CN107360621A - 一种基于rsrp测量值的lte‑a上行功率控制方法 - Google Patents

一种基于rsrp测量值的lte‑a上行功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于RSRP测量值的LTE‑A系统上行功率控制方法，包括以下步骤：根据小区内UE测得的参考信号接收功率RSRP将小区内的UE分为中心区域UE、中间区域UE和边缘区域UE；确定完UE的类型后，用基于服务小区RSRP和相邻小区RSRP修正的功率调整因子，对符合条件的用户进行闭环功率调整，并统计边缘用户吞吐量和小区整体吞吐量。与现有技术相比，本发明基于RSRP测量值对小区内UE进行分类，利用基于RSRP测量值的功率调整因子，在不增加对相邻小区干扰的情况下对不同类型的UE采用不同的功率控制算法。本发明可以一定程度上降低LTE‑A系统的小区间干扰，在小区平均吞吐量和小区边缘用户吞吐量两方面，相较于现有经典开环功率控制算法和闭环功率控制算法有很好的折中。

Description

一种基于RSRP测量值的LTE-A上行功率控制方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体讲，涉及一种LTE-A系统的上行功率控制技术的改进方法。
背景技术
LTE-A是LTE(Long Term Evolution)技术的演进版本，是真正的4G通信技术。4G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。LTE-A具有很高的速率的一个重要因素是，LTE-A系统采用正交频分复用(OFDM)技术，小区内各用户占用不同的相互正交的子载波，所以系统内不存在小区内干扰，只有小区间干扰。虽然增大功率能一定程度上增大吞吐量，但是功率的增大势必会带了更大的小区间干扰，不仅会限制边缘用户的吞吐量甚至会影响整个小区的性能，同时还会破坏小区内用户子载波之间的正交性，从而引起小区内干扰，因此不能因为增大吞吐量的缘故而一味地提高用户的发射功率，应该根据具体的需要来决定用户的发射功率。
现有的小区内上行功率控制技术主要分为两种，第一种：开环功率控制技术，该技术之所以被称为开环，是因为其不需要反馈，实现起来较为容易，多数用在功率初始化的过程中，对用户发射功率的调整比较粗糙，其中开环参数是由基站下发的系统消息来配置的；第二种，闭环功率控制技术，该技术是指基站根据用户的反馈信息来引导用户以合适的功率进行发射的过程，它是在开环功率控制的基础上，通过估测信道的变化情况，对用户的功率进行更加精准的调整，由于它需要接收信道质量的估测数据来动态调整用户的功率，因此时延会大于前者。LTE-A系统最终采用开环功率控制结合闭环功率控制技术作为其上行功率控制技术，用户首先采用开环功率控制技术计算初始发射功率，然后再采用闭环功率控制技术根据基站下发的功率调整量实时小幅度对用户的功率进行调整。然而现有的技术无论是开环功率控制技术还是闭环功率控制技术都只是分别在小区整体性能和小区边缘用户吞吐量各有优势，都不能很好的兼顾这两种性能。因此，在现实的网络部署中，迫切需要一种能同时兼顾小区整体性能和小区边缘用户性能两方面的上行功率控制技术。
从现有的上行功率控制算法角度考虑，由于LTE-A系统物理层采用OFDMA技术，避免了CDMA系统的“远近效应”的影响，小区内干扰也同样可以忽略，但小区间干扰仍然是影响小区性能的主要因素。LTE-A系统下行链路功率控制算法主要采用平均功率分配和路径损耗补偿两种方法，而且处理的干扰也主要是同频干扰，采用频选调度、交织等方案即可大大降低同频干扰的影响，而上行功率控制比较复杂。现有的上行功率方案分为两种：一种是开环功率控制OLPC(Open Loop Power Control，开环功率控制)，其基本原理是依据UE自己的测量值来设置发射功率，比较简单，但调控方式比较粗糙；另一种是闭环功率控制CLPC(Closed Loop Power Control,闭环功率控制)，其基本原理是UE将测量信息反馈给基站(ENodeB)，基站(ENodeB)对接收到的反馈信息进行评估，然后给UE发送更加精确的功率调控信息，来指导UE进行信息的发送，可以优化功率控制的性能。由于此种策略需要UE和ENodeB相互协作，占用更多的信令，因此将产生较大的发送时延。
然而OLPC和CLPC在小区平均吞吐量和边缘用户吞吐量两方面各有优势，具体是：在小区平均吞吐量方面，OLPC的性能较CLPC的性能好；在边缘用户吞吐量方面，CLPC性能优于OLPC的性能。在现实布网的情况下，我们往往需要在小区平均吞吐量和边缘用户吞吐量两方面进行折中。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于RSRP测量值的LTE-A上行功率控制方法，针对UE在小区中所处位置的不同采用不同的功率控制策略，此方案能兼顾小区平均吞吐量和边缘用户吞吐量，其综合性能相比于经典的OLPC和CLPC两种功率控制算法有一定性能提高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于RSRP测量值的LTE-A上行功率控制方法，包括以下步骤：
(1)测量服务小区下行小区专用参考信号CRS的子载波功率；
(2)根据用户与基站的之间的距离估算出阴影衰落、路径损耗及天线增益，将所有损耗的和组合得到耦合损耗；
(3)选择路径损耗补偿因子α；
(4)根据所述耦合损耗，确定服务小区内所有UE的参考信号接收功率RSRP，并由测得的RSRP值确定当前服务小区内用户的RSRP取值范围(RSRPmin，RSRPmax)；
(5)为确定用来划定UE当前服务小区位置的区域门限值RSRPth1与RSRPth2，设定步长则RSRPth2＝RSRPmin+l，RSRPth1＝RSRPmax-l；根据UE当前测得的参考信号接受功率值RSRPself及所述区域门限值RSRPth1与RSRPth2，确定UE所处的小区位置，分别包括UE位于中心区域、中间区域或边缘区域；
(6)若满足RSRPself＞RSRPth1，则当前UE为小区中心区域，此时UE的信道条件较好，为保证小区平均吞吐量的大小，在原发射功率的基础上适当的提高发射功率，且增加量为β*Δ，β为功率差补偿系数，Δ为功率改进因子；
(7)若满足RSRPth2＜RSRPself＜RSRPth1，则当前UE位于小区中间区域，按照协议公式采用闭环功率控制技术对路径损耗进行适当补偿，也即随着路径损耗的增加，发射功率逐渐增大；
(8)若满足RSRPself＜RSRPth2，则当前UE位于小区边缘区域，采用闭环功率控制技术，提高边缘UE的发射功率，提升小区边缘用户吞吐量；并在闭环功率控制的基础上降低边缘UE的功率，降低量为β*|Δ|，既能保证边缘UE吞吐量的增加又能减少了其对相邻小区的干扰；
(9)根据上述步骤，基站侧重新估测接收信号SINR，并生成TPC发送给UE，UE根据自身所处小区位置，选择发射功率方案并结合TPC，确定发射功率。
功率改进因子的确定流程如下：
步骤301：测量当前UE的所有相邻小区的下行小区专用参考信号CRS的子载波功率；
步骤302：根据当前UE到相邻基站的距离估算出路径损耗、阴影衰落以及天线增益，将所有损耗的和组合得到耦合损耗；
步骤303：UE根据所述耦合损耗，确定当前UE所有相邻小区的参考信号接收功率值RSRPneighour；
步骤304：对所有的RSRPneighour进行降序排列，第一个值也即是最大值，表示对当前UE产生最强干扰的相邻小区基站；
步骤305：比较首值RSRPneighour[0]与门限RSRPneighour-th的大小，确定来自邻小区的干扰的强度；
步骤306：当首值RSRPneighour[0]＜RSRPneighour-th时，确定功率改进因子，记为Δ＝RSRPself-RSRPneighour[0]；
步骤307：当首值RSRPneighour[0]＞RSRPneighour-th时，令分式的分母变量n＝1，分式的分子变量RSRPneighour_sum＝RSRPneighour[0]，为确定此条件下的功率改进因子作铺垫；
步骤308：判断是否已把测量所得的当前UE的所有相邻小区RSRPneighour与门限RSRPneighour-th进行对比；如果是则执行步骤311，如果否则执行步骤309；
步骤309：比较测量所得的当前相邻小区的RSRPneighour与门限RSRPneighour-th，如果RSRPneighour[i]＞RSRPneighour-th则执行步骤310，如果RSRPneighour[i]＞RSRPneighour-th，则执行步骤308；
步骤310：更新RSRPneighour_sum，记为RSRPneighour_sum+＝RSRPneighour[i]，更新分子变量n，记为n＝i+1；
步骤311：当i等于RSRPneighour.size()时，说明当前UE的所有相邻小区RSRPneighour已经与门限RSRPneighour-th进行对比，则确定功率改进因子，记为其中n等于RSRPneighour.size()；
步骤312：将计算出的功率改进因子Δ带入PUSCH发射功率计算公式，计算处于不同类型的UE发射功率。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明基于RSRP测量值对小区内UE进行分类，利用基于RSRP测量值的功率调整因子，在不增加对相邻小区干扰的情况下对不同类型的UE采用不同的功率控制算法；可在一定程度上降低LTE-A系统的小区间干扰，在小区平均吞吐量和小区边缘用户吞吐量两方面，相较于现有经典开环功率控制算法和闭环功率控制算法有很好的效果。
附图说明
图1为经典闭环功率控制示意图。
图2为基于RSRP测量值的改进的上行功率控制流程图。
图3为确定功率改进因子的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
由协议可知，上行物理信道主要包括上行的PUSCH(物理上行共享信道)、PUCCH(物理上行控制信道)、PRACH(随机接入信道)、SRS(探测用参考信号)，因此本发明实施例中仅考虑在这些信道上进行上行功率控制。
在无线通信系统中，PUSCH承载着数据信号、叠加在其上的RRC(Radio ResourceControl，无线资源控制层)控制信号以及非周期的CQI(Channel Quality Indicator，下行信道质量指示)命令，主要传输用户的数据，占据着96％的系统物理资源块。因此，对PUSCH的功率控制将直接影响着系统吞吐量的大小。由此可见，上行功率控制主要是指对PUSCH的功率控制。由协议TS36.313的规定可知，PUSCH功率控制计算公式为
由公式中的路径损耗补偿部分可以看出，当αc取值一定时，路径损耗补偿会随着UE偏离基站的距离增加而增大，也即是中心小区用户路径损耗补偿较小，边缘用户路径补偿较多，这也就是闭环功率控制在边缘用户吞吐量方面优于开环功率控制算法的一个原因，但是更多的补偿意味着更大的发射功率，也即对相邻小区造成更大的干扰。
本发明在经典闭环控率控制算法基础上，提出了一种新型的上行功率控制方法，通过对小区中不同位置上的UE采用不同的功率控制方案，目的是在小区平均吞吐量和边缘用户吞吐量方面达到很好的折中，同时降低由于边缘用户功率上升而对相邻小区性能的影响。
RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)是由基站ENodeB发送的经由UE测量的一个表征接收信号强度的量值，它的值的大小随着UE偏离基站ENodeB距离的不同而取值不同，可以在一定程度上反映UE偏离基站的距离。也即是RSRP越小，说明移动台偏离基站的距离越远，而由闭环功率控制可知，此时的路径损耗补偿也就越多，发射功率也就越大，但考虑到对相邻小区造成的干扰，发射功率也不可能无限制的增大。
根据上述情况，本发明根据UE自身测得的RSRP值，与设置的门限值RSRPth1、RSRPth2进行比较，将小区的用户分成3类，即中心区域、中间区域、边缘区域，对位于不同区域的UE采用不同的功率控制方案。修改后的PUSCH发射功率控制算法为：
图1为经典闭环功率控制算法示意图，所述方法包括以下步骤：
步骤101：基站ENodeB采用功率平均分配原则，向小区内所有UE发送公共参考信号；
步骤102：UE对接收到来自基站ENodeB侧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的变化值，估算自己所处位置与基站之间的路径损耗；
步骤104：UE根据上述计算的路径损耗，依据协议公式计算自己此时的发射功率；
步骤105：若LTE-A系统仅仅采用开环功率控制算法，则UE直接采用计算出的发射功率；若LTE-A系统采用闭环功率控制算法，则UE需根据基站下发的TPC命令重新计算发射功率。
步骤106：UE基于已确定的上行发射功率进行上行传输；
步骤107：基站接收并测量UE的SINR与目标SINR进行比较，并生成TPC命令。TPC命令包含：若接收SINR高于目标SINR，则降低发射功率；若接收SINR低于目标SINR，则增加发射功率。
步骤108：基站ENodeB经由下行的PDCCH发送TPC(传输功率控制)命令，UE则解析TPC命令，计算自己的发射功率。
图2为本实施例基于RSRP测量值的改进的上行功率控制流程图，所述方法包括以下步骤：
步骤201：测量服务小区下行小区专用参考信号CRS的子载波功率；
步骤202：根据用户与基站之间的距离估算出阴影衰落、路径损耗及天线增益；
步骤203：根据系统设计需要选择路径损耗补偿因子α，不同的α值对小区平均吞吐量和边缘用户吞吐量的影响不同。
步骤204：根据计算得到的下行小区专用参考信号CRS的子载波功率和UE到基站之间的耦合损耗确定服务小区内所有UE的参考信号接收功率RSRP，并由测得的RSRP值确定当前服务小区内用户的RSRP取值范围(RSRPmin，RSRPmax)；
步骤205：确定区域门限值RSRPth1与RSRPth2，根据区域门限值来划定UE在当前服务小区的所属位置。RSRPth1和RSRPth2是由当前服务小区测量得到的RSRPmin和RSRPmax来确定，也可以根据需要或者经验另行设定。设定步长则参考门限RSRPth1和RSRPth2分别为RSRPth2＝RSRPmin+l，RSRPth1＝RSRPmax-l，根据UE当前测得的参考信号接受功率值RSRPself及两个参考门限，确定UE所处的小区位置，具体的划分规则是：当RSRPself＞RSRPth1时，则判断UE位于中心区域；当RSRPth2＜RSRPself＜RSRPth1时，则判定UE位于中间区域；当RSRPself＜RSRPth2时，则判断UE位于边缘区域。
步骤206：将UE当前的RSRPself与门限RSRPth1作对比，判断UE是否位于小区中心区域；
步骤207：若RSRPself＞RSRPth1时则当前UE位于小区中心区域，此时UE的信道条件较好，为了保证小区平均吞吐量的大小，在原有发射功率的基础上适当的提高发射功率，且增加量β*Δ，β为功率差补偿系数，Δ将在图3中予以确定，由于距相邻小区较远，适当增加的功率对相邻小区造成的干扰很小；
步骤208：将RSRPself与RSRPth2作对比，判定UE是否位于小区中间区域；
步骤209：若RSRPth2＜RSRPself＜RSRPth1得到满足，则确定UE位于小区中间区域，此时UE距离服务小区及邻小区距离比较适中，因此只需按照协议公式采用闭环功率控制技术对路径损耗进行适当的补偿，也即是UE偏离中心距离越大，路径损耗越大，功率补偿的越多，发生功率也就越大。
步骤210：若RSRPself＜RSRPth2，则判定UE位于边缘区域，采用闭环功率控制技术，提高了边缘UE的发射功率，因此相对开环功率控制技术，小区边缘吞吐量有所提高，然而由于UE距离相邻小区较近，增加UE的发射功率不可避免地对相邻小区产生干扰，因此在原有发射功率的基础上略微降低边缘UE的功率，减小量记为β*|Δ|，由于UE位于小区边缘时，Δ的正负不明确，故添加上绝对值，以保证减小量为正值，这种控制策略既能保证边缘UE的吞吐量有所增加，又能减少其对相邻小区的干扰。
步骤211：根据上述改进的上行功率控制策略，基站侧重新估测接收信号SINR，并生成TPC发送给UE，UE根据自身所处小区位置，选择发射功率方案并结合TPC，确定发射功率。
图3为确定功率改进因子的流程图，所述方法包括以下步骤：
步骤301：测量当前UE的所有相邻小区的下行小区专用参考信号CRS的子载波功率；
步骤302：根据当前UE到相邻基站的距离估算出路径损耗、阴影衰落以及天线增益，所有损耗的和组合成耦合损耗；
步骤303：UE根据测量得到的小区专用参考信号CRS的子载波功率以及估算出的耦合损耗，确定当前UE所有相邻小区的参考信号接收功率值RSRPneighour；
步骤304：对所有的RSRPneighour进行降序排列，第一个值也即是最大值，表示对当前UE产生最强干扰的相邻小区基站。
步骤305：比较首值RSRPneighour[0]与门限RSRPneighour-th的大小，确定来自邻小区的干扰的强度。
步骤306：当首值RSRPneighour[0]＜RSRPneighour-th时，确定功率改进因子，记为Δ＝RSRPself-RSRPneighour[0]；
步骤307：当首值RSRPneighour[0]＞RSRPneighour-th时，令分式的分母变量n＝1，分式的分子变量RSRPneighour_sum＝RSRPneighour[0]，为确定此条件下的功率改进因子作铺垫；
步骤308：判断是否已把测量所得的当前UE的所有相邻小区RSRPneighour与门限RSRPneighour-th进行对比。如果是则执行步骤311，如果否则执行步骤309；
步骤309：比较测量所得的当前相邻小区的RSRPneighour与门限RSRPneighour-th，如果RSRPneighour[i]＞RSRPneighour-th则执行步骤310，如果RSRPneighour[i]＞RSRPneighour-th，则执行步骤308；
步骤310：更新RSRPneighour_sum，记为RSRPneighour_sum+＝RSRPneighour[i]，更新分子变量n，记为n＝i+1；
步骤311：当i等于RSRPneighour.size()时，说明当前UE的所有相邻小区RSRPneighour已经与门限RSRPneighour-th进行对比，则确定功率改进因子，记为其中n等于RSRPneighour.size()；
步骤312：将计算出的功率改进因子Δ带入PUSCH发射功率计算公式，计算处于不同类型的UE发射功率。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于RSRP测量值的LTE-A上行功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测量服务小区下行小区专用参考信号CRS的子载波功率；
(2)根据用户与基站的之间的距离估算出阴影效应引起的功率衰落、路径损耗及天线增益，将所有损耗的和组合得到耦合损耗；
(3)选择路径损耗补偿因子α；
(4)根据所述耦合损耗，确定服务小区内所有UE的参考信号接收功率RSRP，并由测得的RSRP值确定当前服务小区内用户的RSRP取值范围(RSRPmin，RSRPmax)；
(5)为确定用来划定UE当前服务小区位置的区域门限值RSRPth1与RSRPth2，设定步长则RSRPth2＝RSRPmin+l，RSRPth1＝RSRPmax-l；根据UE当前测得的参考信号接受功率值RSRPself及所述区域门限值RSRPth1与RSRPth2，确定UE所处的小区位置，分别包括UE位于中心区域、中间区域或边缘区域；
(6)若满足RSRPself＞RSRPth1，则当前UE为小区中心区域，此时UE的信道条件较好，为保证小区平均吞吐量的大小，在原发射功率的基础上适当的提高发射功率，且增加量为β*Δ，β为功率差补偿系数，Δ为功率改进因子；
(7)若满足RSRPth2＜RSRPself＜RSRPth1，则当前UE位于小区中间区域，按照协议公式采用闭环功率控制技术对路径损耗进行适当补偿，也即随着路径损耗的增加，发射功率逐渐增大；
(8)若满足RSRPself＜RSRPth2，则当前UE位于小区边缘区域，采用闭环功率控制技术，提高边缘UE的发射功率，提升小区边缘用户吞吐量；并在闭环功率控制的基础上降低边缘UE的功率，降低量为β*|Δ|，既能保证边缘UE吞吐量的增加又能减少了其对相邻小区的干扰；
(9)根据上述步骤，基站侧重新估测接收信号SINR，并生成TPC发送给UE，UE根据自身所处小区位置，选择发射功率方案并结合TPC，确定发射功率。
2.根据权利要求书1所述一种基于RSRP测量值的LTE-A上行功率控制方法，其特征在于，功率改进因子的确定流程如下：
步骤301：测量当前UE的所有相邻小区的下行小区专用参考信号CRS的子载波功率；
步骤302：根据当前UE到相邻基站的距离估算出路径损耗、阴影效应引起的功率衰落以及天线增益，将所有损耗的和组合得到耦合损耗；
步骤303：UE根据所述耦合损耗，确定当前UE所有相邻小区的参考信号接收功率值RSRPneighour；
步骤304：对所有的RSRPneighour进行降序排列，第一个值也即是最大值，表示对当前UE产生最强干扰的相邻小区基站；
步骤305：比较首值RSRPneighour[0]与门限RSRPneighour-th的大小，确定来自邻小区的干扰的强度；
步骤306：当首值RSRPneighour[0]＜RSRPneighour-th时，确定功率改进因子，记为Δ＝RSRPself-RSRPneighour[0]；
步骤307：当首值RSRPneighour[0]＞RSRPneighour-th时，令分式的分母变量n＝1，分式的分子变量RSRPneighour_sum＝RSRPneighour[0]，为确定此条件下的功率改进因子作铺垫；
步骤308：判断是否已把测量所得的当前UE的所有相邻小区RSRPneighour与门限RSRPneighour_th进行对比；如果是则执行步骤311，如果否则执行步骤309；
步骤309：比较测量所得的当前相邻小区的RSRPneighour与门限RSRPneighour-th，如果RSRPneighour[i]＞RSRPneighour-th则执行步骤310，如果RSRPneighour[i]＞RSRPneighour-th，则执行步骤308；
步骤310：更新RSRPneighour_sum，记为RSRPneighour_sum+＝RSRPneighour[i]，更新分子变量n，记为n＝i+1；
步骤311：当i等于RSRPneighour.size()时，说明当前UE的所有相邻小区RSRPneighour已经与门限RSRPneighour-th进行对比，则确定功率改进因子，记为其中n等于RSRPneighour.size()；
步骤312：将计算出的功率改进因子Δ带入PUSCH发射功率计算公式，计算处于不同类型的UE发射功率。
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