LTE網絡上行共享信道功控參數優化研究*

葉仁召

(中興通訊股份有限公司網規網優產品支持團隊，廣東 深圳 518000)

LTE網絡上行共享信道功控參數優化研究*

葉仁召

(中興通訊股份有限公司網規網優產品支持團隊，廣東 深圳 518000)

LTE無線系統中的反向功控主要用來使反向傳輸適應不同的無線傳輸環境，減少LTE網絡中邊緣用戶的干擾。主要介紹了LTE反向功控原理，重點研究上行共享信道標稱功率參數優化原理。從理論上研究LTE上行共享信道標稱功率對LTE網絡反向吞吐量的影響，并通過實際網絡進一步驗證上行共享信道標稱功率功控參數對網絡反向吞吐量的影響，并提出上行共享信道標稱功率功控參數優化的建議。

上行共享信道 標稱功率 反向吞吐量

0 引 言

在LTE(Long Term Evolution，長期演進)無線系統中，功率控制按照鏈路方向，可以分成反向功率控制和下行功率分配兩種；按照功控的方式，可以分為開環功控和閉環功控兩種。本文主要對LTE反向開環功控參數優化進行研究。

LTE無線系統中，同小區內不同用戶之間的反向數據是相互正交的，LTE中的反向功率控制是慢速而非CDMA(Code Division Multiple Access，碼分多址)中的快速功率控制。LTE通過功率控制，主要用來使反向傳輸適應不同的無線傳輸環境，包括路損、陰影、快數衰落、小區內及小區間其他用戶的干擾等。LTE中，反向功率控制使得對于相同的MCS(Modulation And Coding Scheme)，不同UE(User Equipment用戶設備)到達eNodeB的功率譜密度(Power Spectral Density， PSD 亦即單位帶寬上的功率)大致相等。eNodeB為不同的UE分配不同的發送帶寬和調制編碼機制MCS，使得不同條件下的UE獲得相應不同的反向吞吐量。

因此，LTE無線系統中的反向功控是非常重要的，通過反向功控，可盡可能減少對系統和其他用戶的干擾，提高網絡反向吞吐量。

1 LTE反向功控原理

1.1 LTE反向功控分類

反向功率控制的意義在于終端節電和抑制用戶間干擾[1]；控制點在基站，實現點在終端，即以每個終端為單位，基站發送功控命令，終端在PRACH(Physical Random Access Channel，物理隨機接入信道)、PUCCH(Physical Uplink Control Channel，物理上行控制信道)、PUSCH(Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道)、SRS(Sounding Reference Signal，探測參考信號)上根據基站的指示以特定的功率發送數據。

反向功率控制主要包括PUSCH、PRACH、PUCCH和SRS的功率控制[2]。PUSCH和PUCCH可以支持開環和閉環功率控制[3]，而PRACH只支持開環功率控制。

開環功控：基站和終端只有順序作用而無反向聯系且控制單方向進行，是不閉合的。開環功控只能起到粗略的功控作用，因此適用于無線條件快變的情況。在反向功率控制中，UE按照協議，根據基站在配置終端時提供的開環參數，單方向決定反向發射功率。

閉環功控：輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程有直接影響。閉環的作用：應用反饋，減少偏差。在LTE系統中，閉環功控只用于反向功控中，即系統根據信號測量強度及功控原則，判斷UE功率偏離目標區間的程度，通過下行控制信息(DCI)里面功控命令字(TPC)，指示UE在開環功控的基礎上調整功率。

LTE反向開環工控、閉環功控比如表1所示。

表1 LTE反向開環和閉環功控對比表

1.2 PUSCH開環功控

PUSCH開環功率控制主要是確定PUSCH信道的發射功率，根據3GPP 36.213協議，UE側PUSCH的發射功率定義為[4]

PPUSCH(i)=min{PCMAX,10log10(MPUSCH(i))+PO_PUSCH(j)+α(j)·PL+ΔTF(i)+f(i)}[dBm]

(1)

其中PO_PUSCH(j)、α(j)是開環功率控制的參數，ΔTF(i)、f(i)是閉環功率控制的參數。

PCMAX的配置和PCMAX是UE的最大發送功率，與UE能力等級和由高層配置的最大允許發射功率相關。

MPUSCH(i)和MPUSCH(i)是分配給該UE的反向RB數量。

PO_PUSCH,c(j)的配置，PO_PUSCH,c(j)=PO_NOMINAL_PUSCH(j)+PO_UE_PUSCH,c(j)。

RRM(Radio Resource Manangement，無線資源管理)配置j的取值，j=0 時，對應半靜態授權的PUSCH傳輸或重傳；j=1時，對應動態授權的PUSCH傳輸或重傳；j=2時，對應隨機接入響應授權的PUSCH傳輸或重傳。

當j=0,1時，PO_NOMINAL_PUSCH(j)與反向邊緣用戶的吞吐量相關。對于單小區來說，該值取值越大，反向吞吐量和邊緣覆蓋越大，但是如果一味追求反向吞吐量，該值設置過大時，會造成小區間干擾。對應的OMC參數是p0NominalPUSCH (UL Power Control), poNominalPUSCH1 (UL Power Control)。

當j=2時，此時PO_NOMINAL_PUSCH(2)=PO_PRE+ΔPREAMBLE_Msg3。

其中，P0_PRE是隨機接入初始目標接收功率，ΔPREAMBLE_Msg3是Msg3基于PRACH消息的功率偏差，二者均由高層信令配置，對應的OMC參數分別是preambleIniReceivedPower(Prach)和deltaPreambleMsg3(UL Power Control)。

PO_UE_PUSCH,c(j)是PUSCH發送數據所需要的UE相關的功率偏差，對應的OMC域是p0UePusch1Pub(UL Power Control)。

α(j)的配置，α(j)是路損補償因子，對于j=0和j=1，α∈{0,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1}；對于j=2，α(j)=1。α(j)的取值影響小區中心用戶和邊緣用戶的吞吐量。 對應的OMC參數是alpha(UL Power Control)。當α(j)=1，UE發射功率的計算為全路損補償，當α(j)<1，UE發射功率的計算為部分路損補償。

路損的計算[5]：路損是UE根據參考信號發射功率和接收到的RSRP進行計算的。計算公式為

PL=referenceSignalPower- higher layer filtered RSRP

(2)

其中referenceSignalPower由高層定義，該路損為下行的路損。本文只研究P0_PUSCH對網絡反向吞吐量的影響。

2 P0參數對LTE反向吞吐量影響研究

標稱功率P0又分為小區標稱功率和UE特定的標稱功率兩部分。eNodeB為小區內的所有UE半靜態地設定一標稱功率P0_PUSCH和P0_PUCCH，該值通過SIB2系統消息(UplinkPowerControlCommon: p0-NominalPUSCH, p0-NominalPUCCH)廣播；P0_PUSCH的取值范圍是-126 dBm到+24 dBm(均指每RB)。P0_PUCCH的取值范圍是-126 dBm到-96 dBm。

主要針對P0_PUSCH設置為-75 dBm、-67 dBm和-54 dBm，通過路測分析P0_PUSCH對反向吞吐量影響，并通過實際A區域進行對比分析如圖1所示。

P0_PUSCH對反向吞吐量的影響如圖1所示。

圖1 LTE網絡P0_PUSCH不同取值反向吞吐量影響對比圖

不同的P0_PUSCH取值，對應不同的反向吞吐量。P0_PUSCH越大，在中遠點，終端的反向吞吐量越低。對于中近點，終端發射功率能夠快速到達最大值，終端的反向吞吐量越高，但是P0_PUSCH值過大，終端在近點反向發射功率越大，形成反向干擾，導致反向吞吐量降低；P0_PUSCH值越小，終端在遠點的吞吐率越好，但P0_PUSCH值過小，終端在中點的吞吐率無法達到最優；P0_PUSCH設置-67dBm時，在中近點，終端的反向吞吐量最好，整個網絡反向吞吐量最優。

3 P0_PUSCH參數對LTE網絡性能的驗證

為了進一步驗證P0_PUSCH參數對LTE網絡反向吞吐量的影響，在實際網絡中選擇一個簇區域，大約包含30個基站的網絡，通過將P0_PUSCH設置為-75 dBm、-67 dBm和-54 dBm進行網絡性能對比測試，通過測試結果進一步驗證P0_PUSCH對網絡反向吞吐量的影響。

其次保證測試路線、測試方法、測試時間段基本相同，另外由于在網絡建設初期，實際網絡中基本沒有用戶，以便保證測試結果的相對有效性。

P0_PUSCH參數是反向開環功控參數，主要影響LTE網絡反向吞吐量性能，下面通過實際網絡驗證P0_PUSCH對LTE無線網絡RSRP、反向PDCP層平均吞吐率等性能影響。

3.1 P0_PUSCH參數對RSRP影響

LTE系統中RSRP(Reference signal receive power)是參考信號的強度，表征LTE網絡前向覆蓋情況，理論上網絡中RSRP是不受P0_PUSCH參數設置影響。不過由于無線網絡轉播特性及實際測試環境的差別，導致實際結果稍有差別。下圖是某一實際網絡在P0_PUSCH設置為-75 dBm、-67 dBm和-54 dBm情況，實際LTE網絡RSRP覆蓋對比圖。

圖2 LTE網絡P0_PUSCH不同取值RSRP覆蓋對比圖

實際LTE網絡P0_PUSCH不同取值RSRP覆蓋對比分段統計：

表2 LTE網絡P0_PUSCH不同取值RSRP覆蓋統計結果

3.2 P0_PUSCH參數對LTE網絡反向吞吐量的影響

P0_PUSCH取值，直接涉及到LTE網絡反向開環功控時，終端反向發射功率大小，進而影響LTE網絡終端用戶反向吞吐量，下圖是某一實際網絡在P0_PUSCH設置為-75dBm、-67dBm和-54dBm情況時，LTE網絡反向吞吐量對比結果圖，實際LTE網絡反向吞吐量對比結果如下：

圖3 LTE網絡P0_PUSCH不同取值反向吞吐量對比圖

上圖中反向吞吐量的單位為MBit/s，實際LTE網絡反向吞吐量對比分段統計：

表3 LTE網絡P0_PUSCH不同取值反向吞吐量對比統計

通過上面測試，在網絡覆蓋條件基本相當條件下，P0_PUSCH設置為-67 dBm，LTE網絡能夠獲得最好的反向吞吐量性能，因此LTE網絡建設初期，用戶較少的情況下，將P0_PUSCH設置為-67 dBm，有利于提高網絡反向吞吐量。

4 結 語

對于LTE系統，上行采用SC-FDMA技術，LTE小區內用戶通過頻分實現正交，小區內干擾影響較少，P0_PUSCH設置大小影響用戶中遠點的速率，特別是邊緣用戶的速率和服務質量，本文通過LTE實際網絡環境進一步驗證P0_PUSCH參數對LTE反向吞吐量影響，并給出在網絡建設初期，P0_PUSCH參數優化建議，不過隨著用戶的發展，需要逐步減少P0_PUSCH設置大小，以減少對中遠點用戶的干擾，因此，需要進一步研究P0_PUSCH設置大小與LTE網絡負荷的關系，以便進一步指導LTE網絡上行共享信道P0_PUSCH參數優化。

[1] 沈嘉等,索士強,全海洋等.3GPP長期演進(LTE)的技術原理與系統設計[M],人民郵電出版社,2008. SHEN Jia, SUO Shi-qiang, QUAN Hai-yang, et al. All of the 3 GPP Long Term Evolution (LTE) Technology Principle and System Design [M], People's Posts and Telecommunications Publishing House, 2008.

[2] 任參軍,錢耘之,陳明.LTE系統上行鏈路無線資源分配算法[J].通信技術,2010,01. REN can-jun, QIAN Yun-zhi, CHEN Ming. LTE System Wireless Uplink Resource AllocationAlgorithm [J]. Journal of Communications Technology, 2010,01.

[3] 姜維,唐俊華.隨機無線通信信道功率分配策略研究[J].信息安全與通信保密,2013,01. JIANG Wei, TANGJun-hua tang. Random Wireless Communication Channel Power Allocation Strategy Research [J]. Journal of Information Security and Communications Privacy, 2013,01.

[4] Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Physical Layer Procedures 3rd Generation Partnership Project[S], 3GPP 36.213,June,2013.

[5] 林曉冬,宋曉國.基于TD-LTE的上行功率控制技術研究[J].通信技術,2012,08. LIN Xiao-dong, SONG Xiao-guo. Research on TD-LTE-based Uplink Power Control Technology[J]. Journal of Communications Technology, the Preceding 2012.

葉仁召(1971—) 男，碩士研究生，計算機專業，高級工程師，目前主要研究LTE網絡規劃與優化。

YE Ren-zhao(1989-), male, graduate student, majoring in computer, senior engineer, mainly working at LTE network planning and optimization.

Control Parameter Optimization of LTE Uplink Shared Channel

YE Ren-zhao

(Network Planning and Optimizationl Product Support Team，ZTE Corporation, Shenzhen Guangdong 518000, China)

Reverse power control in LTE wireless system is principally used for the uplink transmission to adapt to different wireless transmission environments and reduce the interference from edge users in LTE network. This paper mainly discusses the LTE uplink power control theory, and focuses on the nominal power parameter optimization of uplink shared channel. The influence of LTE uplink shared channel nominal power on LTE network reverse throughput is technically studied, and the effect of nominal power parameter of LTE uplink shared channel on LTE network reverse throughput is further verified in actual network. In addition, some suggestions on nominal power power control parameter optimization of the uplink shared channel are also proposed.

uplink shared channel;nominal power;reverse throughput

date:2014-09-16；Revised date：2015-01-29

TN 915

A

1002-0802(2015)03-0330-05

10.3969/j.issn.1002-0802.2015.03.016

2014-09-16；

2015-01-29