TD-SCDMA系统中基于门限报告的外环功率控制研究
2014-08-08范晖
【摘要】功率控制是TD-SCDMA系统正常工作所必须的，外环功率控制为内环功率控制提供SIR参考值。为此提出了一种门限报告算法，该算法通过统计误块数和误块容忍周期来决定是否调整目标信干比，同时还给出了具体参数的公式，可以较好地实现3GPP中对外环功率控制的要求。
【关键词】TD-SCDMA外环功率控制信干比误块率 误码率
中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：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
传统的外环功控根据误码率与服务质量要求的预期数值进行对比，依据系统设定的外环功控算法计算出既能保证服务质量又能使系统容量最大的信噪比目标值。
上行外环功率控制算法的基本原理是：根据基站测量上报得到的信息来缓慢调整目标信噪比，使得最终的业务质量不受环境因素的影响，维持相对稳定的业务质量，满足不同服务的质量要求。外环功率控制主要是为内环功率控制设定预期值，调节内环功控过程。内环功控的思想是：比较测量到的信噪比与外环功控预设的预期信噪比，来调节链路的功率，使发射链路的信噪比接近目标信噪比。
3GPP对外环功率控制算法没有具体的规定，各个厂商有自己确定采用的算法。
2 门限报告算法
门限报告算法通过在误块容忍周期内，误块数和误块门限的比较，来决定如何调整SIRtarget：如果误块容忍周期未到，但误块数已超过了误块门限，则上调SIRtarget，同时还需要把误码块计数器、误码块容忍计数器清零，重新开始下一次计算。
另外，对于长时间只收到很少数据包或没有收到数据包的情况，为了保证控制信道的质量满足当前的移动环境，需要根据传输信道BER（Bit Error Rate，误码率）进行外环功控。
对于门限报告CRC方法触发传输信道BER外环功控方法的条件为：若在给定的有效时间窗内（Acceptance Time Window）收到的数据总块数小于误块容忍周期（此时表明现在的数据流量特别小），则触发传输信道BER外环功控方法，同时把根据传输信道CRC进行外环功控的中间变量进行复位。如果在有效时间窗未到时已发生上调SIRtarget，那么需要把数据块统计时间计数器清零。
综上所述，在门限算法中存在三个参数：误块容忍周期、误块门限和有效时间窗。每80ms统计误块数、总块数的同时还累计有效时间窗的窗长（通常是80ms的整数倍），有效窗长的累计可通过数据块统计时间计数器完成。在统计过程中，衡量首先满足这三个参数中的哪一个，再作相应的处理：
（1）如果误码块数首先到达误块门限，则上调SIRtarget，同时还需要把误码块计数器、误码块容忍计数器、数据块统计时间计数器清零；
（2）如果首先到达误块容忍周期，但有效窗长未达到，且收到的误码块数小于误块门限，则下调SIRtarget，同时还把误码块计数器、误码块容忍计数器、数据块统计时间计数器清零；
（3）如果首先到达误块容忍周期，但有效窗长未达到，且收到的误码块数等于误块门限，则不调整SIRtarget，但仍需把误码块计数器、误码块容忍计数器、数据块统计时间计数器清零；
（4）如果首先到达有限时间窗长，但误码块容忍计数器小于误块容忍周期、误码块计数器小于误块门限，则说明此有效窗内的TB块总数过少，此时需要触发传输信道BER外环功控算法，并将误码块计数器、误码块容忍计数器、数据块统计时间计数器清零。
考虑到高速移动的环境下，移动终端的移动速度很快，所以不能只考虑目前误码周期内测量到的BLER（Block Error Ratio，误块率），还要考虑到信道的时间特性，需要计算一段时间内（几个误码块周期）平均BLER，公式如下：
BLERavg(i,t)=p×BLER(i,t-1)+(1-p)×BLERnow(i,t)
（1）
其中，p为加权系数，一般取值为0.3~0.5。在这里，上调SIRtarget的步长可大于下调步长，不同业务调整的步长也不同。
上调步长Wup>0，下调步长Wdn<0。为了适应不同的业务（PS和CS），Wup和Wdn可以不同，具体步长和误码块数有关。上一个观察周期中有Cold个误码块，当前观察周期中有Cnow个误码块，则调整的步长为指数函数：。
根据实际外场TD系统运行统计，一般Wup=0.05×
S，Wdn=0.95×S。S为标准的步长，其值为0.1～0.4dB。
而对于不同的QoS（Quality of Service，服务质量）主要体现在误块容忍周期和误块门限的确定上。误块容忍周期根据不同业务的QoS所要求BLERtarget来决定（M/BLERtarget），其中M是根据实际业务进行调整。
在屏蔽周期内仍然需要检测CRC错误，但不进行误码块数、传输总块数统计，也不做SIRtarget调整。等屏蔽过后再重新开始误码块数、传输总块数的累加。
3 算法评估
为了验证算法的实际性能，笔者对门限报告算法进行了实际网络测试。
3.1测试条件
参数设置：
SIRtargetMax=17.2，SIRtargetMin=4，SIRtargetInt=10，SIRtarget上调步长=0.3，SIRtarget下调步长=0.1；对PS128K业务，设置误块门限为5，误块容忍周期为100。注意：根据实际经验，目标SIR调整前的初始值SIRtargetInt一般为-8.2～17.3dB，调整步长为0.1，过大会对其他UE造成干扰，过小则会导致链路质量较差。
endprint
测试方法：
首先对SIRtarget上调步长、SIRtarget下调步长等参数参考已有定标值进行配置；然后对PS128K（UL）业务选择几组不同的误块门限和误块容忍周期进行测试，观察BLER数据变化的趋势，选出较好的一组参数；再进行多用户情况下的比较，最终确定适合的上调目标信干比的误块数判决门限、下调目标信干比的误块容忍周期参数值。
使用两部测试终端UE1和UE2，通过TD-SCDMA路测软件日讯来记录50s内的BLER数据。终端的移动速度保持在30km/h左右。
参数的衡量标准：
BLER的图形是否平稳，BLER的方差大小。一般来说，图形越平稳、方差越小越好。
3.2测试数据
笔者选取的测试数据如表1所示，不同测试数据BLER波形的变化分别如图1—4所示。
表1测试数据
参数名称 一组 二组 三组 四组
误块门限（TB） 5 5 10 10
误块容忍周期（TB） 100 110 200 220
BLER平均值 0.678 2 0.605 1 0.902 9 2.179 1
BLER标准差 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% 从BLER的均值、BLER的方差及其波动情况可以看出，通过使用门限报告算法基本上可以使得BLER接近目标BLER，证实了该算法的有效性。 4 结论 3GPP要求外环功率控制可以根据当前的信道环境实时地调整SIR目标值，以确保正常的通信质量要求。基于此，本文设计了门限报告算法，并对该算法的实现进行了详细论述。通过这个算法，可以满足TD-SCDMA系统中对外环功率控制的要求。 参考文献： [1] 柯雅珠,窦建武,续斌. 宽带码分多址移动通信系统的功率控制方法: 中国, 02139929.8[P/OL]. [2009-09-16]. http://www.sipo.gov.cn/yw/2009/201310/t20131024_846741.html. [2] 周宏成. TD-SCDMA关键技术对网络规划的影响[J]. 移动通信, 2006(5): 65-68 [3] 谢显中. TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与实现[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004. [4] 樊昌信,张甫翊,徐炳祥,等. 通信原理（第五版）[M]. 北京: 国防工业出版社, 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.★ 作者简介 范晖：硕士毕业于西北工业大学，现任职于西京学院工程技术系，主要研究方向为通信网设计和规划研究。
测试方法：
首先对SIRtarget上调步长、SIRtarget下调步长等参数参考已有定标值进行配置；然后对PS128K（UL）业务选择几组不同的误块门限和误块容忍周期进行测试，观察BLER数据变化的趋势，选出较好的一组参数；再进行多用户情况下的比较，最终确定适合的上调目标信干比的误块数判决门限、下调目标信干比的误块容忍周期参数值。
使用两部测试终端UE1和UE2，通过TD-SCDMA路测软件日讯来记录50s内的BLER数据。终端的移动速度保持在30km/h左右。
参数的衡量标准：
BLER的图形是否平稳，BLER的方差大小。一般来说，图形越平稳、方差越小越好。
3.2测试数据
笔者选取的测试数据如表1所示，不同测试数据BLER波形的变化分别如图1—4所示。
表1测试数据
参数名称 一组 二组 三组 四组
误块门限（TB） 5 5 10 10
误块容忍周期（TB） 100 110 200 220
BLER平均值 0.678 2 0.605 1 0.902 9 2.179 1
BLER标准差 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% 从BLER的均值、BLER的方差及其波动情况可以看出，通过使用门限报告算法基本上可以使得BLER接近目标BLER，证实了该算法的有效性。 4 结论 3GPP要求外环功率控制可以根据当前的信道环境实时地调整SIR目标值，以确保正常的通信质量要求。基于此，本文设计了门限报告算法，并对该算法的实现进行了详细论述。通过这个算法，可以满足TD-SCDMA系统中对外环功率控制的要求。 参考文献： [1] 柯雅珠,窦建武,续斌. 宽带码分多址移动通信系统的功率控制方法: 中国, 02139929.8[P/OL]. [2009-09-16]. http://www.sipo.gov.cn/yw/2009/201310/t20131024_846741.html. [2] 周宏成. TD-SCDMA关键技术对网络规划的影响[J]. 移动通信, 2006(5): 65-68 [3] 谢显中. TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与实现[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004. [4] 樊昌信,张甫翊,徐炳祥,等. 通信原理（第五版）[M]. 北京: 国防工业出版社, 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.★ 作者简介 范晖：硕士毕业于西北工业大学，现任职于西京学院工程技术系，主要研究方向为通信网设计和规划研究。
测试方法：
首先对SIRtarget上调步长、SIRtarget下调步长等参数参考已有定标值进行配置；然后对PS128K（UL）业务选择几组不同的误块门限和误块容忍周期进行测试，观察BLER数据变化的趋势，选出较好的一组参数；再进行多用户情况下的比较，最终确定适合的上调目标信干比的误块数判决门限、下调目标信干比的误块容忍周期参数值。
使用两部测试终端UE1和UE2，通过TD-SCDMA路测软件日讯来记录50s内的BLER数据。终端的移动速度保持在30km/h左右。
参数的衡量标准：
BLER的图形是否平稳，BLER的方差大小。一般来说，图形越平稳、方差越小越好。
3.2测试数据
笔者选取的测试数据如表1所示，不同测试数据BLER波形的变化分别如图1—4所示。
表1测试数据
参数名称 一组 二组 三组 四组
误块门限（TB） 5 5 10 10
误块容忍周期（TB） 100 110 200 220
BLER平均值 0.678 2 0.605 1 0.902 9 2.179 1
BLER标准差 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% 从BLER的均值、BLER的方差及其波动情况可以看出，通过使用门限报告算法基本上可以使得BLER接近目标BLER，证实了该算法的有效性。 4 结论 3GPP要求外环功率控制可以根据当前的信道环境实时地调整SIR目标值，以确保正常的通信质量要求。基于此，本文设计了门限报告算法，并对该算法的实现进行了详细论述。通过这个算法，可以满足TD-SCDMA系统中对外环功率控制的要求。 参考文献： [1] 柯雅珠,窦建武,续斌. 宽带码分多址移动通信系统的功率控制方法: 中国, 02139929.8[P/OL]. [2009-09-16]. http://www.sipo.gov.cn/yw/2009/201310/t20131024_846741.html. [2] 周宏成. TD-SCDMA关键技术对网络规划的影响[J]. 移动通信, 2006(5): 65-68 [3] 谢显中. TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与实现[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004. [4] 樊昌信,张甫翊,徐炳祥,等. 通信原理（第五版）[M]. 北京: 国防工业出版社, 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.★ 作者简介 范晖：硕士毕业于西北工业大学，现任职于西京学院工程技术系，主要研究方向为通信网设计和规划研究。
