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TD—LTE中的上行功率控制技术


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T D—LT E中的上行功率控制技术
张元雨 普天信息技术研究院有限公司

【摘要】文章主要讨论7TD—LTEA统中的上行功率控制技术,首先介绍了LTE R8的I-行功率
控制技术,然后详细分析和研究了LTE R10中与上行功率控制榴关的内容,主要包括物理信道 PUSCH和PUCCH功率的计算、上行功

率压缩、TPC信息传输、PHR上报、多天线情形下的上行功 率控制等相关的内容,并且给出了3GPP关于上述内容的标准化进展。

【关键词】LTE

R8

LTE R10上行功率控制TPC信息

PH值

1引言
在TD—LTE系统中,上行功率控制是无线资源管理的 一个非常重要的组成部分,也是影响系统性能和容量的一 个非常重要的因素。上行功率控制的主要目的是:补偿信
道环境的缓慢变化、减少邻区干扰;对于PUSCH信道来

相关的内容,接下来重点分析在LTE RIO中与上行功率控 制相关的内容.并且给出了3GPP关于这些内容的标准化进

展。



LTE

R8中的上行功率控制

说,补偿其部分或全部的路损;对于PUCCH信道来说,补
偿其全部的路损。 在LTE R8的版本中,对于某一个UE来说,其上行最多 使用一个载波,上行信号的发送也只采用单个天线进行传

在LTE R8中,对于某一个UE来说,其上行功率控制主

要包括以下几个方面的内容:物理信道PUCCH和PUSCH 功率的计算、上行功率压缩、TPC信息的传输、PHR的 上报等内容。由于在此版本中。UE只使用一个上行载波 并且使用单个天线进行上行数据的传输,并且PUCCH和
PUSCH不同时传输,因此相关的内容也比较简单。

输,并且在同一个时刻。PUCCH(物理上行控制信道)和 PUSCH(物理上行数据信道)是不可以同时传输的,因此
其上行功率控制相对来说也比较简单。 在LTE R 1 O的版本中,由于上行引入了载波聚合和多 天线传输技术,对于某一个UE来说,上行可以使用多个上 行载波,也可以使用多个天线进行数据传输,因此与LTE R8相比,会出现一些新的问题,其上行功率控制也会变得 比较复杂。 下面首先简单地介绍一下在LTE Rein与上行功率控制

2.1物理信道功率的计算
在L丁E R8中,物理上行信道PUCCH上行发射功率的

计算公式为:

‰。佣(f)

一lLnlmP+Hcur…_0P,舣.vcP +Jl沁,n聊)+’}J 【△F.一(,)+g(f)

、一






(1)1

、。’



140秒勤通信2010年-11月增刊

物理上行信道PuScH上行发射功率的计算公式为:

根据接收的TPC信息对上行信道的功率进行一定的调整。
(2)半静态调度时TPC的传输方法 在LTE R8中。基站在进行半静态调度时,上行信道 PUSCH/PUCCH的TPC信息是通过PDCCH DCI 3或format 3a承载传输告知UE的。其中DCI
format format

‰卿(,)

.f%¨x,]018(‰湖(f))+尼啪(.,)+l(2)
【口(-,)。尸L+△TF(f)+厂(I) J
上述公式中各个符号的含义和取值可以参考文献【1】。
由上面的计算公式可以看出:对于PUCCH信道来说,

format

3与

3a的主要区别是:对于某一个特定的UE的上行信

在进行上行功率控制时。补偿其全部的路损,并且其发射
功率与传输的内容(ACK/CQI)以及各式(PUCCH format
1/la/1

道PuCCH/PuSCH来说,format 3有2bits的TPC信息,而
format

3a只有1 bit的TPC信息【1】。

b/2/2a/2b)相关;对于PUSCH信道来说,在进行上

在利用PDCCH DCl format 3/3a承载传输UE的TPC信 息时。对于PUCCH信道来说。由TPC—PUCCH—RNTI对 PDCCH进行加扰,并且利用与PUCCH信道的TPC信息相 关的参数tpc—index指示哪一个位置是对应于该UE的TPC 信息;对于PUSCH信道来说。由TPC—PUSCH—RNTI对 PDCCH进行加扰,并且利用与PUSCH信道的TPC信息相

行功率控制时,补偿其部分或者全部的路损。其补偿的比 例是由高层下发给UE的。并且其发射功率与承载传输的数 据块的大小相关。并且这两个信道(PUCCH/PuSCH)的
功率都与所在小区的噪声以及相邻小区的干扰相关,也与 基站下发的TPC信息相关(UE根据接收到的TPC信息进行 一定的功率调整)"】。

关的参数tpc—index指示哪一个位置是对应于该UE的TPC 信息。并且,对于某一个UE来说,TPC—PUCCH—RNTI、
TPC—PUSCH—RNTI以及和TPC信息相关的参数tpc—index 都是由高层配置的。
2.4

2.2上行功率压缩
在LTE R8中,对于某一个UE来说,PUCCH(物理上

行控制信道)和PUSCH(物理上行数据信道)是不可以同 时传输的,因此不必考虑PUCCH和PUSCH之间的功率分 配。这样的话,对于上行信道来说,当根据上述公式计算 出的上行信道的功率超过UE的最大发射功率时,就按照UE 的最大发射功率进行上行传输h21。因此在LTE R8中,上行 功率压缩就会变得非常简单:对于物理上行信道PUCCH/ PUSCH来说。取UE的最大发射功率和根据上述公式计算
出的功率值的最小值。
2.3

PH值的上报
在LTE R8中。对于某一个UE来说,其PH(powe r

headroom)的计算公式如下:

刚(f)

:k…一』.10loglo(‰sclI(f))+bcⅡ(.,)十l(3) 刊粼一【口(J)吼+A邛(f)十州) 』一
上述公式中各个符号的含义可以参考文献[1】。即:UE 总的上行发射功率与PUSCH所需发送功率的差值。

TPC信息的传输
在LTE R8中,对于某一个UE来说。物理上行信道

PUSCH,PUCCH的TPC信息是通过物理下行控制信道



LTE

R10中的上行功率控制
R8

PDCCH承载传输的。在基站进行动态调度或者半静态调度
时,其TPC信息的传输方案也是不同的。 (1)动态调度时TPC的传输方法 在LTE R8中.基站在进行动态调度时,对于物理上行 数据信道PUSCH来说,其TPC信息是通过上行授权来下发 给UE的;对于物理上行控制信道PUCCH来说,其TPC信息 是通过下行授权来下发给UE的陋j】。这样的话。基站可以动 态的为UE下发其上行信道的TPC信息,UE也就可以动态的

在LTE RIO中,对于某一个UE来说。取消了在LTE

中PUCCH和PUSCH不可以同时传输的限制,并且可以使 用多个上行载波和多个天线进行上行数据的传输。因此上

行功率控制也会变得比较复杂,也会出现许多新的问题。
因此与上行功率控制相关的许多内容也都需要进行重新的

设计。 3.1物理信道功率的计算 在LTE R10中,由于UE可以使用多个上行载波进行数





2010年11月增刊秒幻通信141:
H ,

隳飘■黝叠—■_ 一:。4鼍'呵罚11弋’≮鬻”驾蕾
‰c明(f)

=。{Pcw,x'c,PO_UCH+PLnil


“‰川删卜)(6)
、一 一7





上述公式中各个符号的含义和取值可以参考文献[1】。
与LTE R8相比.在LTE R10中。对于某一个UE来说, 下行最多可以使用五个载波同时进行数据传输。对于TDD

系统来说,还有可能多个下行子帧的上行反馈信息ACK/ NACK在UE的上行主载波的某一个上行子帧利用PUCCH
进行传输。这样的话。在该上行子帧上,需要承载传输的 信息bit个数就会比较多,因此在LTE R10中对于PUCCH来 说引入了PUCCH format 3。按照目前标准达成的结论:
PUCCH format

3支持编码后的比特数为48。调制方式为

QPSK。至于最多支持多少bit的ACK/NACK信息,标准上

还在进一步的讨论分析和研究。在PUCCH

format

3的情形

下。PUCCH的上行发射功率计算公式。需要根据承载传输

2嚣IPCd.AX灌,f'rain lg(嚣茹焉如,+}㈩


的ACK/NACK信息比特个数对相关参数的取值进行一定的
调整。



l O

。‰s皿。(f))+圪即妇Lc(/)+}


,.,

l哎(/)?儿+Am(D+f(f)

3.2上行功率压缩
在LTE
R1

O中,如果UE使用多个上行载波进行上行数

据的传输,PUCCH和PUSCH是很有可能同时传输的。并 且多个上行载波上的PUSCH也有可能是同时传输的.所以

在LTE

R1

0中UE出现上行功率受限的场景也会增加。如果

f(‰一一‰。。E(,)),
【呸(_,)?PL+Arv脚+z(。)

UE的上行各个载波上各个物理上行信道的功率之和大于UE




的最大发射功率。则需要对部分或者全部的上行信道的功

“n{101甙鸠璐血,c(劝+名J—M+}(5)

率进行一定程度的功率压缩,以便按照UE的最大发射功率
进行发送晦一。 在LTE R10中,对于某一个UE来说,如果使用多个上

行载波进行上行数据的传输,若此时出现上行传输功率受 限,则可以按照下面的方法对各种情形下的功率受限进行
一定程度的功率压缩,以解决上行功率受限的问题。 (1)对于UE的单个上行载波,如果仅传输某一个物

理上行信道PUCCH或者PUSCH,若此时计算出的物理信 道的上行发射功率大于单个载波的最大值,则按照单个上 行载波的最大发射功率进行上行信道的传输; (2)对于UE的上行主载波。如果PUCCH和PUSCH

甄4爹秒幻通信2010年-11R增刊
I-h
。d

同时传输,若此时计算出的物理信道PUCCH和PUSCH 的上行发射功率之和大于单个载波的最大值,则优先满 足PUCCH的功率分配,剩余的功率用于PUSCH的上行发 送; 【3)对于UE的各个上行载波。如果各个上行载波上

停止传输。
对某个上行载波的PUSCH进行功率压缩直到DTx

一判断剩余载波的PUSCH和一 PUCCH的功率之和是否大于



~巡墨奎苎墅竖一 ‘是
对另外一个上行载波的PUSCH进行功率压缩直到DTx

的物理上行信道PUCCH和PUSCH的功率之和大于UE的最 大发射功率(根据不同的UE类型来确定),则优先满足
PUCCH的功率分配,剩余的功率用于各个上行载波上的

PUSCH的功率分配。至于每个上行载波上的PUSCH的压
缩功率比例如何确定,标准上还没有最终的结论。可以有 下面的几种方法: 1)平行压缩:对各个上行载波的物理信道PUSCH进 行一定比例的功率压缩,并且对压缩的幅度进行一定的 限制(即为了保证上行数据传输PUSCH信道的性能,对 PUSCH的功率压缩比例进行一定的限制)。如果对各个上 行载波的PUSCH信道的功率压缩都达到了最大比例,则可




TPC信息的传输
(1)动态调度时TPC的传输方法 在LTE
R1

/\

各个上行信道采用根据功率压缩结果分配的功率传输信患

图2对各个载波上的PUSCH进行顺序压缩

3.3

在LTE R10中,UE可以使用多个上行载波进行上行

传输。其上行各个载波的上行信道的TPC信息如何通过
PDCCH进行承载传输便是一个需要解决的问题。和LTE 类似,对于不同的调度策略,需要不同的解决方法175】。
R8

以按照某种原则,暂时停止某个载波上的PUSCH的传输。
重复上面的两个步骤,直到所有各个上行载波的PUSCH的 发射功率之和不大于UE的最大发射功率与PUCCH上行发

射所需功率的差值。可以参考图1流程图进行理解:
对每个上行载波上的PUSCH按照预定的比例进行功率压缩

0中,在载波聚合情形下,当基站进行动态

的调度时。对于UE的不同上行信道PUSCH和PUCCH,其
TPC的下行传输方案也不同。 1)PUSCH的TPC信息的传输方法 在LTE RIO中.在载波聚合情形下。当某一个UE使用 多个上行载波进行上行数据传输时,对于UE的每个上行载 波,基站会下发相应的上行授权。这样的话,相应载波的

判断所有PUSCH压缩后的功率与 PuCCH功率之和是否大于uE的



~遮警争一
停止某个上行载波的PuScH的传输


—判断剩余PUSCH和~
PUCCH所需功率之和

上行数据信道PUSCH就可以通过相应的授权来承载传输
TPC信息。 2)PUCCH的TPC信息的传输方法

否大于uE的最大发射功率

各个上行信道采用根据功率压缩结果分配的功率传输信息
图1

在LTE R10中,在载波聚合情形下。PUCCH的信道 如何设计,在标准化的过程中,也进行了深入的分析和研

对各个载波上的PUSCH进行平行压缩

究。受上行CM、PAPR等各种因素的影响.对于某一个UE 2)顺序压缩:对某个上行载波的PUSCH进行一定比
例的功率压缩,直到DT×(停止对该载波上的PUSCH进行

来说,PUCCH只在上行主载波上进行承载传输,并且对于 下行各个载波的数据的上行反馈信息ACK/NACK信息进行 联合编码。 对应于PUCCH的上述设计方案,其对应的TPC传输需 要进行重新的设计。对于不同下行载波的数据传输会有不

201

上行数据的传输);如果UE此时仍然上行功率受限,则按
照一定的顺序。对另外一个载波上的PUSCH信道进行功率

压缩,直到DT×;以此循环。直到所有上行载波的PUSCH

443

o年11月增刊秒勤通信.:!14龟

同的下行授权.“果下发不同的TPc信息.此时uE可能会 很难判断对PuccH如何进行功率调整--此时可以规定对 于承薮PUCCH的上行载波来说.其对应下行载波的下行 授投承载传输PUCCH的TPG信息.兑余下行载波的下行授 权承鼗帽同的TPc信息或者不再承载愕辖PUCCH的TPC信
息。 (2 l半静态调度时TPC的传辅方法

’pc—index 1

tpc—index2

国3 在LTE R10中.在载菠聚合情形下.当基站进行半静

UE在日载波情形下TPC信息的传输方诘一

态的调度时.对于uE的不同上行信道PuscH和PUCCH.
其1PC的下行传输方案也不同。,

行各个载波的频率的顺序等等。这样的话.无需更改现有 的PDccH的信逋结构.R需为每个uE增加一十参数!pc—
index

1】PUSCH的TPC信息的传输方法
在LTE R10m.对于某一个UE来说,在载波聚台情形

2。

其发.对于上行各个载波的PUSCH的TPC信息.由 TPC—PUSCH—RNTI对PDCCH自N扰.用以区别TPc信息是

下.仅仅使用主载波进行上行数据的半鞋态传输..俚是对 于各个章茬的TPC麓吾交叉传输f利用巢一个下行载波的 PDCCH承戴传输其余载波的TPC信息},标准±还灌有最 终的结论。 当一个UE进行交叉载渡TPC信息传轴时.可以通过下 面的方法利用DCIformat 3/3A进行承薮传辅。 首先.高层为UE下发与TPC信息相*的两个参数Ipc—
index

对应于上行载波∞PL胁H信瑾的。
2)PUCCH的TPC信息的传糟方法 在LTE R10中.在载波聚台情形下.由于上行信道

PUCCH倪在上行主载波上进行承载传输。这样的话.在 半静奢调度时.可以继续沿用LTE R8的方式进行上行信道 PUCCH的TPC信息的传精。
3.4

1和I口c

index

2.用以指示UE各十±行载波的上行 PH值帕上报
在LTE A10中+在载波聚台情形下,对于某一个uE来

倍道PUSCH的TPC信息的起始位置.然后按照预定的lⅢ序
和参数IDc index指示的位置承载相应的TPC信息。

例如:UE使用口十载波上的PUSCH信道进行±行 数据传辅.对于上行各个载波的上行数据信道的TPC信 息.即从第一载波开始直到第口载波.每个薮波的t行 信道的TPC信患所占的比特数目是相同的.其中载波的 顺序可以按照一定的方法和原则进行规定。对于第一载 波的上行信道的TPC信息cqtpc indexl参散进行指示.

说,可以使用多十上行赣艘进行±行传输。并且在上行主 载波上.PUCCH和PUSCH是可以同时传输的。在此情形
下.PH值如何上报便千LTE R8不同”。

由于每个上行载渡均有一个上行最大发射功率值.并 且在主载波上PUCCH和PUSCH是可以同时传输的.因此 目前标准上支持两种类型的PH值上报:
(1)Type 1:uE在每个上行载波上的最大发射功率

对于第口载波的上行信道的TPc信息由lDc—index2参数 进行指示.而对于上行第=载波和第三载波的上行信道 的TPC信息按照预定的顺序承戢在第~载波和第口载渡 之间。这样.只要使用两个参数.即TPc信息的始末位 置.UE就可以知道各个上{亍载渡的上行信道的TPc信 息。如图3所示。 对于上述各个载波的TPc信息的顺序.可以有多种方 法e倒如:如果对uE的每个±行载波增加鞋波指示信息, 则可以按照载波指示信息的太小进行排序.也可以按照±

值(P赢蛳)减击在此载波上数据信道PUSCH需要的功率

f&ww).也就是只~r‰w“
(2)Type 2:UE在每十上行载菠上的最大发射功率

值{R一…l减击在此载波上教据信道PUSCH需要的功

率h%…)和控制信道PuccH所需功率(只一。}之

礼也就是‰,,^舢r晶…。

对于不同的uE类型.uE会有自己的最大发射功率。 由于uE的最大发射功率与各十载波的最大发射功率并不是

144秽b量峙20峭川月口H

TD—LTE中的上行功率控制技术
作者: 作者单位: 张元雨 普天信息技术研究院有限公司

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