BTS下行动态功率控制要点.docx
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BTS下行动态功率控制要点
BTS（下行）动态功率控制
DynamicBTSPowerControl
1功能简介
BTS动态功率控制功能，是在连接中对BTS的发射功率进行控制，使MS能持续接收到的信号达到期望的强度和质量。
2术语表
2.1相关名词解释
MeasurementReport
测量报告
MS测量到的频点信息，由MS发送给BTS（上行）。
MeasurementResult
测量结果
包括测量报告和BTS测量到的频点信息，由BTS发送给MS（下行）。
2.2缩略语与简写
AMR
AdaptiveMultiRate（自适应话音编码）
BCCH
BroadcastControlChannel（广播控制信道）
C/I
CarriertoInterferenceRatio（信干比）
CNA
CellularNetworkAdministration（小区网络管理）
DTX
DiscontinuousTransmission（不连续发射功能）
GPRS
GeneralPacketRadioService（通用捆绑数据包无线业务）
LRP
LocatingReferencePoint（定位参考点）
SDCCH
StandAloneDedicatedControlChannel（独立控制信道）
3性能
3.1干扰改善
BTS功率控制功能的主要作用是改善无线通信的C/I值。
当话务量稳定时，BTS功控能提高C/I值，或频率复用度较高、话务量高的情况下保持较高的C/I值，这主要是通过降低全网的干扰水平（即I值）来实现的。
激活下行功控功能时，全网BTS总输出功率下降，这也意味着下行链路上的同、邻频干扰也减少了。
对于MS接收信号较弱、高质差的连接，上调下行信号功率，C值变大，提高C/I值；而对于信号强、低质差的连接，由于C、I值都降低了，C/I值可能会略微下降，但不影响通话质量。
跳频、BTS功率控制和DTX三大无线网络功能，可以提高频率复用度和载波的抗干扰能力。
3.2后备电池消耗
若无线基站发生市电停电的情况，就要使用后备电池组供电。
激活BTS功控功能可以减少电池消耗，延长电池供电时间。
3.3接收饱和
与上行功控相似，如果BTS发射功率太大，靠近基站的MS接收机就可能饱和，灵敏度降低，从而导致话音信号下降，因此，激活下行功控，根据MS和基站距离调节BTS发射功率，可以减少MS接收机饱和的可能性。
3.4信号强度和质量
与上行功控相似，在BSS的功控算法中，主要是考虑信号强度（场强）和信号质量的影响。
信号强度（场强）用rxlev表示。
信号质量用质差（rxqual）表示，是按误比特率（BER）取值的。
弱信号和质差都会引起BTS发射功率的上调。
4技术说明
4.1概述
注：
MS（上行）功控算法和BTS（下行）功控算法的原理相同。
图
（1）描述了下行BTS发射功率和MS接收功率与路径损耗的关系，同时也说明BTS的发射功率在一定范围内可调。
图
（1）：
BTS发射功率、MS接收功率与路径损耗的关系（不考虑质量因素）
图
（1）左边：
路径损耗较小，BTS使用最低发射功率，即使MS接收信号强度超过了期望值，BTS也不降低发射功率；
图
（1）右边：
路径损耗较大，BTS使用小区定义的最大发射功率，即使MS接收信号很弱，BTS也不增加发射功率。
图
（1）中间：
在一定路径损耗范围内，BTS的发射功率得到控制。
如果考虑信号质量因素，BTS发射功率的上调和下调取决于MS接收信号的质量。
MS测量下行信号的场强和质量，BSC根据测量报告的数据对BTS的发射功率进行调整。
在功率调整范围内，rxqual越高（质差越严重），BTS的发射功率越大。
图
（2）描述了BTS发射功率与MS接收信号质量的关系。
图
（2）：
BTS发射功率与MS接收信号质量的关系（不考虑场强）
4.2运算规则
4.2.1.综述
BTS动态功率控制功能在TCH和SDCCH上完成。
参数SDCCHREG决定是否对SDCCH进行功控。
BCCH频点上的时隙以最大发射功率发送信息，所以，BCCH是不参与功率控制的。
呼叫过程中，MS测量下行信号场强和质量，这些测量数据在测量报告中发送到BTS，然后作为测量结果送到BSC进行功控运算。
表
（1）列出了测量结果中用于功控运算的测量数据。
表
（1）：
MeasurementsusedbyBTSPowerControl
数据说明
来源
signalstrength（信号强度）
downlink（下行）
fullset
（1）
MS
signalstrength（信号强度）
downlink（下行）
subset
（1）
MS
Quality（信号质量）
downlink（下行）
fullset
（1）
MS
Quality（信号质量）
downlink（下行）
subset
（1）
MS
powerlevelusedbyBTS（BTS发射功率等级）
BTS
DTXusedbyBTSornot（BTS是否激活DTX功能）
BTS
备注
（1）：
MS执行对下行链路中信号场强和质量的测量，有fullset和subset两种模式，fullset是对所有帧的测量，包括信令和业务子帧；subset则只对业务子帧进行测量。
采用哪种模式，取决于MS在测量期间是否使用DTX功能。
如果小区使用DTX，功控算法使用subset模式下的测量数据；如果小区不使用DTX，功控算法使用fullset模式下的测量数据。
这与MS上行功控类似。
参数REGINTDL控制两个功控指令之间的最小时间周期，其取值范围在1到10之间，单位是SACCH周期（480ms）。
BTS在每个时隙都能改变其发射功率，每次调整的幅度是2dB，最大调整幅度为30dB，而BTS功控每个SACCH周期内最大调整幅度也是30dB。
参数STEPLIMDL设置BTS发射功率的调整幅度限制，使每个SACCH周期内，下调范围限制为2dB。
这个参数的默认状态是OFF。
和MS上行功控一样，BTS下行功控算法也包括三个阶段：
1）输入数据的准备
搜集上个测量周期内发射功率，决定采用哪种模式的测量数据（fullset或subset），对跳频信号进行场强补偿和质量补偿。
2）过滤测量数据
通过指数非线性滤波器，排除暂时性的变化，确保测量数据的稳定。
3）计算功控指令
使用两组不同参数同时进行运算，计算出两个功控指令，取其中最大值（衰减最小）。
然后根据硬件要求和参数设置对功控值进行限制来达到期望的功率值。
4.2.2测量数据的准备
在第k个SACCH周期，BTS（TRU）的发射功率从配置的发射功率开始下调，每次下调2dB，次数PLused。
公式
（1）：
BTS（TRU）outputpower（k）（dBm）=BSPWRT-2*PLused
BTS在测量结果中传送的信息包括是否激活DTX功能，以便BSC确定对TCH的功控算法中使用哪种模式下的下行链路测量数据（fullset或subset），如果DTX功能激活，则采用subset。
而对SDCCH总是使用fullset。
为了方便计算信号质量期望值（QDESDL）和质差rxqual，这两个数必须按非线性规律转换成C/I（dB）的形式，表
（2）中列出了不同QDESDL和rxqual与C/I的对应关系。
表2：
rxqual与C/I转换非线性映射表
QDESDL[dtqu]
0
10
20
30
40
50
60
70
rxqual
0
1
2
3
4
5
6
7
C/I[dB]
23
19
17
15
13
11
8
4
QDESDL是在算法中rxqual的期望值，单位是dtqu（deci-transformedqualityunits），dtqu和rxqual之间的因子是10。
如果实际的QDESDL值与上表中不同，则按非线性插补法进行转换。
线性插补法取QDESDL值示例：
假设QDESDL=35
则C/I=15+（13-15）*0.5=14dB
在功控运算中，QDESDL表示为QDESDL_dB。
BCCH不参与功率控制，但使用跳频功能时，BCCH载波也在跳频序列里。
那么对于每个TCH突发脉冲序列，BTS的发射功率都不同，这取决于TCH脉冲序列是在哪个载波上发送（在BCCH载波上的发射功率较大）。
这时，为了得到准确的信号强度，必须对TCH的测量信号进行下调。
公式
（2）
SSTCH=SSM-（BSPWR-BSTXPWR+2*PLused）/Nf
SSTCH是对TCH载波下调后的场强，SSM是MS测量到的实际场强，BSPWR是BCCH载波LRP上的发射功率，BSTXPWR是BTS在TCH载波LRP上的发射功率，Nf是跳频序列号。
PLused表示功率等级。
PLused=Int（-pu/2）[取值范围：
0..15]
这个公式表示进行功率下调所需的次数，由于BTS每次调整的幅度是2dB，最大可调整30dB，因此取值范围0至15。
无论BCCH是否参与跳频，MS是否测量BCCH频点，所有信号场强进入滤波器前都要先进行场强补偿。
SSTCH根据公式（3）进行补偿运算：
公式（3）
SS_COMP=SSTCH+2*PLused
SS_COMP是对下调信号和跳频的补偿值。
如果BSC没有接收到BTS传送的测量结果，上次的功率将保持，REGINDL计数器暂停，直到接收到下一个测量结果，才重新计算功率，REGINDL计数继续。
如果测量报告中的信号强度缺失，场强滤波器将不作处理，继续输出上次运算的滤波值。
如果测量报告中的信号质量缺失，滤波器会把rxqual置为7，即信号质差最大。
如果测量报告中的BTS功率等级缺失，则默认为上一个功控指令的值。
4.2.3过滤测量数据
补偿后的信号强度和质量都要经过指数非线性滤波器进行过滤以排除暂时性的影响。
SSFILTERED表示滤波后的场强值，也就是不启用功率控制功能时，MS接收到的信号。
公式（4）：
公式（4）
SSFILTERED（k）=b*SS_COMP（k）+a*SSFILTERED（k-1）
SS_COMP是场强补偿值，k是序数，a和b（b=1-a）是滤波系数，a由滤波器长度L决定（详见附录A，表4），每个滤波器长度L对应不同的a值。
而L值由公式（5）算出：
若
SS_COMP（k）则
L=SSLENDL
否则
L=SSLENDL*UPDWNRATIO/100
公式（5）
这个公式可以理解为：
如果本次功控运算的场强补偿值小于上次功控运算的过滤值，即MS的接收信号在减弱，则L取SSLENDL；否则说明接收信号比上次增强，L取值SSLENDL*UPDWNRATIO/100。
L值以SACCH周期取整。
滤波器会给SSFILTERED初始化赋值为SSDESDL，以便在切换和立即指配时，接收到测量报告后立刻进行功控运算。
信号质量过滤的计算过程与场强类似，滤波后的质量值计算公式如下：
公式（6）
QFILTERED（k）=b*Q_COMP（k）+a*QFILTERED（k-1）
公式（7）
Q_COMP=RXQUAL_dB+2*PLused
QFILTERED表示滤波后的质量值（dB），也就在于是不启用功率控制功能时，MS接收到的信号质量。
Q_COMP表示的质量补偿值。
公式（6）中的系数k,a和b（b=1-a）取值方法同计算场强时一样，只是滤波器的长度L计算方法不同：
若
Q_COMP（k）则
L=QLENDL
否则
L=QLENDL*UPDWNRATIO/100
公式（8）
这个公式的可以理解为：
如果本次功控运算的质量补偿值小于上次功控运算的过滤值，表示MS接收信号质量恶化，L取QLENDL，功率迅速上调；否则说明信号质量变好，L取QLENDL*UPDWNRATIO，功率逐步下调。
L值以SACCH周期取整。
滤波器会给QFILTERED初始化赋值为QDESDL_dB，以便在切换和立即指配时，接收到测量报告后立刻进行功控运算。
4.2.4计算功控指令
计算功控指令分三步进行：
1）同时用不同参数组计算出两个功控值；
2）对功控值加以限制；
3）转换成功率等级，传送给BTS，最后BTS实际上接收的信息里包含功率等级和PLused。
依据公式（9）计算出基本功控值pu1和pu2:
公式（9）
pui=αi*（SSDESDL-SSFILTERED）+βi*（QDESDL_dB-QFILTERED）
i=1,2；
α和β控制对路径损耗和信号质量补偿，α1和β1分别由LCOMPDL和QCOMPDL参数设置，α2和β2为常数。
取值如下：
公式（10）
α1=LCOMPDL/100
路径损耗补偿
公式（11）
β1=QCOMPDL/100
质量补偿
公式（12）
α2=0.3
路径损耗补偿
公式（13）
β2=0.4
质量补偿
公式（9）两组参数同时进行运算，取其中最大的值作为输出，称为不受限制的功率控制值pu。
公式（14）
pu=MAX（pu1,pu2）
4.2.5功率限制
不受限制的功率控制值要按以下规则进行限制：
a.根据BSPWRT设置，功控值最大为0；
b.功控值最小为：
-30；
BSPWRT-BTS最小发射功率；
BSTXPWR-BSPWRMIN；
注：
激活功率控制功能后，即使BTS实际发射功率BSPWRT为最小发射功率，仍可以继续下调到更低。
譬如RBS2000在GSM900系统的最小发射功率为35dBm（BSPWRT：
35to47dBm之间的奇数值），开启BTS功控后的最小发射功率可以达到47-30=17dBm。
4.2.6输出数据转换
新的功控值必须转换成PLused才能传送到BTS，也就是把限制的功率值以2dB为单位量化。
PLused是功率等级。
PLused=Int（-pu/2）[取值范围：
0..15]
PLused=0表示功率不下调，PLused=15表示功率下调30dB。
4.2.7功率下调的过程
在下列情形中，TCH连接建立时总是使用最大配置功率：
1）分配TCH；
2）分配失败或切换失败；
3）内切和转换子小区；
4）内部小区切换。
功率调节从接收到第一个有效的测量报告就开始。
功率上调的响应时长是由参数QLENDL和SSLENDL控制，QLENDL决定强干扰情况下的响应，SSLENDL决定场强下降时的响应时间。
功率下调的响应时长是由QLENDL*UPDWNRATIO/100和SSLENDL*UPDWNRATIO/100来控制的，UPDWNRATIO是一个BSC属性值，表示功率上调与下调的速度比率。
下行功率控制算法的规律是功率迅速上调，平滑稳定下调。
功控值每隔REGINTDL个SACCH周期发送，当前后两个功控值不同，功控值就可以被传送执行；如果前后两个功控值相同，则不传送出去，BTS仍按上一次的功控值调节发射功率，直到计算结果为不同的功控值才重新发送执行。
4.2.8Multislot结构
请参阅相关书目：
UserDescription,ChannelAdministration
UserDescription,HighSpeedCircuitSwitchedData（HSCSD）
4.3HOPB技术
使用HOPB（Handoverpowerboost，切换功率推进）技术,BSC/BTS以最大配置发射功率向MS发送切换命令，通知MS在新小区使用的上行发射功率。
如果切换失败，也在最大配置发射功率上发送切换失败的信息。
一旦触发HOPB，在MS收到切换命令前不会作任何功率调整。
在MS接收到切换命令前，BTS不理会BSC发给BTS和MS的功控指令。
（可以理解为HOPB是对功控的暂时屏蔽）
在信号强度迅速下降的时候，HOPB能起到重要作用。
在GSM系统中，为了提高抗干扰能力，使用话音/信道编码和交织技术等措施，即使一定数量的突发脉冲串丢失也不会对话音信息造成太大影响。
同时，使用功率控制来减少在小区边缘的互相干扰。
但是，小区切换过程中的信令交换都十分紧急而且容易出错，因此必须以最大功率发送以保证切换成功。
例如，MS在街道拐弯的位置发生切换，接收信号强度突然下降，但由于系统延时和功率上调的速率限制，MS接收到切换命令时的信号强度仍然很低，很容易造成切换失败。
在这种情况下，由于切换时总是使用最大发射功率，使用HOPB可以提高切换成功率。
HOPB只是在切换的瞬间使用最大配置发射功率，但会对全网的干扰水平产生副作用。
需要注意，只有在使用功率控制功能时，HOPB才相对有助于提高切换成功率。
参数HPBSTATE控制是否使用HOPB功能。
4.4功率控制示例
要更好地理解BTS功率控制功能，就要先了解两种下调算法是如何同时进行的，以及不同的参数设置对功率控制的影响。
给定信号场强和质量，根据上节内容中的各条公式，可以计算出BTS发射功率的下调值。
但是要更全面地了解功控算法，必须要区分理解信号场强、质量和功率下调值的概念。
以rxqual和rxlev为x轴和y轴构成一个平面，再垂直于这个平面以功率下调值为z轴建立三维坐标，保持全网话务量不变，如果不启用BTS下行功率控制功能，平面没有变化。
若启用BTS下行功率控制功能，在rxqual和rxlev轴上，要进行功率下调的范围会产生一个断面。
如图（3），这个坐标图描述了功率下调的特性。
图（3）：
功率下调规律
如图所示，rxlev>14和rxqual<5的位置开始，平面突起，表示在这个区域的下行信号功率向下调整，幅度对应z轴上的刻度。
需要注意的是，图中的rxlev和rxqual值均是测量报告中的值，未做任何补偿处理。
SSDESDL和QDESDL分别设为-90和30时，在x-y平面（rxqual-rxlev）上表现得到一个点<1>，刚好处于功率下调边界的两个面（平面<2><3>）相接的位置。
平面<2>接近背景噪音（低场强），平面<3>是可接受话音质量边界。
图中各个平面的位置取决于参数SSDESDL和QDESDL，对于AMR功率控制则取决于参数SSDESDLAFR和QDESDLAFR。
图中平面<3>与x-y平面的倾斜角取决于质量补偿因子QCOMPDL和路径损耗补偿因子LCOMPDL。
而QCOMPDL控制平面<3>在QDESDL值上的夹角，LCOMPDL设置其在SSDESDL值上的夹角。
平面<2>的夹角固定不变。
4.5GPRS/EGPRS
BSSR10不支持GPRS/EGPRS的BTS功率控制，因此，在所有GPRS/EGPRS业务信道，BTS以最大功率发送数据。
4.6AMRFR的功率控制
4.6.1概述
AdaptiveMultiRate（AMR）是话音编码和信道编码的一种方法，其作用是改善无线通话的质量和性能。
AMRFR功率控制功能主要通过降低AMRFR连接的发射功率，减少无线网络干扰。
4.6.2AMR功控算法
AMR功率控制是以BTS动态功控和MS动态功控为基础的。
AMRFR话音编码抗干扰能力强，并且能在低C/I的恶劣情况下保持通话，这也很得AMRFR通话的下调功率值要大于非AMR的通话，因此，AMRFR功控参数的设置要大胆许多。
在AMRFR下行功控中，引入了两个新的参数SSDESDLAFR和QDESDLAFR。
那么，AMRFR功控值的计算公式应为：
公式（15）
pui=αi*（SSDESDLAFR-SSFILTERED）+βi*（QDESDLAFR_dB-QFILTERED）
i=1,2
其他的计算方法跟4.2节的相同。
4.7版本改进
在功率控制功能的介绍中，爱立信GSM系统R10/BSSR10相对以前的软件版本引入了AMR功率控制功能。
5工程指导
5.1与其他功能互相作用
在容量越大、复用度越高的网络中，BTS下行功率控制的作用越明显。
上下行动态功控、跳频和DTX三大功能相互作用，能大大提高通信质量和系统指标。
然而，功率控制最好能在发生小区内切之前就完成，或在质差严重的紧急切换前发挥作用。
要更好地发挥功率控制功能的长处，必须要合理进行参数设置：
1）BTS下行功控参数SSDESDL和QDESDL设置信号的最低强度（背景噪音）和触发功率下调的干扰级别。
2）AMRFR功控参数SSDESDLAFR和QDESDLAFR设置AMRFR信号的最低强度（背景噪音）和触发功率下调的干扰级别。
3）信号质量补偿因子QCOMPDL和路径损耗补偿因子LCOMPDL控制图（3）中平面<3>的倾斜角。
4）内切取决于参数QOFFSETDL和QOFFSETDLAFR。
（详见关于小区内切的UD）
5）QLIMDL和QLIMDLAFR决定质差紧急切换的门限值。
（详见关于定位算法的UD）
6）QLENSD：
定位质量滤波器长度；QLENDL：
功控质量滤波器。
（详见关于定位算法的UD）
示例：
QDESDL=30,QOFFSETDL=5，QLIMDL=55
按照以上设置，在发生内切或紧急切换前，BTS总是使用最大发射功率。
5.2频率规划
为了更好地发挥BTS功率控制的作用，BCCH最好是独立频点，这样BCCH载波不再作为TCH载波复用，对于所有TCH载波来说，干扰得到较大改善。
因为BCCH单独占用一个频点，减少了对TCH产生邻频干扰的可能性。
相邻BCCH频点可以是连续的（例如1-15）也可以是交错的（例如1，3，5……），这两种频率规划方法都各有好坏。
BTS下行功控对相邻BCCH频点连续的情况有较大改善。
而对于频点错开时，TCH载波可以避免受到以最大功率发送的BCCH载波的干扰。
在频率复用度较高且BCCH频点是连续频带的无线网络中，参数设置比建议值激进些，比如将QCOMPDL设置为65，改善会更明显。
5.3建议
5.3.1概述
BTS功率控制功能经常用于减少GSM系统无线下行链路的同、邻频干扰，由于BCCH不参与功控，对于有三个以个收发信机（TRX）的小区，这种改善更明显。
系统刚开始使用BTS功控时，参数设置要适中。
功控增益主要来自于第一次下调时的值，所以，将发射功率下调几个dB比较稳健。
要最大限度地降低干扰，就要尽量减小更多BTS的发射功率，同时要重视小区边缘的通话，因为这些MS靠近相邻小区，受到的干扰也最大。
5.3.2调整算法
图（3）所示的算法规律是理想状态下得出的，是为了帮助理解功率下调主要取决于参数SSDESDL和QDESDL（在AMRFR中是SSDESULAFR和QDESULAFR）的共同作用，而不是一个参数能做到的。
由于外部环境因素和滤波器对场强和信号质量进行过滤产生的时延，功率下调并不总是能达到预期的效果。
图（3）的参数设置比较温和，可以用在所有功控中。
根据客户的实
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