TD-SCDMA系統中基于門限報告的外環功率控制研究

【摘要】功率控制是TD-SCDMA系統正常工作所必須的，外環功率控制為內環功率控制提供SIR參考值。為此提出了一種門限報告算法，該算法通過統計誤塊數和誤塊容忍周期來決定是否調整目標信干比，同時還給出了具體參數的公式，可以較好地實現3GPP中對外環功率控制的要求。

【關鍵詞】TD-SCDMA外環功率控制信干比誤塊率 誤碼率

中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：A文章編號：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

傳統的外環功控根據誤碼率與服務質量要求的預期數值進行對比，依據系統設定的外環功控算法計算出既能保證服務質量又能使系統容量最大的信噪比目標值。

上行外環功率控制算法的基本原理是：根據基站測量上報得到的信息來緩慢調整目標信噪比，使得最終的業務質量不受環境因素的影響，維持相對穩定的業務質量，滿足不同服務的質量要求。外環功率控制主要是為內環功率控制設定預期值，調節內環功控過程。內環功控的思想是：比較測量到的信噪比與外環功控預設的預期信噪比，來調節鏈路的功率，使發射鏈路的信噪比接近目標信噪比。

3GPP對外環功率控制算法沒有具體的規定，各個廠商有自己確定采用的算法。

2 門限報告算法

門限報告算法通過在誤塊容忍周期內，誤塊數和誤塊門限的比較，來決定如何調整SIRtarget：如果誤塊容忍周期未到，但誤塊數已超過了誤塊門限，則上調SIRtarget，同時還需要把誤碼塊計數器、誤碼塊容忍計數器清零，重新開始下一次計算。

另外，對于長時間只收到很少數據包或沒有收到數據包的情況，為了保證控制信道的質量滿足當前的移動環境，需要根據傳輸信道BER（Bit Error Rate，誤碼率）進行外環功控。

對于門限報告CRC方法觸發傳輸信道BER外環功控方法的條件為：若在給定的有效時間窗內（Acceptance Time Window）收到的數據總塊數小于誤塊容忍周期（此時表明現在的數據流量特別小），則觸發傳輸信道BER外環功控方法，同時把根據傳輸信道CRC進行外環功控的中間變量進行復位。如果在有效時間窗未到時已發生上調SIRtarget，那么需要把數據塊統計時間計數器清零。

綜上所述，在門限算法中存在三個參數：誤塊容忍周期、誤塊門限和有效時間窗。每80ms統計誤塊數、總塊數的同時還累計有效時間窗的窗長（通常是80ms的整數倍），有效窗長的累計可通過數據塊統計時間計數器完成。在統計過程中，衡量首先滿足這三個參數中的哪一個，再作相應的處理：

（1）如果誤碼塊數首先到達誤塊門限，則上調SIRtarget，同時還需要把誤碼塊計數器、誤碼塊容忍計數器、數據塊統計時間計數器清零；

（2）如果首先到達誤塊容忍周期，但有效窗長未達到，且收到的誤碼塊數小于誤塊門限，則下調SIRtarget，同時還把誤碼塊計數器、誤碼塊容忍計數器、數據塊統計時間計數器清零；

（3）如果首先到達誤塊容忍周期，但有效窗長未達到，且收到的誤碼塊數等于誤塊門限，則不調整SIRtarget，但仍需把誤碼塊計數器、誤碼塊容忍計數器、數據塊統計時間計數器清零；

（4）如果首先到達有限時間窗長，但誤碼塊容忍計數器小于誤塊容忍周期、誤碼塊計數器小于誤塊門限，則說明此有效窗內的TB塊總數過少，此時需要觸發傳輸信道BER外環功控算法，并將誤碼塊計數器、誤碼塊容忍計數器、數據塊統計時間計數器清零。

考慮到高速移動的環境下，移動終端的移動速度很快，所以不能只考慮目前誤碼周期內測量到的BLER（Block Error Ratio，誤塊率），還要考慮到信道的時間特性，需要計算一段時間內（幾個誤碼塊周期）平均BLER，公式如下：

BLERavg(i,t)=p×BLER(i,t-1)+(1-p)×BLERnow(i,t)

（1）

其中，p為加權系數，一般取值為0.3~0.5。在這里，上調SIRtarget的步長可大于下調步長，不同業務調整的步長也不同。

上調步長Wup>0，下調步長Wdn<0。為了適應不同的業務（PS和CS），Wup和Wdn可以不同，具體步長和誤碼塊數有關。上一個觀察周期中有Cold個誤碼塊，當前觀察周期中有Cnow個誤碼塊，則調整的步長為指數函數：。

根據實際外場TD系統運行統計，一般Wup=0.05×

S，Wdn=0.95×S。S為標準的步長，其值為0.1～0.4dB。

而對于不同的QoS（Quality of Service，服務質量）主要體現在誤塊容忍周期和誤塊門限的確定上。誤塊容忍周期根據不同業務的QoS所要求BLERtarget來決定（M/BLERtarget），其中M是根據實際業務進行調整。

在屏蔽周期內仍然需要檢測CRC錯誤，但不進行誤碼塊數、傳輸總塊數統計，也不做SIRtarget調整。等屏蔽過后再重新開始誤碼塊數、傳輸總塊數的累加。

3 算法評估

為了驗證算法的實際性能，筆者對門限報告算法進行了實際網絡測試。

3.1測試條件

參數設置：

SIRtargetMax=17.2，SIRtargetMin=4，SIRtargetInt=10，SIRtarget上調步長=0.3，SIRtarget下調步長=0.1；對PS128K業務，設置誤塊門限為5，誤塊容忍周期為100。注意：根據實際經驗，目標SIR調整前的初始值SIRtargetInt一般為-8.2～17.3dB，調整步長為0.1，過大會對其他UE造成干擾，過小則會導致鏈路質量較差。

endprint

測試方法：

首先對SIRtarget上調步長、SIRtarget下調步長等參數參考已有定標值進行配置；然后對PS128K（UL）業務選擇幾組不同的誤塊門限和誤塊容忍周期進行測試，觀察BLER數據變化的趨勢，選出較好的一組參數；再進行多用戶情況下的比較，最終確定適合的上調目標信干比的誤塊數判決門限、下調目標信干比的誤塊容忍周期參數值。

使用兩部測試終端UE1和UE2，通過TD-SCDMA路測軟件日訊來記錄50s內的BLER數據。終端的移動速度保持在30km/h左右。

參數的衡量標準：

BLER的圖形是否平穩，BLER的方差大小。一般來說，圖形越平穩、方差越小越好。

3.2測試數據

筆者選取的測試數據如表1所示，不同測試數據BLER波形的變化分別如圖1—4所示。

表1測試數據

參數名稱 一組 二組 三組 四組

誤塊門限（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標準差 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的方差及其波動情況可以看出，通過使用門限報告算法基本上可以使得BLER接近目標BLER，證實了該算法的有效性。

4 結論

3GPP要求外環功率控制可以根據當前的信道環境實時地調整SIR目標值，以確保正常的通信質量要求。基于此，本文設計了門限報告算法，并對該算法的實現進行了詳細論述。通過這個算法，可以滿足TD-SCDMA系統中對外環功率控制的要求。

參考文獻：

[1] 柯雅珠,竇建武,續斌. 寬帶碼分多址移動通信系統的功率控制方法: 中國, 02139929.8[P/OL]. [2009-09-16]. http://www.sipo.gov.cn/yw/2009/201310/t20131024_846741.html.

[2] 周宏成. TD-SCDMA關鍵技術對網絡規劃的影響[J]. 移動通信, 2006(5): 65-68

[3] 謝顯中. TD-SCDMA第三代移動通信系統技術與實現[M]. 北京: 電子工業出版社, 2004.

[4] 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,等. 通信原理（第五版）[M]. 北京: 國防工業出版社, 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.★

作者簡介

范暉：碩士畢業于西北工業大學，現任職于西京學院工程技術系，主要研究方向為通信網設計和規劃研究。

測試方法：

首先對SIRtarget上調步長、SIRtarget下調步長等參數參考已有定標值進行配置；然后對PS128K（UL）業務選擇幾組不同的誤塊門限和誤塊容忍周期進行測試，觀察BLER數據變化的趨勢，選出較好的一組參數；再進行多用戶情況下的比較，最終確定適合的上調目標信干比的誤塊數判決門限、下調目標信干比的誤塊容忍周期參數值。

使用兩部測試終端UE1和UE2，通過TD-SCDMA路測軟件日訊來記錄50s內的BLER數據。終端的移動速度保持在30km/h左右。

參數的衡量標準：

BLER的圖形是否平穩，BLER的方差大小。一般來說，圖形越平穩、方差越小越好。

3.2測試數據

筆者選取的測試數據如表1所示，不同測試數據BLER波形的變化分別如圖1—4所示。

表1測試數據

參數名稱 一組 二組 三組 四組

誤塊門限（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標準差 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的方差及其波動情況可以看出，通過使用門限報告算法基本上可以使得BLER接近目標BLER，證實了該算法的有效性。

4 結論

3GPP要求外環功率控制可以根據當前的信道環境實時地調整SIR目標值，以確保正常的通信質量要求。基于此，本文設計了門限報告算法，并對該算法的實現進行了詳細論述。通過這個算法，可以滿足TD-SCDMA系統中對外環功率控制的要求。

參考文獻：

[1] 柯雅珠,竇建武,續斌. 寬帶碼分多址移動通信系統的功率控制方法: 中國, 02139929.8[P/OL]. [2009-09-16]. http://www.sipo.gov.cn/yw/2009/201310/t20131024_846741.html.

[2] 周宏成. TD-SCDMA關鍵技術對網絡規劃的影響[J]. 移動通信, 2006(5): 65-68

[3] 謝顯中. TD-SCDMA第三代移動通信系統技術與實現[M]. 北京: 電子工業出版社, 2004.

[4] 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,等. 通信原理（第五版）[M]. 北京: 國防工業出版社, 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.★

作者簡介

范暉：碩士畢業于西北工業大學，現任職于西京學院工程技術系，主要研究方向為通信網設計和規劃研究。

測試方法：

首先對SIRtarget上調步長、SIRtarget下調步長等參數參考已有定標值進行配置；然后對PS128K（UL）業務選擇幾組不同的誤塊門限和誤塊容忍周期進行測試，觀察BLER數據變化的趨勢，選出較好的一組參數；再進行多用戶情況下的比較，最終確定適合的上調目標信干比的誤塊數判決門限、下調目標信干比的誤塊容忍周期參數值。

使用兩部測試終端UE1和UE2，通過TD-SCDMA路測軟件日訊來記錄50s內的BLER數據。終端的移動速度保持在30km/h左右。

參數的衡量標準：

BLER的圖形是否平穩，BLER的方差大小。一般來說，圖形越平穩、方差越小越好。

3.2測試數據

筆者選取的測試數據如表1所示，不同測試數據BLER波形的變化分別如圖1—4所示。

表1測試數據

參數名稱 一組 二組 三組 四組

誤塊門限（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標準差 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的方差及其波動情況可以看出，通過使用門限報告算法基本上可以使得BLER接近目標BLER，證實了該算法的有效性。

4 結論

3GPP要求外環功率控制可以根據當前的信道環境實時地調整SIR目標值，以確保正常的通信質量要求。基于此，本文設計了門限報告算法，并對該算法的實現進行了詳細論述。通過這個算法，可以滿足TD-SCDMA系統中對外環功率控制的要求。

參考文獻：

[1] 柯雅珠,竇建武,續斌. 寬帶碼分多址移動通信系統的功率控制方法: 中國, 02139929.8[P/OL]. [2009-09-16]. http://www.sipo.gov.cn/yw/2009/201310/t20131024_846741.html.

[2] 周宏成. TD-SCDMA關鍵技術對網絡規劃的影響[J]. 移動通信, 2006(5): 65-68

[3] 謝顯中. TD-SCDMA第三代移動通信系統技術與實現[M]. 北京: 電子工業出版社, 2004.

[4] 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,等. 通信原理（第五版）[M]. 北京: 國防工業出版社, 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.★

作者簡介

范暉：碩士畢業于西北工業大學，現任職于西京學院工程技術系，主要研究方向為通信網設計和規劃研究。