CN104837189A - 一种基于lte-a***的闭环功率控制修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTE-A***的闭环功率控制修正方法，计算用户与基站的之间的距离并估算路径损耗、阴影衰落及天线的相关增益；根据路径损耗确定相关的路径损耗补偿因子α；根据基站发送的公共参考信号及路径损耗，统计测量本小区所有UE的参考信号的接收功率RSRP；将小区划分为三个区域：UE位于优区，在原发射功率的基础上继续增大发射功率；UE位于中区，随着路径损耗的增大对路径损耗进行适当的补偿，即随着路径损耗的增加，发射功率逐渐增大；UE位于边缘区，在闭环功率的基础上对发射功率进行减小；根据上述修正因子，重新进行TPC命令的发送，根据UE所在区域选择发射功率。本发明兼顾了小区平均吞吐量、边缘用户吞吐量及对相邻小区的干扰三种因素。

Description

一种基于LTE-A***的闭环功率控制修正方法

技术领域

本发明涉及LTE通信技术领域，特别是涉及LTE-A***中的功率控制算法。

背景技术

“移动改变生活”，随着移动通信的发展及4G牌照的下发，4G也逐渐走进人们的生活中，该技术的高吞吐率、低误码率、干扰最小化、电池寿命最大化的优越性直接显现在通信过程中。这些技术上的进步离不开功率控制技术，无论对于基站还是UE本身，功率都是通信过程中仅次于频率的最重要的资源，我们希望尽可能以合理的功率进行通信，在保证良好的通信质量及用户体验的同时，最大限度的进行功耗的节约。

虽然最大化发射功率对应于最大的吞吐量，但由于小区间干扰会限制小区边缘用户吞吐量及整个***的容量，同时，若发射功率过大有可能造成SC-FDMA中的子载波间的正交性的损失，这会造成一定程度的频率偏移，从而导致小区内干扰，所以不能一味地增大功率，要根据UE的服务质量QoS需求来决定UE的发射功率。

功率控制，其本质是一种优化方法，就是通过在物理控制信道上发送一定指令来引导功率以合适的大小发射。一个好的功率控制策略有如下五方面的作用：一是补偿损耗、阴影衰落对通信链路造成的影响；二是使得eNodeB或者UE能够以合理的功率发射信号从而保证良好的通信质量，从而降低对相邻小区产生的干扰；三是提高小区边缘用户和整个***的容量；四是保证以尽可能低的功率进行数据的传输，从而可以延长电池的使用寿命；五是调整接收机的动态接收范围，这是因为若动态接收范围过大，会导致SC-FDMA中的子载波失去正交性，从而产生小区内干扰。在功率控制过程中应该尽可能地以较高的控制速度、较低的控制时延来实现功率控制对干扰、对能源消耗的影响。

从实际网络角度考虑，由于OFDMA技术的采用，现有下行链路的功率主要采用平均功率分配法来决定基站的发射功率，而上行链路的功率控制比较复杂，目前常见的上行链路功率控制策略分为两种：一种是开环功率控制OLPC；一种是闭环功率控制CLPC。OLPC的基本原理就是依据UE自身测量值来设置发射功率；CLPC的基本原理是UE要对eNodeB进行信息的反馈，也就是说UE可以根据eNodeB下发的更加精确的控制信息来发射功率，所以这种功率控制机制的性能更好，但也要占用更多的信道、产生更大的时延来发送控制信令。

通过对以上两种不同的功率控制策略进行仿真，发现二者在效果上分别有各自的优缺点，具体体现在：

从以上比较结果来看，现有的两种功率控制方案中，小区平均吞吐量和边缘用户吞吐量二者是此消彼长的关系，这是在通信过程中是我们不希望看到的。所以提出一种更好地功率控制方案，可以在小区平均吞吐量和边缘用户吞吐量之间进行更好地折中与权衡是必要的。与现有的功率控制方案相比，本发明对协议中的功率控制算法进行了一定程度的修正，在原有功率控制的基础上对于不同环境、不同区域的UE采用不同的发射功率控制方案，做到了“因UE施功率”，并且兼顾了小区平均吞吐量、边缘用户吞吐量及对相邻小区的干扰三种因素，提出了一种新型的功率控制方案。

发明内容

结合上述现有技术，本发明提出了一种基于LTE-A***的闭环功率控制修正方法，在闭环功率控制的基础上做了一定的修正和改进，旨在采用闭环功率控制时保证边缘用户吞吐量有一定提高的同时保证小区平均吞吐量的大小及降低由于边缘UE功率的增大而产生的小区间干扰对于***整体性能的影响。

本发明提出了一种基于LTE-A***的闭环功率控制修正方法，该方法包括以下步骤：

步骤201、计算用户与基站的之间的距离并估算路径损耗、阴影衰落及天线的相关增益；

步骤202、根据路径损耗确定相关的路径损耗补偿因子α；

步骤203、根据基站发送的公共参考信号及路径损耗，统计测量本小区所有UE的参考信号的接收功率RSRP，并确定RSRP的取值范围(RSRP_min，RSRP_max)；

步骤204、为判定UE位于哪个区域的门限RSRP_th1及RSRP_th2，设步长则RSRP_th2＝RSRP_min+l，RSRP_th1＝RSRP_max-l；根据两个门限RSRP_th1及RSRP_th2及当前UE自身的参考信号的接收功率RSRP_self来确定当前UE所处的小区位置，然后对位于三种不同位置的UE采用不同的功率控制方案。我们根据两个门限将小区划分为三个区域，即边缘区、中区和优区；

步骤205、若满足RSRP_self>RSRP_th1，则UE所在位置为优区，在原发射功率的基础上继续增大发射功率，增加量为g*△_RSRP，其中g为参考功率差补偿因子，△_RSRP为改进闭环功率控制修正因子；

步骤206、若满足RSRP_th2<RSRP_self<RSRP_th1，则UE所在位置为中区，按照协议公式随着路径损耗的增大对路径损耗进行适当的补偿，即随着路径损耗的增加，发射功率逐渐增大；

步骤207、若RSRP_self<RSRP_th2时，则确定UE所在位置为边缘区，在闭环功率的基础上对这部分UE的发射功率进行减小，减小步长为g*|Δ_RSRP|，提升小区边缘用户的吞吐量；在闭环功率控制的基础上略微降低这部分UE的功率，以降低其对邻小区产生的干扰；

步骤208、根据上述在闭环功率控制基础上添加的修正因子，重新进行TPC命令的发送，从而根据UE所在区域选择不同的发射功率。

所述修正因子的确定流程，包括以下步骤：

步骤301、计算用户与基站的距离估算路径损耗、阴影衰落及天线的相关增益；

步骤302、确定当前相邻小区的下行公共参考信号CRS的载波功率；

步骤303、UE根据当前相邻小区列表中所有公共参考信号的载波功率及相关耦合损耗确定所有相邻小区的参考信号接收功率RSRP_neighbour；

步骤304、从所有RSRP_neighbour选出最大值RSRP_neighbor-max，确定对自己产生最强干扰的基站；

步骤305、确定功率控制改进因子△_RSRP，△_RSRP＝RSRP_self－RSRP_neighbor-max；

步骤306、当UE位于优区时，△_RSRP>0，增大这部分UE的功率；当UE位于边缘区时，取△_RSRP的绝对值，然后在原有闭环功率控制基础上减去这个值，从而对边缘UE的功率采用先增大后减小的微调，在保证小区边缘用户吞吐量的基础上，兼顾了小区间干扰协调。

与现有的功率控制方案相比，本发明对协议中的功率控制算法进行了一定程度的修正，在原有功率控制的基础上对于不同环境、不同区域的UE采用不同的发射功率控制方案，做到了“因UE施功率”，作为一种新型的功率控制方案兼顾了小区平均吞吐量、边缘用户吞吐量及对相邻小区的干扰三种因素。

附图说明

图1为标准的闭环功率控制示意图。

图2为改进闭环功率控制流程图。

图3为确定改进闭环功率控制修正因子的流程图。

具体实施方式

现有上行功率控制策略中，当路径损耗补偿因子α_c取值一定时，随着UE路径损耗的增大，给予的路径损耗补偿就越多。也就是说当UE位于小区中心时，由于其PL相对较小，所以针对小区中心用户的功率补偿也较小，同理可得，当UE位于小区边缘时，由于其路径损耗相对较大，所以相对的其获得的功率补偿也就越多。这种“高者仰之，下者举之”的策略对于用户来讲，无疑是一种比较公平的策略。但是通过仿真发现，现有的闭环功率控制方案比开环功率方案在小区边缘用户吞吐量方面平均有47.82％的提升，但是这种提升是以牺牲24.66％的小区平均吞吐量来实现的。所以本发明针对闭环功率控制方案提出一种新的上行功率控制策略，将小区划分为三种不同类型，分别为“优区”、“中区”、“边缘区”，对位于不同区域的UE采用不同的发射功率策略，实现“因UE施功率”，从而在小区平均吞吐量和边缘用户吞吐量之间实现很好的折中。

以下结合附图及具体实施方式，进一步详述本发明的技术方案。

根据协议的相关规定，本发明仅在上行的PUSCH(物理上行共享信道)、PUCCH(物理上行控制信道)、SRS(探测参考信号)、PRACH(随机接入信道)等信道上进行功率控制。

PRACH在发送前导码的时候采用开环功率控制，PUSCH和PUCCH都是闭环功率控制，因为其工作过程都是先设置一个初始功控，然后再在过程中根据实际环境发送TPC命令(累积型)进行功率的调节，SRS的目的是进行上行信道质量的探测，所以为了节省资源一般不发。在通信***中，PUSCH承载数据信号、叠加在其上的RRC控制信号及非周期的CQI信令，主要完成用户数据的传输，若***带宽为10MHz(50个RB)，则PUSCH需占48个RB，可见对其进行相应的功率控制直接决定了数据吞吐量的大小。由此可见，功率控制主要是指对PUSCH的功率控制，由于数据传输是在PUSCH上进行的，所以针对PUSCH功率控制的研究就显得格外重要，直接决定着***吞吐量的大小和用户体验。协议TS36.213中规定的PUSCH功率控制公式为：

$P_{\mathrm{PUSCH},c}\left(i\right)=\min \begin{array}{}\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{CMAX},c}\left(i\right),\\ 10{\mathrm{lpg}}_{10}\left(M_{\mathrm{PUSCH},c}\left(i\right)\right)+P_{O\_\mathrm{PUSCH},c}\left(j\right)+{\mathrm{\&alpha;}}_c\left(j\right)\&CenterDot;{\mathrm{PL}}_c+{\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{TF},c}\left(i\right)+f_c\left(i\right)\end{array}\right\}\end{array}$

单位为dBm，由公式中的路径损耗补偿部分α_c(j)·PL_c可以看出，当路径损耗补偿因子α_c取值一定时，随着UE路径损耗的增大，给予的路径损耗补偿就越多。也就是说当UE位于小区中心时，由于其路径损耗PL相对较小，所以针对小区中心用户的功率补偿也较小，同理可得，当UE位于小区边缘时，由于其路径损耗相对较大，所以相对的其获得的功率补偿也就越多，所以才会造成闭环功率控制比开环功率控制的边缘UE吞吐量有一定程度的提升，与此同时，由于其获得了更多的功率补偿，所以其对邻小区也就造成了相对更大的干扰。

RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)是由UE完成测量的一个可以表征接收信号强度的绝对值，一定程度上可以反映移动台距离基站的远近，因此可以用来度量***无线网络的下行覆盖率。综上，若UE到eNodeB距离越远，RSRP越小，路径损耗越大，也就是说RSRP越小说明越接近边缘，此时的发射功率理论上应该越大，当然，UE的发射功率不能随着RSRP的减小而无限制的增大。

将小区整体分为三个部分，将小区内所有用户按照其自身的RSRP值即按照测量到的信道状况分为三类，即“优区(中心区)”、“中区”、“边缘区”，对位于三种不同位置的UE采用不同的功率控制方案。修正后的PUSCH发射功率控制基本思路为：

$P_{\mathrm{PUSCH},c}\left(i\right)=\min \begin{array}{}\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{CMAX},c}\left(i\right),\\ 10{\log }_{10}\left(M_{\mathrm{PUSCH},c}\left(i\right)\right)+P_{O\_\mathrm{PUSCH},c}\left(j\right)+{\mathrm{\&alpha;}}_c\left(j\right)\&CenterDot;{\mathrm{PL}}_c\&PlusMinus;g\&CenterDot;\left|{\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{RSRP}}\right|+{\mathrm{\&Delta;}}_{\mathrm{TF},c}\left(i\right)+f_c\left(i\right)\end{array}\right\}\end{array}$

具体实施步骤如下：

如图1所示，标准闭环功率控制流程包括以下步骤：

步骤101：基站根据平均功率分配准则，对小区内UE下发公共参考信号；

步骤102：UE对此接收到的参考信号接收功率进行评估；

步骤103：UE根据接收到的参考信号接收功率对基站与UE之间的路径损耗状况评估，估算自己所处位置与基站之间的相关损耗；

步骤104：UE根据上述所测的下行路径损耗状况，将其作为自己进行上行功率发射时路径损耗的依据，从而根据协议公式计算并决定自己当前的发射功率；

步骤105：若是开环功率控制直接进行功率的发射；但若是闭环功率，则UE要向基站发送一个SRS探测信号请求；

步骤106：基站根据此探测信号评估接收到的信号SINR，来对UE即将进行通信的上行信道的质量进行一定的评估；

步骤107：基站根据评估的结果对UE通过PDCCH发送TPC(发送功率控制)命令；

步骤108：UE根据此TPC命令，根据闭环功率控制的功率计算公式，进行功率的发射，实现通信。

图2所示，为本发明改进的闭环功率控制流程图，该流程包括以下步骤：

步骤201：计算用户与基站的之间的距离并估算路径损耗、阴影衰落及天线的相关增益；

步骤202：根据路径损耗的大小确定相关的路径损耗补偿因子α；

步骤203：根据基站发送的公共参考信号及耦合损耗估算并统计测量本小区所有UE的参考信号接收功率RSRP，列表并确定此RSRP的取值范围(RSRP_min，RSRP_max)；

步骤204：为划定UE所处小区位置的标准确定门限，即确定判定UE位于哪个区域的门限RSRP_th1及RSRP_th2。该值由本小区实测的(RSRP_min，RSRP_max)来确定，此门限也可以预先根据经验值设定。设步长则RSRP_th1＝RSRP_max-l；根据RSRP的两个参考门限及当前UE自身的参考信号接收功率RSRP_self来确定当前UE所处的小区位置，然后对位于三种不同位置的UE采用不同的功率控制方案。我们根据两个门限将小区划分为三个区域，具体划分规则见下表：

步骤205：若满足RSRP_self>RSRP_th1，则确定UE所在位置为“优区(中心区)”，在原发射功率的基础上继续增大发射功率，增加量为g*△_RSRP，其中g为参考功率差补偿因子，△_RSRP将在图3中予以确定。这样做的目的是为了保证小区平均吞吐量的大小，因为位于此区域内的UE信道条件较好，所以可以以较大功率发射以保证较多数据量的传输，同时又由于距离其他小区较远可以忽略其功率的增大对其他小区产生的干扰。

步骤206：若满足RSRP_th2<RSRP_self<RSRP_th1，则确定UE所在位置为“中区”，这部分UE距离基站及其他小区的位置相对比较居中，所以可以按照协议公式随着路径损耗的增大对路径损耗进行适当的补偿即可，即随着路径损耗的增加，发射功率逐渐增大。

步骤209：若RSRP_self<RSRP_th2时，则确定UE所在位置为“边缘区”，在闭环功率的基础上对这部分UE的发射功率进行适当的减小，减小步长为g*|Δ_RSRP|。由于闭环功率控制时这部分UE的发射功率得到了适当的提升，从而导致了小区边缘用户的吞吐量相对开环功率控制有所提升，但与此同时，位于小区边缘的UE的功率的增加势必对邻小区会产生一定程度的干扰，所以在闭环功率控制的基础上略微降低这部分功率，可以在小区边缘UE吞吐量有所提升的基础上，降低其对邻小区产生的干扰。

步骤210：根据上述在闭环功率控制基础上添加的修正因子，重新进行TPC命令的发送，从而根据UE所在区域选择不同的发射功率方案。

如图3所示，为确定改进闭环功率控制修正因子的流程图，包括以下步骤：

步骤301：计算用户与基站的距离估算路径损耗、阴影衰落及天线的相关增益；

步骤302：确定当前相邻小区的下行公共参考信号CRS的载波功率；

步骤303：UE根据当前相邻小区列表中所有公共参考信号的载波功率及相关耦合损耗确定所有相邻小区的参考信号接收功率RSRP_neighbour；

步骤304：从所有RSRP_neighbour选出最大值RSRP_neighbor-max，确定对自己产生最强干扰的基站；

步骤305：确定功率控制改进因子△_RSRP，△_RSRP＝RSRP_self－RSRP_neighbor-max。

步骤306：当UE位于“优区(中心区)”时，△>0，由于距离相邻小区的位置相对较远，所以增大这部分UE的功率不会对邻小区产生干扰；当UE位于“边缘区”时，△_RSRP的正负不能确定，所以为了保证算法的正确性，我们对其取绝对值，然后在原有闭环功率控制基础上减去这个值，从而对边缘UE的功率采用先增大后减小的微调，在保证小区边缘用户吞吐量的基础上，兼顾了小区间干扰协调等多个因素。

Claims (2)

1.一种基于LTE-A***的闭环功率控制修正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤201、计算用户与基站的之间的距离并估算路径损耗、阴影衰落及天线的相关增益；

步骤202、根据路径损耗确定相关的路径损耗补偿因子α；

步骤203、根据基站发送的公共参考信号及路径损耗，统计测量本小区所有UE的参考信号的接收功率RSRP，并确定RSRP的取值范围(RSRP_min，RSRP_max)；

步骤204、为判定UE位于哪个区域的门限RSRP_th1及RSRP_th2，设步长则RSRP_th2＝RSRP_min+l，RSRP_th1＝RSRP_max-l；根据两个门限RSRP_th1及RSRP_th2及当前UE自身的参考信号的接收功率RSRP_self来确定当前UE所处的小区位置，然后对位于三种不同位置的UE采用不同的功率控制方案。我们根据两个门限将小区划分为三个区域，即边缘区、中区和优区；

步骤205、若满足RSRP_self>RSRP_th1，则UE所在位置为优区，在原发射功率的基础上继续增大发射功率，增加量为g*△_RSRP，其中g为参考功率差补偿因子，△_RSRP为改进闭环功率控制修正因子；

步骤206、若满足RSRP_th2<RSRP_self<RSRP_th1，则UE所在位置为中区，按照协议公式随着路径损耗的增大对路径损耗进行适当的补偿，即随着路径损耗的增加，发射功率逐渐增大；

步骤207、若RSRP_self<RSRP_th2时，则确定UE所在位置为边缘区，在闭环功率的基础上对这部分UE的发射功率进行减小，减小步长为g*|Δ_RSRP|，提升小区边缘用户的吞吐量；在闭环功率控制的基础上略微降低这部分UE的功率，以降低其对邻小区产生的干扰；

步骤208、根据上述在闭环功率控制基础上添加的修正因子，重新进行TPC命令的发送，从而根据UE所在区域选择不同的发射功率。

2.如权利要求1所述的一种基于LTE-A***的闭环功率控制修正方法，其特征在于，所述修正因子的确定流程，包括以下步骤：

步骤301、计算用户与基站的距离估算路径损耗、阴影衰落及天线的相关增益；

步骤302、确定当前相邻小区的下行公共参考信号CRS的载波功率；

步骤303、UE根据当前相邻小区列表中所有公共参考信号的载波功率及相关耦合损耗确定所有相邻小区的参考信号接收功率RSRP_neighbour；

步骤304、从所有RSRP_neighbour选出最大值RSRP_neighbor-max，确定对自己产生最强干扰的基站；

步骤305、确定功率控制改进因子△_RSRP，△_RSRP＝RSRP_self－RSRP_neighbor-max；

步骤306、当UE位于优区时，△_RSRP>0，增大这部分UE的功率；当UE位于边缘区时，取△_RSRP的绝对值，然后在原有闭环功率控制基础上减去这个值，从而对边缘UE的功率采用先增大后减小的微调，在保证小区边缘用户吞吐量的基础上，兼顾了小区间干扰协调。