【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(mén)限報(bào)告算法，該算法通過(guò)統(tǒng)計(jì)誤塊數(shù)和誤塊容忍周期來(lái)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(duì)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(lèi)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(duì)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(cè)量上報(bào)得到的信息來(lái)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(duì)穩(wěn)定的業(yè)務(wù)質(zhì)量，滿(mǎn)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(guò)程。內(nèi)環(huán)功控的思想是：比較測(cè)量到的信噪比與外環(huán)功控預(yù)設(shè)的預(yù)期信噪比，來(lái)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(duì)外環(huán)功率控制算法沒(méi)有具體的規(guī)定，各個(gè)廠商有自己確定采用的算法。

2 門(mén)限報(bào)告算法

門(mén)限報(bào)告算法通過(guò)在誤塊容忍周期內(nèi)，誤塊數(shù)和誤塊門(mén)限的比較，來(lái)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(guò)了誤塊門(mén)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(kāi)始下一次計(jì)算。

另外，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間只收到很少數(shù)據(jù)包或沒(méi)有收到數(shù)據(jù)包的情況，為了保證控制信道的質(zhì)量滿(mǎn)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(duì)于門(mén)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(mén)限算法中存在三個(gè)參數(shù)：誤塊容忍周期、誤塊門(mén)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(zhǎng)（通常是80ms的整數(shù)倍），有效窗長(zhǎng)的累計(jì)可通過(guò)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(guò)程中，衡量首先滿(mǎn)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(mén)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(zhǎng)未達(dá)到，且收到的誤碼塊數(shù)小于誤塊門(mén)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(zhǎng)未達(dá)到，且收到的誤碼塊數(shù)等于誤塊門(mén)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(zhǎng)，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(mén)限，則說(shuō)明此有效窗內(nèi)的TB塊總數(shù)過(guò)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(cè)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(zhǎng)可大于下調(diào)步長(zhǎng)，不同業(yè)務(wù)調(diào)整的步長(zhǎng)也不同。

上調(diào)步長(zhǎng)Wup>0，下調(diào)步長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)為指數(shù)函數(shù)：。

根據(jù)實(shí)際外場(chǎng)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(zhǎng)，其值為0.1～0.4dB。

而對(duì)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(mén)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(lái)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(cè)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(guò)后再重新開(kāi)始誤碼塊數(shù)、傳輸總塊數(shù)的累加。

3 算法評(píng)估

為了驗(yàn)證算法的實(shí)際性能，筆者對(duì)門(mén)限報(bào)告算法進(jìn)行了實(shí)際網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。

3.1測(cè)試條件

參數(shù)設(shè)置：

SIRtargetMax=17.2，SIRtargetMin=4，SIRtargetInt=10，SIRtarget上調(diào)步長(zhǎng)=0.3，SIRtarget下調(diào)步長(zhǎng)=0.1；對(duì)PS128K業(yè)務(wù)，設(shè)置誤塊門(mén)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(zhǎng)為0.1，過(guò)大會(huì)對(duì)其他UE造成干擾，過(guò)小則會(huì)導(dǎo)致鏈路質(zhì)量較差。

endprint

測(cè)試方法：

首先對(duì)SIRtarget上調(diào)步長(zhǎng)、SIRtarget下調(diào)步長(zhǎng)等參數(shù)參考已有定標(biāo)值進(jìn)行配置；然后對(duì)PS128K（UL）業(yè)務(wù)選擇幾組不同的誤塊門(mén)限和誤塊容忍周期進(jìn)行測(cè)試，觀察BLER數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)，選出較好的一組參數(shù)；再進(jìn)行多用戶(hù)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(mén)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(cè)試終端UE1和UE2，通過(guò)TD-SCDMA路測(cè)軟件日訊來(lái)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(lái)說(shuō)，圖形越平穩(wěn)、方差越小越好。

3.2測(cè)試數(shù)據(jù)

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

表1測(cè)試數(shù)據(jù)

參數(shù)名稱(chēng) 一組 二組 三組 四組

誤塊門(mén)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(guò)使用門(mén)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(mén)限報(bào)告算法，并對(duì)該算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過(guò)這個(gè)算法，可以滿(mǎn)足TD-SCDMA系統(tǒng)中對(duì)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(guó), 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(duì)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(guó)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(jiǎn)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(cè)試方法：

首先對(duì)SIRtarget上調(diào)步長(zhǎng)、SIRtarget下調(diào)步長(zhǎng)等參數(shù)參考已有定標(biāo)值進(jìn)行配置；然后對(duì)PS128K（UL）業(yè)務(wù)選擇幾組不同的誤塊門(mén)限和誤塊容忍周期進(jìn)行測(cè)試，觀察BLER數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)，選出較好的一組參數(shù)；再進(jìn)行多用戶(hù)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(mén)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(cè)試終端UE1和UE2，通過(guò)TD-SCDMA路測(cè)軟件日訊來(lái)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(lái)說(shuō)，圖形越平穩(wěn)、方差越小越好。

3.2測(cè)試數(shù)據(jù)

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

表1測(cè)試數(shù)據(jù)

參數(shù)名稱(chēng) 一組 二組 三組 四組

誤塊門(mén)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(guò)使用門(mén)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?；诖耍疚脑O(shè)計(jì)了門(mén)限報(bào)告算法，并對(duì)該算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過(guò)這個(gè)算法，可以滿(mǎn)足TD-SCDMA系統(tǒng)中對(duì)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(guó), 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(duì)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(guó)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(jiǎn)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(cè)試方法：

首先對(duì)SIRtarget上調(diào)步長(zhǎng)、SIRtarget下調(diào)步長(zhǎng)等參數(shù)參考已有定標(biāo)值進(jìn)行配置；然后對(duì)PS128K（UL）業(yè)務(wù)選擇幾組不同的誤塊門(mén)限和誤塊容忍周期進(jìn)行測(cè)試，觀察BLER數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)，選出較好的一組參數(shù)；再進(jìn)行多用戶(hù)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(mén)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(cè)試終端UE1和UE2，通過(guò)TD-SCDMA路測(cè)軟件日訊來(lái)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(lái)說(shuō)，圖形越平穩(wěn)、方差越小越好。

3.2測(cè)試數(shù)據(jù)

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

表1測(cè)試數(shù)據(jù)

參數(shù)名稱(chēng) 一組 二組 三組 四組

誤塊門(mén)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(guò)使用門(mén)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(mén)限報(bào)告算法，并對(duì)該算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。通過(guò)這個(gè)算法，可以滿(mǎn)足TD-SCDMA系統(tǒng)中對(duì)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(guó), 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(duì)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(guó)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(jiǎn)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。