相应的功率控制的机制。

  • 对于上行信号,终端的功率控制在节能抑制用户间干扰的方面具有重要意义,所以,相应的采用闭环功率控制的方式,控制终端在上行单载波符号上的发送功率。

  • 对于下行信号,基站合理的功率分配和相互之间的协调能够抑制小区间的干扰,提高组网的系统性能,所以,相应的采用开环功率分配的机制,控制基站在下行各个子载波上的发送功率。

上行功率控制

上行功率控制以各个终端为单位,控制终端到达基站的接收功率,使得不同距离的用户都能以适当的功率到达基站,避免远近效应。物理层上行采用部分功率控制(Fractional Power Control)结合闭环功率控制的方案,对无线链路的大尺度衰落和小尺度衰落进行补偿。

在子帧 i,终端 PUSCH 信道的发射功率可以表示为:

$P_{PUSCH}(i)=min\{P_{CMAX},10log_{10}(M_{PUSCH}(i))+P_{O_{PUSCH}} (j)+α(j)·PL+∆TF (i)+f(i)\}[dBm]$

其中:

  • $P_{CMAX}$ 表示终端的最大发射功率
  • $M_{PUSCH}(i)$ 表示 PUSCH 的传输带宽(RB 数目)
  • $PL$ 是终端测量得到的下行大尺度损耗
  • $∆TF (i)$ 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。
  • $KS=1.25$ 或者 0,表示是否针对不同的调制方式进行补偿
  • $f(i)$ 是由终端闭环功率控制所形成的调整值。它的数值根据 PDCCH Format0/3/3A 上的功率控制命令进行调整

物理层有两种闭环功率控制类型:

  • 累计型(accumulation)
  • 绝对值型(absolute)

与上行数据调度相类似

  • FDD 情况下,PDCCH Format 0/3/3A 功率控制命令和相应的 PUSCH 发送之间的时延是 4ms
  • TDD 情况下,该时延的数值根据上下行时间分配比例的不同而有所不同

与功率控制相结合,可以通过小区之间交换干扰情况的信息,进行协调的调度,抑制小区间的同频干扰,小区间 X2 接口上交互的信息有两种:

  • 过载指示(Overload Indicator,OI):指示本小区每个 PRB 上受到的上行干扰情况。相邻小区通过交换该消息了解对方目前的负载情况,并进行适当的调整
  • 干扰指示(High Interference Indicator,HII):指示本小区每个 PRB 对于上行干扰的敏感度情况。该消息反映了本小区的调度安排,相邻小区通过交换该信息了解对方将要采用的调度安排,并进行适当的调整以实现协调的调度。

下行功率分配

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了

  • 提高导频信号的发射功率(即 power boosting)
  • 用户调度相结合实现小区间干扰抑制的相关机制

小区公用导频信号(CRS)在频率上和时间上采用恒定的发射功率,基站通过高层信令指示该发射功率的数值,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 RECRS RE 的功率比值,即 $ρA$ 和 $ρB$ 。其中

  • $ρA$ 表示时隙内不带有 CRS 导频信号的 OFDM 符号上(例如:2 天线、Normal CP 的情况下,时隙内的第 1、2、3、5、6 个 OFDM 符号),PDSCH RECRS RE 的功率比值
  • $ρB$ 表示时隙内带有 CRS 导频信号的 OFDM 符号上(例如:2 天线、Normal CP 的情况下,时隙内第 0、4 个 OFDM 符号),PDSCH RECRS RE 的功率比值

提高 CRS 导频信号的发射功率(即 power boosting)

小区通过高层信令指示 $\frac{ρB}{ρA}$,通过不同的比值可以设置导频信号在基站总功率中不同的开销比例,由此实现了不同程度地提高 CRS 导频信号发射功率的功能。

例:以发射天线数目等于 2 为例,支持 4 种不同的小区配置 $\frac{ρB}{ρA}=[\frac{5}{4},1,\frac{3}{4},\frac{1}{2}]$,分别对应于导频占总功率开销为$[\frac{1}{6},\frac{1}{3},\frac{3}{6},\frac{2}{3}]$的情况。

下图表示了 $\frac{ρB}{ρA} =1$ 和 $\frac{ρB}{ρA} =\frac{1}{2}$ 时天线端口 #0 的信号功率情况,分别实现了导频信号以 3dB 和 9dB 高于同一 OFDM 符号中数据元素的发送功率。

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两种情况下天线端口 #0 的信号功率

用户功率分配和小区间干扰协调

在指示 $\frac{ρB}{ρA}$ 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,该信息将用于 16QAM64QAMMU-MIMO 等需要幅度信息的检测过程。$P_A$ 和 $ρA$ 的数值关系是

$ρ_A =δ_{power-offset} +P_A$

其中 $δ_{power-offset}$ 用于 MU-MIMO 的场景,例如 $δ_{power-offset} =−3dB$ 可以表示功率平均分配给两个用户的情况。

参考

  • [1] LTE-Advanced 关键技术详解