浅析TD-SCDMA闭环功率控制算法的优化

【摘要】文章介绍了TD-SCDMA系统的闭环功率控制算法的基本原理，结合实际应用提出了新的闭环功率控制算法，并在网络中进行了验证。该算法可作为TD-SCDMA设备研发和网络运营维护工作的参考。

【关键词】TD-SCDMA闭环功率控制 SIR

1引言

2009年4月1日，作为中国有着自主知识产权的第三代移动通信系统标准的TD-SCDMA技术（以下简称TD），在北京、天津、上海、沈阳、秦皇岛、厦门、广州、深圳等城市正式商用，并在全国铺开建设。由于TD设备商用较短，网络性能表现差强人意，TD无线网络设备的一些算法和功能都还需要不断地改进和优化。

本文介绍了TD网络闭环功率控制算法原理，提出了一种新的闭环功率控制算法。在实际网络中的测试证明，新算法能有效提高功率收敛速度，降低TD网内干扰。

2TD系统的功率控制

2.1 功率控制概述

功率控制是无线资源管理的重要组成部分，其目的是在保证用户要求的QoS的前提下最大程度降低发射功率，减少系统干扰从而增加系统容量[1]。TD-SCDMA系统中的功率控制和其它模块的接口关系如图1所示：

图1功率控制和其它模块的关系

可以看出，功率控制过程是无线资源管理的核心。它与接纳控制、切换控制、负荷拥塞控制、调度控制等过程都有直接的关系，它需要根据各过程提供的相关信息调整基站和终端的发射功率，满足用户间不同的QoS要求和传输速率。

TD-SCDMA系统中的功率控制可分为外环功控、闭环功控和开环功控。由于篇幅所限，本文重点介绍闭环功率控制。

2.2 闭环功率控制算法原理

闭环功控是UE与Node B之间对上下行功率进行闭环控制的一种机制。其原理主要是将测量SIR值与目标SIR值进行比较，如果小于目标SIR值（SIR TARGET）则通过功控命令通知对端加大功率发射，反之则通过功控命令通知对端减小发射功率发射。目标SIR值是RNC下发给Node B的，所以闭环功控的核心内容即是SIR测量值的估算[2]。

下面是SIR线性预测的具体步骤：

（1）计算RXP（接收功率）的递归平均值（UL）：

（1）

（2）计算TXP的预测值（UL）：

（2）

其中：

 是第（n-D）个子帧发出去的TPC命令字。

 UL需要估计Pathloss的变化趋势，XTXP(i,n)的初始值影响不大，设为UE的最大发射功率。

 假设Node B知道UE发射功率的范围，比如（1.0e-5mw～250mw），则估算出的XTXP(i, n)超出范围时就要加以限制，代码如下：

XTXP(i,n)=(XTXP(i,n)

XTXP(i,n)=(XTXP(i,n)>1.0e-5)?XTXP(i,n):1.0e-5;

（3）估算Pathloss瞬时值（UL）：

XPL(i,n)=XTXP(i,n)/XRXP(i,n)（3）

其中：

 XRXP(i,n)为瞬时接收功率，可以测量得到。

 如果估算出的XPL(i,n)超过Pathloss可能的变化范围，则要加以限制，代码如下：

XPL(i,n)=(XPL(i,n)

XPL(i,n)=(XPL(i,n)>1.0e4)?XPL(i,n):1.0e4; /*UE与连接小区的Pathloss不可能小于40dB*/

（4）计算Pathloss_SIR的瞬时值、递归平均值：

XPLIR(i,n)=XPL(i,n)/XIIP(i,n) （4）

（5）

其中：

 XPLIR(i,n) UL是估算得到的瞬时路损，DL是测量得到的瞬时路损，而XIIP(i,n)是测量得到的瞬时ISCP。

 XPLIR(i,n)是一个极大的数，一般在（1.0e16～1.0e26）之间变化。

（5）计算Pathloss_SIR平方的递归平均值：

（6）

（6）计算Pathloss_SIR的方差：

（7）

（7）计算Pathloss_SIR的协方差及其递归平均值：

（8）

（8）计算Pathloss_SIR的自相关系数：

（9）

（9）计算SIR的线性预测值：

（10）其中：

 |ρSIR(i,n)|是（8）中计算得到的相关系数的绝对值，因为该计算式中都是用dB为单位，有正有负，所以|ρSIR(i, n)|必须大于等于零。

 XSIR_JD(i,n)是CIR映射出来的瞬时SIR（dB）， 是其递归平均值（用线性值作递归平均，此处转化为dB计算）， 是D个子帧的TPC命令字（1=P，-1=DOWN），Pstep_UL是功控步长（dB）。

（10）修正 ：

得到XSIR_JD(i,n)后，需要与SIR_Target比较决定D子帧后的TPC命令字“UP or DOWN”：

If (UP)

（dB）

Else if (DOWN)

（dB）

3TD系统闭环功率控制算法优化

通常为保证用户能够顺利地接入，用户上行开环发射功率偏高。在进入闭环后，用户的发射功率会下调到合适的值。但根据2.2节所述原理，在第一次下调到合理值的时候，由于基站侧是使用线形预测计算用户平均信噪比，而不是使用当前值来计算功控命令字，所以基站还会让UE下调上行发射功率，这样用户上行的信噪比就会小于需要的信噪比，造成信号不能正确地被解码。如果此时信道上承载着重要的信令，那么将对业务产生影响，造成接入失败或切换失败等情况。

为了改善这种情况，本文提出了新的闭环功控算法：首先比较信噪比平均值和目标值的差，如果这个差值大于某个门限，就使用当前信噪比而不是平均信噪比来计算ULPC命令字。这样能在保持信噪比稳定和加快功控收敛速度两方面达到平衡。我们在深圳TD网络中进行实测，通过对新旧算法的效果进行对比，验证了两种算法的实际效果。

3.1 初始闭环阶段的效果对比

图2是原有算法的情况，其中蓝色线为上行信噪比的变化情况。从图2可以看到，在起始阶段，需要约90帧功控才进入收敛状态。

图2初始闭环阶段旧算法功控效果图

在使用了新的算法后（如图3所示），可以看到上行功控进入收敛状态的时间明显缩短，需要大概20帧，同时不会出现长时间信噪比低于目标值的情况。

图3初始闭环阶段新算法功控效果图

3.2 稳定闭环阶段的效果对比

首先是原有算法的情况，根据图4可以看出，在闭环控制过程中，上行信噪比在7dB到15dB之间。

图4稳定闭环阶段旧算法功控效果图

其次是新算法的情况，根据图5可以看出，在闭环控制过程中，上行信噪比在7dB到13dB之间来回震荡。

图5稳定闭环阶段新算法功控效果图

通过上面的分析和验证，不难看出，新的闭环功率控制算法加快了功率控制收敛速度，更有效地控制了信号波动幅度，降低了用户间干扰。

4总结

TD技术已经进入正式商用阶段，TD网络优化工作的重要性也逐渐凸显。本文在详细阐述了TD-SCDMA的闭环功率控制算法原理的基础上，提出了一种新的闭环功率控制算法。通过实际网络的测试和检验，优化后的闭环功率收敛时间从900ms缩短到200ms，收敛后功率波动范围与优化前相当。本文对通信工程师进行TD-SCDMA设备的研发及TD网络优化工作具有一定的指导意义。

参考文献

[1]彭木根, 王文博. 3G无线资源管理与网络规划优化[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2006.

[2]李世鹤. TD-SCDMA第三代移动通信系统标准[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2003.

【作者简介】

陈其铭：博士，中国移动通信集团广东有限公司规划技术部高级工程师，主要研究方向为下一代无线通信技术。

罗伟民：博士，中国移动通信集团广东有限公司规划技术部高级工程师，主要研究方向为下一代无线通信技术。

王哲：硕士，中国移动通信集团广东有限公司规划技术部工程师，主要研究方向为下一代无线通信技术。

收稿日期：2009年4月15日