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浅谈WCDMA 原理之功率控制技术

2014-5-17 10:26| 发布者: dzly| 查看: 574| 评论: 0|原作者: 蔡林

摘要: 近年来,随着经济的发展,特别是随着改革开放的不断深入,我国的经济建设取得了巨大的进步,与此同时,我国在 WCDMA 方面的研究也取得了巨大的进步,文章对于WCDMA 的原理以及控制技术进行了分析。

  WCDMA 的原理以及控制技术近年来在我国的发展十分迅速,其对于我国经济的发展,居民生活水平的提高具有巨大的作用。加强对WCDMA 原理以及功率控制技术的研究对我们来说意义重大,因此,有必要进一步加强对此的研究。
  1 工作原理
  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,具体发射功率由接收到的信号功率值与路径损耗值以及阴影损耗等确定,接收到的信号功率越高,移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要是基站通过调整移动的发射功率以保持接收到的上行信干比尽量靠近SIR 目标值SIRtarget都是由高层通过外环功率控制调整的;调整DPCCH 与DPDCHs 使它们之间功率差不变,而DPCCH 与DPDCHs 之间的相对功率偏差是由网络在高层信号中通知移动台,上行闭环功率控制调节移动台发送功率,使得基站接收到的上行SIRi 保持在给定得目标SIR0 上,上层的外环功率控制在给个小区中独立调节目标SIR0,移动台在RAKA 接收机合并后,估计发射机接收到的上行DPCCH 功率,同时还要估计在当前频段内的干扰强度,从而给出相应的SIRi 估值,其中i 为不同瞬间。
  小区每隔一时隙(slot)的周期Tp 就根据以下原则产生一个指令TPC。并下行穿梭给移动台:当SIRi<SIR0 时,TPC=1;当SIRi>SIR0 时,TPC=1。在WCDMA 中Tp 是功率控制技术中一个非常重要的参数,Tp= 0.625ms,因为WCDMA有规定,码流中每帧长度为10ms,而每帧又有16 个时隙,每个时隙中都要有功率控制字,所以Tp = 10/16 = 0.625ms。移动台接收到TPC 指令后,调节其上行DPCH(专用物理信道)的功率变化步长△TPC(dB),如果TPC = 1,则增加,反之若TPC= 0,就减小。
  2 功率控制的分类
  2.1 开环功率控制
  开环功率控制包括上行开环功率控制和下环开环功率控制。对于上行链路,移动台测量下行信道信号并且估算信号在传播路径上的功率损耗,来确定上行信道的发射功率。在FDD(频分双工)模式下,上行信道的快衰落和下行信道的快衰落相互不干扰,但在较小范围内,快衰落引起的信号衰落相较由传播引起的信号衰落更为严重,由此开环功率控制仅仅用于连接初期。对于下行链路,网络根据UE(用户设备)的测量报告,对下行信道的发射功率初值进行设置。
  2.2 外环功率控制
  外环功率控制辅助内环功率控制,基本原理是把传输信道实际的BLER(误块率)与目标BLER 进行比较,然后慢速调整SIR-Target,以便业务质量不因无线环境的变化而受影响,保持稳定质量。目的在于提供所需的通信质量:既不能太差,也不能太好,太高的质量将会影响容量。上行链路的外环功率算法在SRNC(服务无线网络控制器)侧进行,下行链路的外环功率控制算法在UE 侧进行。
  3 工程实际案例
  案例1:Q市站点导频功率修改后下行功率拥塞问题分析。
  3.1 现象描述
  为提升Q 市站点资源利用率,选取WB 高新区红岛后阳村H_1 站点进行功率调整,研究功率修改后下行功率拥塞变化情况。
  3.2 修改各主要指标对比分析
  3.2.1 前后H 用户数的下行功率利用率对比分析
  表1 功率利用率对比表
  对比同一小区相同时间段的H 业务用户数和载频发射功率可以看出,修改导频功率前后,H 业务用户数没有大幅抬升,但是小区载频发射功率平均利用率提高了一倍,达到88.27%。
  故怀疑导频功率增加后,小区覆盖范围得到提高,但是并没有接入更多的H业务用户,怀疑R99 业务用户增加较多,从下面小区RAB 和RRC 不同类型建立请求次数可以证明此观点。
  3.2.2 修改前后RAB 和RRC 请求次数对比
  

  由上述对比可以看出,导频功率修改之后,PS 业务RAB建立请求次数没有明显提高,但是CS 业务RAB 请求次数由300 多次提高到1400 多次,提升非常明显。
  导频功率修改之后,小区RRC 建立请求次数由19303 次提高到35717,提高了将近一倍。其中主叫会话类业务的RRC请求次数由150 次提高到1600 次,提高了将近10 倍,其他业务类型的RRC 请求次数也提高了将近2 倍。
  3.2.3 修改前后小区覆盖范围对比采集12 月4 号和12 月5 号同时段的小区TP 值进行对比。
  导频功率修改之前小区平均TP 值为11.61,覆盖范围大概为2716 米;导频功率修改之后小区平均TP 值为12.51,覆盖范围大概为2927 米;通过TP 值可以直观看出导频功率修改前后小区覆盖范围大概增加了200 米。
  表4 TP 值对比表
  3.3 分析总结
  由于小区总功率没有提升,总功率固定为20W;单纯将主公共导频信道功率由2W 提高到4W, 本身就会压缩其他业务类信道所能使用的功率值。
  其次,根据上述对比随着导频功率的提高,小区覆盖范围得到扩大,R99 业务用户数骤增,小区RAB 和RRC 建立请求呈直线上升,其中主叫会话类业务的RRC 请求次数由150 次提高到1600 次,提高了将近10 倍。
  一方面小区下用户数和业务请求数骤增,另一方面小区总发射功率保持不变,且业务类信道可用功率受到一定压缩,必然会造成小区发射功率不足的情况,引起大量下行功率拥塞造成的RAB 和RRC 建立失败。
  案例2:基站配O2 站型时两个小区最大发射功率配成430导致第二小区无法建立。
  3.4 故障现象
  3812E 机柜做室内分布,属于异频同覆盖,功放为38W。
  两个小区的最大发射功率在RNC 和基站上均配置为430,结果加载脚本后导致该站第二个小区无法建立。告警消息显示:小区建立失败,RNC 侧提示为功率不匹配,NODEB 侧提示为射频资源不足。
  3.5 处理过程
  根据RNC 侧告警提示可以判断,问题出在功率配置上,两个小区的配置都为430,即20W,两个小区总功率为40W,但基站用的是38W的功放,承载单载波时机顶功率仅为30W,由于两个小区共用一个功放,这样一来,小区配置功率之和大于机顶硬件发射功率。因此导致其中一个小区建立失败。调整数据配置,两个小区的功率之和要小于30W。例如一个小区配成430,另一个配成400 即可,但考虑到室内覆盖效果,建议将30W 的功率平均分配到两个小区之上,即在RNC 和NODEB 上将每个小区最大发射功率配成417 即可。
  4 结语
  综上所述,加强对WCDMA的原理以及控制技术的研究,具有十分重要的意义,对于我国的进步和居民水平的提高意义重大。
  参考文献:
  [1] 顾燕.移动自组织网络信道接入与功率控制技术研究[D].东南大学,2006
  [2] 史胜军.WCDMA 和CDMA2000 功率控制研究[D].中国航海学会通信导航专业委员会2006 年学术年会论文集,2006
  [3] 钱远盛.WCDMA系统的功率控制研究[J].广东通信技术,2005,10(25)
  
  

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