WCDMA系统中的功率控制技术仿真与分析

WCDMA系统中的功率控制技术仿真与解析WCDMA系统中的功率控制技术仿真与解析50/50肅PAGE50膂芈衿莀薇袂袄蚅节袇芀芀艿膃袇袃莂蒆蚁膀螇肀蚆蒅蒂肅肂肀蒈莁蒅螃薂羈膈羁羆薂膃芅蚂薇蕿袁蚈螃芆薃螂膆羀螁肆螀羅肅螁螅莁蒇袈羂螄莃袁芅螂莇芆芃袇羆羁膈衿芇羈膀薆芄肁螇芀膇蚀蒁莅螆膁莆蚁膇膇蚂膄肄芁羅肂肇衿袃膆莂莁袈芈羈莇袀羅袄莁蒇虿袈聿肁蚄膂螅肆肀螈蒇芃螇蚄袄蚆蒁蚈艿芀蒆羃羄芅袂薈蚇蒁芅薅羄肈罿薈荿螂肄袃肄蚇莀蒈袆羃肇莅膄芆螀荿薈羀袅蚃芄袅膁艿肆膁薄膅莄蒄莈腿螈莂莃蒃蒄莈蝿聿膆莀莆肅薃羇膀罿袈薁膅芄薃薆薁罿莆袂羄袆蚃膅羂衿肈肃羇膄螃羈聿蝿蝿羀螆蒂袃薇葿蚀芇芁薄羄羃膆袀薀罿蒂芃节肃螅芁蒀蒇葿莆螄膃莄蒈莀腿蚁肅肂膂芈衿莀薇袂袄蚅节袇芀芀艿膃袇袃莂蒆蚁膀螇肀蚆蒅蒂肅肂肀蒈莁蒅螃薂羈膈羁羆薂膃芅蚂薇蕿袁蚈螃芆薃螂膆羀螁肆螀羅肅螁螅莁蒇袈羂螄莃袁芅螂莇芆芃袇羆羁膈衿芇羈膀薆芄肁螇芀膇蚀蒁莅螆膁莆蚁膇膇蚂膄肄芁羅肂肇衿袃膆莂莁袈芈羈莇袀羅袄莁蒇虿袈聿肁蚄膂螅薅肀芆蒇袁螇芃袄膄蒁芆艿螈蒆薁羄螃袂膆蚇聿芅肃羄蚆罿肆荿芀肄莁肄芅莀羇袆蒁肇袃膄袄螀袇薈蒈袅膁芄蒃膁螇肆虿薄螃莄肂莈蚇螈羁莃羁蒄袆蝿蚇膆袈莆薄薃蒅膀薇袈腿膅袂薃肄薁蒇莆莀羄莄蚃蚃羂莇肈薁羇蚂螃薆聿芈蝿薈螆羀袃膅葿膈芇蝿薄蒂羃螄袀肈罿羀芃螀肃莃芁肈蒇羈莆莂膃羃蒈羈腿腿肅薁膂螆衿袈薇蒀袄膃节莅芀螈艿蚁袇蒁莂羄蚁蚈螇蚈蚆羃蒂薃肂蕿蒈衿蒅芁薂蒆膈蕿羆肀膃袃蚂肅蕿葿蚈莁芆肁螂蚄羀荿肆艿羅蚃螁芄莁羅袈薀螄羂袁袃螂袅芆螁袇蒄羁蚆衿袅羈螈薆螂肁芅芀螅蚀罿莅芄膁袄蚁蚅膇膀膄薂芁蒃肂薆衿莁膆袀莁莆芈蒆莇莈羅莂莁羆虿莆聿薀蚄蚀螅薅肀芆蒇袁螇芃袄膄蒁芆艿螈蒆薁羄螃袂膆蚇聿芅肃羄蚆罿肆荿芀肄莁肄芅莀羇袆蒁肇袃膄袄螀袇薈蒈袅膁芄蒃膁螇肆虿薄螃莄肂莈蚇螈羁莃羁蒄袆蝿蚇膆袈莆薄薃蒅膀薇袈腿膅袂薃肄薁蒇莆莀羄莄蚃蚃羂莇肈薁羇蚂螃薆聿芈蝿薈螆羀袃膅葿膈芇蝿薄蒂羃螄袀肈罿羀芃螀肃莃芁肈蒇羈莆莂膃羃蒈羈腿腿肅薁膂螆衿袈薇蒀袄膃节莅芀螈艿蚁袇蒁莂羄蚁蚈螇蚈蚆羃蒂薃肂蕿蒈衿蒅芁薂蒆膈蕿羆肀膃袃蚂肅蕿葿蚈莁芆肁螂蚄羀荿肆艿羅蚃螁芄莁羅袈薀螄羂袁袃螂袅芆螁袇蒄羁蚆衿袅羈螈薆螂肁芅芀螅蚀罿莅芄膁袄蚁蚅膇膀膄薂芁蒃肂薆衿莁膆袀莁莆芈蒆莇莈羅莂莁羆虿莆聿薀蚄蚀螅薅肀芆蒇袁螇芃袄膄蒁芆艿螈蒆薁羄螃袂膆蚇聿芅肃羄蚆罿肆荿芀肄莁蚈芅羄羇蒁蒁蚁袃螈袄莅袇膃蒈蒀膁袈蒃螆螇薁虿腿螃羈肂羃蚇莂羁羈羁肈袆莃蚇螀袈羀薄肈蒅螄薇蒂腿蝿袂膈肄膅蒇羀莀薈莄芈蚃薆莇蚂薁WCDMA系统中的功率控制技术仿真与解析

WCDMA系统中的功率控制技术仿真与解析

大纲

功率控制是新一代无线通信网络系统的重点技术之一。在WCDMA系统中，如何有效地进行功率控制，而且在保证用户要求的QoS前提下，最大程度降低发射功率，减少系统搅乱进而增加系统容量，是WCDMA技术中的重点。

在CDMA系统中，由于存在着“多址搅乱”、“远近效应”、“阴影效应"而使得通信质量恶化，最后结果是以致整个通信系统的容量下降，而功率控制技术的出现有很效地解决这些问题。功率控制技术的采用，一方面减小了搅乱的影响，另一方面在满足信噪比要求的情况下，使搬动台的发射功率控制在最低电平，这既降低了发射功率，又减小了不一样用户之间的搅乱，进而提高了系统的容量。

本文主要研究了3GWCDMA搬动通信系统中的功率控制技术，详细研究了其中的上行开环功率控制、上行内环功率控制和上行外环功率控制并对其进行仿真与解析。

重点字：功率控制；WCDMA；SIR；QOS；远近效应；

THESIMULATIONANDANALYSISOFPOWER

CONTROLTECHNOLOGYINWCDMA

COMMUNICATIONSYSTEMS

ABSTRUCT

Powercontrolisakeytechnologyforthewirelesscomunicationnetworksystemofthenewgeneration.Howtousethepowercontroltodecreasethetransmittionpowerandlessenthesysteminterference,andthustoraisethesystemcapacitywhileensureingtheQoSrequiredbyusers,isofgreatimportanceinWCDMATechnology.

InCDMAsystem，¨multi—addressinterference","nearfarproblem-”and’’shadingeffect”deterioratethequalityofcommunicationsystem，whichleadingtothesystemcapacitydecrease．Powercontrolisintroducedtosolvetheseproblems

effectively．Powercontroltechnologyisintroducedtoweaktheinfluenceofinterference，andtomakethetransmitpowermaintainthelowestlevelsatisfyingSIRrequirement．Powercontroltechnologybothhelpthetransmitandreducetheinterferencetootherusers．Thussystemcapacitycanbeimproved．

Inthisthesis，Imainlyhaveallin—depthstudyonpowercontrolinradioresourcemanagementfor3GWCDMAnetwork，particularly,onuplinkopenlooppowercontrol、uplinkinnerlooppowercontrol、uplinkoutlooplooppowercontroltechnologyandwealsosimulinkandanalysethepowercontrolsystem.KEYWORDS:powercontrol;WCDMA;SIR;QOS;near-fareffect目录

第一章绪论

1.1第三代搬动通信的发展大要

第三代搬动通信，简称3G，全称为3rdGeneration，中文含义就是指第三代数字通信。第三代搬动通信系统（即IMT-2000）是在第二代搬动通信系统基础上一步步发展和演进而来的，它的重点技术技术为CDMA。它的功能比二代通信系统富强，能在供应数据业务的同时供应语音业务，而且还能够完好解决上一代搬动通信系统存在不足，是当前比较先进的搬动通信系统，因此也被称作为未来搬动通信系统。第三代搬动通信系统的目的是：在全球范围内无论何时、何地、任何用户都能够用任何方式在未来搬动通信系统中实现与任意终端完成高质量地信

息传输和通信，这也是第三代搬动通信系统的突出特色。因此可知，第三代搬动通信特别重申了人在通信系统中的主导性，因此第三代搬动通信系统也被称为未来个人通信系统。1985年，总部位于日内瓦的结合国标准化组织信系统，只但是当时称为未来公众陆地搬动通信系统

ITU便提出了第三代搬动通

(FPLMTs)，经过10多年的发展并在

1996年更名为国际搬动通信．

2000(IMT-2000)

，由于它的系统主要工作在

2000MHz频段而且它的最高业务速率可达

2000kbit

／s

再加上原计划在2000年左右开始商用。此后各个地区化标准组织都纷纷睁开了各自的研究比方

ETSI、ARIB、TIA、T1、TTA、CWTS、TTC等。

3G技术被欧洲电信标准协会(ETSI)统称为通用搬动通信系统。3G正式成为

UMTS系统中的入选技术方案是在1998年日本和欧洲在宽带CDMA建议的重点参

数上获取一致的情况下，它的空中接口是频分双工(FDD)频段，因此也通称为

WCDMA。为了跟北美的窄带CDMA标准有所差异，由欧洲ETSI倡导，并由ETSI(欧

洲)、CWTS(中国)、ARIB(日本)、TTC(日本)、TTA(韩国)和T1(美国)等成员组成的第三代合作组3GPP对其进一步的细化和改进。3GPP的目标是拟定与GSM／GPRS

兼容的第三代搬动通信标准WCDMA，在欧洲又称为UMTS。

随着通信技术的不断发展，各国和地区在搬动通信的标准方面各不同样，在国际电联确定三个无线接口标准中（美国

CDMA2000，欧洲

WCDMA

，中国TD-SCDMA

）国内分配情况以下：分别是中国联通的

WCDMA

，中国电信的CDMA2000和中国搬动的TD-SCDMA。由于第二代系统采用的是时分多址（TDMA）而CDMA采用的是码分扩频技术，因此在话音激活和先进功率方面第三代通信系统的的网络容量比第二代通信系统的3倍还要大，业界把CDMA技术

作为3G的主流技。

第三代搬动通信面对的主要问题

●多径衰落

多径衰落几乎存在所有搬动通信系统中，由于碰到地物、地貌和海况等因素的影响。在流传过程中无线电波将发生折射、反射和直射等，进而使得无线电波有多条流传路径。由于接收端的天线的地址和极化的差异，使不一样路径的无线电波到达接收机时信号的幅度、相位拥有不一致性和时变性，这就以致接收信号程衰落现象。这种现象对系统的容量有着巨大的影响。

●多址搅乱

多址搅乱是指同CDMA系统中多用户的信号在时域和频域上是混叠的，由于CDMA系统为码分多址，CDMA系统采用的是不一样的地址吗来划分每个用户，而在不一样用户之间的扩频序列不能够完好正交，即相关系数不为零。这种不相关性也就引起了用户之间的相互搅乱。多址搅乱很大程度上限制了系统的容量，而且也严重影响了系统的性能。

●远近效应

所谓远近效应，就是指当基站同时接收两个距离不一样的搬动台发来的信号

时，由于距离基站较近的搬动台信号较强，距离较远的搬动台信号较弱，则距离基站近的搬动台的强信号将对另一搬动台信号产生严重的搅乱。内环功率控制能够有效的解决远近效应这一问题。

第三代搬动通信的重点技术

●功率控制技术

在CDMA系统中，由于系统采用的是宽带扩频技术，所有的用户都享受共同的上、下行频谱资源，每一个用户的适用信号的能量都分配到整个频带内，而这种

适用信号对其他用户来说将是一个搅乱。因此，功率控制技术对WCDMA系统而言比较重要。

WCDMA系统中，功率控制按搬动台和基站可否同时参加又可分为开环功率控

制和闭环功率控制两大类；按方向可分为上行（反向）和下行（前向）功率控制。开环功率控制是依照上行链路的搅乱情况估计下行链路或是依照下行链路的情

况来估计上行链路，是单向不闭合的。由此就可以经过测量UE的发射功率（或接收功率）来估计UE的接受功率（或发射功率），尔后依照信道情况合适的调整发射功率的大小。由于开环功率控制可是经过路径耗费和搅乱等来估计初始发射功

率，这就使得发射功率值不太精确。而闭环功率控制能够有效地解决此问题，它经过用接收功率的测量值来计算出一个实质SIR再与目标SIR对照较来获取一个功率控制命令，尔后经过信道把功率控制命令传达到发射端，再依照此命令来调治发射功率的大小。外环功率控制技术则是以误码率或误块率为衡量标准，经过实质BER与目标BER的比较获取功率控制命令，尔后调整闭环功率控制的目标信干比。

●多用户检测技术

在CDMA系统中，由于码间不正交，会引起多址搅乱（MAI），而多址搅乱将

会限制系统容量，为了除掉多址搅乱影响，人们提出了利用其他用户的已知信息去除掉多址搅乱的多用户检测技术。多用户检测技术分为两大类：线性多用户

检测和相减去搅乱检测。在线性多用户检测中，对传统的解相器软输出的信号进行一种线性的照射（变换）以期产生新的一组有希望供应更好性能的输出。在相减去搅乱检测中，可产生对搅乱的展望并使之减小。当前，CDMA系统中的多用户检测技术还存在必然的限制，主要表现在：多用户检测可是除掉了小区内的搅乱，而对小区间的搅乱还是无法除掉；算法相当复杂，不易在实质系统中实现。

多用户检测技术的限制是临时的，随着数字信号办理技术和微电子技术的发展，降低复杂性的多用户检测技术必然在第三代搬动通信系统中获取广泛的应用。

●智能天线技术

智能天线技术是中国标准TD-SDMA中的重要技术之一，是基于自适应天线原理的一种合适于第三代搬动通信系统的新技术。它结合了自适应天线技术的优点，利用天线阵列的波束汇成和指向，产生多个独立的波束，能够自适应地调整其方向图以追踪信号的变化，同时可对搅乱方向调零以减少甚至抵消搅乱信

号，增加系统的容量和频谱效率。智能天线的特色是能够以较低的代价换得天线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗拥塞和抗掉话等性能的提高。智能天线在搅乱和噪声环境下，经过其自己的反响控制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应及其他参数，使接收机输出端有最大的信噪比。

●多载波技术

多载波MC-CDMA是第三代搬动通信系统中使用的一种新技术。多载波

CDMA技术早在1993年的PIMRC会议上就被提出来了。当前，多载波CDMA作

为一种有着优异应用远景的技术，已吸引了好多公司对此进行深入研究。多载波

CDMA技术的研究内容大体有两类：一是用给定扩频码来扩展原始数据，再用

每个码片来调制不一样的载波。另一种是用扩频码来扩展已经进行了串并变换后的

数据流，再用每个数据流来调制不一样的载波。

功率控制技术的应用研究现状

功率控制技术在第二代搬动通信系统中其实就已经获取了广泛的应用。在

GSM系统中的是使用的是FDMA和TDMA，对于FDMA来说同一载波只有一个用户而对

于TDMA是同一时隙只有一个用户因此不一样用户间之间的搅乱小。与WCDMA系统相

比“远近效应”的影响就显得不是太明显，因此GSM系统就不太依赖于功率控制

系统。在GSM系统中主要采用的是频率为2Hz的慢速功率控制。在CDMA系统中的IS

95系统中就已经采用功率控制技术，由于lS-95系统采用的是CDMA技术，也就

是说对同样载波在同样时隙不一样用户是依照扩频码序列的正交性来划分的。但是要使扩频码完好正交是不太可能，因此不一样用户之间的搅乱也比较大，“远近效应”很明显。在这个系统中，上下行链路的同步方式不同样，下行链路采用同步

码分技术；而上行链路采用的是异步码分技术，这就使得下行链路比上行链路要

好，因此，功率控制主要用于上行链路。但下行也要用功率控制技术只但是采用的是慢速的闭环功率控制技术，其功率控制的调治步长也比较小只有0．5dB。而在上行链路由于存在着“远近效应”，因此上行链路功率控制要求相对就比较高。

在IS．95系统的上行功率控制中由粗控、精控和外环功率控制三部分组成，依照不一样的情况选择不一样的功率控制方案。

对于3G系统而言，它主要使用的是CDMA技术。3G系统无论是在系统容量还是在通信质量方面都好于2G系统，因此在功率控制方面3G也要比2G要好。

作为3G标准之一的cdma2000系统，它的功率控制方案是基于IS-95的功率控

制方案改进而来的，因此其功率控制方案与IS-95有好多相似之处。其中在上行

链路功率控制方案与IS-95完好同样，但在下行功率控制方面就有很大不一样。主

若是增加了下行信道的闭环和外环功率控制。在功率控制原理方面WCDMA与IS-95

相似，但是WCDMA要求跟更高一些。无论是下行链路还是上行链路他们都采用开

环、内环和外环三种功率控制相结合的方案，其中的快速闭环功率控制（内环功

率控制）的频率为1500Hz，这一速率高于所有路径耗费的改变频率，这就很好的

预防了在上行链路中NodeB所接收的信号会出现功率不平衡的情况。功率控制命

令的调治步长有0．5dB、1．0Db、1．5dB或2．0dB几种情况，在不一样情况下，选

取的值不一样，一般采用1．0dB。

随着搬动通信系统的快速发展，功率控制必然程度上也促进了算法和测量技

术的发展。在2G、3G中所应用的算法在功率调整上基本都是固定步长（上行链路

中基本取1或2），而且功率调整的间隔也是固定不变的。这种控制方法，有好多

不足之处，比方灵便性差、牢固性差、功率爬升或下降周期长等。为认识决这一

问题，人们提出了几种不一样的功率控制方法：自适应模糊功率控制、自适应功率

控制和基于神经网络的功率控制等。在功率测量方面，各种技术也都被提出和应

用，而且都有各自的特色。

第二章设计原理

功率控制技术

功率控制作为资源管理的一部分已经成为WCDMA系统的一项重点技术。由于

WCDMA中存在远近效应、自搅乱等各种问题，功率控制的性能的利害直接接决定

了WCDMA系统性能的利害，而且很大程度上决定了WCDMA系统的容量，而且对于系统覆盖和相关业务的QoS都有重要影响。

功率控制的首要作用是优化用户的发射功率和改进该用户的QOS，但由于系

统存在的各种问题问题，比方在增加用户的发射功率时会影响其他用户的QOS，因此功率控制在WCDMA系统中表现出矛盾的两个方面。

WCDMA系统采用宽带扩频技术，所有的用户都享受共同的上下频谱资源，这样每个用户的适用信号能量都被分配在整个频带范围内，而这样搬动台适用的信号对其他用户来说就成为一个搅乱。如何控制用户的搅乱、改进功率的利用率进而提高整个系统的用户容量和通信质量，进而更有效的利用无线资源，功率控制成为不能或缺的重要手段。

功率控制恰似是一个杠杆，由于它既要保证每个用户和基站之间的有效联

系，又要满足在系统内对其他搬动终端的搅乱最小，也就是说功率控制要在提高

系统容量和保证通话质量方面找到平衡。平时，功率控制常比作在一房间里说话的每一个人所遵守的“制度”，而这个“制度”就是让每对说话的人用能使对方听到的最小声音说话；这样，整个房间里的“噪声”将是最小，而且，房间里能容纳说话人的也最多。

因此，功率控制目的是在保证用户要求的QoS的前提下最大程度降低发射功

率，减少系统搅乱进而增加系统容量。

功率控制原则

WCDMA功率控制的原则是指功率控制的基本依照，从原理角度出发，功率控

制的原则能够分为三类，功率平衡的原则、信干比平衡的原则和质量平衡的原则。

1、功率平衡的原则

功率平衡是指接收端收到的适用信号功率相等，一般在上行链路是使NodeB接收的各个UE的适用信号的功率相等，下行链路是使各个UE接收的NodeB的适用信号的功率相等。在功率平衡的两个方向中，我们更加重申上行链路的接收功率相等，由于在以实时讲话业务为主的服务里，上行链路是影响系统容量的主要因素。初期的CDMA功率控制技术中，采用的就是这种原则。在第三代搬动通信中，

混杂业务是重要的特色之一，很明显，不能够以简单的接收功率相等来对待不一样的业务，由于接收机接收不一样的业务，需要不一样的接收功率，因此现在已经很少再用这种判断原则。

2、信干比平衡的原则

随着技术的发展，经过测量接收功率，尔后进行调整发射功率的方法已略显粗糙，为了供应更大的容量，在技术上采用了比功率更加敏感、更加有效影响质量的参数——信干比来进行功率控制。信干比平衡主若是指在接收端，要求所接收到的适用信号的功率都相等。对上行链路而言是使得NodeB接收的各个用户的适用信号的SIR相等，而对下行链路而言是使各个用户接收的来自NodeB的适用信号的信干比相等。同样在以实时讲话业务为主的服务里我们更加重申上行链路的接收信干比相等。

3、质量平衡的原则

描述搬动通信质量的定量指标一般有BER、FER等。质量平衡原则其实不是说任何链路的质量如BER等都要达到一致，而是说每种业务自己的质量是以要求的质量目标为中心，达到动向平衡的过程。它的提出，能够很好的解决现在第三代搬动通信中拥有多种业务的特色，而且质量目标灵便即时可变的问题。质量平衡与信干比平衡的原则相结合使用，是现在功率控制技术的主流。

功率控制原理

在WCDMA系统中，依照功率控制的对象不一样、功率控制的方式不同样，功率控制能够划分为不一样的种类。

从上下行的角度，WCDMA中有上行功率控制（对搬动台UE的发射功率进行控制）和下行功率控制（对基站特定信道的发射功率进行控制）。

从功率控制的对象，能够分为专业业务信道的功率控制和公共信道的功率控制。

依照功率控制的特色，功率控制又能够分为开环功率控制和闭环功率控制，其中闭环功率控制又能够分为内环（快速）功率控制和外环（慢速）功率控制。

下行外环功率控制是在UE上完成的，上行外环功率控制是在RNC上完成的。上行和下行的内环功率控制都是在UE和DodeB之间完成的。图所示为WCDMA系统中功率控制的一个分类总结。

图功率控制的总结

开环功率控制

所谓开环功率控制是指发射端在确定发射功率是其实不考虑来自接收端的反

馈信息，而是由发射端自己决定如何进一步伐整发射功率。

UE的随机接入过程使用PRACH来完成，在使用PRACH开始接入时，UE第一发

送短小的接入前导用于探测网络可否赞同接入。在初始的接入时，UE会依照系统

广播信息中给出的信息和UE在P-CPICH上测量获取RSCP值，计算出一个合适的接

入前导初始发射功率。若是没有来自网络AICH的任何回馈，则UE会重发接入前导，并增加后续接入前导的发射功率，也就是PRACH接入前导的功率爬坡过程。在这个过程中，由于没有来自网络方的反响信息，UE只能是自己决定如何控制发射功率的的变化，因此这个过程也称为PRACH的开环功率控制过程。以专用物理信道功率控制为例，功率控制过程能够分解为以下5个步骤。

（1）RNC对下行链路初始发射功率计算，以及给出下行链路最大功率和最小功率，在随后的所有功率控制中，下行链路的功率控制都不能够够超出其最大和最小值的范围。

（2）NodeB开始使用RNC获取初始发射功率发送下行DPCCH。下行DPDCH也可能在此时辰开始发送。

（3）UE完成下行链路同步，并计算出上行DPCCH的初始发射功率。

（4）UE开始发送上行DPCCH，并依照来自下行链路的TPC命令调整其发射功率。上行DPDCH的发射情况由PCP参数决定。

（5）NodeB中完成上行链路的同步过程，进而内环功率控制开始发生作用。

如图为开环功率控制的图解说明。

图开环功率控制图解

内环功率控制

内环功率控制的主要作用是经过控制物理信道的发射功率使接收SIR值收敛

于目标SIR值。在WCDMA系统中，经过估计接碰到的Eb/No比特能量与搅乱功率谱

密度之比，来发出相应的功率调整命令的。而Eb/No与SIR拥有必然的对应关系。

比方对于的语音业务Eb/No的典型值为。

内环功率控制用于战胜多普勒频率产生的衰落。依照目标信干比调整发射功

率，频率；上行闭环功率控制下基站要频频测试接收到的SIR值，并把它跟目标SIR值对照较，命令搬动台采用与基站接收功率（或SIR）成反比的发射功率。对于低速和中速的搬动台能很好的抗多径衰落的能力；对于高速搬动台

没有收效。下行采用与上行同样的功率控制技术，但目的不一样：由于下行是一个

基站对应多个UE，故不存在远近效应。希望在小区边缘的搬动台能供应高的发

射功率。诚然除去了衰落，但是是以增加发射功率为代价的。UE控制下行发射

功率，而NODEB独立控制上行发射功率。上行信道的功率控制主若是为了战胜

远近效应。下行信道不存在远近效应的问题，采用功率控制是为了战胜瑞利衰

落和相邻小区的搅乱。闭环功控的基本结构如下图。

图闭环功率控制基本结构

外环功率控制

外环功率控制是RNC经过动向地调整内环功率控制的SIR目标值，其目的是使

每条链路的通信质量向来保持在设定值的水平上，使接碰到的数据的BLER满足QOS要求。上行外环功率控制位于RNC中，下行链路外环功率控制位于UE中。上行链路中，RNC对收到的功率控制进行宏分会合并后，检测上行链路质量，尔后为

各NodeB设置目标SIR值。外环功率控制频率值一般为10-100Hz。以下为外环功率控制的算法：

若是FER_est>FERtar，则增加SIRtar一个早先确定的步长；若是FER_est<FERtarget，则减小SIRtar一个早先确定的步长；

详细的算法为依照接收数据帧的CRC较验结果来进行判断。外环功控的算法以以下图。

图外环功率控制算法

三、设计内容

上行功率控制

由于功率控制有上行下行之分，而且二者功率控制有好多不一样，在本次设计中只做上行功率控制。

上行链路功率控制也称为反向链路功率控制，主若是搬动台UE的行为。用来控制搬动台UE的发射功率，使基站接收到的所有搬动台发射到基站的信号功率或许SIR基实情等，上行功率控制能够使各用户间的相互搅乱降到最小，战胜

传输中的远近效应，同时使系统能够达到更大容量。

在WCDMA系统中，上行链路功率控制方式主要有：开环功率控制与闭环功

率控制。上行随机接入信道(PRACH)采用开环功率控制，详细发射功率由接收到

的信号功率值与路径耗费值以及阴影耗费等确定，接收到的信号功率越高，搬动

台发出的功率越低；上行专用信道(DPCH)则是同时采用开环与闭环功率控制，

其中闭环功率控制包括内环功率控制与外环功率控制，信道的初始发射功率是由

开环功率估计决定的，上行闭环功率控制主若是基站经过调整搬动台的发射功率

以保持接收到的上行信干比尽量凑近SIR目标值SIRtarget，每个小区的SIRtarget都是

由高层经过外环功率控制调整的。上行链路功率控制原理过程如下图。

图上行功率控制

上行开环功率控制

由于采用上行功率控制方式的信道只有PRACH(随机物理接入信道)和DPCCH

（专用物理控制信道），此处以PRACH信道为例，如图反响的是PRACH接入过程：

Oneaccessslot

AICHaccess

slotsRXatUE

Acq.

Ind.

p-a

Pre-Pre-MessagepartambleamblePRACHaccessslotsTXatUE

p-pp-m

图接入过程

在发射初始前导信号后，若是网络侧接收到preamble信号，将会在下行回AI

信号。若是UE接收到AI信号，将开始发射PRACH的信息部分。若是UE在τp-a时间

点没有收到AICH信号，将在一准时间τp-p后倡导下一个preamble。这样频频，

直到UE接收到AI信号为止。

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，公式为：

Preamble_Initial_Power=PCPICHDLTXpower－CPICH_RSCP+UL

interference+ConstantValue

（即：发射功率＝路径耗费＋上行搅乱＋常量）

其中PCPICHDLTXpower、ULinterference、ConstantValue的值都是由

RNC在系统信息中下发，CPICH_RSCP的值由UE测量获取。

PCPICHDLTXpower和下行覆盖相关，是由网络规划在建网前就已经确定了

的；ULinterference反响的是当前小区的上行搅乱，由NodeB测量获取后上报

RNC；ConstantValue实质反响的是前导信号的捕获门限。因此，从上面的公式

中，我们能够看出，ConstantValue的取值需要仔细解析，它对随机接入的时间、

难易度有必然的影响。以下为各参数的详细情况：

（1）PCPICHDLTXpower为PCPICH（公共频信道）的发射功率，能够从RNC发送的信息中获取，其取值范围为：30-33dBm

（2）CPICH_RSCP的值是由UE测得的CPICH的信道码功率，接收信号码功率，测量获取的是码字功率，一般是针对CPICH信道而言。若是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。RSCP(dBm)=RSSI＋Ec/No(每码片能量与噪声功率密度之比)其取值范围为：－115～－25dBm

3）ULinterference为上行搅乱，依照3GPP协议的规定，NodeB都有检测RTWP

ReceivedTotalWidebandPower）功能，NodeB的RTWP测量功能是我们发现

WCDMA上行搅乱一个重要手段。

在空载情况下，由于热噪声的频谱密度为：-174dBm/Hz，在WCDMA的带宽内底噪约为；因此在空载下若是WCDMA系统上行没有碰到搅乱，假设基站的噪声系数为，则RTWP正常值为。

在上行有负载情况下，假设上行InterferenceMargin为3dB（在上行为50%负载情况下），若是WCDMA系统上行没有碰到搅乱，假设基站的噪声系数为，

则RTWP正常值为。

（4）ConstantValue为厂家设定的一个常数，对于不一样时期ConstantValue

取值应该是不同样的，下面以建网初期的取值来进行说明：

建网初期，覆盖受限，能够将ConstantValue的值设置偏大（-16dB或

-15dB），便于网络侧能够实时接收到UE发出的前导信号，别的，可将powerramp

step参数设置偏大也能够提高网络侧成功捕获前导信号的概率；

随着网络的发展，用户数目不断增加，此时合适将上面获取的Constant

value值降低1dB，而且降低powerrampstep，以减小大量用户接入时对网络

造成的搅乱。

PRACH功率控制方式为当UE发出前缀后，在规定的时间未收到NODEB的应答，则UE会在下一个发前缀的时辰把前缀的发射功率在前一个前缀功率的基础

上再增加一个调整步长Power_Step。当UE发出前缀后，在规定的时间收到NODEB

正的应答，对于PRACH,则UE在原有功率的基础上增加信息部分与前缀部分的

功率偏差发送信息。即PRACH的发射功率为：

PRACH_C_PowerPreamble_nitialI_PowerPowerRampStepPp-m

以以下图为PRACH前导在接入过程中功率的变化情况：

图前导接入过程功率的变化

以下为实现上述功率控制的程序：

PCPICH_DL_TX_power=30+10*log10(10.^(0.3)*rand(1));

PCPICH_RSCP=10*log10(rand(1)*10.^(-9))-25;

UL_interference=-105.5;

Constant_Value=-15;

power_est=10*log10(rand(1)*10.^(-10))+10*log10(rand(1)*10.^(2.5));

fori=1:10

[TPC,TPC_cmd]=

kaihuan(PCPICH_DL_TX_power,PCPICH_RSCP,UL_interference,Constant_Value

,power_est);

power_est=power_est+TPC_cmd;

ifpower_est<-100||power_est>25

disp('error');

end

end

function[TPC,TPC_cmd]=kaihuan(PCPICH_DL_TX_power,PCPICH_RSCP,UL_inter

ference,Constant_Value,power_est)

initial_power=PCPICH_DL_TX_power-PCPICH_RSCP+UL_interference+Constant

_Value;

A=sign(power_est-initial_power);

switchA

case1

TPC=0,TPC_cmd=-1,

case-1

TPC=1,TPC_cmd=1,

otherwise

TPC_cmd=0,

end

上行内环功率控制

在上行内环功率控制中，NodeB为控制方，UE为执行方。UE依照NodeB通

过下行链路给出反响（TPC）调整上行链路的发射功率。

在建立无线链路的时候，SRNC会经过RRC信息（比方RRCconnectionsetup

信息）经过UE对于建立的无线链路使用何种上行功率控制算法，上行内环功率

控制算法由RRC信息中的“PowerControlAlgorithm”参数决定。若是“Power

ControlAlgorithm”指示为“算法1”，则UE的层1中PCA参数设置为1；若指示

为“算法2”，则UE的层1中PCA参数的值设置为2。

别的，在发生软切换时，UE同时与多条无线链路相连。尽管在上行方向上

UE同时给所有的NodeB发送一份上行链路数据，但因UE与不一样NodeB之间的无线流传环境不一样，因此不一样NodeB接碰到的上行链路信号的SIR值即可能是不一样的，这样UE即可能同时接收到来自不一样NodeB的不一样的下行链路的TPC命

令。在软切换发生情况下，UE如何对来自不一样NodeB的TPC命令进行合并判决，

是上行内环功率控制需要解决的一个问题。

若是UE在一个时隙内收到来自多个下行链路的多个TPC命令，则UE需要第一对这多个指令进行合并，进而获取一个单一的TPC命令TPC_cmd，尔后依照TPC_cmd决定如何调整上行链路的发射功率。对于“算法1”和“算法2”而言，

TPC命令的合并方法有所不一样。

UE在确定TPC_cmd后，会相应调整上行链路的发射功率，功率步长为△tpc，

△tpc是一个SRNC在无线链路建立是发给UE的一个功率控制参数。如过

“TPC_StepSize”的值为“dB1”，则层1参数△tpc的值为1dB，若是“TPC_StepSize”

的值为“dB2”，则层1参数△tpc的值为2dB。参数“TPC_StepSize”仅用于算法

1。对于算法2，△tpc将永远取值为1dB。

UE获取TPC_cmd后，UE将采用步长△dpcch（dB）调整上行DPCCH的发射

功率，其中△dpcch=△tpc×TPC_cmd。

上行内环功率控制的过程如下图，

图上行链路内环功率控制过程

详细过程以下：

（1）第一NodeB要计算当前时间（当前时隙）的SIR评估值SIRest。

（2）在获取上行链路当前SIR值后，NodeB经过将当前SIR评估值与外环功

率控制给出的SIR目标值SIRtarget进行比较，进而决定下行链路的

TPC命令。

（3）NodeB产生下行链路TPC命令值，该命令值经过下行专用控制信道

（DPCCH）发送给NodeB。UE依照下行链路给出的TPC值，相应的调整

上行链路的发射功

中下行链路TPC的产生

上行内环功率控制调治UE的发射功率，使得接碰到的上行链路的SIR尽可能

凑近一个给定的目标值SIRtarget。

在NodeB中产生下行链路TPC的规则以下：

（1）若是SIRest>SIRtarget，TPC命令设为“0”（降低功率）；

（2）若是SIRest<SIRtarget，TPC命令设为“1”（高升功率）；

TPC命令被增加在下行链路物理帧中发送给UE。下行无线链路的物理帧结构

以以下图。

图下行专用物理信道的帧结构

依照下行专用物理信道中时隙结构的不一样，TPC符号能够是2位、4位或8位。

下行链路中TPC符号与发射功率命令关系见表3-1。

表3-1下行无线链路TPC比特模式

中对TPC命令的办理

如前所述，上行内环功率控制有两种算法，SRNC在无线链路建立从前通知UE采用何种算法。使用的算法不一样，UE对TPC命令的办理也有所不一样。同时，对于

同一种算法而言，可否处于软切换状态UE也会有不一样的办理方式。

（1）使用功率控制算法1的情况

使用功率控制算法1时，依照可否处于软切换状态，UE确定TPC_cmd的方式

有所不一样。

①只有一条无线链路的情况

在SRNC通知使用功率控制算法1的情况下，UE在每个时隙接收到来自NodeB

的TPC信息后都会做相应发射功率调整动作。

若是接收到的TPC命令等于0，那么用于该时隙的TPC_cmd为-1。

若是接收到的TPC命令等于1，那么用于该时隙的TPC_cmd为1。

②更软切换的情况

在更软切换情况下，同一个NodeB下的不一样下行链路中发送个UE的TPC是

同样的，这些链路能够被认为是同一个无线链路，与来自其他链路的TPC进行合

并。

③软切换的情况

在软切换的情况下，来自不一样下行链路的TPC可能不一样，UE获取TPC_cmd的方法以下：

UE第一对每一个功率控制指令TPC进行软判决并获取一个符号Wi（i=1,2，,,N。N大于1，表示在软切换发生时，来自不一样下行链路的TPC命令的个数）尔后，UE经过一个函数获取合并的TPC_cmd。以以下图为算法1

的流程图：

图算法1的流程图

2）使用功率控制算法2的情况

使用功率控制算法2时，依照可否处于软切换状态，UE将进行不一样办理。

①只有一条无线链路的情况

当UE只有一条无线链路的时候，每个时隙将仅收到一个TPC命令。此

时UE能够每5个时隙办理一次收到的TPC命令，时隙的计数从帧的开头算起，而且每5个时隙之间没有重叠。在使用“算法2”的情况下，相当于上行内环功率控制速度变为300Hz。

当UE采用“算法2”的时候，UE在5个时隙中的TPC_cmd的值由以下方法获取：（a）对5个时隙中的前4个时隙，TPC_cmd=0。表示在前4个时隙内，上行链

路发射功率不会发生变化。

（b）对第5个时隙，UE对收到的5个TPC命令采用以下判决：

若是所有5个TPC命令的硬判决都为1，那么第5个时隙的TPC_cmd=1,UE将增加上行链路的发射功率。

若是所有5个TPC命令的硬判决都为0，那么第5个时隙的TPC_cmd=-1,UE将减少上行链路的发射功率。

在其他情况下，在第5个时隙的TPC=0，即上行链路发射功率不作调整。

②更软切换的情况

对于更软切换的情况，如前所述，UE将把来自同一个NodeB的不一样链路当

做同一链路来对待。

③软切换的情况

第一，UE对每个时隙的每个功率控制命令TPCi进行硬判决，这里i=1，

2，,,N,N表示来自不一样无线链路集中无线链路的TPC命令个数。经过连续5个时隙后，UE在5个时隙中的每个都获取N个硬判决。5个时隙中对应的5个判决结果组成一个会集，则共有N个会集。时隙计算从帧头开始算起而且每5个时隙之间没有重叠。

对前面4个时隙，TPC_cmd的值为0，在5个时隙结束此后，UE将下面的方式确

定第5个时隙的TPC_cmd:

UE第一依照每条无线链路确定一个临时的TPC命令，即TPC_tempi，i=1,2,,N,

对于某个无线链路，其判决结果TPC_tempi的方法以下：

若是所有5个时隙的硬判决都为“1”，那么TPC_tempi=1;

若是所有5个时隙的硬判决都为“0”，那么TPC_tempi=-1;

否则，TPC_tempi=0。

算法2的流程图以以下图：

图功率控制算法2的流程图

实现上行内环功率控制的程序以下所示：

PCA=1;

TP=10*log10(10.^(-5)*rand(1))+10*log10(10.^(3.3)*rand(1));

RP=10*log10(10.^(-10)*rand(1))+10*log10(10.^(2.5)*rand(1));

SIR_tar=10*log10(10.^(-1.1)*rand(1))+10*log10(10.^(2)*rand(1));

fori=1:150

[TPC,TPC_cmd]=neihuan(PCA,TP,RP,SIR_tar),

TP=TP+TPC_cmd,ifTP<-50||TP>33

disp('error'

);endend

function[TPC,TPC_cmd]=neihuan(PCA,TP,RP,SIR_tar)

SIR_est=RP/(TP-RP);

data=sign(SIR_est-SIR_tar);

ifPCA==1

switchdata

case1

TPC=0,TPC_cmd=-1,

case-1

TPC=1,TPC_cmd=1,

otherwise

TPC_cmd=0;endelseifPCA==2A=0;fori=1:5A=A+data;endswitchAcase5TPC='00000',TPC_cmd=0000-1,case-5TPC='11111',TPC_cmd=00001,otherwise

TPC_cmd=00000;

end

end

end

以下为以上相关参数的详细情况：

PCA：PCA为功率控制的算法，取值1或2；

TP：TP表示手机的发射功率，它反响了手机当前的上行链路耗费水平和搅乱情

况。上行链路耗费大或许存在严重搅乱，手机的发射功率就会大，反之手机发射

功率就会小。其取值范围为：-50-33dBm。

RP：RP表示手机的接收功率，指在所有前向信道接收到的功率（包括周围各基

站/扇区，外加噪声）,反响了手机当前的信号接收水平，RxPower大的地方，即信号覆盖好的地区,RxPower可是简单的反响了路测地区的信号覆盖水平，而不是信号覆盖质量的情况。其取值范围为：-100dBm-25dBm。

SIR_tar:SIR_tar表示目标信噪比，其取值范围为：-11-20dB。

上行外环功率控制

功率控制的目的是将无线链路的质量保持在必然的水平，而无线链路的质量

是经过误比特率（BER）或误块率（BLER）参数来表现的（在WCDMA中，平时使用

BLER来作为链路质量指示）。依照UE搬动速度不一样、无线流传环境不一样，保持一

个特定BER/BLER所需的信道的SIR值可能是不一样的，外环功率控制就是经过调治

无线链路的SIR目标值来使链路的BER/BLER保持在一个能够接受的水平上。

内环功率控制的原理则是依照外环功率控制给出的SIR目标值，增加或降低

发射端的的发射功率，使得无线链路的实质SIR测量值总是试图凑近于外环功率

控制给出的SIR目标值，进而将无线链路的BER/BLER保持在某一水平。

因此归纳起来，内环功率控制的作用是为了使无线链路的SIR值保持在一个

SIR目标值水平；而外环功率控制的作用则为了保持无线链路的质量（保证BLER

值）而给出一个SIR目标值。

上行外环功率控制与上行内环功率控制之间的关系如下图：

图上行外环与上行内环功率控制

上行外环功率控制在SRNC和NodeB之间完成，而上行内环功率控制则在UE

内部完成。

3GPP并没有详细规定外环功率控制必定使用的算法，但功率控制的原则是在保持链路质量（满足BLER指标）的前提下，使用尽可能低的SIR目标值。因此一般而言，外环功率控制的输出（SIR目标值）变化规律有以下特色：在信道质量

满足业务要求的情况下，SIR目标值应依照一个较小的步长逐次降低；在信道质

量不满足业务要求时，SIR目标值将依照一个较大的步长高升。SIR目标值的变化

频率与专用信道的传输块时长（TTI）相关。比方，对于TTI为10ms的专用物理信

道而言，外环功率控制的频率能够最高达到100Hz。

图所示为外环功率控制算法得出的SIR目标值变化的图示：

图外环功率控制算出的SIR目标值

以下所示为外环功率控制的程序：

FER_est