TD-SCDMA系統(tǒng)中基于門限報(bào)告的外環(huán)功率控制研究

【摘要】功率控制是TD-SCDMA系統(tǒng)正常工作所必須的，外環(huán)功率控制為內(nèi)環(huán)功率控制提供SIR參考值。為此提出了一種門限報(bào)告算法，該算法通過統(tǒng)計(jì)誤塊數(shù)和誤塊容忍周期來決定是否調(diào)整目標(biāo)信干比，同時(shí)還給出了具體參數(shù)的公式，可以較好地實(shí)現(xiàn)3GPP中對外環(huán)功率控制的要求。

【關(guān)鍵詞】TD-SCDMA外環(huán)功率控制信干比誤塊率 誤碼率

中圖分類號(hào)：TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-1010(2014)-10-0063-04

Research on Outer Loop Power Control Based on Threshold Report in TD-SCDMA Systems

FAN Hui

(Department of Engineering and Technology, Xijing University, Xi'an 710123, China)

[Abstract]

Power control is very important for TD-SCDMA systems, while outer loop power control provides reference value of signal-to-interference ratio (SIR) to inter loop power control. A power control algorithm based on threshold report is proposed in which the target SIR is adjusted according to block error ratio (BLER) and BLER acceptance period, detailed formulas are presented. Simulation results show that the proposed algorithm achieves the requirements of power control in 3GPP.

[Key words]TD-SCDMA outer loop power control SIR BLERBER

1 引言

傳統(tǒng)的外環(huán)功控根據(jù)誤碼率與服務(wù)質(zhì)量要求的預(yù)期數(shù)值進(jìn)行對比，依據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的外環(huán)功控算法計(jì)算出既能保證服務(wù)質(zhì)量又能使系統(tǒng)容量最大的信噪比目標(biāo)值。

上行外環(huán)功率控制算法的基本原理是：根據(jù)基站測量上報(bào)得到的信息來緩慢調(diào)整目標(biāo)信噪比，使得最終的業(yè)務(wù)質(zhì)量不受環(huán)境因素的影響，維持相對穩(wěn)定的業(yè)務(wù)質(zhì)量，滿足不同服務(wù)的質(zhì)量要求。外環(huán)功率控制主要是為內(nèi)環(huán)功率控制設(shè)定預(yù)期值，調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)功控過程。內(nèi)環(huán)功控的思想是：比較測量到的信噪比與外環(huán)功控預(yù)設(shè)的預(yù)期信噪比，來調(diào)節(jié)鏈路的功率，使發(fā)射鏈路的信噪比接近目標(biāo)信噪比。

3GPP對外環(huán)功率控制算法沒有具體的規(guī)定，各個(gè)廠商有自己確定采用的算法。

2 門限報(bào)告算法

門限報(bào)告算法通過在誤塊容忍周期內(nèi)，誤塊數(shù)和誤塊門限的比較，來決定如何調(diào)整SIRtarget：如果誤塊容忍周期未到，但誤塊數(shù)已超過了誤塊門限，則上調(diào)SIRtarget，同時(shí)還需要把誤碼塊計(jì)數(shù)器、誤碼塊容忍計(jì)數(shù)器清零，重新開始下一次計(jì)算。

另外，對于長時(shí)間只收到很少數(shù)據(jù)包或沒有收到數(shù)據(jù)包的情況，為了保證控制信道的質(zhì)量滿足當(dāng)前的移動(dòng)環(huán)境，需要根據(jù)傳輸信道BER（Bit Error Rate，誤碼率）進(jìn)行外環(huán)功控。

對于門限報(bào)告CRC方法觸發(fā)傳輸信道BER外環(huán)功控方法的條件為：若在給定的有效時(shí)間窗內(nèi)（Acceptance Time Window）收到的數(shù)據(jù)總塊數(shù)小于誤塊容忍周期（此時(shí)表明現(xiàn)在的數(shù)據(jù)流量特別?。瑒t觸發(fā)傳輸信道BER外環(huán)功控方法，同時(shí)把根據(jù)傳輸信道CRC進(jìn)行外環(huán)功控的中間變量進(jìn)行復(fù)位。如果在有效時(shí)間窗未到時(shí)已發(fā)生上調(diào)SIRtarget，那么需要把數(shù)據(jù)塊統(tǒng)計(jì)時(shí)間計(jì)數(shù)器清零。

綜上所述，在門限算法中存在三個(gè)參數(shù)：誤塊容忍周期、誤塊門限和有效時(shí)間窗。每80ms統(tǒng)計(jì)誤塊數(shù)、總塊數(shù)的同時(shí)還累計(jì)有效時(shí)間窗的窗長（通常是80ms的整數(shù)倍），有效窗長的累計(jì)可通過數(shù)據(jù)塊統(tǒng)計(jì)時(shí)間計(jì)數(shù)器完成。在統(tǒng)計(jì)過程中，衡量首先滿足這三個(gè)參數(shù)中的哪一個(gè)，再作相應(yīng)的處理：

（1）如果誤碼塊數(shù)首先到達(dá)誤塊門限，則上調(diào)SIRtarget，同時(shí)還需要把誤碼塊計(jì)數(shù)器、誤碼塊容忍計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)塊統(tǒng)計(jì)時(shí)間計(jì)數(shù)器清零；

（2）如果首先到達(dá)誤塊容忍周期，但有效窗長未達(dá)到，且收到的誤碼塊數(shù)小于誤塊門限，則下調(diào)SIRtarget，同時(shí)還把誤碼塊計(jì)數(shù)器、誤碼塊容忍計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)塊統(tǒng)計(jì)時(shí)間計(jì)數(shù)器清零；

（3）如果首先到達(dá)誤塊容忍周期，但有效窗長未達(dá)到，且收到的誤碼塊數(shù)等于誤塊門限，則不調(diào)整SIRtarget，但仍需把誤碼塊計(jì)數(shù)器、誤碼塊容忍計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)塊統(tǒng)計(jì)時(shí)間計(jì)數(shù)器清零；

（4）如果首先到達(dá)有限時(shí)間窗長，但誤碼塊容忍計(jì)數(shù)器小于誤塊容忍周期、誤碼塊計(jì)數(shù)器小于誤塊門限，則說明此有效窗內(nèi)的TB塊總數(shù)過少，此時(shí)需要觸發(fā)傳輸信道BER外環(huán)功控算法，并將誤碼塊計(jì)數(shù)器、誤碼塊容忍計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)塊統(tǒng)計(jì)時(shí)間計(jì)數(shù)器清零。

考慮到高速移動(dòng)的環(huán)境下，移動(dòng)終端的移動(dòng)速度很快，所以不能只考慮目前誤碼周期內(nèi)測量到的BLER（Block Error Ratio，誤塊率），還要考慮到信道的時(shí)間特性，需要計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)（幾個(gè)誤碼塊周期）平均BLER，公式如下：

BLERavg(i,t)=p×BLER(i,t-1)+(1-p)×BLERnow(i,t)

（1）

其中，p為加權(quán)系數(shù)，一般取值為0.3~0.5。在這里，上調(diào)SIRtarget的步長可大于下調(diào)步長，不同業(yè)務(wù)調(diào)整的步長也不同。

上調(diào)步長Wup>0，下調(diào)步長Wdn<0。為了適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)（PS和CS），Wup和Wdn可以不同，具體步長和誤碼塊數(shù)有關(guān)。上一個(gè)觀察周期中有Cold個(gè)誤碼塊，當(dāng)前觀察周期中有Cnow個(gè)誤碼塊，則調(diào)整的步長為指數(shù)函數(shù)：。

根據(jù)實(shí)際外場TD系統(tǒng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，一般Wup=0.05×

S，Wdn=0.95×S。S為標(biāo)準(zhǔn)的步長，其值為0.1～0.4dB。

而對于不同的QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）主要體現(xiàn)在誤塊容忍周期和誤塊門限的確定上。誤塊容忍周期根據(jù)不同業(yè)務(wù)的QoS所要求BLERtarget來決定（M/BLERtarget），其中M是根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)整。

在屏蔽周期內(nèi)仍然需要檢測CRC錯(cuò)誤，但不進(jìn)行誤碼塊數(shù)、傳輸總塊數(shù)統(tǒng)計(jì)，也不做SIRtarget調(diào)整。等屏蔽過后再重新開始誤碼塊數(shù)、傳輸總塊數(shù)的累加。

3 算法評估

為了驗(yàn)證算法的實(shí)際性能，筆者對門限報(bào)告算法進(jìn)行了實(shí)際網(wǎng)絡(luò)測試。

3.1測試條件

參數(shù)設(shè)置：

SIRtargetMax=17.2，SIRtargetMin=4，SIRtargetInt=10，SIRtarget上調(diào)步長=0.3，SIRtarget下調(diào)步長=0.1；對PS128K業(yè)務(wù)，設(shè)置誤塊門限為5，誤塊容忍周期為100。注意：根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，目標(biāo)SIR調(diào)整前的初始值SIRtargetInt一般為-8.2～17.3dB，調(diào)整步長為0.1，過大會(huì)對其他UE造成干擾，過小則會(huì)導(dǎo)致鏈路質(zhì)量較差。

endprint

測試方法：

首先對SIRtarget上調(diào)步長、SIRtarget下調(diào)步長等參數(shù)參考已有定標(biāo)值進(jìn)行配置；然后對PS128K（UL）業(yè)務(wù)選擇幾組不同的誤塊門限和誤塊容忍周期進(jìn)行測試，觀察BLER數(shù)據(jù)變化的趨勢，選出較好的一組參數(shù)；再進(jìn)行多用戶情況下的比較，最終確定適合的上調(diào)目標(biāo)信干比的誤塊數(shù)判決門限、下調(diào)目標(biāo)信干比的誤塊容忍周期參數(shù)值。

使用兩部測試終端UE1和UE2，通過TD-SCDMA路測軟件日訊來記錄50s內(nèi)的BLER數(shù)據(jù)。終端的移動(dòng)速度保持在30km/h左右。

參數(shù)的衡量標(biāo)準(zhǔn)：

BLER的圖形是否平穩(wěn)，BLER的方差大小。一般來說，圖形越平穩(wěn)、方差越小越好。

3.2測試數(shù)據(jù)

筆者選取的測試數(shù)據(jù)如表1所示，不同測試數(shù)據(jù)BLER波形的變化分別如圖1—4所示。

表1測試數(shù)據(jù)

參數(shù)名稱 一組 二組 三組 四組

誤塊門限（TB） 5 5 10 10

誤塊容忍周期（TB） 100 110 200 220

BLER平均值 0.678 2 0.605 1 0.902 9 2.179 1

BLER標(biāo)準(zhǔn)差 1.584 0 1.905 4 4.355 3 8.200 8

BLERerror均值 4.429 8 4.654 4 5.084 8 5.792 2

BLER≤1% 81.170 0% 84.527 9% 87.476 9% 81.108 3%

1%≤BLER≤2% 4.936 0% 4.778 2% 4.076 1% 4.450 0%

2%

3%

4%

5%

從BLER的均值、BLER的方差及其波動(dòng)情況可以看出，通過使用門限報(bào)告算法基本上可以使得BLER接近目標(biāo)BLER，證實(shí)了該算法的有效性。

4 結(jié)論

3GPP要求外環(huán)功率控制可以根據(jù)當(dāng)前的信道環(huán)境實(shí)時(shí)地調(diào)整SIR目標(biāo)值，以確保正常的通信質(zhì)量要求?；诖?，本文設(shè)計(jì)了門限報(bào)告算法，并對該算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過這個(gè)算法，可以滿足TD-SCDMA系統(tǒng)中對外環(huán)功率控制的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 柯雅珠,竇建武,續(xù)斌. 寬帶碼分多址移動(dòng)通信系統(tǒng)的功率控制方法: 中國, 02139929.8[P/OL]. [2009-09-16]. http://www.sipo.gov.cn/yw/2009/201310/t20131024_846741.html.

[2] 周宏成. TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響[J]. 移動(dòng)通信, 2006(5): 65-68

[3] 謝顯中. TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004.

[4] 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,等. 通信原理（第五版）[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2001.

[5] 3GPP TS 25.225. Physical Layer-Measurements[S]. 2004.

[6] 3GPP TS 25.221. Physical Channels and Mapping of Transport Channels onto Physical Channels[S]. 2004.★

作者簡介

范暉：碩士畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任職于西京學(xué)院工程技術(shù)系，主要研究方向?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃研究。

測試方法：

首先對SIRtarget上調(diào)步長、SIRtarget下調(diào)步長等參數(shù)參考已有定標(biāo)值進(jìn)行配置；然后對PS128K（UL）業(yè)務(wù)選擇幾組不同的誤塊門限和誤塊容忍周期進(jìn)行測試，觀察BLER數(shù)據(jù)變化的趨勢，選出較好的一組參數(shù)；再進(jìn)行多用戶情況下的比較，最終確定適合的上調(diào)目標(biāo)信干比的誤塊數(shù)判決門限、下調(diào)目標(biāo)信干比的誤塊容忍周期參數(shù)值。

使用兩部測試終端UE1和UE2，通過TD-SCDMA路測軟件日訊來記錄50s內(nèi)的BLER數(shù)據(jù)。終端的移動(dòng)速度保持在30km/h左右。

參數(shù)的衡量標(biāo)準(zhǔn)：

BLER的圖形是否平穩(wěn)，BLER的方差大小。一般來說，圖形越平穩(wěn)、方差越小越好。

3.2測試數(shù)據(jù)

筆者選取的測試數(shù)據(jù)如表1所示，不同測試數(shù)據(jù)BLER波形的變化分別如圖1—4所示。

表1測試數(shù)據(jù)

參數(shù)名稱 一組 二組 三組 四組

誤塊門限（TB） 5 5 10 10

誤塊容忍周期（TB） 100 110 200 220

BLER平均值 0.678 2 0.605 1 0.902 9 2.179 1

BLER標(biāo)準(zhǔn)差 1.584 0 1.905 4 4.355 3 8.200 8

BLERerror均值 4.429 8 4.654 4 5.084 8 5.792 2

BLER≤1% 81.170 0% 84.527 9% 87.476 9% 81.108 3%

1%≤BLER≤2% 4.936 0% 4.778 2% 4.076 1% 4.450 0%

2%

3%

4%

5%

從BLER的均值、BLER的方差及其波動(dòng)情況可以看出，通過使用門限報(bào)告算法基本上可以使得BLER接近目標(biāo)BLER，證實(shí)了該算法的有效性。

4 結(jié)論

3GPP要求外環(huán)功率控制可以根據(jù)當(dāng)前的信道環(huán)境實(shí)時(shí)地調(diào)整SIR目標(biāo)值，以確保正常的通信質(zhì)量要求。基于此，本文設(shè)計(jì)了門限報(bào)告算法，并對該算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過這個(gè)算法，可以滿足TD-SCDMA系統(tǒng)中對外環(huán)功率控制的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 柯雅珠,竇建武,續(xù)斌. 寬帶碼分多址移動(dòng)通信系統(tǒng)的功率控制方法: 中國, 02139929.8[P/OL]. [2009-09-16]. http://www.sipo.gov.cn/yw/2009/201310/t20131024_846741.html.

[2] 周宏成. TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響[J]. 移動(dòng)通信, 2006(5): 65-68

[3] 謝顯中. TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004.

[4] 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,等. 通信原理（第五版）[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2001.

[5] 3GPP TS 25.225. Physical Layer-Measurements[S]. 2004.

[6] 3GPP TS 25.221. Physical Channels and Mapping of Transport Channels onto Physical Channels[S]. 2004.★

作者簡介

范暉：碩士畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任職于西京學(xué)院工程技術(shù)系，主要研究方向?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃研究。

測試方法：

首先對SIRtarget上調(diào)步長、SIRtarget下調(diào)步長等參數(shù)參考已有定標(biāo)值進(jìn)行配置；然后對PS128K（UL）業(yè)務(wù)選擇幾組不同的誤塊門限和誤塊容忍周期進(jìn)行測試，觀察BLER數(shù)據(jù)變化的趨勢，選出較好的一組參數(shù)；再進(jìn)行多用戶情況下的比較，最終確定適合的上調(diào)目標(biāo)信干比的誤塊數(shù)判決門限、下調(diào)目標(biāo)信干比的誤塊容忍周期參數(shù)值。

使用兩部測試終端UE1和UE2，通過TD-SCDMA路測軟件日訊來記錄50s內(nèi)的BLER數(shù)據(jù)。終端的移動(dòng)速度保持在30km/h左右。

參數(shù)的衡量標(biāo)準(zhǔn)：

BLER的圖形是否平穩(wěn)，BLER的方差大小。一般來說，圖形越平穩(wěn)、方差越小越好。

3.2測試數(shù)據(jù)

筆者選取的測試數(shù)據(jù)如表1所示，不同測試數(shù)據(jù)BLER波形的變化分別如圖1—4所示。

表1測試數(shù)據(jù)

參數(shù)名稱 一組 二組 三組 四組

誤塊門限（TB） 5 5 10 10

誤塊容忍周期（TB） 100 110 200 220

BLER平均值 0.678 2 0.605 1 0.902 9 2.179 1

BLER標(biāo)準(zhǔn)差 1.584 0 1.905 4 4.355 3 8.200 8

BLERerror均值 4.429 8 4.654 4 5.084 8 5.792 2

BLER≤1% 81.170 0% 84.527 9% 87.476 9% 81.108 3%

1%≤BLER≤2% 4.936 0% 4.778 2% 4.076 1% 4.450 0%

2%

3%

4%

5%

從BLER的均值、BLER的方差及其波動(dòng)情況可以看出，通過使用門限報(bào)告算法基本上可以使得BLER接近目標(biāo)BLER，證實(shí)了該算法的有效性。

4 結(jié)論

3GPP要求外環(huán)功率控制可以根據(jù)當(dāng)前的信道環(huán)境實(shí)時(shí)地調(diào)整SIR目標(biāo)值，以確保正常的通信質(zhì)量要求?；诖?，本文設(shè)計(jì)了門限報(bào)告算法，并對該算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過這個(gè)算法，可以滿足TD-SCDMA系統(tǒng)中對外環(huán)功率控制的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 柯雅珠,竇建武,續(xù)斌. 寬帶碼分多址移動(dòng)通信系統(tǒng)的功率控制方法: 中國, 02139929.8[P/OL]. [2009-09-16]. http://www.sipo.gov.cn/yw/2009/201310/t20131024_846741.html.

[2] 周宏成. TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響[J]. 移動(dòng)通信, 2006(5): 65-68

[3] 謝顯中. TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004.

[4] 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,等. 通信原理（第五版）[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2001.

[5] 3GPP TS 25.225. Physical Layer-Measurements[S]. 2004.

[6] 3GPP TS 25.221. Physical Channels and Mapping of Transport Channels onto Physical Channels[S]. 2004.★

作者簡介

范暉：碩士畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任職于西京學(xué)院工程技術(shù)系，主要研究方向?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃研究。