LTE功率控制

功率控制

功率控制是无线系统中重要的一个功能。UE在不同的区域向基站发送信号，这样发送的功率就会有不一致。远的UE发送的功率应该大一些，近的稍微小一些，这样以便基站能够更好的将不同的UE能够解调出来。

功率控制也通常分为开环功率控制和闭环功率控制。开环功率控制通常不需要UE反馈，基站通过自身的一些测量或者其他信息，来控制UE的功率发送或者自身的功率发送。闭环功率控制通常需要UE的一些相应的信息，包括信噪比(SIR/ SINR) 或者是BLER/FER等信息，来调整UE的发送功率。闭环功率控制又一般分为两种，一种是内环功率控制，一种是外环功率控制。内环功率控制是通过SIR来进行相应的功率控制，基站通过接收到UE的SIR，发现与预期的SIR有差距，然后产生功率控制命令，指示UE进行调整发送功能，以达到预期的SIR。外环功率通常是一种慢功率调整，主要是通过链路的质量来调整SIR，通过测量链路的BLER，来指示SIR 的调整情况。

LTE的功率控制，有别于其他系统的功率控制。LTE在一个小区是一个信号正交的系统，所以小区内相互干扰比较小，LTE主要是在小区之间的干扰。所以LTE对于小区内的功率控制的频率相对比较慢。LTE有个概念下行功率分配时要使用到，the energy per resource element (EPRE)，可以立即为每个RE的平均功率。

1上行功率控制

1.1 PUSCH

1.1.1 PUSCH 的功率控制

UE 需要根据eNB 的指示设置每个子帧的PUSCH 的发射功率PUSCH P ：

)}()()()())((log 10,min{)(TF O_PUSCH PUSCH 10CMAX PUSCH i f i PL j j P i M P i P +?+?++=α [dBm] 以下对于各个参数进行相应的解析。

CMAX P 是UE 的发射的最大的功率，在协议36101中定义的，

)(PUSCH i M 是UE 在子帧i 所分配的PUSCH 的RB 的数目或者PUSCH 的RB 带宽，用RB 数目来表示;

)(O_PUSCH j P 是预期的PUSCH 的功率，包括两部分，一部分是小区属性的参数

)( PUSCH O_NOMINAL_j P ，一个是

UE 属性的参数)(O_UE_PUSCH j P 。对于小区属性，是各个UE 都相同的这样一个预期的小区的功率，而UE 的参数，则是根据不同的UE 所设置的参数；

)(O_PUSCH j P = )( PUSCH O_NOMINAL_j P +)(O_UE_PUSCH j P

当 j=0时，是半静态调度；

j=1时是动态调度；

j=2时是RA 接入是功率控制的情况，0)2(O_UE_PUSCH =P ；

这几个参数都是在高层指派下来的，在36331中的UplinkPowerControl 中，其中)( PUSCH O_NOMINAL_j P 范围为(-126..24)，精度为1dBm ，需要使用8比特来表示;

)(O_UE_PUSCH j P 范围为(-8..7), 精度为

1db 。 α是路损的补偿权值，范围为{}1,9.0,8.0,7.0,6.0,5.0,4.0,0∈α，只有动态调度和半静态调度才需要高层指派，RA 过程时α=1。这个α值通常为0.7-0.8之间能够达到相对比较好的性能，既能提升UE 的发送功能，又不产生很大的小区间干扰；

PL 是UE 计算的下行路损，UE 通过参考信号功率和RSRP(参考信号接收功率)来计算，PL=参考信号功率-RSRP,RSRP 需要通过滤波器来处理，滤波器的权值在高层中定义；参考信号功率即基站的参考信号的发射功率。RS 的发射功率在SIB2中广播，范围在[-60dbm 50dbm]

TF 10()10log ((21))S MPR K PUSCH offset i β??=-，TF(i)是PUSCH 的传输格式，S K 等于1.25或者0；

当deltaMCS-Enabled 使能时，该值为0；

MPR 的值，如果PUSCH 上没有UL-SCH /CQI RE MPR O N =，这里CQI O 是包括CRC 的CQI

的比特数目；其他的情况下 MPR=1

0/C r RE r K N -=∑，C 是编码块数，r K 是编码块r

的大小，initial -PUSCH symb

N M N initial PUSCH sc RE ?=-，即PUSCH 的RE 数目。 PUSCH δ是用于UE 进行功率校正的值；UE 通过解码DCI ，包括DCI0的TPC 的功率

控

制指示或者是DCI3/3A 下的TPC 命令，分两种情况，一种是累计的功率控制，另外是绝对方式的功率控制，采用那种方式是高层通过命令Accumulation-enabled 来指派：

f(i) 的复位或者初始值情况，

如果 O_UE_PUSCH P 发生了变化，()00f =；

否则其他情况

2)0(msg rampup P f δ+?=，

这里2msg δ 是RAR 指示的TPC 值，rampup P ? 为从第一个preamble 功率爬坡的总的

累计值

累计功率控制方式，

)()1()(PUSCH PUSCH K i i f i f -+-=δ，i 是子帧号，表示在子帧PUSCH K i - 接收到DCI0或

者DCI3/3a ，

在FDD 模式下PUSCH K =4，

在TDD 模式下，如果配置是1-6，PUSCH K 参见 协议36213的5.1.1.1-1，此外，在配置0的情况下，如果PUSCH 在子帧2或者7发送，PUSCH K = 7，其他情况如

配置1-6。

如果UE 同时解码到了DCI0和DCI3/3a 的PUSCH ,此时只取值DCI0

在DRX 过程中，0PUSCH =δ

如果UE 收到了DCI0的信息，则UE 按照表格5.1.1.1-2 进行调整

如果UE 收到了DCI0，其中的信息为SPS 激活或者去激活的验证，PUSCH δ=0

如果UE收到了DCI3/3a的情况，则按照表格5.1.1.1-2或者5.1.1.1-3进行功率调整；

Table 5.1.1.1-3: Mapping of TPC Command Field in DCI format 3A to accumulated

δ values.

PUSCH

Table 5.1.1.1-2: Mapping of TPC Command Field in DCI format 0/3 to absolute

and accumulated

δ values.

PUSCH

Note:这里有个问题，SPS如何进行功率调整？原理上来讲，SPS可以通过DCI0或者DCI3/3a来进行功率调整，不过SPS发送DCI0的概率降低了，只是可能的情况下会再次发送DCI0更新相应的信息。所以SPS的功率调整如果必要的话，

可能通过DCI3/3a 进行调整；如果没有必要就不在发送功率调整。

如果UE 调整达到最大的功率，则TPC 的命令不在生效，UE 不在进行增加功率；反之也是这样的，如果达到下限，UE 就不在进行调整了；

UE 在以下两种情况下，重启累加的值f(i): (1)O_UE_PUSCH P 高层通知进行变

化 (2) UE 收到了RAR 的消息

绝对功率控制方式，

)()(PUSCH PUSCH K i i f -=δ，Accumulation-enabled 关闭的情况下，

)(PUSCH PUSCH K i -δ 是在子帧PUSCH K i -检测到DCI0的情况

PUSCH K 的确定方式还是如累计功率控制方式一致；

PUSCH δ 在检测到

DCI0时其值由表格5.1.1.1-2 给出； 如果在DCI0中包含是SPS 的激活和去激活的验证，PUSCH δ=0db

)1()(-=i f i f 如果子帧没哟DCI0的PDCCH 检测到，则保持

1.1.2 PH 以及PHR

Power headroom 即功率容量，是一个非常重要的参数，

功率容量的范围在[40; -23] dB ，通过MAC 消息传达给基站。这是一个很重要的参量，这个可以通知基站，UE 还可以发送多少数据或者最大能够发送多少数据量。

PHR 的功率上报是MAC 一个重要过程，PHR 的上报周期，映射和延迟在协议36133

中9.1.8规范。PHR的估计至少需要一个子帧的时间。RRC控制PHR两个定时器，periodicPHR-Timer and prohibitPHR-Timer，在MAC-MainConfig的RRC消息中。即如下消息：

phr-Config CHOICE {

release NULL,

setup SEQUENCE {

periodicPHR-Timer ENUMERATED {sf10, sf20, sf50, sf100, sf200,

sf500, sf1000, infinity}, prohibitPHR-Timer ENUMERATED {sf0, sf10, sf20, sf50, sf100,

sf200, sf500, sf1000}, dl-PathlossChange ENUMERATED {dB1, dB3, dB6, infinity} }

从消息来看，periodicPHR-Timer 可以至少为10个子帧，prohibitPHR-Timer也类似。

PHR 会在如下的事件中触发：

(1) 当UE需要新传一个UL资源，此时从上传PHR发送后，禁止PHR定时器(prohibitPHR-Timer) 已经到期了，并且路损已经超过了dl-PathlossChange，这种情况下可以触发PHR

(2) periodicPHR-Timer 已经到期了，此时触发PHR

(3) PHR的配置或者重配，触发PHR

如果在TTI内，UE有一个UL资源需要新传，PHR过程如下，

从最近的MAC复位后如果是第一个UL资源，启动periodicPHR-Timer，

如果至少有一个PHR已经触发或者分配的UL资源可以容纳PHR MAC控制元素和子头部，则要如下动作，

从物理层得到PH值，

指示MAC复用过程生成 PHR MACCE资源

启动或者重启周期PHR定时器

启动或者重启禁止PHR定时器

取消所有的触发的PHR

从协议的描述来看，禁止PHR定时器的功能在于PHR上报后一定时间内UE不能在上报PHR，以免pHR多次上报。在禁止PHR的时间内，PHR是不能上报的；禁止PHR定时器也只有过期后与路损一起才能够触发PHR；

PHR 周期定时器，是PHR 一个周期触发的过程。不过有个问题，这两个定时器的功能有一些什么差别？是否一定需要两个定时器。

这里在总结以下PHR 的过程，PHR 的触发主要是以子帧作为单位的，也就是如果触发时，UE 在某个子帧上报PUSCH 的PH ，触发之后会启动两个定时器，这两个定时器单位是以子帧作为单位的。如果这些子帧内定时器没有超时，UE 不会在启动PHR 上报的过程。如果超时了，对于禁止定时器而言，还需要路损发生了比较大的变化才会触发；而周期定时器是超时即可以进行触发。PHR 触发条件具备后，就需要等待UE 的新传的过程才会真正启动PHR 的过程。总之，PHR 对于eNB 的PUSCH 的分配很重要，如果PH 比较大，说明UE 还有比较大的空间，基站可以在之前的基础上进一步扩大RB 的分配；如果PH 变化不大，eNB 可以在原来的基础上进行处理。

1.2 PUCCH

UE 看在子帧i 发送 PUCCH 的发射功率为PUCCH P 定义如下：

()()()(){}i g F n n h PL P P i P HARQ CQI +?+++=F_PUCCH 0_PUCCH CMAX PUCCH ,,min [dBm]

这里，

CMAX P 是UE 配置的发送的最大功率，在协议36101中定义，

O_PUCCH P 由两个参数组成，包括小区属性的参数PUCCH O_NOMINAL_P 和 UE 特性的参数O_UE_PUCCH P ，这两个参数由高层提供，O_PUCCH P = PUCCH O_NOMINAL_P +O_UE_PUCCH P ，

即表示基站期望UE 所需要发送PUCCH 的目标的功率；PUCCH O_NOMINAL_P 的范围为(-127..-96)dbm ，单位为1dbm ，O_UE_PUCCH P 的范围为 (-8..7)db ，精度单位为1db

PL 为UE 估计的下行的路损，定于如在PUSCH ；

(),CQI HARQ h n n 是PUCCH 格式的相关的参数，CQI n 为信道质量信息的信息比特(在

36212中定义)，HARQ n 为HARQ 的比特数：

For PUCCH format 1,1a and 1b ，(),CQI HARQ h n n 值为0

PUCCH format 2, 2a, 2b + 正常CP 时，

Format2+扩展CP ，

F_PUCCH ()F ?为高层所提供，F_PUCCH ()F ?的值都是相对与格式1a 的，格式的定义包括1a,1,1b, 2,2a,2b 六种，在高层中定义了出1a 之外的5种delta dB 值，note:这里有一些问题，(1)1a 的功率是固定的？基站和UE 如何知道1a 的功率，(2) PUCCH 的格式是RB 中固定一个格式，UE 在发送的时候如何计算，通过RB 数目来加权？(3) 对于混合PUCCH 格式的功率，如何进行考虑的

PUCCH δ 是UE 校正的功率值，这个值主要是通过DCI 1A/1B/1D/1/2A/2/2B 或

者DCI3/3A 的TPC 命令进行调整的，如果UE 通过解码得到DCIX 的TPC 的命令值，则UE 根据该值进行PUCCH 的功率调整，否则PUCCH δ=0(不进行该项调整)，调整如下

1

0()(1)()M PUCCH m m g i g i i k δ-==-+

-∑，

对于FDD 而言，M =1, k0=4；

对于TDD 而言，上行可能会将前面的下行的信息度进行反馈，所以有多个下行需要反馈，M and m k 在表格Table 10.1-1

当半静态配置时，如果DCI 格式为SPS 验证作用(包括激活与去激活)，此时PUCCH δ为0db

PUCCH δ 调控的值如一下两个表格

Table 5.1.2.1-1: Mapping of TPC Command Field in DCI format

1A/1B/1D/1/2A/2B/2/3 to PUCCH δ values.

Table 5.1.2.1-2: Mapping of TPC Command Field in DCI format 3A to PUCCH δ

values.

这里还是有个SPS 的问题，对于PUCCH,SPS 的功率调制主要是通过DCI3/3A 来进行的？

如果UE 调制到功率的最大值，此时TPC 不在生效，UE 不能在进行增加发射功率；同样，如果UE 调整到功率的下限，此时TPC 也不再生效了

在以下两种情况下，UE 需要重置PUCCH 的累计值(1) O_UE_PUCCH P 高层指示进行变

更(2) UE 收到RAR 消息

重置g(0) 的结果，如果是O_UE_PUCCH P 变化，g(0)=0；如果是RAR 的情况， 2(0)rampup msg g P δ=?+，2msg δ为RAR 中的TPC 功率指示，rampup P ?为Preamble 累计值

1.3 SRS

UE 在子帧i 上发送SRS 的功率 为：

SRS CMAX SRS_OFFSET 10SRS O_PUSCH ()min{,10log ()()()()}P i P P M P j j PL f i α=+++?+ [dBm]

这里，

CMAX P 为UE 配置的发送的最大的功率，

SRS_OFFSET P ，该参数是高层配置的半静态UE 参数，分为两种情况，如果 1.25S

K =，SRS_OFFSET P 的范围为[-3, 12] dB ，步长为1db ；如果0=S K ，则SRS_OFFSET P 范围为

[-10.5,12]，步长为1.5db;

SRS M 是SRS 发射的带宽，用RB 块数来表示

)(i f 是PUSCH 的当前功率调整值

)(O_PUSCH j P 和)(j α都是

PUSCH 相关的值，j=1；

1.4 Preamble

这部分主要是在36321中描述，描述的过程比较简单，就是将Preamble的发射功率设置为

PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=preambleInitialReceivedTargetPower+ DELTA_PREAMBLE + (PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER – 1) * powerRampingStep 其中preambleInitialReceivedTargetPower 和powerRampingStep的参数在RRC的消息RACH-ConfigCommon中携带。

直到发送功率到最大的值；

1.5 PUSCH 功率控制的讨论

公式如下

对于UE而言，所要做的主要是估计路损以及根据基站的TPC功率命令进行功率控制，其中的过程相对比较简单。对于基站而言，则是需要将TPC命令发生给UE，用来通知UE进行功率调制。基站则是要通过接收上行的PUSCH的信号，通过计算UE上行PUSCH的PSD(即单个RB的功率)，不同的UE具有不同的PSD。

公式中分为两个部分，一个部分是开环功率调整，另外一个部分是闭环功率调整；开环功率调整部分是PL

α，闭环则是f(i)；对于一个已经分配好了

)

(

(

+)

j

P?

j

O_PUSCH

的UE的PUSCH，其汇总的log(M)和传输格式部分是固定的。开环部分主要是通过UE调整PL来进行相应的功率调整，这样就使得在不同位置的UE有不同的发送功率。f(i)则是根据UE的SINR进行的闭环功率调整。同步计算得到SINR，对于SINR进

行相应的控制，如果比较高的SINR 则相应的降低功率，如果较低的SINR 则增加相应的功率；相应的功率控制的命令可以见下图来表示：

非常经典的LTE 功率控制方法，主要是 Bilal Muhamma 提出来的，之后可以参考其中的文献。

2下行功率控制

2.1 协议部分

2.1.1 下行功率分配

下行功率的发送情况，有基站来决定，并且对于各个RE 进行相应的分配。Note:这里有个问题EPRE 是是单天线段端口还是多天线端口的总和？ 应该理解为单天线端口的，RE 的概念应该就是单天线端口的一个概念，一个RE 即使一个天线端口对应的时频上的资源；

在整个下行带宽中，UE 认为下行小区相关的CRS 的EPRE 是一个常量值，直到有不同的小区CRS 的功率接收到了，下行参考信号的EPRE ，可以通过高层的参数Reference-signal-power 来获得，下行参考信号发射功率定义为携带小区参考信号的系统带宽的所有RE 的线性平均功率(单位为 W)。

PDSCH 的EPRE 与CRS 的EPRE 的比值由两个参数来表示A ρ or B ρ，其中的相对

应的符号如下表格，这两个参数是UE 特定的参数，一般使用PB= A B ρρ/ 来表示。

Table 5.2-1: The cell-specific ratio A B ρρ/ for 1, 2, or 4 cell specific

antenna ports

able 5.2-2: OFDM symbol indices within a slot where the ratio of the corresponding PDSCH EPRE to the cell-specific RS EPRE is denoted by A ρ or

B ρ

对于传输模式7，如果PDSCH 映射中包括了UE-Spec 的RS ，则PDSCH 的EPRE 与UE-Spec 的RS EPRE 的比值是一个常数，在所有包括UE-Spec 的RS 的PRB 上应该一直保持常数，特别是16QAM or 64QAM 的情况下，比值是0dB ，也就是相等的；传输模式8的UE-Spec 也类似，PDSCH 的EPRE 与UE-Spec 的相等

传输模式1-7或者没有UE-Spec RS 的传输模式8情况下，对于 16QAM,64QAM 层数大于1的空分复用或者多用户的MIMO 的发送机制时，如果使用4个CSR 的天线端口发送时

A ρ = )2(log 1010offset -power ++A P δ =A P +offset -power δ-3

其他情况下

A ρ=A P +offset -power δ

offset -power δ 仅仅对多用户MIMO 值非0，PA 由高层给出。这个几个参数在消息

PDSCH-Config 中给出，其中参考信号的功率范围为(-60..50)，单位为dbm

2.1.2 RNTP

RNTP 即Relative Narrowband TX Power indication ()PRB n RNTP ，是一个指示，

用来表示是否超过某个门限值，

)(PRB A n E 为在未来一段时间内 天线端口p 上不包含RS 的 PDSCH 的最大的EPRE 值，

PRB n 为物理资源块号，1,...,0-=DL RB

PRB N n ; threshold RNTP ，threshold RNTP 的取值范围在以下的集合中：{}3,2,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,+++-----------∞-∈threshold RNTP ，并且有：

其中)(m ax p P 为基站发生的最大功率，f ?, DL RB N and RB SC N 即是通常的单个载频带宽，

下行RB 数，下行某个RB 的载波数。

RNTP 主要是用于小区间的功率控制或者干扰控制。基站之间通过X2接口，告诉自己的RB 的功率的分配情况，以便相互能够进行功率的规避，这样达到小区间的干扰尽可能减少。一些具体的细节还需要之后在进行相应的研究。

2.2 下行功率分配的思路

下行功率分配其实相对比较简单一点。协议描述了这么多，将各种情况下的EPRE 度已经上描述清楚了。这样实际上PDSCH 的每个RE 的功率比值也清楚了。这个实际

上就变成了一个数学问题，即在给定的总的PDSCH的功率的情况下，如何给每个UE

进行功率分配。在实际分配过程中，一些相应的参数，包括PA，PB要遵守协议要求。在这个基础上，还需要考虑下行的PDSCH的BLER的情况。BLER可以通过上行的ACK/NAK来求的。对于每个不同的BLER，则相应有不同的功率变化情况。这个BLER 即所谓的功率外环控制方式。如果BLER与功率变化有相应的映射算法，则eNB在此基础上为每个UE进行RE的功率分配。实际上，各个参数的取值和功率分配，还是需要一套算法流程才能实现。

如下举个实例，假设现在分配的带宽是100RB，每个符号的发送的最大功率为

Pmax=20W，并且假设

A

ρ = P A，则对于目前支持的时隙的符号，则对于每个符号的RE 的功率的情况，有如下几种情况：

CASE1, 不包含参考信号：

1200 P(RE) =Pmax ,

即 1200 *10(PA/10) *P

CRS_RE

= 20W

CASE2，包括参考信号的1天线：

1200 P(RE) =Pmax ,

即 1200*1/6*10(PA/10) *P

CRS_RE + 1200*5/6*

A

B

ρ

ρ/*10(PA/10) *P CRS_RE = 20W

CASE3，包括参考信号的2/4天线：1200 P(RE) =Pmax ,

即 1200*2/6*10(PA/10) *P

CRS_RE + 1200*4/6*

A

B

ρ

ρ/*10(PA/10) *P CRS_RE = 20W

通过以上的公式，可以确定P

CRS_RE

的功率范围，进一步可以确定PDSCH的功率。

3 高层的相关的信令

3.1 上行功率控制

–UplinkPowerControl

The IE UplinkPowerControlCommon and IE UplinkPowerControlDedicated are used to specify parameters for uplink power control in the system information and in the dedicated signalling, respectively.

UplinkPowerControl information elements

-- ASN1START

UplinkPowerControlCommon ::= SEQUENCE {

p0-NominalPUSCH INTEGER (-126..24),

alpha ENUMERATED {al0, al04, al05, al06, al07,

al08, al09, al1},

p0-NominalPUCCH INTEGER (-127..-96),

deltaFList-PUCCH DeltaFList-PUCCH,

deltaPreambleMsg3 INTEGER (-1..6)

}

UplinkPowerControlDedicated ::= SEQUENCE {

p0-UE-PUSCH INTEGER (-8..7),

deltaMCS-Enabled ENUMERATED {en0, en1},

accumulationEnabled BOOLEAN,

p0-UE-PUCCH INTEGER (-8..7),

pSRS-Offset INTEGER (0..15),

filterCoefficient FilterCoefficient DEFAULT

fc4

}

DeltaFList-PUCCH ::= SEQUENCE {

deltaF-PUCCH-Format1 ENUMERATED {deltaF-2, deltaF0, deltaF2}, deltaF-PUCCH-Format1b ENUMERATED {deltaF1, deltaF3,

deltaF5},

deltaF-PUCCH-Format2 ENUMERATED {deltaF-2, deltaF0, deltaF1, deltaF2},