WCDMA功率控制原理
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WCDMA功率控制介绍
WCDMA功率控制介绍WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）是一种第三代移动通信技术，它通过使用CDMA技术和宽带信道来支持高速数据传输和多用户接入。
在WCDMA系统中，功率控制是一项关键技术，它用于调整用户终端的发送功率，以实现高效的系统性能和资源利用。
开环功率控制是根据用户终端与基站之间的路径损耗估计来进行功率调整的一种控制方式。
在WCDMA系统中，用户终端会发送与接收到的基站信号质量相关的参考信号，基站根据这些参考信号的接收情况来估计用户终端与基站之间的路径损耗。
通过比较预期的路径损耗和实际测量的路径损耗，基站可以推测出用户终端的发送功率是否过大或过小。
当功率过大时，基站会发送控制信号给用户终端，要求降低发送功率；当功率过小时，基站会发送控制信号给用户终端，要求增加发送功率。
通过这种方式，开环功率控制可以有效地平衡系统中用户终端的发送功率，提高系统性能和用户体验。
闭环功率控制是根据用户终端的接收信号质量来进行功率调整的一种控制方式。
在WCDMA系统中，基站会对从用户终端接收到的信号质量进行测量，比如信号强度、误码率等指标。
基站将这些测量结果发送回用户终端，用户终端根据这些信息来调整自己的发送功率。
具体来说，当基站测量到用户终端接收到的信号质量较好时，基站会发送控制信号给用户终端，要求降低发送功率；当基站测量到用户终端接收到的信号质量较差时，基站会发送控制信号给用户终端，要求增加发送功率。
通过这种方式，闭环功率控制能够更加精确地调整用户终端的发送功率，提高系统性能和用户体验。
WCDMA功率控制的一个重要应用是支持系统中多用户之间的干扰控制。
在WCDMA系统中，多个用户终端共享同一频率资源，因此彼此之间会产生干扰。
通过功率控制技术，可以根据不同用户终端之间的信号质量差异，合理分配和控制每个用户终端的发送功率，从而减小干扰。
另外，WCDMA功率控制还可以用于系统容量的优化。
WCDMA无线功能-功率控制
5
PRACH信道的开环功率控制
在发射初始前导信号后，如果网络侧接收到preamble信号，将会
在下行回AI信号。如果UE接收到AI信号，将开始发射PRACH的消 息部分。 如果UE没有收到AICH信号，将在一定时间后发起下一个 preamble。直到UE接收到AI信号为止。
6
对于上行PRACH信道来说，第一个前导信号的发射 功率是由开环功率控制算法来确定。 Preamble_Initial_Power = PCPICH DL TX power －CPICH_RSCP+UL interference + Constant Value 即：发射功率＝路径损耗＋上行干扰＋常量 PCPICH DL TX power和下行覆盖有关，是由网络 规划在建网前就已经确定了的；UL interference反 映的是当前小区的上行干扰，由NodeB测量得到后 上报RNC；Constant Value实际反映的是前导信号 的捕获门限。
3
功控的分类
开环功率控制
闭环功率控制
上行内环功率控制 下行内环功率控制 上行外环功率控制 下行外环功率控制
4
开环功率控制
在WCDMA中，开环功控的目的是提供初始
发射功率的粗略估计。它是根据测量结果对 路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初 始发射功率的过程。 在上下行的物理信道中，应用到开环功率控 制的主要是PRACH和DPCCH信道。
26
外环功率控制
WCDMA系统的内环功率控制是使发射信号的功率 到达接收端时保持一定的信干比。然而，最终接入 网提供给NAS的服务中QoS表征量为 BLER，而非 SIR。 SIR目标值是能够正确解调有用信号所需要的信干 比，在不同的多径环境下（移动台的速度及其多径 数量），这个值是不同的，因此需要一个外环功率 控制的机制，根据通信的质量（BLER，BER， FER）来调整内环的SIR目标值，使系统始终能够 以最小的功率满足质量要求。
申畅_WCDMA软切换中的功率控制
WCDMA软切换中的功率控制一、 WCDMA系统：WCDMA 主要由欧洲ETSI 和日本ARIB 提出，系统的核心网是基于GSM-MAP 的，同时可通过网络扩展方式提供在基于ANSI-41 的核心网上运行的能力。
WCDMA的全名是Wideband CDMA，即“宽带码分多址接入”，它的码片速率是3.84Mcps，而GSM系统目前只能传送9.6kbit/s，固定线路Modem 也只是56kbit/s 的速率，由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。
它的每个无线帧长度为10ms，分成16个时隙（time slot）每个时隙长度为0.625ms。
此外，在某些信道中，它还可有效支持电路交换业务（如PSTN、ISDN 网）、分组交换业务（如IP 网）和可变速率话音业务。
因此，灵活的无线协议可在一个载波内对同一用户同时支持话音、数据和多媒体业务，通过透明或非透明传输块来支持实时、非实时业务。
这样用户可以同时利用电路交换方式接听电话，然后以分组交换方式访问Internet，这样的技术可以提高移动电话的使用效率，使得我们可以超越在同一时间只能做语音或数据传输的服务的限制。
WCDMA 作为一种全新第三代移动通信系统方案，与窄带CDMA 相比具有更大的系统容量和更大的覆盖区域，可适应多种速率的传输，灵活的提供多种业务，并采用了包数据交换和快速业务接入，大大提高了频谱利用率。
二、 WCDMA中的切换技术：在移动通信网中,当移动台(MS) 从一个小区移动到另一个小区的时候,原基站的信道就被释放出来,同时请求新的服务信道,这个过程就是切换过程。
WCDMA系统支持多种类型的切换，主要类型有软切换、更软切换和硬切换。
在AMPS (Advanced mobilephone Standard) ，非宏蜂窝分集GSM,DECT 和D2AMPS(DigitalAMPS) 系统中使用的是硬切换技术。
硬切换中，在新的无线链路建立之前，旧的无线链路先被拆除，然后,移动台在任何给定时间内始终和某一BS 进行通信. 在切换过程中，移动网先为切换呼叫建立新的话音信道。
WCDMA功率控制介绍
− 一个大功率发射的用户可以阻塞整个小区
◆调整发射功率，保持上下行链路的通信质量
◆克服阴影衰落和快衰落 ◆降低网络干扰，提高系统质量和容量 ◆提高UE的使用时间
4
3.功控分类
按照功控的方式分类：
◆开环功率控制 内环功率控制 ◆闭环功率控制
外环功率控制
5
3.功控分类
P(SIR-Target,UL)
L_PCPICH RTWP constantValueCprach 路径损耗 （导频信道发射功率-RSCP） 上行干扰 （SIB7中检测到的总的干扰） 常量
即：发射功率＝路径损耗＋上行干扰＋常量
9
5.功控过程-上行开环
注意：PRACH信道功率提升不是无限制的，它受preambleRetransMax 及maxPreambleCycle共同制约。
No 终端开始上行 业务信道发送 FER 可接受 吗? Yes
No 接收信号载噪 比 > target? Yes
增加发射功率1dB
降低载噪比目标 值
降低发射功率1dB
8
5.功控过程-上行开环
（1）PRACH信道：
P_PRACH = L_PCPICH + RTWP + constantValueCprach PS：
步进算法
19
5.功控过程-外环功控
跳跃算法
20
6.主要参数介绍
Cell Setup and Reconfiguration Downlink primaryCpichPower 参数描述 默认 取值 步长 单位 值 范围 100. 300 .+50 0 350. -31 .+15 0 350. -18 .+15 0 350. -35 .+15 0
◆调整发射功率，保持上下行链路的通信质量
◆克服阴影衰落和快衰落 ◆降低网络干扰，提高系统质量和容量 ◆提高UE的使用时间
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3.功控分类
按照功控的方式分类：
◆开环功率控制 内环功率控制 ◆闭环功率控制
外环功率控制
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3.功控分类
P(SIR-Target,UL)
L_PCPICH RTWP constantValueCprach 路径损耗 （导频信道发射功率-RSCP） 上行干扰 （SIB7中检测到的总的干扰） 常量
即：发射功率＝路径损耗＋上行干扰＋常量
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5.功控过程-上行开环
注意：PRACH信道功率提升不是无限制的，它受preambleRetransMax 及maxPreambleCycle共同制约。
No 终端开始上行 业务信道发送 FER 可接受 吗? Yes
No 接收信号载噪 比 > target? Yes
增加发射功率1dB
降低载噪比目标 值
降低发射功率1dB
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5.功控过程-上行开环
（1）PRACH信道：
P_PRACH = L_PCPICH + RTWP + constantValueCprach PS：
步进算法
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5.功控过程-外环功控
跳跃算法
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6.主要参数介绍
Cell Setup and Reconfiguration Downlink primaryCpichPower 参数描述 默认 取值 步长 单位 值 范围 100. 300 .+50 0 350. -31 .+15 0 350. -18 .+15 0 350. -35 .+15 0
WCDMA系统功率控制基本原理
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上行DPCCH信道的开环功率控制
上行DPCCH初始功率设置方式
DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset - CPICH_RSCP 注：CPICH_RSCP由UE测量得到； DPCCH_Power_offset是DPCCH初始发射功率偏置，在RRC连接建立之 初就由RNC配置给UE ；其计算公式如下： DPCCH_Power_offset = Primary CPICH DL TX power + UL interference +Default Constant Value。 其中： Primary CPICH DL TX power是主公共导频物理信道下行发射功率； UL interference是上行干扰； Default Constant Value 是DPCCH初始发射功率缺省常数。
• NodeB侧：收到TPC后调整DPCCH和DPDCH的发射功率。步 长为0.5、 1、1.5或2dB。
– DPC-MODE=0，每个时隙调整发射功率 – DPC_MODE=1，每三个时隙调整发射功率
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下行内环功控
•下行链路发射功率
P(k) = P(k - 1) + PTPC(k) + Pbal(k)
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上行DPCCH信道的开环功率控制
初始内环功率控制方式（上行同步前）
• 建立的链路是第一条链路 在同步过程中按照TPC Pattern来发送TPC， 发n对（0，1）后发一个1，每四帧重新开始 循环直到上行同步后终止这种方式，开始正 常的闭环功控； • 软切换过程中增加的链路不是第一条链路 在同步过程中，NodeB采用发送全1的 TPC命令给UE，同时下行功率保持不变
WCDMA系统中的功率控制
如 果 没 有 功 率 控 制 ， 距 离 基 站 近 的 一 个 ＵＥ 就 能 阻 塞 整 个 小 区 ， 而 距 离 Ｎｏ ｅＢ 远 ｄ
的 ｕＥ 信 号 将 被 “ 没 ” 淹 。
实 际 上 ， 在 上 行 链 路 中 ， 如 果 小 区 内 所 有 ＵＥ 以 相 同 的 功 率 进 行 发 射 ， 那 么 由
１ 功 率 控 制 的 作 用
１ １远 近 效 应 ． Ｗ ＣＤ Ｍ Ａ 系 统 的 远 近 效 应 现 象 是 指 １ ２ 功 率 控 制 的 目 的 ． Ｗ ＣＤＭ Ａ 系 统 采 用 宽 带 扩 频 技 术 ， 属
ｗ ｗ ｗ ．ｔ ． ｔ ｍ ｃｏｍ ． ｃｎ ９ ３
维普资讯
ｃＤ Ｍ Ａ 一 直 没 有 得 到 大 规 模 应 用 的
主 要 原 因 之 一 就 是 无 法 克 服 远 近 效 应 问 题 。功 率 控 制 的 目 的 就 是 为 了 克 服 远 近 效
应 。 采 用 功 率 控 制 后 ， 每 个 ＵＥ 到 达 基 站 的 功 率 基 本 相 当 ， 这 样 ， 每 个 ｕＥ 的 信 号 到 达 Ｎｏ ｅ Ｂ 后 ， 都 能 被 正 确 地 解 调 出 来 。 ｄ
中 ，无法 正 常 工作 。
有 用 户 共 享 上 、 下 行 频 谱 资 源 ， 每 一 个 用 户 的 有 用 信 号 的 能 量 都 被 分 配 到 整 个 频 带 内 ， 但 这 种 有 用 信 号 对 其 他 用 户 将 会 产 生 干 扰 。 如 何 控 制 用 户 问 干 扰 、改 善 功
发 射功 率进 行控 制 。
下 行 采 用 ２ ｌ ０～２ ｌ ０ Ｍ Ｈｚ ｌ ７ ，上
２． 开 环 功 率 控 制 １ 下 行 的 频 段 相 差 ｌ ０ Ｍ ＨＺ 由 于 ９ 。 上 行 和 下 行 链 路 的 信 道 衰 落 情 况 是 完 全 不 相 同 的 ，所 以 ， 开 环 功 率
WCDMA基础知识-功率控制
判决规则：若
1 N
TPC _ tem p 0.5 ，则TPC_cmd =1；
i 1 i
N
若所有的为-1，则TPC_cmd = -1； 其他情况， TPC_cmd =0。
R99：下行内环功率控制
下行内环功率控制是UE根据接收到的DPCH 的信干比与目标信干比比较来调整NodeB 的发射功率 下行内环功率控制有两种方式：模式1和模式 2
R99：上行公共信道开环功率控制
PRACH(PCPCH)信道的初始发射功率计算 公式：
Preamble_Initial_Power = Primary CPICH DL TX power – CPICH_RSCP + UL interference + Constant Value
PRACH功率控制方式：
NodeB
接收的 DPCCH，测量 得到SIR 比较SIR与 SIRtarget 根据接收的DPCCH 的信干比判决，并 反馈TPC命令
UE
判决，调整发射功 率
收TPC
R99：下行功率平衡
目的：
当UE处于宏分集状态，同时拥有多条无线链路。但 由于UE发射的TPC（传输功率控制）命令可能在空中 发生差错，因此有的下行无线链路可能增加功率， 而别的下行链路同时可能减少功率，这就造成了功 率漂移；下行功率平衡机制就是用来克服这种功率 漂移
PRACH_C_Po wer Preamble_I nitial_Pow er Power RampStep P p - m
R99：上行专用信道的开环功率控制
对于RNC来说，需要确定UE上行DPCCH 的初始发射功率偏差，计算公式如下：
DPCCH _ Power _ Offset Eb / N0 (dB) ( NT IT )(dBm) PG(dB) P _ CPICH _ Power
07 WCDMA系统功率控制
3
课程内容
第一章 功率控制综述 第二章 开环功率控制 第三章 闭环功率控制 第四章 下行功率平衡
4
功率控制的目的和分类
一个UE就能阻 塞整个小区 信号被离基站近的UE的 信号“淹没”，无法通 信
由于远近效应， 系统必须引入功率控制： 由于远近效应，WCDMA系统必须引入功率控制： 系统必须引入功率控制
涉及MML命令：ADD PRACHBASIC
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反向专用信道开环功控
DPCCH上行初试发射功率： DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset -CPICH_RSCP 其中CPICH_RSCP由UE测量得到。
DPCCH_Power_offset设置影响：
过小可能会使得初始建链时在小区边缘上行同步失败，从而影响上 行覆盖 过大，会对上行接收造成干扰，影响上行容量。
8
第二章 开环功率控制
第一节 反向开环功控
第二节 前向开环功控
9
反向开环功控 反向开环功控
BCH: CPICH channel power UL interference level
RACH
NodeB
提供初始发射功率的粗略估计。 它是根据测量结果对路径损耗 和干扰水平进行估计，从而计 算初始发射功率的过程。
第二节 外环功率控制
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内环功率控制基本原理
控制方根据接收到的DPCCH的pilot字段进行SIR测量估计，与 SIRtarget比较，产生TPC 命令，通过DPCCH的TPC字段通知 执行方。执行方按照一定的方法从接收到的TPC命令中获得 TPC_cmd，调整发射功率。 上行内环功控中，控制方为NodeB，执行方为UE。下行内环功 控中，控制方为UE，执行方为NodeB。 内环功控步长的选择：
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15KHz
4
Ec/Io Ec/No的含义
Ec: E(energy)，c(chip,指的是3.84Mcps中的Chip)，Ec是指一个chip的平均能量。 Io: I(interfece)，o(other Cell)，Io是来自于其他小区的干扰。 No:是指白噪声的功率谱密度 由于导频信道不包含比特信息所以常用Ec/Io而不是Eb/Nt表示信道质量。 Ec/No:每码片能量与噪声功率密度(噪声比)之比 =RSCP/RSSI 接受信号功率/整个信道带宽内的接受功率
3 3GPP 25215-370
RSCP 和SIR的概念
扩频前的RSCP
ISCP ？ RSCP
RSSI
RSCP×SF
SIR的概念 DPCCH的RSCP类似
SIR＝（RSCP×SF）/ISCP
ISCP 导频信道因多经引起的干扰
小区其他信道与导频信道间的不 完全正交引入的干扰
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Ec/Io:每码片能量与干扰功率密度(干扰比)之比。
Ec/No的计算：上行链路中等于Eb/No除以处理增益。 下行链路中等于Eb/Io除以处理增益。 这些都是解扩前的功率和质量指标
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功率控制目的
克服“远近效应” 调整发射功率，保持上/下行链路的通信质量 克服阴影衰落和快衰落 降低网络干扰，提高系统质量和容量 延长电池
一句话：CDMA系统中功率控制的目标就是在保证用户通 信质量 的条件下，使用户的发射功率尽量小。
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功控的分类
开环功率控制
上行开环功控（反向） 下行开环功控（前向）
闭环功率控制
上行内环功率控制
下行内环功率控制
上行外环功率控制 下行外环功率控制
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8
内容提纲
一、无线指标基本概念
二、功率控制概念
三、开环功率控制
四、内环功率控制
五、外环功率控制
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内容提纲
一、无线指标基本概念
二、功率控制概念
三、开环功率控制
四、内环功率控制
五、外环功率控制
[3GPP TS 25214-370-Physical layer procedures (FDD)] [3GPP TS 25331-370-RRC_protocol_specification]
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功率控制－远近效应
CDMA自从被提出以来，一直没有得到大规模应用的主要问题就是无法克服 上行的“远近效应”
Power
Power f f
每个用户对于其他用户都相当于干扰， 远近效应严重影响系统容量，一个基站 近端的用户可能会阻塞整个小区
采用功控技术（使得所有用户到达基站 的功率都相等）减少了用户间的相互干 扰，提高了系统整体容量
WCDMA功控原理、算法和参数
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Ec/Io Eb/Nt 含义
Eb: E(energy)，b(bit)，Eb是指一个bit的平均能量。
Nt:指的是总的噪声，包括白噪声、来自其他小区的干扰，本小区其他 用户的干扰，来自用户自身多径的干扰等。
数据业务信道的质量用Eb/Nt来衡量 Eb/Nt: Eb中文是平均比特能量（一般来说，一个Bit是有很多个 chip组成的，所以它的能量＝N×Ec=Ec/R）。 Eb/No，这个No是指白噪声的功率谱密度。
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RSCP×SF
ISCP RSCP
RSSI
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RSSI RSCP ISCP SIR 含义
RSSI：接收信号强度指示（Received Signal Strength Indicator），是指在相关信道带宽内的宽带接收功率； RSCP：接收信号码功率（Received Signal Code Power），是P-CPICH一个码字上的接收功率。如果 PCPICH采用发射分集，手机对每个小区的发射天线分别进行接收码功率测量，并加权和为总的接收码功率值。 ISCP = 干扰信号码功率（Interference Signal Code Power），在导频比特上测量的接收信号上的干扰。 SIR：SIR=C/I= (RSCP/ISCP)SF,他代表着小区的正交性，并为了实现功率控制而不断进行测量。SIR的测量 应当在无线链路合并之后的DPCCH上进行。 上面公式的RSCP SF才是解扩以后的值。这里的RSCP是解扩前的值。
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引入功控后的发射功率接收功率关系
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6
扩频/解扩原理－频域解释
Eb / No = Ec / Io ×增益
功率谱
a2Tbit = Ebit 解调门限 系统所允许的最大干扰电平
增益
可以给所有用户共享的功率
其他用户干扰信号
Echip Ec