1XEVDO关键技术之反向功率控制

1、1x EV-DO反向功率控制拟制金海涛日期2004-6-5审核日期审核日期批准日期目 录1 概述12 反向开环功率控制12.1 开环功控的相关参数12.2 接入信道的开环功率控制22.2.1 导频信道22.2.2 数据信道32.2.3 接入信道前缀输出功率42.3 反向业务信道的开环功率控制43 反向闭环功率控制53.1 反向闭环功控的相关参数53.2 反向导频信道73.3 数据速率控制（DRC）信道73.4 确认（ACK）信道83.5 数据信道84 反向外环功率控制104.1 外环功控的相关参数104.2 外环功控过程115 参考文献13- i -1x EV-DO反向功率控制1 概述在HRP

2、D系统中，由于前向功率恒定，不存在功率控制的问题。功率控制主要指的是反向信道，包括开环功率估计和闭环功率校正。反向功控控制接入终端输出功率以保证反向链路质量，同时使产生的干扰最小，最大化系统的容量。当每个用户平均的反向链路信噪比(SNR)以最小的开销支持可接受的性能时才能获得最大的系统容量。HRPD反向功率控制可以分为三个部分：1、 开环功率控制，AT根据前向导频信道的接收功率判断反向链路条件，AT调整初始发射功率以补偿路径损耗；2、 闭环功率控制，由AN根据反向数据的解调性能在前向RPC (Reverse Power Control)信道中反馈功控信息，AT由此调整反向导频发射功率；3、 外

3、环功率控制，基于BSC上的CRC校验；每个AT估算分配的CDMA前向链路信道总的接收功率。基于这种测量和AN提供的校正，AT调整它的发射功率在一个预先定义的水平来补偿到AN的路径损耗。对于闭环校正，AT调整他的发射功率以响应在前向链路上收到的每一个有效的功率控制命令。在EV-DO中，AT根据闭环功率控制传递的信息调整它的导频功率水平并与其保持一致，DRC和ACK信道功率随导频信道功率相对变化。在业务，DRC和ACK信道上的相对增益 设置需要给AT的功放预留出足够空间。 闭环校正是为了保证不论信道环境如何，都要维持每个AT的反向导频接收信噪比在一个功率控制的门限(PCT)或设置值，从而保证目标误

4、包率PER（标称设置为1%）。用于动态调整功率控制门限以确保反向业务信道1 %的算法就是反向链路外环功率控制（RPC）。2 反向开环功率控制接入终端根据前向导频信道的接收功率来估计其开环输出功率。2.1 开环功控的相关参数在无线资源配置表接入信道配置参数关系表（rhACCPara）中和反向开环功控相关的参数有以下部分：表1接入信道配置参数关系表中关于开环功控参数字段名类 型中文名字段详细描述单位取值范围缺省值OpenLoopAdjustBYTE接入终端开环功率接入终端开环功率估计时采用的标称功率的负值，用一个无符号值表示dB025585ProbeInitialAdjustDWORD修正因子接入

5、终端初始发送接入信道时开环功率估计的修正因子，表示成2的补码形式dB-16150PowerStepBYTE接入试探功率上升步长接入试探功率上升步长0.5dB01562.2 接入信道的开环功率控制接入信道包括导频和数据两个子信道。2.2.1 导频信道在建立反向业务信道之前，接入终端首先发送随机接入试探序列以连接接入网络，其导频信道的初始发射功率由下式定义：mean pilot channel output power (dBm)= - Mean Received Power (dBm) + OpenLoopAdjust + ProbeInitialAdjust其中，OpenLoopAdjust和

6、ProbeInitialAdjust是来自接入信道MAC协议的公有变量，在接入参数消息中定义，对于Band Classes 0，2，3，5和7，OpenLoopAdjust + ProbeInitialAdjust的值在-81到-66dB之间，对于Band Classes 1，4，6，其值在-100到-69dB之间。接入参数消息用于传送接入信道信息给接入终端，由接入网络的控制信道通过广播方式发送到空中口。其消息结构如下表2，其中红色字段为开环功率控制参数。表2 接入参数消息结构FieldLength (bits)MessageID8AccessCycleDuration8AccessSigna

7、ture16OpenLoopAdjust8ProbeInitialAdjust5ProbeNumStep4PowerStep4PreambleLength3CapsuleLengthMax4NACMPAPersist occurrences of the following field:APersistence6ReservedvariableOpenLoopAdjust：接入终端开环功率估计时采用的标称功率的负值，用一个无符号值表示，以dB为单位。即接入终端开环功率估计中OpenLoopAdjust的值等于该字段乘于-1。ProbeInitialAdjust：接入终端初始发送接入信道时开环功

8、率估计的修正因子，表示成2的补码形式，以dB为单位。由于在一个接入试探序列中，每一个接入试探的发射功率是递增的，在第i个接入试探时，接入信道的导频信道发射功率如下式：mean pilot channel output power (dBm)= - Mean Received Power (dBm) + OpenLoopAdjust + ProbeInitialAdjust+（i-1）×PowerStep其中，在每一个试探发送过程中估计Mean Rx Power。而参数PowerStep同样在接入信道MAC协议中的接入参数消息中定义（红色字体），如表1。PowerStep：接入试探的功

9、率上升步长，即两个接入试探之间的功率递增值的大小，精确到0.5dB。接入终端必须支持该字段指定的所有有效值。2.2.2 数据信道接入数据信道的功率与导频信道功率有关，其发射功率如下式：mean data channel output power（dBm）= - Mean Received Power (dBm) + OpenLoopAdjust + ProbeInitialAdjust+（i-1）×PowerStep+ DataOffsetNom+ DataOffset9k6+3.76其中，DataOffsetNom和DataOffset9k6是接入信道MAC协议的公有变量，在接入信

10、道MAC层协议配置消息中的功率参数属性中定义，如下表3：表3 接入信道MAC层协议的功率参数属性表FieldLength(bits)DefaultLength8N/AAttributeID8N/A一个或多个以下记录：ValueID8N/ADataOffsetNom40DataOffset9k640DataOffsetNom：接入数据信道功率相对于导频信道功率的标称偏置，表示成2的补码形式，以 0.5dB为单位。接入终端必须支持该字段指定的所有有效值。DataOffset9k6： 9600bps速率的接入信道功率与标称9600bps速率接入信道功率的比值，表示成2的补码形式，以 0.25dB为单

11、位。接入终端必须支持该字段指定的所有有效值。2.2.3 接入信道前缀输出功率一个接入试探包括一个前缀和一个或多个物理层分组数据包。接入信道的前缀部分只包含一个导频信道，而数据部分包含一个导频信道和数据信道。为了保持两部分总功率相等，则接入信道前缀的导频信道功率要比接入信道数据部分的导频信道功率高，其大小值等于数据信道的输出功率。根据以上分析，接入信道中，导频信道的开环输出功率为mean pilot channel output power，数据信道的开环输出功率为mean data channel output power，则接入信导前缀中的导频信道输出功率为mean pilot channe

12、l output power + mean data channel output power，如图1所示。图1 接入信道功率分布图2.3 反向业务信道的开环功率控制一旦接收到反向业务信道MAC协议的指示通知，接入终端就初始化反向业务信道的发送。反向业务信道包括四种信道：导频、反向速率指示（RRI）、数据速率控制（DRC）、确认（ACK）和数据信道。其中反向速率指示信道和导频信道时分复用，仍然称为导频信道，以相同的功率发送。在发送反向业务信道时，接入终端发送导频信道，数据速率控制（DRC）信道，ACK信道（当确认接收到物理层数据包时），和数据信道（当发送物理层数据包时）。这些信道必须以一定的功

13、率电平发射，由开环和闭环功率控制确定。协议中规定，反向业务信道中的导频信道初始输出功率必须等于最后一个接入试探结束后的导频信道发射功率减去接入信道最后一个接入试探和反向业务信道开始发送时前向链路接收功率的差值。以公式表示：Mean pilot channel output power (reverse traffic channel) =Mean pilot channel output power (access channel)- Mean Received Power 1 + Mean Received Power 2 其中，公式左边的mean pilot channel output

14、power为反向业务信道中的导频信道的初始发射功率，公式右边的mean pilot channel output power为接入信道最后一个接入试探的导频信道发射功率，Mean Received Power 1为最后一个接入试探时的前向链路接收功率，Mean Received Power 2为开始发送反向业务信道时的前向链路接收功率。参考cdma2000协议，导频信道的初始发射功率可以表示成下式：mean pilot channel output power (dBm)= - Mean Received Power (dBm) + OpenLoopAdjust + ProbeInitialA

15、djust+（N-1）×PowerStep其中，Mean Received Power为当前的前向链路接收功率，N为接入成功时的接入试探数。3 反向闭环功率控制对于闭环修正（相对于开环估计），接入终端必须根据在反向功率控制（RPC）信道上接收的每一个功率控制比特来调整导频信道的平均输出功率电平。每一个功率控制比特对应导频信道平均输出功率电平的标称变化值必须由反向业务信道MAC协议公有变量RPCStep（反向功率控制步长）设定。RPCStep在反向业务信道MAC协议配置消息中的功率参数属性中定义，如表5（默认值为01），其取值如表6：一旦建立连接，接入网络根据反向链路信号质量的测量连续

16、地发送0（升功率）或1（降功率）RPC比特给接入终端。如果接收质量高于目标阈值，发送一个比特1。如果接收质量低于目标阈值，发送一个比特0。在接受到反向功率控制比特之后，接入终端必须按功率控制比特指定的方向，按RPCStep确定的步长来调整其输出功率。如果在时隙n时接入终端没有发送反向业务信道，则忽略n+1时隙内接收的功率控制比特。反向功率控制信道数据速率为600bps，即每时隙重复发送四次RPC符号，每个RPC符号对应64个码片。在接收到一个时隙里第二个导频后MAC信道的64个码片时，也就获得了功率控制比特，如图2所示。图2 前向信道时隙结构路由更新协议中的更软切换公有变量表明两个不同的扇区是

17、否发送相同的RPC比特。在每一个包含功率控制比特的时隙里，接入终端提供对不同RPC信道的分集合并，而且必须从每一个不同的RPC信道中至多获取一个功率控制比特。如果所有的RPC比特都为0，接入终端升高其输出功率；如果任意一个RPC比特为1，则接入终端按RPCStep确定的步长降低其输出功率。接入终端通过功率控制比特修正导频信道的发射功率，而通过相对导频信道功率增益来确定DRC、ACK和数据信道的发射功率。3.1 反向闭环功控的相关参数在无线资源配置表协商参数关系表（rhCFGPARA）中和反向开环功控相关的参数有以下部分： 表4协商参数关系表中关于闭环环功控参数字段名类 型中文名字段详细描述单位

18、取值范围缺省值DataOffsetNomBYTE标称功率偏置(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向链路数据信道相对反向导频信道的标称功率偏置，用二进制补码表示0.5dB-32310DataOffset9k6BYTE标称功率偏置(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向链路数据信道速率为9.6K时相对标称功率的偏置，用二进制补码表示0.25dB-870DataOffset19k2BYTE标称功率偏置(Default Reverse Traffic Channel MAC Protoco

19、l)反向链路数据信道速率为19.2K时相对标称功率的偏置，用二进制补码表示0.25dB-870DataOffset38k4BYTE标称功率偏置(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向链路数据信道速率为38.4K时相对标称功率的偏置，用二进制补码表示0.25dB-870DataOffset76k8BYTE标称功率偏置(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向链路数据信道速率为76.8K时相对标称功率的偏置，用二进制补码表示0.25dB-870DataOffset153k6BYTE标称功率

20、偏置(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)反向链路数据信道速率为153.6K时相对标称功率的偏置，用二进制补码表示0.25dB-870RPCStepBYTEAT功率步长(Default Reverse Traffic Channel MAC Protocol)闭环功率控制时AT功率上升或下降的步长，0-0.5dB，1-1dB，01（0- 0.5dB，1-1dB）1在无线资源配置表DRC参数关系表（rhDRCPARA）中和反向开环功控相关的参数有以下部分：表5 DRC参数关系表中关于闭环环功控参数字段名类 型中文名字段详细描述单位取值范围缺省

21、值DRCChannelGain6BYTEDRC信道相对反向业务导频信道的增益当软切换腿数目是X时，DRC信道相对反向业务导频信道的增益，需要采用补码表示0.5dB-1812-3-6-6-6-6-6AckChannelGain6BYTEACK信道相对反向业务导频信道的增益当软切换腿数目是X时，ACK信道相对反向业务导频信道的增益，需要采用补码表示0.5dB-6126666663.2 反向导频信道在开环功率估计的基础上，在接到第一个有效功率控制比特之后，反向业务信道的导频信道输出功率为mean pilot channel output power (dBm) =- mean receive pow

22、er (dBm)+ OpenLoopAdjust + ProbeInitialAdjust+（N-1）×PowerStep + the num of all closed loop power control corrections(dB)3.3 数据速率控制（DRC）信道DRC信道的开环输出功率为：Mean DRC channel output power（dBm）=- Mean Received Power (dBm) + OpenLoopAdjust + ProbeInitialAdjust+（N-1）×PowerStep+ DRCChannelGain+ the n

23、um of all closed loop power control corrections(dB)其中，DRCChannelGain前向业务信道MAC协议的公有变量，在路由更新协议中的业务信道指派消息中定义，如表6，接入网络发送业务信道指派消息以管理接入终端的活动集，该消息在前向控制信道或前向业务信道上发送。表6 业务信道指派消息FieldLength (bits)MessageID8MessageSequence8ChannelIncluded1ChannelO or 24FrameOffset4DRCLength2DRCChannelGain6ACKChannelGain6NumPil

24、ots4DRCChannelGain：DRC信道（发送时）功率与反向导频信道功率的比值，表示成2的补码形式，以0.5dB为单位。该字段的有效值-9dB，+6dB。接入终端必须支持该字段有效范围内所有取值。3.4 确认（ACK）信道ACK信道的开环输出功率为：Mean ACK channel output power（dBm）=- Mean Received Power (dBm) + OpenLoopAdjust + ProbeInitialAdjust+（N-1）×PowerStep+ ACKChannelGain+ the num of all closed loop power

25、 control corrections(dB)其中，ACKChannelGain前向业务信道MAC协议的公有变量，在业务信道指派消息中定义，如表3所示。ACKChannelGain：Ack信道（发送时）功率与反向道频信道功率的比值，表示成2的补码形式，以0.5dB为单位。该字段的有效值-3dB，+6dB。接入终端必须支持该字段有效范围内所有取值。3.5 数据信道数据信道的发射功率必须根据选定的数据速率和反向链路功率控制进行调整。业务数据必须以物理层数据包（周期26.6667ms）的形式发送，可以是连续的，也可以是断续发送。假定数据信道的数据速率为9.6Kbps，则其开环发射功率为：mean

26、Data channel output power（dBm）=- Mean Received Power (dBm) + OpenLoopAdjust + ProbeInitialAdjust+（N-1）×PowerStep+ DataOffsetNom+ DataOffset9k6+ 3.75+ the num of all closed loop power control corrections(dB)如果数据速率分别为19.2、38.4、76.8和153.6Kbps，则公式中的倒数第二项分别对应DataOffset19k2、DataOffset38k4、DataOffset7

27、6k8和DataOffset153k6，且常数项的取值不同，如表7所示。表7 不同数据速率下的功率电平数据速率（kbps）对应于导频信道，数据信道增益（dB）0-（不发送数据信道）9.6DataOffsetNom + DataOffset9k6 + 3.7519.2DataOffsetNom + DataOffset19k2 + 6.7538.4DataOffsetNom + DataOffset38k4 + 9.7576.8DataOffsetNom + DataOffset76k8 + 13.25153.6DataOffsetNom + DataOffset153k6 + 18.5其中，D

28、ataOffsetNom 、DataOffset9k6、DataOffset19k2、DataOffset38k4、DataOffset76k8和DataOffset153k6在反向业务信道MAC协议配置消息中的功率参数属性变量，如表8所示。表8 反向业务信道MAC协议的功率参数属性表FieldLength(bits)DefaultLength8N/AAttributeID8N/A一个或多个以下记录：ValueID8N/ADataOffsetNom40DataOffset9k640DataOffset19k240DataOffset38k440DataOffset76k840DataOffse

29、t153k640RPCStep21Reserved6N/ADataOffsetNom：反向链路数据信道功率相对于导频信道功率的标称偏置，表示成2的补码形式，以0.5dB为单位。接入终端必须支持所有该字段指定的有效值。DataOffset9k6：9.6kbps反向链路数据信道功率与标称9.6kbps反向链路数据信道功率的比值，表示成2的补码形式，以0.25dB为单位。接入终端必须支持所有该字段指定的有效值。DataOffset19k2：19.2kbps反向链路数据信道功率与标称19.2kbps反向链路数据信道功率的比值，表示成2的补码形式，以0.25dB为单位。接入终端必须支持所有该字段指定的有

30、效值。DataOffset38k4：38.4kbps反向链路数据信道功率与标称38.4kbps反向链路数据信道功率的比值，表示成2的补码形式，以0.25dB为单位。接入终端必须支持所有该字段指定的有效值。DataOffset76k8：76.8kbps反向链路数据信道功率与标称76.8kbps反向链路数据信道功率的比值，表示成2的补码形式，以0.25dB为单位。接入终端必须支持所有该字段指定的有效值。DataOffset153k6：153.6kbps反向链路数据信道功率与标称153.6kbps反向链路数据信道功率的比值，表示成2的补码形式，以0.25dB为单位。接入终端必须支持所有该字段指定的有

31、效值。RPCStep：反向功率控制步长。接入网络设定该字段为接入终端进行反向功率控制时的功率控制步长。接入终端必须支持所有该字段指定的有效值。表9 RPCStep字段编码Field value(binary)meaning000.5dB011.0dBAll other valuesInvalid4 反向外环功率控制4.1 外环功控的相关参数外环功率控制采用高通的算法，将功率控制过程分为四种状态，下面的外环功率控制关系表(rhOUTPWRPARA)记录各种状态下的功率门限和上升下降步长。表10外环功率控制关系表中相关参数字段名类 型中文名字段详细描述单位取值范围缺省值ANIdBYTEAN序号AN

32、序号06(程序中是：0254)0PCLActiveBOOL启用外环功率控制标志是否启用外环功率控制01（0不启动；1启动）1PCLFrameLengthWORD反向业务帧的长度反向业务帧的长度ms06553526PCLMinPCTDWORD外环功率门限的最小值任何状态下外环功率门限的最小值1/1024dBfull-24064(-22528)PCLMaxPCTDWORDPCT的最大值任何状态下PCT的最大值1/1024dBfull-20480(-18944)PCLInitialPCTDWORDPCT的初始值AT从Inactive状态进入DataStart状态时PCT的初始值1/1024dBful

33、l-21504(-20480)PCLNormalGFDeltaDWORDPCT变化步长Normal状态下收到好帧时PCT变化步长1/1024dBfull-5PCLNormalBFDeltaDWORDPCT变化步长Normal状态下收到坏帧时PCT变化步长1/1024dBfull495PCLNoDataDeltaDWORDPCT增加步长No Data状态时每间隔反向帧时间PCT增加步长1/1024dBfull10PCLNoDataMaxIncDWORDPCT允许最大增量No Data状态时PCT允许最大增量1/1024dBfull500PCLNoDataMaxPCTDWORDPCT允许最大值No

34、 Data状态时PCT允许最大值1/1024dBfull-22016(-19968)PCLDataStartGFDeltaDWORD收到好帧的变化步长Data Start状态时收到好帧的变化步长1/1024dBfull-5PCLDelayBetweenIncDWORDPCT增加的最小时间间隔PCT增加的最小时间间隔反向帧长full2PCLMinPCTChangeDWORD通知扇区的最小变化量变化量最少多大时才通知扇区1/1024dBfull128PCLEptFrmForNoDataDWORD状态变换前无数据发送时间长多长时间没有数据发送时AT从Normal状态转入No Data状态反向帧长fu

35、ll10(20)4.2 外环功控过程在发送业务信道期间，接入终端根据闭环功率控制信息来调整其导频功率电平，数据、DRC和ACK信道功率相对于导频功率改变。闭环功率控制算法原理是将接收的导频信噪比保持在一个功率控制阈值（PCT）水平上（或称为setpoint），而其目的是为了在任何信道环境下达到一定的目标PER（通常设定为1%）。在反向业务信道上，为了保证1%的PER，需要采用反向链路外环功率控制来动态地调整该功率控制阈值。外环功率控制算法计算PCT用于闭环功率控制。PCT动态更新以跟踪AT反向链路信道环境的变化。PCT每一帧都变化，与反向链路的帧速相同。图3显示了一个典型的PCT的时间变化。P

36、CT的改变是反向链路帧质量（好/坏）和反向开环功率控制算法状态的函数。一个反向业务信道帧，如果通过CRC校验，则为好帧，否者为坏帧。图中，时间轴上的字母表示当时接收到的反向链路业务信道帧的状态。G-好帧，B-坏帧，N-该时间段内没有接收帧。图3 功率控制阈值随时间变化图根据反向业务信道数据的存在与否可以确定PCL处于下面那一种状态。正如图3所示，基于算法的当前状态，PCT有不同的变化值。表11反向外环功率控制状态状态描述InactiveAT处于dormant模式，因此没有PCT活动Normal正常的反向业务信道活动No Data没有反向业务信道活动，而且AT不处于dormant模式Data S

37、tart在No Data状态下来了一个新的反向业务信道帧。在该状态下接收到每一个好的反向业务信道帧，就减小PCT，其减小的幅度高于normal状态下的变化幅度；而接收到一个坏帧，变换到Normal状态。用于更新PCT的规则是当前状态的函数。每个状态下的操作如表12。表12 通常的状态操作状态操作描述Inactive该状态时，AT处于dormant模式，因此不需要功率控制。Normal该状态时，AT在反向链路上发送数据。基于接收帧的质量（CRC pass/fail）来更新PCT。对于接收到的每一个好帧，PCT减少一个小值。接收到一个坏帧，PCT增加一个大值以应付一个坏的空中链路环境。接收到一个好

38、帧时的调整量与接收到一个好帧和接收到一个坏帧的调整量总和之间的比率就确定了目标PER。No Data当AT在一个时段内（典型为0.5秒，比dormancy timeout短）停止发送，算法进入该状态。在该状态下，从AT那没有反馈（反向链路数据包）给外环功率控制操作。在该时间段内，AT的反向链路有可能恶化。为了补偿和提高在新的传送时数据包可以正确解调的可能性，应该逐渐提高PCT。定义在该状态下允许增加的最大绝对值，使得一个反向链路的PER小于1%的目标可以实现，而不管发送之初数据包的信道环境。No Data模式定义了两个最大值。一个局部最大值定义了在切换到No Data模式时允许的PCT最大增加值。也就是说，当AT进入No Data模式时，PCT可以按一个