CN1449604A - 时分双工通信系统中多下行链路时隙的下行链路功率控制 - Google Patents

时分双工通信系统中多下行链路时隙的下行链路功率控制 Download PDF

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Abstract

本发明是一种在扩频时分通信系统中控制下行链路传输功率电平的方法和系统，该扩频时分通信系统含有帧，该帧带有用于通信的时隙；其在用户设备(UE)处接收来自一基站的下行链路通信并确定收到的通信信号的误差率。尔后，UE部分依据该误差率生成各时隙功率电平调整值并向上述基站发送包括上述功率电平的上行链路通信信号。响应功率电平调整值和/或其它信息，而设定用于下行链路通信中每一时隙的传输功率电平。

Description

时分双工通信系统中多下行链路时隙的下行链路功率控制
发明背景
本发明涉及扩频时分双工(TDD)通信系统。具体来说，本发明涉及一种在TDD通信系统中用于控制下行链路传输功率的系统和方法。
扩频TDD系统可在一相同频谱上实行多路通信。多路信号由其各自的码片代码序列(代码)加以区别。参见图1可知，TDD系统使用分成多个时隙371-37n(例如15个时隙)的中继帧34。在此类系统中，通信信号使用选择的代码在时隙371-37n某中一选定时隙中发送。相应地，一个中继帧34能够携带由时隙和代码加以区别的多路通信。一个单一代码在一单一时隙中的组合被称为一个物理信道。根据支持一路通路所需的带宽，一个或多个物理信道可分配给该路通信。
大多数TDD系统均可自适应地控制传输功率电平。在一个TDD系统中，许多路通信可以共享同一时隙和频谱。当用户设备(UE)22从一个基站接收一下行链路传输时，所有其它使用同一时隙和频谱的通信会对其产生干扰。提高一路通信的传输功率电平会降低该时隙和频谱内所有其它通信的信号质量。然而，过分降低传输功率电平会在接收机上产生不希望的信噪比(SNR)和误码率(BER)。为保持通信信号质量和低传输功率电平，需进行传输功率控制。
TDD下行链路功率控制的标准方法是结合内外回路控制。在此标准方发中，UE发出物理层发射功率控制(TPC)指令对基站传输电平进行调整。一个基站向一特定UE发送一传输信号。一收到该信号，UE即对所有时隙中的信号干扰比(SIR)进行测量并将该测量值与SIR目标值(SIRTarget)进行比较。该SIRTarget由基站发出信号的块差错率(BLER)生成。
通过SIR测量值与SIRTarget的比较，UE向基站发出一个TPC指令。标准方法是每个编码组合传送信道(CCTrCH)提供一个TPC指令。CCTrCH为一物理信道，其包括通过无线电接口与UE或基站进行往来传输的组合数据单元。该TPC指令指示基站对下行链路通信的传输功率电平进行调整。设定在一初始传输功率电平的基站接收TPC指令并对与该CCTrCH相关的所有时隙内的传输功率电平进行统一调整。
只要各时隙的干扰相同，该TDD下行链路功率控制方法十分有效。令人遗憾的是，大多数情况下各时隙的干扰是不同的。由于交插法的平均作用，小的差别尚可接受，但由于接收机的门限作用，大的差别会导致信号质量降低。根据此误差值对基站所有时隙的SIRTarget进行调整会导致功率电平提高或降低失衡。换言之，当计算出来的误差值高于SIRTarget时，那些其功率电平低于基站初始值的时隙将被调整得更低。于是，这些低功率电平时隙的检测会被取消，由此，传输质量即会降低。那些其功率电平高于基站SIRTarget的时隙的情况也是如此，当检测出的误差率低于SIRTarget时，高功率电平时隙将会增加，由此对系统中其它信道造成干扰。
因此，需要找到一种可单独调整各时隙功率电平的TDD下行链路功率控制方法。
发明概要
本发明为一种在扩频时分通信系统中用于控制下行链路传输功率电平的方法和系统，该扩频时分通信系统含有帧，帧带有用于通信的时隙；所述方法和系统在一用户设备(UE)上接收来自一基站的下行链路通信信号并测量该信号的误差率。尔后，UE部分依据该误差率对各时隙的功率电平进行调整并向基站发出一上行链路通信信号使基站对各时隙进行功率电平调整。响应功率电平调整值，设定用于下行链路通信中每一时隙的传输功率电平。
附图简单说明
图1为TDD系统中继帧时隙示意图。
图2为简化无线TDD系统示意图。
图3A和3B为UE和基站方块图。
图4为第1实施例流程图。
图5为第2实施例流程图。
图6为以第2实施例为依据的基站方块图。
图7为第3实施例流程图。
图8为第4实施例流程图。
图9为第5实施例流程图。
图10为第6实施例流程图。
图11为第7实施例流程图。
较佳实施例详细说明
下面将参照附图对较佳实施例进行说明，图中数字与元件相符。图2为简化的无线扩频码分多址(CDMA)或时分双工(TDD)通信系统18的示意图。系统18包括多个节点B26、32、34，多个无线电网络控制器(RNC)36、38、40，多个UE20、22、24和一个核心网络46。多个节点B26、32、34连接在与核心网络46相连的多个RNC36、38、40上。各个节点B(如节点B26)与相关的用户设备20-24(UE)进行通信。节点B26有一个现场控制器(SC)，该现场控制器(SC)与单一基站301相关或与多个基站301-30n相关。
虽然本发明旨在处理1个或多个UE、节点B和RNC，但为使说明简明扼要，下面对一单一UE如何与其相关的节点B和RNC配合操作进行说明。
参见图3A可知，UE22包括一个天线78、一个隔离器或开关66、一个调制器64、一个解调器68、一个信道估算装置70、一个数据估算装置72、一个发射功率计算装置76、一个干扰测量装置74、一个错误检测装置112、一个处理器111、一个目标调整值发生器114、一个基准信道数据发生器56、一个数据发生器50和两个扩展和训练序列插入装置52和58。
UE22使用天线78或另外一个无线阵通过无线电信道接收包括基站301通信信号在内的各种射频(RF)信号。接收到的信号通过T/R开关66送至解调器68以产生一个基带信号。信道估算装置70和数据估算装置72使用赋予UE22通信的合适编码在时隙内对基带信号进行处理。信道估算装置70通常使用基带信号内的训练序列组分提供信道信息，如信道脉冲响应。信道信息的用户是数据估算装置72、干扰测量装置74和发射功率计算装置76。数据估算装置72通过使用信道信息对软符号进行估算可从信道中回收数据。
在基站301向外发送通信信号前，通信数据信号在错误检测/校正装置112中进行错误编码。错误编码模式通常是一个循环冗余码(CRC)，后跟一个正向纠错代码，虽然还可使其它形式的错误编码模式。如该技术领域专业人士所知，数据通常交插在所有时隙和代码内。
错误检测装置112使用数据估算装置72产生的软符号检测通信帧内的错误。每当一个通信帧被确定含有一个错误，一个计数器即增加一个计数。该计数器数值即变成块差错率(BLER)。UE22内的处理器111通常依据测得的BLER确定目标信号干扰率(SIR)并确定一个用于所有时隙的SIRUE。依据SIRUE，处理器111对SIRUE和SIRtarget进行比较后确定基站的发射功率调整值。基于此对比，目标调整值发生器114针对每个时隙生成一个TPC指令。各TPC指令随即被发往基站。
在本发明第一实施例中，UE22内的目标调整值发生器114在CCTrCH各时隙内生成并发送TPC指令。各时隙中的TPC指令指示基站301对各时隙下行链路传输功率电平进行调整。上行链路物理信道包括这些与CCTrCH相关的时隙TPC指令并与基站进行通信处理。这些TPC指令可在一个单一上行链路物理信道内发送也可扩展至若干上行链路物理信道。
参见图3B可知，该图为依据本发明第一实施例配置的基站示意图。基站301的天线82或另外的天线阵接收包括TPC指令在内的各种射频(RF)信号。接收到的信号经开关84送到解调器86以生成一个基带信号。另一选择是，发送和接收功能分别使用单独的天线。信道估算装置88和数据估算装置90使用赋予UE22通信脉冲串的合适代码在时隙内对基带信号进行处理。信道估算装置88通常使用基带信号内的训练序列组分提供信道信息，如信道脉冲响应。信道信息的用户是数据估算装置90。数据信息可由处理器103提供给发射功率计算装置98。
处理器103将数据估算装置90生成的软符号转变为比特并抽取与CCTrCH相关的时隙TPC指令。发射功率计算装置98将TPC指令与SIRtarget相结合以确定与CCTrCH相关的各时隙传输功率。
从基站301发出的数据由数据发生器102生成。错误检测/校正编码器110对数据进行错误检测/校正编码。训练序列插入装置104使用赋予物理信道的合适时隙和代码对错误编码数据进行扩展并使其与一训练序列进行时分多路复用。扩展信号被放大器106放大并由调制器108调制为射频。各时隙发射功率计算装置98对放大器增益进行控制以获得确定的传输功率电平。功率受控的通信脉冲串经过隔离器84后由天线82辐射出去。
图4所示为要发明第一实施例中下行链路功率控制方法流程图。UE22从基站301接收下行链路通信信号(步骤401)，并进行处理(步骤402)。尔后，UE22确定CCTrCH各时隙的SIR并与SIRtarget进行比较(步骤403)。然后，UE生成针对各时隙的TPC指令(步骤404)。TPC指令被发往与UE22相关的基站301(步骤405)，由UE22据此对CCTrCH的时隙逐一进行传输功率调整。
各时隙采用单独TPC指令的做法给通信系统提供了一种均衡所有下行链路时隙内信号干扰比(SIR)的简单方法。由于不同时隙内的干扰电平差别很大，该本发明第一实施例中的方法可计算出这种差别并生成针对各时隙的单独TPC指令，以对下行链路信号内各时隙逐一进行功率电平调整。
本发明第二实施例是另一种在下行链路通信传输期间使用来自各时隙的时隙干扰数据一测得的下行链路干扰信号代码功率(ISCP)对各时隙内的功率电平调整逐一进行平衡的方法。该ISCP测量由UE22频繁进行以确定在不降低传输质量的前提下UE22所能允许的干扰变化率和干扰差别量。
针对各时隙内干扰不同这一事实，本第二实施例利用来自各时隙的时隙干扰数据对不同时隙中的SIR进行均衡。每个CCTrCH的TPC指令与各时隙的干扰信息一起被用于调整传输功率。关于这点，下文中将做详细说明。不同时隙中的干扰差别对来自TPC指令的数值进行修正。因此，虽然各时隙中的干扰可能不同，但ISCP信息的使用可维持所有时隙中的SIR大致相同。
UE22在每一个中继帧发出一个与同一CCTrCH所有时隙的平均SIR相对应的TPC指令。随后，基站301根据收到的TPC指令构造一个平均发射功率/CCTrCH。如下文中的详细说明，基站301根据相关的干扰数据和使用的时隙映像对平均功率进行修正以获得适用于CCTrCH各时隙的发射功率。应注意，该替代方法允许使用多个扩展因数。
参见图6可知，该图为依据本第二实施例配备的基站示意图。基站301内的发射功率计算装置698通过结合干扰和扩展代码信息对来自TPC指令P的等效功率进行估算的方法对第二实施例的下行链路功率控制方法进行初始化。
              P＝(F/N)∑jIj∑k1/Sjk       公式1
其中j和k分别表示时隙和物理信道；N表示一个时隙中的扩展因数为16时的物理信道总数。Ij表示时隙j中的干扰，j＝1…N；F为定标因数，1/Sjk为扩展因数。
尔后，发射功率计算装置698使用存贮在基站数据库696中的干扰/时隙和映像信息根据公式2计算定标因数：
              F＝NP/(∑jIj∑k1/Sjk) 公式2
并根据公式3计算所有物理信道的发射功率Pjk：
              Pjk＝FIj/1/Sjk             公式3
功率/时隙定义为：
              Pj＝FIj∑k1/Sk             公式4
在稳定状态运行期间，每当得到与特定下行链路CCTrCH相关的新的各时隙下行链路干扰信号代码功率(ISCP)测量值I时，发射功率计算装置698就对各物理信道的定标因数进行更新。为使发射功率计算装置698能对定标因数F进行计算，使用了各物理信道的扩展因数。发射功率计算装置698使用其定期获得或每当新干扰信息认定应该进行更新时获得的ISCP测量值I对发射功率进行计算。
在得到一个新的ISCP测量值之后，该测量值即被传送至基站301，用于计算各个物理信道发射功率。如果没有得到新的ISCP测量值，则使用来自UE22的TPC指令以标准方式对P进行修正并据此计算所有物理信道的发射功率Pjk。
参见图5可知，该图为所述第二个实施例的下行链路控制流程图。UE22从基站301接收一个下行链路通信信号(步骤501)。如果UE22判定需要一个更新ISCP测量值，它将对每个下行链路通信时隙进行ISCP测量并将新的ISCP测量值发送至基站301(步骤502)；另外，UE22将生成一个TPC指令并将其发送至基站301(步骤503)。基站301根据来自于UE22的TPC指令或ISCP测量值计算所有物理信道的定标因数(步骤504)。随后，基站301对各时隙的发射功率电平进行计算(步骤505)，并将相应地更新下行链路信号(步骤506)。
应当注意的是，虽然在第二实施例的说明中基站本身存储了所需的全部信息并执行了全部的计算，但上述功能可以换由节点B26及RNC36执行。参见图6可知，该图为包含节点B26及RNC36的第三实施例中下行链路功率控制系统流程图。UE22从基站301接收一个下行链路通信信号(步骤701)。如果UE22判定需要一个更新ISCP测量值，它将对各下行链路通信时隙进行ISCP测量并将新的ISCP测量值发送至RNC36(步骤702)；另外，UE22将生成一个TPC指令并将其发送至基站RNC36(步骤703)。如果下行链路功率控制系统设置为通过RNC36计算发射功率，则RNC36将计算各时隙的发射功率(步骤704)，然后将其发送至节点B26，对基站301的下行链路信号进行更新(步骤706)。如果设置为通过节点B26计算发射功率，则RNC36将ISCP或相关的TCP发送至节点B26(步骤705)，由节点B26计算各时隙的发射功率(步骤706)。
下行链路功率电平控制的第四实施例采用了类似于上述第二实施例所揭示的时隙干扰数据。然而，在该方法中，时隙干扰是通过基站301已知的分配下行链路物理信道、相邻基站至UE22的加载信息及路径损耗计算得出的，而不需要从UE22获取显式ISCP测量值。各基站(如基站301)均掌握所有分配给与UE22配套的基站301及其它相邻基站302…30n的信道配置。显然，如果只存在一个基站301，则不需要来自其它基站的额外信息。基站301还必须掌握所有相邻基站至UE22的负载及路径损耗信息。
如果存在多个基站，UE22通常要测量其基站节点B26控制下的基站及所有其它基站的主要集中控制物理信道(PCCPCH)功率。基站301根据已知的PCCPCH传输功率和与UE接收值相同的功率测量值估算UE与各相邻基站之间的的路径损耗。
参见图6可知，基站数据库中存储着规定相邻基站物理信道时隙的负载信息。上述负载信息与PCCPCH组合在一起。特定基站的接收信号代码功率(RSCP)被用来估算相邻基站的干扰作用。通过上述计算可得出UE22处的干扰。对于非多用户检测(MUD)UE，其相关基站的干扰及相邻基站的干扰被用于计算该干扰值。对于MUD UE，UE相关基站产生的干扰不包含在UE干扰值中。
发射功率计算装置698根据已知的负载信息将估计干扰值I(n)计算为：
              I(n)＝∑Pj(n)Lj(n)            公式5
将上述估算干扰值应用于公式1至4，发射功率计算装置698可计算得出各时隙的发射功率。
参见图8可知，该图为所述第四实施例中下行链路功率控制流程图。基站301计算各时隙的估算干扰值(步骤801)，然后根据上述公式1至5计算各时隙的发射功率电平(步骤802)并更新基站下行链路信号(步骤803)。
再次请注意的是，节点B26及RNC36也可以执行所需全部信息的存储及各时隙估算干扰值、发射功率的计算功能。参见图9可知，该图为所述第五实施例中下行链路功率控制流程图，其中RNC16计算各时隙的估算干扰值I(步骤901)。如果系统设置为由节点B26计算发射功率，则RNC36把估算干扰值发送至节点B26(步骤902)，由节点B26计算所有物理信道的发射功率(步骤903)并更新基站下行链路信号(步骤904)；否则，RNC36将计算各时隙的发射功率(步骤903)。
由于物理信道由RNC在实际物理传输之前进行分配，因此节点B可以对被发送帧的预期UE干扰值进行实时计算。通过实时干扰计算可以获得被发送帧各时隙的正确发射功率。
本发明的第六实施例利用上面揭示的测量和估算干扰方法的组合方式控制下行链路功率。在该方法中，基站301组合使用估算干扰和测量干扰的加权干扰值计算CCTrCH各时隙的传输功率。对于MUD UE，各时隙的相关干扰值(该值影响检测效果)表示为： I D ( n ) = Σ allj ≠ 0 P j ( n ) L j ( n ) 公式5
其中Pj(n)为基站j在某一时隙内n时的发射功率，P0为UE的基站301的发射功率。Lj(n)表示相应的路径损耗。对于非MNU UE，相应的干扰表示为： I D ( n ) = Σ allj P j ( n ) L j ( n ) 公式5
然而，UE则将测量干扰值Ip(n)报告为一个ISCP测量值。公式5和6仅是通信系统中存在的上述干扰的例证说明：
估算干扰值表示为：
                I(n)＝∑Pj(n)Lj(n)              公式7
其中，求和范围包括已知的全部UE负载及路径损耗干扰信号。与第五实施例类似，基站301掌握所有j的负载数据。所有来自UE的未知干扰称作残余干扰Ij(n)，If(n)＝I(n)-ID(n)。发射功率装置698组合上述各干扰值生成一个更为精确的干扰功率值，用于估算公式1至4定义的下行链路各时隙发射功率。组合的干扰功率值定义为：
              I＝αIf+βI+γID，α+β+γ＝1      公式8
其中，系数α、β和γ根据测量延时或存在的其它基站而逐系统甚至逐时隙地确定。
图10为第六实施例中下行链路功率控制流程图。基站301从UE22接收一个包含各时隙ISCP干扰测量值ID在内的通信信号(步骤1001)，然后发射功率计算装置698根据存储在基站数据库698中的数据计算出估算干扰值I(步骤1002)和残余干扰值IF(步骤1003)。然后发射功率计算装置组合上述三个干扰值ID、I和IF(步骤1004)并计算出下行链路各通信时隙的发射功率(步骤1005)。
与前述实施例相类似，RNC36及节点B26可以如第七实施例中所述计算各时隙的发射功率。参见图11可知，该图为第七实施例的流程图。RNC36从UE22接收一个包含各时隙ISCP干扰测量值ID在内的通信信号(步骤1101)，然后RNC36根据存储在RNC36中的数据计算出估算干扰值I(步骤1102)和残余干扰值IF(步骤1103)。然后RNC36组合上述三个干扰值ID、I和IF(步骤1104)，根据公式1至4计算出下行链路各通信时隙的发射功率(步骤1106)并通过节点B26将其发送至基站301(步骤1107)。如果下行链路控制系统设置为由节点B26计算各时隙的发射功率，则RNC36将把组合干扰值I发送至节点B26(步骤1105)，由节点B26计算各时隙的发射功率并将其发送至基站(步骤1107)。
提供一个采用一个ISCP测量值和一个估算干扰值计算下行链路各通信时隙发射功率的系统有两个好处：1)该系统为无所需数据情况下的发射功率计算提供了灵活性；并且2)该系统能够对通信系统中存在的干扰提供更精确的估算。

Claims (21)

1.一种在扩频时分通信系统中控制下行链路传输功率的方法，该扩频时分通信系统具备帧，该帧含有用于通信的时隙；所述方法包括：
a)在用户设备(UE)处接收来自一基站的下行链路通信并确定所接收通信的误差率；
b)部分依据该误差率，生成针对所述各时隙的功率电平调整值；
c)从该UE向该基站发送包括所述各时隙功率电平调整值的上行链路通信；
d)响应所述功率电平调整值，设定所述下行链路通信中各时隙的传输功率电平。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
f)根据步骤所确定的该误差率生成一个信号干扰比(SIR)。
3.如权利要求2所述的方法，其进一步包括：
g)将在步骤f)中所获得的该SIR与一目标电平比较，步骤g)的比较结果将用于确定步骤b)的该功率电平调整值。
4.一种在扩频时分通信系统中使用的下行链路功率控制系统，该扩频时分通信系统具备帧，该帧含有用于通信的时隙；所述下行链路功率控制系统包括：
用户设备，其用于确定下行链路通信的误差率，并响应所述误差率，生成所述下行链路通信的所述各时隙的功率电平调整值；及
基站，其用于发送所述下行链路通信，并响应从所述UE所接收到的功率电平调整值，设定所述下行链路通信中所述各时隙的传输功率电平。
5.一种在含有用于通信的隙的扩频时分双工通信系统中用于控制下行链路传输功率电平的方法，其包括：
a)在UE处从一基站接收下行链路通信，并确定由该下行链路通信所使用的所述各时隙的干扰功率测量值；
b)从该UE发送含有所述各时隙干扰功率测量值的上行链路通信；及
c)响应各所述时隙的所述干扰功率测量值，在该基站设定对应于该UE的所述下行链路通信中的所述各时隙的传输功率电平。
6.如权利要求5所述的方法，其进一步包括下列步骤：
确定该下行链路通信的误差率；及
部分依据该误差率而生成一个功率电平调整值。
7.如权利要求6所述的方法，其中步骤c包括对于各下行链路通信时隙，使用所述干扰功率测量值来修正所述功率电平调整值。
8.一种在含有用于通信的时隙的扩频时分通信系统中使用的下行链路功率控制系统，其包括：
用户设备，其用于接收下行链路通信，并向发射台发送各下行链路时隙的干扰功率测量值；及
所述台站响应所述各下行链路通信时隙的干扰功率测量值，对各下行链路通信时隙设定传输功率电平。
9.如权利要求8所述的下行链路功率控制系统，其中所述台站为基站。
10.如权利要求8所述的下行链路功率控制系统，其中所述台站为节点B。
11.如权利要求9所述的系统，其中一无线电网络控制器接收所述各时隙的所述干扰功率测量值并将其发往所述基站。
12.如权利要求8所述的下行链路功率控制系统，其中所述台站为一无线电网络控制器。
13.一种在含有用于通信的时隙的扩频时分双工通信系统中控制下行链路传输功率电平的方法，其包括：
a)计算出对应于各所述下行链路通信时隙的估计干扰功率测量值；及
b)响应所述对应于各下行链路通信时隙的估计干扰功率电平，设定各下行链路通信时隙的传输功率电平。
14.一种在含有用于通信的时隙的扩频时分双工通信系统中使用的下行链路控制系统，所述下行链路控制系统包括：
用户设备，其用于接收下行链路通信；及
台站，其用于计算各下行链路通信时隙的估计干扰功率电平，并响应所述各下行链路通信时隙的估计干扰功率电平，设定各下行链路通信时隙的传输功率电平。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述台站为节点B。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述节点B进一步将所述各时隙的所述传输功率电平发往一基站。
17.如权利要求14所述的系统，其中所述台站为一无线电网络控制器(RNC)。
18.如权利要求17所述的系统，其进一步包括节点B，其用于从所述RNC接收所述各时隙的所述传输功率电平，并将所述各时隙的所述传输功率电平发往一基站。
19.一种在含有用于通信的时隙的扩频时分双工通信系统中控制下行链路传输功率电平的方法，其包括：
接收下行链路通信并确定各下行链路通信时隙的干扰功率测量值；
发送含有所述各下行链路通信时隙的干扰功率测量值的上行链路通信；
计算下行链路通信中各时隙的估计干扰功率测量值；及
响应所述估计干扰功率和所述各时隙的干扰功率测量值，设定各下行链路通信时隙的传输功率电平。
20.如权利要求19所述的方法，其进一步包括下列步骤：
确定残余干扰功率；
生成所述残余干扰、所述干扰功率测量值和所述估计干扰功率的加权；
根据所述加权，将残余干扰功率与所述干扰功率测量值和所述估计干扰功率相组合。
21.一种在扩频时分双工通信系统中控制下行链路传输功率电平的方法，其中所述通信系统支持在一个共用带宽上的多路并行通信，该多路并行通信含有多个时隙和用以在各路通信之间进行区别的代码，所述方法包括：
a)根据在所述时隙中进行通信的各路通信的功率，计算出各时隙的估计干扰功率测量值；及
b)响应所述各下行链路通信时隙的估计干扰功率电平，设定各下行链路时隙的传输功率电平。
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