LTE网络上行共享信道功控参数优化研究*

叶仁召

(中兴通讯股份有限公司网规网优产品支持团队，广东 深圳 518000)

LTE网络上行共享信道功控参数优化研究*

叶仁召

(中兴通讯股份有限公司网规网优产品支持团队，广东 深圳 518000)

LTE无线系统中的反向功控主要用来使反向传输适应不同的无线传输环境，减少LTE网络中边缘用户的干扰。主要介绍了LTE反向功控原理，重点研究上行共享信道标称功率参数优化原理。从理论上研究LTE上行共享信道标称功率对LTE网络反向吞吐量的影响，并通过实际网络进一步验证上行共享信道标称功率功控参数对网络反向吞吐量的影响，并提出上行共享信道标称功率功控参数优化的建议。

上行共享信道 标称功率 反向吞吐量

0 引 言

在LTE(Long Term Evolution，长期演进)无线系统中，功率控制按照链路方向，可以分成反向功率控制和下行功率分配两种；按照功控的方式，可以分为开环功控和闭环功控两种。本文主要对LTE反向开环功控参数优化进行研究。

LTE无线系统中，同小区内不同用户之间的反向数据是相互正交的，LTE中的反向功率控制是慢速而非CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)中的快速功率控制。LTE通过功率控制，主要用来使反向传输适应不同的无线传输环境，包括路损、阴影、快数衰落、小区内及小区间其他用户的干扰等。LTE中，反向功率控制使得对于相同的MCS(Modulation And Coding Scheme)，不同UE(User Equipment用户设备)到达eNodeB的功率谱密度(Power Spectral Density， PSD 亦即单位带宽上的功率)大致相等。eNodeB为不同的UE分配不同的发送带宽和调制编码机制MCS，使得不同条件下的UE获得相应不同的反向吞吐量。

因此，LTE无线系统中的反向功控是非常重要的，通过反向功控，可尽可能减少对系统和其他用户的干扰，提高网络反向吞吐量。

1 LTE反向功控原理

1.1 LTE反向功控分类

反向功率控制的意义在于终端节电和抑制用户间干扰[1]；控制点在基站，实现点在终端，即以每个终端为单位，基站发送功控命令，终端在PRACH(Physical Random Access Channel，物理随机接入信道)、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，探测参考信号)上根据基站的指示以特定的功率发送数据。

反向功率控制主要包括PUSCH、PRACH、PUCCH和SRS的功率控制[2]。PUSCH和PUCCH可以支持开环和闭环功率控制[3]，而PRACH只支持开环功率控制。

开环功控：基站和终端只有顺序作用而无反向联系且控制单方向进行，是不闭合的。开环功控只能起到粗略的功控作用，因此适用于无线条件快变的情况。在反向功率控制中，UE按照协议，根据基站在配置终端时提供的开环参数，单方向决定反向发射功率。

闭环功控：输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。闭环的作用：应用反馈，减少偏差。在LTE系统中，闭环功控只用于反向功控中，即系统根据信号测量强度及功控原则，判断UE功率偏离目标区间的程度，通过下行控制信息(DCI)里面功控命令字(TPC)，指示UE在开环功控的基础上调整功率。

LTE反向开环工控、闭环功控比如表1所示。

表1 LTE反向开环和闭环功控对比表

1.2 PUSCH开环功控

PUSCH开环功率控制主要是确定PUSCH信道的发射功率，根据3GPP 36.213协议，UE侧PUSCH的发射功率定义为[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)是开环功率控制的参数，ΔTF(i)、f(i)是闭环功率控制的参数。

PCMAX的配置和PCMAX是UE的最大发送功率，与UE能力等级和由高层配置的最大允许发射功率相关。

MPUSCH(i)和MPUSCH(i)是分配给该UE的反向RB数量。

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

RRM(Radio Resource Manangement，无线资源管理)配置j的取值，j=0 时，对应半静态授权的PUSCH传输或重传；j=1时，对应动态授权的PUSCH传输或重传；j=2时，对应随机接入响应授权的PUSCH传输或重传。

当j=0,1时，PO_NOMINAL_PUSCH(j)与反向边缘用户的吞吐量相关。对于单小区来说，该值取值越大，反向吞吐量和边缘覆盖越大，但是如果一味追求反向吞吐量，该值设置过大时，会造成小区间干扰。对应的OMC参数是p0NominalPUSCH (UL Power Control), poNominalPUSCH1 (UL Power Control)。

当j=2时，此时PO_NOMINAL_PUSCH(2)=PO_PRE+ΔPREAMBLE_Msg3。

其中，P0_PRE是随机接入初始目标接收功率，ΔPREAMBLE_Msg3是Msg3基于PRACH消息的功率偏差，二者均由高层信令配置，对应的OMC参数分别是preambleIniReceivedPower(Prach)和deltaPreambleMsg3(UL Power Control)。

PO_UE_PUSCH,c(j)是PUSCH发送数据所需要的UE相关的功率偏差，对应的OMC域是p0UePusch1Pub(UL Power Control)。

α(j)的配置，α(j)是路损补偿因子，对于j=0和j=1，α∈{0,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1}；对于j=2，α(j)=1。α(j)的取值影响小区中心用户和边缘用户的吞吐量。 对应的OMC参数是alpha(UL Power Control)。当α(j)=1，UE发射功率的计算为全路损补偿，当α(j)<1，UE发射功率的计算为部分路损补偿。

路损的计算[5]：路损是UE根据参考信号发射功率和接收到的RSRP进行计算的。计算公式为

PL=referenceSignalPower- higher layer filtered RSRP

(2)

其中referenceSignalPower由高层定义，该路损为下行的路损。本文只研究P0_PUSCH对网络反向吞吐量的影响。

2 P0参数对LTE反向吞吐量影响研究

标称功率P0又分为小区标称功率和UE特定的标称功率两部分。eNodeB为小区内的所有UE半静态地设定一标称功率P0_PUSCH和P0_PUCCH，该值通过SIB2系统消息(UplinkPowerControlCommon: p0-NominalPUSCH, p0-NominalPUCCH)广播；P0_PUSCH的取值范围是-126 dBm到+24 dBm(均指每RB)。P0_PUCCH的取值范围是-126 dBm到-96 dBm。

主要针对P0_PUSCH设置为-75 dBm、-67 dBm和-54 dBm，通过路测分析P0_PUSCH对反向吞吐量影响，并通过实际A区域进行对比分析如图1所示。

P0_PUSCH对反向吞吐量的影响如图1所示。

图1 LTE网络P0_PUSCH不同取值反向吞吐量影响对比图

不同的P0_PUSCH取值，对应不同的反向吞吐量。P0_PUSCH越大，在中远点，终端的反向吞吐量越低。对于中近点，终端发射功率能够快速到达最大值，终端的反向吞吐量越高，但是P0_PUSCH值过大，终端在近点反向发射功率越大，形成反向干扰，导致反向吞吐量降低；P0_PUSCH值越小，终端在远点的吞吐率越好，但P0_PUSCH值过小，终端在中点的吞吐率无法达到最优；P0_PUSCH设置-67dBm时，在中近点，终端的反向吞吐量最好，整个网络反向吞吐量最优。

3 P0_PUSCH参数对LTE网络性能的验证

为了进一步验证P0_PUSCH参数对LTE网络反向吞吐量的影响，在实际网络中选择一个簇区域，大约包含30个基站的网络，通过将P0_PUSCH设置为-75 dBm、-67 dBm和-54 dBm进行网络性能对比测试，通过测试结果进一步验证P0_PUSCH对网络反向吞吐量的影响。

其次保证测试路线、测试方法、测试时间段基本相同，另外由于在网络建设初期，实际网络中基本没有用户，以便保证测试结果的相对有效性。

P0_PUSCH参数是反向开环功控参数，主要影响LTE网络反向吞吐量性能，下面通过实际网络验证P0_PUSCH对LTE无线网络RSRP、反向PDCP层平均吞吐率等性能影响。

3.1 P0_PUSCH参数对RSRP影响

LTE系统中RSRP(Reference signal receive power)是参考信号的强度，表征LTE网络前向覆盖情况，理论上网络中RSRP是不受P0_PUSCH参数设置影响。不过由于无线网络转播特性及实际测试环境的差别，导致实际结果稍有差别。下图是某一实际网络在P0_PUSCH设置为-75 dBm、-67 dBm和-54 dBm情况，实际LTE网络RSRP覆盖对比图。

图2 LTE网络P0_PUSCH不同取值RSRP覆盖对比图

实际LTE网络P0_PUSCH不同取值RSRP覆盖对比分段统计：

表2 LTE网络P0_PUSCH不同取值RSRP覆盖统计结果

3.2 P0_PUSCH参数对LTE网络反向吞吐量的影响

P0_PUSCH取值，直接涉及到LTE网络反向开环功控时，终端反向发射功率大小，进而影响LTE网络终端用户反向吞吐量，下图是某一实际网络在P0_PUSCH设置为-75dBm、-67dBm和-54dBm情况时，LTE网络反向吞吐量对比结果图，实际LTE网络反向吞吐量对比结果如下：

图3 LTE网络P0_PUSCH不同取值反向吞吐量对比图

上图中反向吞吐量的单位为MBit/s，实际LTE网络反向吞吐量对比分段统计：

表3 LTE网络P0_PUSCH不同取值反向吞吐量对比统计

通过上面测试，在网络覆盖条件基本相当条件下，P0_PUSCH设置为-67 dBm，LTE网络能够获得最好的反向吞吐量性能，因此LTE网络建设初期，用户较少的情况下，将P0_PUSCH设置为-67 dBm，有利于提高网络反向吞吐量。

4 结 语

对于LTE系统，上行采用SC-FDMA技术，LTE小区内用户通过频分实现正交，小区内干扰影响较少，P0_PUSCH设置大小影响用户中远点的速率，特别是边缘用户的速率和服务质量，本文通过LTE实际网络环境进一步验证P0_PUSCH参数对LTE反向吞吐量影响，并给出在网络建设初期，P0_PUSCH参数优化建议，不过随着用户的发展，需要逐步减少P0_PUSCH设置大小，以减少对中远点用户的干扰，因此，需要进一步研究P0_PUSCH设置大小与LTE网络负荷的关系，以便进一步指导LTE网络上行共享信道P0_PUSCH参数优化。

[1] 沈嘉等,索士强,全海洋等.3GPP长期演进(LTE)的技术原理与系统设计[M],人民邮电出版社,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] 任参军,钱耘之,陈明.LTE系统上行链路无线资源分配算法[J].通信技术,2010,01. REN can-jun, QIAN Yun-zhi, CHEN Ming. LTE System Wireless Uplink Resource AllocationAlgorithm [J]. Journal of Communications Technology, 2010,01.

[3] 姜维,唐俊华.随机无线通信信道功率分配策略研究[J].信息安全与通信保密,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] 林晓冬,宋晓国.基于TD-LTE的上行功率控制技术研究[J].通信技术,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.

叶仁召(1971—) 男，硕士研究生，计算机专业，高级工程师，目前主要研究LTE网络规划与优化。

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