1、中国联通：WCDMA 系统的功率控制分析WCDMA 中采用的宽带扩频技术，所有用户都享用共同的上、下行频谱资源，每一个用户的有用信号的能量都分配到整个频带内，而这种有用信号对其他用户而言将是一个干扰。如何控制用户间干扰、改善功率的利用率从而提高整个系统的用户容量和通话质量，从而更有效利用无线资源，功率控制是不可缺少的重要手段。一、远近效应功率控制的目的是为了克服远近效应。远近效应现象是指如果没有功率控制，距离基站近的一个 UE 就能阻塞整个小区，而距离 Node B 远的 UE 信号将被“淹没”。在上行链路中，如果小区内所有 UE 以相同的功率进行发射，由于每个UE 与 Node B 的距离和
2、路径不同，信号到达 Node B 就会有不同的衰耗，从而导致离 Node B 较近的 UE，Node B 收到的信号强，较远的 Node B 收到的信号弱，这样就会造成 Node B 所接收到的信号的强度相差很大。由于 WCDMA 是同频接收系统，较远的弱信号到达 Node B 后可能不会被解扩出来，造成弱信号“淹没”在强信号中，而无法正常工作。CDMA 自从提出来以后一直没有得到大规模应用的主要原因，就是无法克服远近效应。从图 1 可知，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 NodeB 后，都能被正确地解调出来。图 1 功控比较示意图二、功率控制的
3、目的WCDMA 采用宽带扩频技术，是个自干扰系统。通过功率控制，降低了多址干扰、克服远近效应以及衰落的影响，从而保证了上下行链路的质量。例如：在保证 QoS 的前提下降低某个 UE 的发射功率，将不会影响其上下行数据的接收质量，但结果却减少了系统干扰，其他 UE 的上下行链路质量将得到提高。功率控制给系统带来以下优点：（1）克服阴影衰落和快衰落。阴影衰落是由于建筑物的阻挡而产生的衰落，衰落的变化比较慢；而快衰落是由于无线传播环境的恶劣，UE 和 Node B 之间的发射信号可能要经过多次的反射、散射和折射才能到达接受端而造成。对于阴影衰落，可以提高发射功率来克服；而快速功控的速度是 1500
4、次/秒，功控的速度可能高于快衰落，从而克服了快衰落、给系统带来增益，并保证了 UE在移动状态下的接受质量，同时也能减小对相邻小区的干扰。（2）降低网络干扰，提高系统的质量和容量。功率控制的结果使 UE 和Node B 之间的信号以最低功率发射，这样系统内的干扰就会最小，从而提高了系统的容量和质量。（3）由于手机以最小的发射功率和 Node B 保持联系，这样手机电池的使用时间将会大大延长。三、功率控制的分类在 WCDMA 系统中，功率控制按方向分为上行（或称为反向）功率控制和下行（或称为前向）功率控制两类；按移动台和基站是否同时参与又分为开环功率控制和闭环功率控制两大类。闭环功控是指发射端根据
5、接收端送来的反馈信息对发射功率进行控制的过程；而开环功控不需要接收端的反馈，发射端根据自身测量得到的信息对发射功率进行控制。1开环功率控制开环功率控制是根据上行链路的干扰情况估算下行链路，或是根据下行链路的干扰情况估算上行链路，是单向不闭合的。图 2 开环功率控制如图 2 所示，UE 测量公共导频信道 CPICH 的接收功率并估算 Node B 的初始发射功率，然后计算出路径损耗，根据广播信道 BCH 得出干扰水平和解调门限，最后 UE 计算出上行初始发射功率作为随机接入中的前缀传输功率，并在选择的上行接入时隙上传送（随机接入过程）。开环功率控制实际上是根据下行链路的功率测量对路径损耗和干扰水
6、平进行估算而得出上行的初始发射功率，所以，初始的上行发射功率只是相对准确值。WCDMA 系统采用的 FDD 模式，上行采用 19201980MHz、下行采用21102170MHz，上下行的频段相差 190MHz。由于上行和下行链路的信道衰落情况是完全不同的，所以，开环功率控制只能起到粗略控制的作用。但开环功控却能相对准确地计算初始发射功率，从而加速了其收敛时间，降低了对系统负载的冲击；而且，在 3GPP 协议中，要求开环功率控制的控制方差在 10dB 内就可以接受。2上行内环功控内环功率控制是快速闭环功率控制，在 Node B 与 UE 之间的物理层进行, 上行内环功率控制的目的是使基站接收到
7、每个 UE 信号的比特能量相等。见图3。图 3 上行内环功控首先，Node B 测量接受到的上行信号的信干比（SIR），并和设置的目标SIR（目标 SIR 由 RNC 下发给 Node B）相比较，如果测量 SIR 小于目标SIR，NodeB 在下行的物理信道 DPCH 中的 TPC 标识通知 UE 提高发射功率，反之，通知 UE 降低发射功率。因为 WCDMA 在空中传输以无线帧为单位，每一帧包含有 15 个时隙，传输时间为 10ms，所以，每时隙传输的频率为 1500 次/秒；而 DPCH 是在无限帧中的每个时隙中传送，所以其传送的频率为每秒 1500 次，而且上行内环功控的标识位 TPC
8、 是包含在 DPCH 里面，所以，内环功控的时间也是 1500 次/ 秒。3上行外环功控上行外环功控是 RNC 动态地调整内环功控的 SIR 目标值，其目的是使每条链路的通信质量基本保持在设定值，使接收到数据的 BLER 满足 QoS 要求。见图 4。图 4 上行外环功控上行外环功控由 RNC 执行。RNC 测量从 Node B 传送来数据的 BLER（误块率）并和目标 BLER（QoS 中的参数，由核心网下发）相比较，如果测量BLER 大于目标 BLER，RNC 重新设置目标 TAR（调高 TAR）并下发到 Node B；反之， RNC 调低 TAR 并下发到 Node B。外环功率控制的周
9、期一般在一个 TTI（10ms、20ms、40ms、80ms）的量级，即 10100Hz。由于无线环境的复杂性，仅根据 SIR 值进行功率控制并不能真正反映链路的质量。而且，网络的通信质量是通过提供服务中的 QoS 来衡量，而 QoS 的表征量为 BLER，而非 SIR。所以，上行外环功控是根据实际的 BLER 值来动态调整目标 SIR，从而满足 Qos 质量要求。4下行闭环功控下行闭环功控和上行闭环功控的原理相似。下行内环功率控制由手机控制，目的使手机接收到 Node B 信号的比特能量相等，以解决下行功率受限；下行外环功控是由 UE 的层 3 控制，通过测量下行数据的 BLER 值，进而调
10、整 UE 物理层的目标 SIR 值，最终达到 UE 接收到数据的 BLER 值满足 QoS 要求。见图5。图 5 下行内环和外环功率控制四、分析总结WCDMA 是个自干扰系统，功率是最终的无线资源，而无线资源管理的过程就是控制自身系统内干扰的过程，所以，最有效地使用无线资源的唯一手段就是严格控制功率的使用。但控制功率的使用是矛盾的：一方面它能提高针对某用户的发射功率、改善用户的服务质量；另一方面，由于 WCDMA 的自干扰性，这种提高会带给其他用户干扰的增加，而导致介绍质量的下降。所以，在 WCDMA 系统中，在保证了用户要求的 QoS 前提下，功率控制的使用，最大限度地降低发射功率、减少系统干扰、增加系统容量，而这正是WCDMA 技术的关键。
