WCDMA終端功率控制測試與應(yīng)用

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摘要 文章闡述和分析了WCDMA終端功率測試的原理、分類,和在WCDMA系統(tǒng)中的重要作用,并在射頻的角度對WCDMA終端的各種功率控制測試進(jìn)行介紹和解析。

1、概述

  在WCDMA系統(tǒng)中,作為無線資源管理的功率管理是非常重要的環(huán)節(jié)。這是因為在WCDMA系統(tǒng)中,功率是最終的無線資源,一方面,提高針對用戶的發(fā)射功率能夠改善用戶的服務(wù)質(zhì)量;另一方面,WCDMA采用寬帶擴(kuò)頻技術(shù),所有信號共享相同的頻譜,每個移動臺(用戶)的信號能量被分配在整個頻帶范圍內(nèi),這樣對其他移動臺來說就成為寬帶噪聲,這種提高會帶來對其他用戶接收質(zhì)量的降低。且各用戶的擴(kuò)頻碼之間存在著非理想的相關(guān)特性,用戶發(fā)射功率的大小將直接影響系統(tǒng)的總?cè)萘浚怨β实氖褂迷赪CDMA系統(tǒng)是矛盾的,從而使得功率控制技術(shù)成為WCDMA系統(tǒng)中的最為重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。

  由于碼分多址技術(shù)是在同一頻段建立多個碼分信道,雖然偽隨機(jī)碼具有很好的不相關(guān)性,但是無法避免其它信道對指定通信鏈路的干擾,這種干擾是由各用戶間的PN碼的互相關(guān)性不為0造成的,因此也稱為多址干擾。所以降低其它信道的干擾和增強(qiáng)每個信道的抗干擾的能力就成為WCDMA實現(xiàn)最大信道容量的的技術(shù)方向。功率控制技術(shù)屬于前一類技術(shù),目的是盡量降低對其它信道的干擾;分集技術(shù)屬于后一類,其目的是增強(qiáng)信道自身的抗干擾能力。

  除了多址干擾造成的不良影響外,還存在著所謂的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”的影響,即在上行鏈路中,各UE與NodeB的距離是不同的,導(dǎo)致NodeB接收較近的UE的信號強(qiáng),接收較遠(yuǎn)的UE的信號弱,由于WCDMA是同頻接收系統(tǒng),造成弱信號淹沒在強(qiáng)信號中,從而使得部分UE無法正常工作。電波傳播中經(jīng)常會遇到“陰影效應(yīng)”的問題,蜂窩式移動臺在小區(qū)內(nèi)的位置是隨機(jī)的,且經(jīng)常變動,所以路徑損耗會大幅度的變化,必須實時改變發(fā)射功率,才能保證在這一地區(qū)的通信質(zhì)量。

  因此如何有效的進(jìn)行功率控制,在保證用戶要求的服務(wù)質(zhì)量(QoS)的前提下,最大程度降低發(fā)射功率,減少系統(tǒng)干擾,增加系統(tǒng)容量,是WCDMA關(guān)鍵技術(shù)中的關(guān)鍵。

  功率控制可以克服遠(yuǎn)近效應(yīng),對上行功控而言,功率控制的目標(biāo)為所有的信號到達(dá)基站的功率相同。功率控制可以補(bǔ)償衰落,接收功率不夠時要求發(fā)射方增大發(fā)射功率。

  由于移動信道是一個衰落信道,快速閉環(huán)功控可以隨著信號的起伏進(jìn)行快速改變發(fā)射功率,使接收電平由起伏變得平坦。

  功率控制技術(shù)能夠解決以上提到的幾種問題,是使WCDMA走向?qū)嵱没闹匾P(guān)鍵技術(shù)之一。

2、WCDMA終端功率控制的測試與應(yīng)用

  在WCDMA終端的研發(fā)和設(shè)計的過程中,功率控制始終是一個難點和重點,并且在WCDMA終端的射頻一致性測試規(guī)范中,對功率控制都有嚴(yán)格的要求,在3GPP TS34.121規(guī)范中對終端的上下行的功率控制能力均給出了具體的測試內(nèi)容,在發(fā)射機(jī)指標(biāo)要求中對跟終端關(guān)系密切的上行內(nèi)環(huán)功率控制和上行開環(huán)功率控制做出了明確要求,在性能要求中對下行功率控制中的閉環(huán)功率控制做出了明確要求。

  2.1 上行功率控制

  上行功率控制按移動臺和基站是否同時參與分為閉環(huán)功率控制和開環(huán)功率控制。

  (1)閉環(huán)功率控制

  上行閉環(huán)功率控制是終端根據(jù)基站鏈路質(zhì)量測量結(jié)果的反饋信息,進(jìn)行增加或減少(降低)發(fā)射功率,體現(xiàn)出了功率控制中的信干比平衡準(zhǔn)則和質(zhì)量平衡準(zhǔn)則。上行閉環(huán)功率控制分為上行外環(huán)功率控制和上行內(nèi)環(huán)功率控制。

  在WCDMA通訊系統(tǒng)中外環(huán)功率控制的目的是使每條鏈路的通訊質(zhì)量基本保持在設(shè)定值,通過調(diào)節(jié)目標(biāo)SIR或目標(biāo)功率值來達(dá)到功率控制的目的;诿織l鏈路,不斷的比較BER或FER與質(zhì)量要求目標(biāo)BER或目標(biāo)FER的差距,彌補(bǔ)性地調(diào)節(jié)每條鏈路的目標(biāo)SIR或目標(biāo)功率,即質(zhì)量低于要求,就調(diào)高目標(biāo)SIR或目標(biāo)功率;質(zhì)量高于要求,就調(diào)低目標(biāo)SIR或目標(biāo)功率。外環(huán)功率控制在RNC中進(jìn)行,間接影響系統(tǒng)的用戶容量和通信質(zhì)量,因此,終端的一致性測試沒有涉及相關(guān)的測試內(nèi)容。

  上行內(nèi)環(huán)功率控制是終端接收基站發(fā)出的功率控制命令控制本端的發(fā)射功率,基站的功率控制命令的產(chǎn)生是通過測量終端的發(fā)射信號的功率和信干比,與預(yù)置的目標(biāo)功率或信干比相比,產(chǎn)生功率控制命令以彌補(bǔ)測量值與目標(biāo)值的差距,即測量值低于預(yù)設(shè)值,功率控制命令就是上升;測量值高于預(yù)設(shè)值,功率控制命令就是下降。因為在以實時交談業(yè)務(wù)為主的服務(wù)里,上行鏈路是影響系統(tǒng)容量的主要因素,上行內(nèi)環(huán)功率控制將會直接影響系統(tǒng)的用戶容量和通信質(zhì)量,而且,上行內(nèi)環(huán)功率控制主要是在終端內(nèi)完成的,終端的一致性測試對上行內(nèi)環(huán)功率控制有嚴(yán)格的測試內(nèi)容,主要考察的是終端是否能夠根據(jù)基站發(fā)來的功率控制命令(TPC)在短暫的反饋延時內(nèi)做出正確的響應(yīng)。上行內(nèi)環(huán)功率具體的測試過程如圖1所示,終端應(yīng)該根據(jù)基站在不同時間段內(nèi)發(fā)來的TPC命令,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的功率控制步長和功率控制算法相應(yīng)地調(diào)整自己的發(fā)射功率。


圖1 上行內(nèi)環(huán)功率控制測試步驟


  (2)開環(huán)功率控制

  開環(huán)功率控制的原理是根據(jù)接收到的鏈路的信號衰落情況,估計自身發(fā)射鏈路的衰落情況,從而確定發(fā)射功率。開環(huán)控制的主要特點是不需要反饋信息,因此,在無線信道突然變化時,它可以快速響應(yīng)變化,此外,它的功率調(diào)整動態(tài)范圍大。終端應(yīng)該能夠通過從廣播信道接收到的網(wǎng)絡(luò)側(cè)的相關(guān)信息計算得到開環(huán)功率控制過程中的發(fā)射功率,以上行鏈路PRACH的開環(huán)功率控制過程為例,可以用下面的公式表示:

  PRACH=LPERCH+IBTS+常數(shù)

  其中:PRACH為發(fā)射功率,LPERCH為測得的路徑損耗,IBTS為BTS處的干擾信號功率,常數(shù)值是通過L3消息決定的。

  UE從廣播信道上獲得基站的CPICH的發(fā)射功率,然后測量CPICH的接收信號強(qiáng)度來估計路徑損耗,IBTS由廣播信道獲得,常數(shù)是接收所需的SIR和調(diào)整值,調(diào)整上下行鏈路的不平衡。在終端的一致性測試中,分別對網(wǎng)絡(luò)的信號質(zhì)量處于良好、一般和較差等三種不同檔次下進(jìn)行了測試,具體測試要求如表1所示。

表1 開環(huán)功率控制測試參數(shù)及要求



  2.2 下行功率控制

  下行功率控制類似于上行功率控制,按移動臺和基站是否同時參與分為了開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制,在下行鏈路中,系統(tǒng)容量主要由每個終端連接所要求的功率決定,因此,使基站保持發(fā)射功率處于較低水平而又能使接收端獲得足夠的信號質(zhì)量,是非常重要的。終端的下行功率的一致性測試中分別對以下三種狀態(tài)有明確的測試要求:

  (1)恒定的BLER目標(biāo)值狀態(tài)

  在這個測試項目中,著重考察在下行發(fā)射功率盡可能低的情況下,終端能否通過下行功率控制管理滿足網(wǎng)絡(luò)恒定的BLER目標(biāo)值的要求。通過分析圍繞BLER目標(biāo)值的上下波動情況和下行發(fā)射功率的變化范圍的概率分布,體現(xiàn)了下行功率控制中的內(nèi)環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制的整體配合情況。下行的DPCH的變化應(yīng)該與上行TPC 的變化相互一致,如圖2(a)和圖2(b)所示。


圖2(a) 下行功率控制過程中的上行TPC指令



圖2(b) 下行DPCH功率


  (2)初始收斂狀態(tài)

  下行專用信道建立起來后,無線鏈路狀態(tài)初始狀態(tài)不十分穩(wěn)定,網(wǎng)絡(luò)需要分配較大的功率來達(dá)到這條剛剛建立起來的無線鏈路的通信質(zhì)量的要求,在大約500ms之后,無線鏈路趨于穩(wěn)定,維持無線鏈路通信質(zhì)量所需要的下行功率逐步減少,因此下行專用信道的發(fā)射功率也隨之變小,這就是下行發(fā)射功率的初始收斂過程,在這個過程中,終端的下行功率控制能力,將會產(chǎn)生重要影響,在終端的一致性測試要求中,對由終端的TPC命令造成的下行專用信道的碼道功率變化范圍和概率分布均提出了明確的要求。

  (3)“蜿蜒”效應(yīng)狀態(tài)

  在通話過程中,因為突然發(fā)生的“深衰落”的原因,可能會造成在這個時間段內(nèi),終端需要的下行專用信道發(fā)射功率接近或超出了下行專用信道發(fā)射功率最大門限值,無線環(huán)境恢復(fù)后,終端的下行發(fā)射功率應(yīng)該仍然能夠正常進(jìn)行。在終端的一致性測試規(guī)范中,根據(jù)下行專用信道發(fā)射功率門限值規(guī)定了3個不同階段,著重考察終端能否在最后一個階段具備良好的下行功率控制的能力。

3、總結(jié)

  功率是無線通信網(wǎng)絡(luò)最終的資源,在WCDMA網(wǎng)絡(luò)中,終端的功率控制問題直接影響到整個網(wǎng)絡(luò)的無線資源管理,所以,在我們國家未來的WCDMA網(wǎng)絡(luò)中,無論是對于運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營還是消費(fèi)者的日常使用,WCDMA終端的功率控制性能都將會是備受關(guān)注的內(nèi)容之一。
作者:李波   來源:泰爾網(wǎng)

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