WCDMA终端功率控制测试与应用

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1、概述

　　在WCDMA系统中，作为无线资源管理的功率管理是非常重要的环节。这是因为在WCDMA系统中，功率是最终的无线资源，一方面，提高针对用户的发射功率能够改善用户的服务质量；另一方面，WCDMA采用宽带扩频技术，所有信号共享相同的频谱，每个移动台(用户)的信号能量被分配在整个频带范围内，这样对其他移动台来说就成为宽带噪声，这种提高会带来对其他用户接收质量的降低。且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量，所以功率的使用在WCDMA系统是矛盾的，从而使得功率控制技术成为WCDMA系统中的最为重要的关键技术之一。

　　由于码分多址技术是在同一频段建立多个码分信道，虽然伪随机码具有很好的不相关性，但是无法避免其它信道对指定通信链路的干扰，这种干扰是由各用户间的PN码的互相关性不为0造成的，因此也称为多址干扰。所以降低其它信道的干扰和增强每个信道的抗干扰的能力就成为WCDMA实现最大信道容量的的技术方向。功率控制技术属于前一类技术，目的是尽量降低对其它信道的干扰；分集技术属于后一类，其目的是增强信道自身的抗干扰能力。

　　除了多址干扰造成的不良影响外，还存在着所谓的“远近效应”的影响，即在上行链路中，各UE与NodeB的距离是不同的，导致NodeB接收较近的UE的信号强，接收较远的UE的信号弱，由于WCDMA是同频接收系统，造成弱信号淹没在强信号中，从而使得部分UE无法正常工作。电波传播中经常会遇到“阴影效应”的问题，蜂窝式移动台在小区内的位置是随机的，且经常变动，所以路径损耗会大幅度的变化，必须实时改变发射功率，才能保证在这一地区的通信质量。

　　因此如何有效的进行功率控制，在保证用户要求的服务质量(QoS)的前提下，最大程度降低发射功率，减少系统干扰，增加系统容量，是WCDMA关键技术中的关键。

　　功率控制可以克服远近效应，对上行功控而言，功率控制的目标为所有的信号到达基站的功率相同。功率控制可以补偿衰落，接收功率不够时要求发射方增大发射功率。

　　由于移动信道是一个衰落信道，快速闭环功控可以随着信号的起伏进行快速改变发射功率，使接收电平由起伏变得平坦。

　　功率控制技术能够解决以上提到的几种问题，是使WCDMA走向实用化的重要关键技术之一。

2、WCDMA终端功率控制的测试与应用

　　在WCDMA终端的研发和设计的过程中，功率控制始终是一个难点和重点，并且在WCDMA终端的射频一致性测试规范中，对功率控制都有严格的要求，在3GPP TS34.121规范中对终端的上下行的功率控制能力均给出了具体的测试内容，在发射机指标要求中对跟终端关系密切的上行内环功率控制和上行开环功率控制做出了明确要求，在性能要求中对下行功率控制中的闭环功率控制做出了明确要求。

　　2.1　上行功率控制

　　上行功率控制按移动台和基站是否同时参与分为闭环功率控制和开环功率控制。

　　(1)闭环功率控制

　　上行闭环功率控制是终端根据基站链路质量测量结果的反馈信息，进行增加或减少(降低)发射功率，体现出了功率控制中的信干比平衡准则和质量平衡准则。上行闭环功率控制分为上行外环功率控制和上行内环功率控制。

　　在WCDMA通讯系统中外环功率控制的目的是使每条链路的通讯质量基本保持在设定值，通过调节目标SIR或目标功率值来达到功率控制的目的。基于每条链路，不断的比较BER或FER与质量要求目标BER或目标FER的差距，弥补性地调节每条链路的目标SIR或目标功率，即质量低于要求，就调高目标SIR或目标功率；质量高于要求，就调低目标SIR或目标功率。外环功率控制在RNC中进行，间接影响系统的用户容量和通信质量，因此，终端的一致性测试没有涉及相关的测试内容。

　　上行内环功率控制是终端接收基站发出的功率控制命令控制本端的发射功率，基站的功率控制命令的产生是通过测量终端的发射信号的功率和信干比，与预置的目标功率或信干比相比，产生功率控制命令以弥补测量值与目标值的差距，即测量值低于预设值，功率控制命令就是上升；测量值高于预设值，功率控制命令就是下降。因为在以实时交谈业务为主的服务里，上行链路是影响系统容量的主要因素，上行内环功率控制将会直接影响系统的用户容量和通信质量，而且，上行内环功率控制主要是在终端内完成的，终端的一致性测试对上行内环功率控制有严格的测试内容，主要考察的是终端是否能够根据基站发来的功率控制命令(TPC)在短暂的反馈延时内做出正确的响应。上行内环功率具体的测试过程如图1所示，终端应该根据基站在不同时间段内发来的TPC命令，根据网络设定的功率控制步长和功率控制算法相应地调整自己的发射功率。


图1　上行内环功率控制测试步骤

　　(2)开环功率控制

　　开环功率控制的原理是根据接收到的链路的信号衰落情况，估计自身发射链路的衰落情况，从而确定发射功率。开环控制的主要特点是不需要反馈信息，因此，在无线信道突然变化时，它可以快速响应变化，此外，它的功率调整动态范围大。终端应该能够通过从广播信道接收到的网络侧的相关信息计算得到开环功率控制过程中的发射功率，以上行链路PRACH的开环功率控制过程为例，可以用下面的公式表示：

　　PRACH=LPERCH+IBTS+常数

　　其中：PRACH为发射功率，LPERCH为测得的路径损耗，IBTS为BTS处的干扰信号功率，常数值是通过L3消息决定的。

　　UE从广播信道上获得基站的CPICH的发射功率，然后测量CPICH的接收信号强度来估计路径损耗，IBTS由广播信道获得，常数是接收所需的SIR和调整值，调整上下行链路的不平衡。在终端的一致性测试中，分别对网络的信号质量处于良好、一般和较差等三种不同档次下进行了测试，具体测试要求如表1所示。

表1　开环功率控制测试参数及要求


　　2.2　下行功率控制

　　下行功率控制类似于上行功率控制，按移动台和基站是否同时参与分为了开环功率控制和闭环功率控制，在下行链路中，系统容量主要由每个终端连接所要求的功率决定，因此，使基站保持发射功率处于较低水平而又能使接收端获得足够的信号质量，是非常重要的。终端的下行功率的一致性测试中分别对以下三种状态有明确的测试要求：

　　(1)恒定的BLER目标值状态

　　在这个测试项目中，着重考察在下行发射功率尽可能低的情况下，终端能否通过下行功率控制管理满足网络恒定的BLER目标值的要求。通过分析围绕BLER目标值的上下波动情况和下行发射功率的变化范围的概率分布，体现了下行功率控制中的内环功率控制和外环功率控制的整体配合情况。下行的DPCH的变化应该与上行TPC 的变化相互一致，如图2(a)和图2(b)所示。


图2(a)　下行功率控制过程中的上行TPC指令


图2(b)　下行DPCH功率

　　(2)初始收敛状态

　　下行专用信道建立起来后，无线链路状态初始状态不十分稳定，网络需要分配较大的功率来达到这条刚刚建立起来的无线链路的通信质量的要求，在大约500ms之后，无线链路趋于稳定，维持无线链路通信质量所需要的下行功率逐步减少，因此下行专用信道的发射功率也随之变小，这就是下行发射功率的初始收敛过程，在这个过程中，终端的下行功率控制能力，将会产生重要影响，在终端的一致性测试要求中，对由终端的TPC命令造成的下行专用信道的码道功率变化范围和概率分布均提出了明确的要求。

　　(3)“蜿蜒”效应状态

　　在通话过程中，因为突然发生的“深衰落”的原因，可能会造成在这个时间段内，终端需要的下行专用信道发射功率接近或超出了下行专用信道发射功率最大门限值，无线环境恢复后，终端的下行发射功率应该仍然能够正常进行。在终端的一致性测试规范中，根据下行专用信道发射功率门限值规定了3个不同阶段，着重考察终端能否在最后一个阶段具备良好的下行功率控制的能力。

3、总结

　　功率是无线通信网络最终的资源，在WCDMA网络中，终端的功率控制问题直接影响到整个网络的无线资源管理，所以，在我们国家未来的WCDMA网络中，无论是对于运营商的网络运营还是消费者的日常使用，WCDMA终端的功率控制性能都将会是备受关注的内容之一。