Procedimentos de controle de potência no
enlace de subida (uplink) de um sistema LTE
Onésimo Ferreira*, Ricardo Toguchi Caldeira
Neste artigo é explicado o procedimento de controle de potência utilizado no enlace de subida de um
sistema LTE. São apresentados o ponto de operação básico de malha aberta (open loop), a
compensação dinâmica (dynamic offset) e o fator de largura de banda, que são mecanismos utilizados
para compensar a perda por percurso, permitir o gerenciamento de interferências e possibilitar a
adaptação da largura de banda e da vazão.
Palavras-chave: LTE. Enlace de subida. Controle de potência. Qualidade de serviço. Malha aberta ou
fechada.
Introdução
Neste artigo é analisado o procedimento de
controle de potência do enlace de subida, um dos
dois procedimentos fundamentais para o
funcionamento eficiente do enlace de subida de
um sistema LTE.
No enlace de subida, o controle de tempo (timing
control) é de fundamental importância para o
modelo ortogonal de acesso mútiplo dentro de
uma célula, enquanto o controle de potência
(power control) é importante para manter a
qualidade do serviço (Quality of Service – QoS),
garantindo um tempo de vida aceitável da bateria
do terminal (User Equipment – UE) e controlando
a interferência intercelular.
Após a análise teórica, são apresentados
resultados práticos obtidos em um sistema LTE
450 MHz desenvolvido pelo CPqD, que servem
para ilustrar e comprovar o funcionamento dos
mecanismos de controle de potência no enlace
de subida de um sistema LTE.
1
Controle de potência – Visão geral
O controle de potência na transmissão do enlace
de subida, em um sistema de comunicação
móvel, serve para um importante propósito:
equilibrar a energia transmitida por bit necessária
para alcançar a QoS requerida. Esse mecanismo
também permite minimizar a interferência de
outros usuários do sistema e maximizar o tempo
de vida da bateria do terminal móvel.
Para isso, o controle de potência no enlace de
subida tem de se adaptar às características do
canal de propagação rádio, incluindo a perda de
percurso, o sombreamento ou obstrução
(shadowing) e o desvanecimento rápido, bem
como a interferência de outros usuários – tanto
dentro da mesma célula como de células
vizinhas.
Em um sistema LTE, o projeto do enlace de
subida é basicamente ortogonal e, portanto, o
gerenciamento da interferência intracelular não é
tão crítico. Os principais mecanismos para variar
a taxa de dados no enlace de subida em um
sistema LTE são a variação da largura de banda
transmitida e a variação do modelo de
modulação e codificação (Modulation and Coding
Scheme – MCS), sendo que a potência
transmitida por unidade de largura de banda (isto
é, a densidade espectral de potência, ou Power
Spectral Density – PSD) pode permanecer
aproximadamente constante para um dado MCS.
A alocação rápida de recursos (scheduling) em
um sistema LTE para diferentes terminais (UEs)
é aplicada em intervalos de 1 ms. O sistema LTE
permite grandes aumentos de potência (power
steps), que não precisam ser periódicos, com um
retardo de loop mínimo de 5 ms.
Com essas considerações em mente, o esquema
de controle de potência fornecido pelo sistema
LTE emprega uma combinação de controle em
malha aberta (open loop) e controle em malha
fechada (closed loop). Essa combinação em
teoria requer menos realimentação (feedback) do
que um sistema puramente de malha fechada, já
que a realimentação do sistema de malha
fechada só é necessária para compensar casos
em que a própria estimativa de ajuste de
potência requerida feita pelo terminal (UE) não é
satisfatória.
Um modo típico de operação para controle de
potência no sistema LTE envolve a criação de
um ponto de operação para a transmissão por
malha aberta, baseada na estimação da perda
por percurso. Isso daria uma densidade espectral
de potência (PSD) adequada para um MCS
médio, considerando-se as condições de perda
de percurso e de sombreamento. No sistema
LTE, a PSD é definida como potência por bloco
de recurso (Resource Block – RB). Entretanto, se
múltiplos RBs são transmitidos por um UE em
um subquadro (subframe), a potência por RB é a
mesma para todos os RBs.
Uma adaptação mais rápida pode, então, ser
aplicada em torno do ponto de operação da
*Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: [email protected].
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Procedimentos de controle de potência no enlace de subida (uplink) de um sistema LTE
malha aberta através do controle de potência de
malha fechada. Essa adaptação pode controlar a
interferência e ajustar a potência de acordo com
as
condições
do
canal
(incluindo
o
desvanecimento rápido). No entanto, por conta
da natureza ortogonal do enlace de subida
(uplink) do sistema LTE, o controle de potência
em malha fechada no LTE não precisa ser tão
rápido.
A adaptação mais rápida e mais frequente das
transmissões no enlace de subida é feita por
meio das alocações de recursos (uplink
scheduling grants), que variam a largura de
banda de transmissão (e, por conseguinte, a
potência total de transmissão), em conjunto com
a definição do MCS, a fim de alcançar a taxa de
transmissão de dados desejada.
Com essa combinação de mecanismos, o
sistema de controle de potência em LTE na
prática fornece suporte para mais de um modo
de operação. Ele pode ser visto como uma "caixa
de ferramentas", a partir da qual as diferentes
estratégias de controle de potência podem ser
selecionadas e usadas de acordo com o cenário
de desenvolvimento, a carga do sistema e a
preferência do operador.
Como dito anteriormente, o controle de potência
no enlace de subida serve para controlar a
potência de transmissão de diferentes canais
físicos (Physical Uplink Shared Channel –
PUSCH e Physical Uplink Control Channel –
PUCCH), maximizar a cobertura e diminuir o
consumo de potência. Resumidamente, as duas
formas de controle de potência são descritas a
seguir.
1.1 Controle de potência de malha aberta
(open loop)
O funcionamento do controle de potência de
malha aberta é feito da seguinte forma:
 (eNodeB → UE): um bloco de informação
de sistema (System Information Block –
SIB) com informações de controle de
potência do enlace de subida é enviado
para especificar os parâmetros de controle
de potência do enlace de subida;
 (UE): o terminal estima a perda de
percurso do enlace de descida e a
potência de transmissão do enlace de
subida;
 (UE → eNodeB): a transmissão é
realizada pelo terminal.
O UE (terminal) estimará a perda de percurso do
enlace de descida e se baseará na perda de
percurso e nos parâmetros lidos no canal do
enlace de descida (broadcast channel) para
calcular a potência de transmissão do enlace de
subida. Os parâmetros (controle de potência do
enlace de subida no SIB 2), enviados no canal de
descida (broadcast channel), incluem parâmetros
114
específicos da célula (alpha, tamanho do passo
TPC
ou
Transmitter
Power
Control,
P0NominalPUSCH, PzeroNominalPUCCH).
1.2 Controle de potência de malha fechada
(closed loop)
O funcionamento do controle de potência de
malha fechada é feito do seguinte modo:
 (UE → eNodeB): o terminal transmite
dados no enlace de subida no canal
PUSCH;
 (eNodeB): a eNodeB mede a potência
recebida dos UEs e a compara com a
referência;
 (UE): o terminal ajusta a potência
baseado na realimentação.
O controle de potência de malha fechada requer
realimentação da eNodeB. Quando o UE
transmite, a eNodeB mede cada potência dos
terminais. São feitas comparações com uma
referência, e um comando é enviado para o UE.
Os comandos são enviados em um parâmetro
TPC no canal PDCCH.
Comandos TPC no canal PDCCH (Physical
Downlink Control Channel): ajuste de potência ∆PUSCH.
2
Funcionamento detalhado do controle de
potência
Fórmulas detalhadas de controle de potência
estão especificadas no sistema LTE para o
PUSCH, PUCCH e os SRSs (Sounding
Reference Signals) (3GPP, 2008b). A fórmula
para cada um desses sinais do enlace de subida
segue os mesmos princípios básicos, e, embora
pareça complexa, em todos os casos, ela pode
ser considerada a soma de dois termos
principais: (a) um ponto de operação básico em
malha aberta derivado de parâmetros estáticos
ou semiestáticos sinalizados pela eNodeB, e (b)
uma compensação dinâmica (dynamic offset)
atualizada de subquadro em subquadro:
Potência por RB = ponto de operação
básico em malha aberta + compensação
dinâmica
(1)
2.1 Ponto de operação básico em malha
aberta (open loop)
O ponto de operação básico em malha aberta
para a potência de transmissão por RB depende
de uma série de fatores, entre eles: a
interferência intercelular e a carga da célula. Ele
pode ser ainda dividido em:
a) um nível básico semiestático, P0,
composto por um nível de potência comum
a todos os UEs na célula (medido em
dBm) e uma compensação ou desvio
específico por UE (UE-specific offset);
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Procedimentos de controle de potência no enlace de subida (uplink) de um sistema LTE
b) uma componente de compensação de
perda de percurso em malha aberta.
Diferentes
níveis
básicos
podem
ser
configurados para as transmissões de dados no
canal PUSCH, que são dinamicamente alocados
(usando sinalizações no canal PDCCH) ou
permanentemente alocados (usando sinalizações
através do Radio Resource Control – RRC). Essa
configuração, em princípio, permite diferentes
pontos de operação de BLER (Block Error Rate)
a serem utilizados em transmissões com
alocações dinâmicas (dynamically scheduled) e
em transmissões com alocações permanentes
(persistently scheduled). Os diferentes pontos de
operação de BLER podem ser utilizados para
que a probabilidade de retransmissão em
transmissões permanentemente alocadas seja
menor, evitando assim a sobrecarga de
sinalização no canal PDCCH associada com
retransmissões dinamicamente alocadas, o que
é consistente com o uso da alocação
permanente para a entrega de serviços como
VoIP com sobrecarga mínima de sinalização.
A componente de compensação específica do
UE (UE-specific offset) do nível básico P0 permite
que a eNodeB corrija desvios sistemáticos na
definição da potência de transmissão de um UE,
como, por exemplo, desvios decorrentes de erros
na estimação da perda de percurso ou na
definição de potência de saída absoluta.
A componente de compensação de perda de
percurso é baseada na estimação da perda de
percurso do enlace de descida (downlink),
realizada pelo UE e que pode ser deduzida da
medição da potência recebida do sinal de
referência (Reference Signal Received Power –
RSRP) e da potência de transmissão conhecida
dos sinais de referência (Reference Signals –
RSs) do enlace de descida, que são transmitidos
pela eNodeB. A fim de obter uma indicação
razoável da perda de percurso do enlace de
subida, o UE deverá realizar uma filtragem da
estimativa de perda de percurso do enlace de
descida com uma janela de tempo (time-window)
adequada, para remover o efeito
do
desvanecimento rápido, mantendo-se o efeito do
sombreamento. Para um funcionamento eficaz,
os comprimentos típicos de filtro estão definidos
entre 100 e 500 ms.
Para o PUSCH e o SRS, o grau em que a
densidade espectral de potência (PSD) do enlace
de subida está adaptada para compensar a
perda de percurso pode ser definido pela
eNodeB, numa escala que varia de “nenhuma
compensação” a “compensação completa”. Essa
adaptação é obtida por meio de um fator de
compensação de perda de percurso, referido
como α.
Em princípio, a combinação do nível básico P0 e
a componente de compensação da perda de
percurso, em conjunto, permite que a eNodeB
configure o grau em que o UE mede e responde
à perda de percurso. Em um extremo, a eNodeB
pode configurar o nível básico até o nível mais
baixo (-126 dBm) e se basear inteiramente na
medição da perda de percurso do UE para
aumentar a potência próxima à borda da célula.
Alternativamente, a eNodeB pode definir o nível
básico para o maior valor, possivelmente em
conjunto com apenas uma compensação parcial
da perda de percurso.
A faixa do nível básico P0 para o PUSCH (126 dBm até 23 dBm por RB) é projetada para
cobrir toda a faixa de valores de SINR (Signal to
Interference plus Noise Ratio) de interesse para
diferentes graus de compensação de perda de
percurso, larguras de banda de transmissão e
níveis de interferência. Por exemplo, o maior
valor de P0, +23 dBm, corresponde à potência
máxima de transmissão de um terminal LTE que,
normalmente, só pode ser utilizado se a
compensação da perda de percurso não estiver
sendo utilizada. O menor valor de P0 para o
PUSCH, -126 dBm, é relevante quando a
compensação total de perda de percurso é usada
e as condições de transmissão e recepção no
enlace de subida são ideais. Por exemplo,
considerando-se uma transmissão de um único
RB, com uma SINR-alvo na eNodeB de -5 dB
(aproximadamente a menor SINR útil), recepção
livre de interferências e uma figura de ruído de
0 dB para o receptor da eNodeB. O valor
necessário de P0 é o nível de ruído térmico em
um RB (180 kHz) menos 5 dB, o que resulta em
P0 = -126 dBm.
Em geral, a perda de percurso máxima que pode
ser compensada (quer por P0 ou pela
componente de compensação da perda de
percurso) depende da SINR requerida e da
largura de banda de transmissão.
O fator de compensação fracional de perda de
percurso α pode ser visto como uma ferramenta
que negocia entre a equidade na alocação no
enlace de subida e a capacidade total da célula.
A compensação completa de perda de percurso
maximiza a equidade para os UEs que estão na
borda da célula. No entanto, quando se
consideram várias células em conjunto como em
um sistema, apenas o uso da compensação
parcial da perda de percurso pode aumentar a
capacidade total do sistema no enlace de subida,
já que menos recursos são gastos para
assegurar o êxito das transmissões dos UEs da
borda da célula e menos interferência intercelular
é causada às células vizinhas. Os fatores de
compensação de perda de percurso em torno de
0,7-0,8 normalmente conferem ao enlace de
subida uma capacidade de sistema próxima da
máxima, sem causar degradação significativa na
taxa de dados na borda da célula.
A interferência intercelular é de particular
interesse para os UEs localizados próximos à
borda de uma célula, uma vez que os terminais
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115
Procedimentos de controle de potência no enlace de subida (uplink) de um sistema LTE
podem atrapalhar as transmissões nos enlaces
de subida de células vizinhas. O sistema LTE
oferece consequentemente um mecanismo de
coordenação de interferência por meio do qual
um “indicador de sobrecarga", que depende da
frequência, pode ser sinalizado diretamente entre
eNodeBs para avisar uma eNodeB vizinha de
altos níveis de interferência no enlace de subida
nos RBs específicos. A eNodeB vizinha, por
conseguinte, pode reduzir a energia permitida por
RB dos UEs que estão alocados nos
correspondentes RBs da(s) célula(s). As
eNodeBs também podem cooperar para evitar
alocação de UEs das bordas da célula em
células vizinhas para transmitir nos mesmos
RBs.
Em resumo, o ponto de operação básico para a
potência de transmissão por RB pode ser
definido como:
Ponto de Operação Básico = P0 + α . PL, (2)
onde α é o fator de compensação de perda de
percurso, que permite o trade-off entre a
capacidade total do enlace de subida e a taxa de
dados na borda da célula, como discutido acima,
e PL é a estimativa de perda de percurso.
Para as baixas taxas do PUCCH (trafegando
sinalização ACK/NACK e CQI), a compensação
de perda de percurso é tratada separadamente
em relação ao PUSCH, já que as transmissões
no canal PUCCH de diferentes usuários são
multiplexadas por divisão de código. A fim de
proporcionar um bom controle da interferência
entre
os
diferentes
usuários
e,
consequentemente, maximizar o número de
usuários
que
podem
ser
acomodados
simultaneamente no PUCCH, é sempre utilizada
a compensação completa da perda de percurso.
Outro nível básico P0 também é fornecido para o
PUCCH, diferente daquele utilizado pelo PUSCH.
2.2 Compensação dinâmica (dynamic offset)
A parte de compensação dinâmica da potência
por RB também pode ser subdividida em:
a) uma componente dependente do MCS;
b) comandos explícitos de controle de
potência transmitida (TPC).
Componente dependente do MCS (MCSdependent component)
A componente dependente do MCS (mencionada
nas especificações LTE como ∆TF, onde TF
representa o formato de transporte) permite que
a potência transmitida por RB seja adaptada de
acordo com a taxa de dados transmitida.
Idealmente, a potência de transmissão requerida
para uma dada taxa de dados deve seguir o
teorema de Shannon, de tal modo que:
RN = log2(1 + SNR),
116
(3)
onde RN é a taxa de dados normalizada por
unidade de largura de banda, e pode ser
calculada como o número de bits de informação
por elemento de recurso (Resource Element –
RE) no RB, denominado aqui BPRE (bits por
RE), e SNR (Signal-to-Noise) é a relação sinalruído.
As limitações práticas do sistema e do receptor
podem ser modeladas através de um fator de
escalonamento k:
BPRE = (1/k) log2(1 + SNR).
(4)
Isso resulta em:
Potência de transmissão necessária por RB =
α .2(k • BPRE) – 1
(5)
Um valor adequado, considerado para k, na
compensação de potência dependente de MCS
(MCS-dependent power offset) é de 1,25 (3GPP,
2008a).
A componente dependente do MCS da definição
de potência de transmissão pode agir como um
comando de controle de potência, já que o MCS
está sob o controle direto da alocação de
recursos (scheduler) pela eNodeB. Alterando-se
o MCS que o UE tem permissão para transmitir,
a eNodeB pode aplicar rapidamente um ajuste
indireto para a densidade espectral de potência
de transmissão do UE através da componente
dependente do MCS da definição de potência de
transmissão. Essa manobra pode ser feita
levando-se em conta o estado do buffer
instantâneo e os requisitos de QoS do UE.
A componente dependente do MCS pode
também ser utilizada para permitir um elemento
de controle de potência dependente da
frequência, como nos casos em que os
comandos de controle de potência explícitos
(discutidos em mais detalhes a seguir) não são
transmitidos com frequência e estão, portanto,
observando apenas as características de
desvanecimento de banda larga. Ao alocar um
MCS de baixa taxa quando o UE recebe
permissão para transmitir em uma determinada
parte da banda, a eNodeB pode ditar uma
potência de transmissão baixa naqueles RBs.
Outra utilização para a componente dependente
do MCS é nos casos em que o número de RBs
do enlace de subida atribuídos a um UE em um
subquadro não corresponde à taxa de dados
desejada ou à SNR desejada. Um exemplo é
permitir que a potência de transmissão seja
reduzida se a quantidade de dados a serem
transmitidos é menor do que a taxa suportada
pelo canal rádio em um único RB.
A componente dependente do MCS para o
PUSCH pode ser ajustada para zero se não for
necessária. Nesse caso, a modulação e
codificação adaptativa (Adaptive Modulation and
Coding – AMC) pode ser utilizada em seu lugar.
O controle de potência dependente do MCS
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 9, n. 2, p. 113-120, jul./dez. 2013
Procedimentos de controle de potência no enlace de subida (uplink) de um sistema LTE
também é particularmente relevante para o
PUCCH, já que sua largura de banda para um
UE não varia em função da quantidade de
informação a ser transmitida num dado
subquadro (variando de um único bit, para um
pedido de scheduling ou ACK/NACK, até 22 bits,
para
duas
palavras-códigos
combinadas
ACK/NACK e CQI juntos). Além disso, para o
PUCCH, a amplitude da compensação de
potência (power offset) para cada combinação de
informação de controle pode ser ajustada
semiestaticamente pela eNodeB, de modo a
definir um ponto de operação adequado de taxa
de erro para cada tipo de sinalização de controle.
Essa compensação é análoga às diferentes
compensações de potência que podem ser
definidas em HSDPA (High Speed Packet
Access) para sinalizações ACK/NACK e CQI, de
acordo com a taxa de erro desejada pela rede.
Comandos
de
controle
de
potência
específicos por UE (UE-specific power
control)
A outra componente de compensação dinâmica
corresponde aos comandos TPC específicos por
UE. Eles podem operar em dois modos
diferentes:
a) comandos TPC cumulativos (disponíveis
para PUSCH, PUCCH e SRS);
b) comandos TPC absolutos (disponíveis
apenas para PUSCH).
Para o PUSCH, a troca entre esses dois modos
está configurada de forma semiestática para
cada UE através de sinalização RRC. Isso quer
dizer que o modo não pode ser alterado
dinamicamente.
Com os comandos cumulativos TPC, cada
comando TPC sinaliza um step de potência em
relação ao nível anterior. Esse é o modo padrão
e é particularmente adequado para as situações
em que o UE recebe os comandos de controle de
potência em grupos de subquadros sucessivos.
Em um sistema LTE, são fornecidos dois
conjuntos de valores de steps de potência: {-1,
+1} dB e {- 1, 0, +1, +3} dB. A utilização de um
dos dois conjuntos de steps de potência é
determinada pelo formato dos comandos TPC e
pela configuração RRC. O tamanho máximo do
step de potência, que pode ser feito utilizando-se
os comandos TPC cumulativos, é, por
conseguinte, +3/-1 dB, mas o intervalo em que a
potência pode ser ajustada em relação ao ponto
de operação semiestático é ilimitado (exceto para
os limites de potência máximo e mínimo de
acordo com a classe de potência do UE). Os
maiores steps de potência podem ser alcançados
através da combinação de um comando TPC
cumulativo com um step de potência dependente
do MCS, alterando-se o MCS. O fornecimento de
um conjunto de valores de steps de potência
contendo um tamanho de step de 0 dB permite
que a potência de transmissão permaneça
constante. Desse modo, não se faz necessária a
modificação da potência de transmissão toda vez
que uma alocação de recursos (scheduling grant)
for enviada. Essa característica é útil, por
exemplo, em situações em que não é esperado
que a interferência varie significativamente ao
longo do tempo.
Em contraste, a definição da potência de
transmissão, que resulta de um comando TPC
absoluto, não depende da sequência de
comandos TPC que podem ter sido recebidos
anteriormente; e o nível de potência de
transmissão depende apenas do comando TPC
absoluto mais recentemente recebido, que
sinaliza, independentemente, uma compensação
de potência relativa ao ponto de operação
semiestático. O conjunto de compensações que
podem ser sinalizadas por comandos TPC
absolutos é {-4, -1, +1, +4} dB. Assim, o modo de
controle de potência absoluto só pode controlar a
potência dentro de uma faixa de ±4 dB a partir do
ponto de operação semiestático. Esse modo é,
portanto, bem adequado para situações em que
o scheduling de transmissões no enlace de
subida do UE é intermitente; um comando TPC
absoluto permite que a potência de transmissão
do UE seja ajustada a um nível apropriado em
uma única etapa (step), após cada gap da
transmissão. (O modo TPC absoluto pode ser
visto como uma forma de sobrecarga baixa para
ajustar a compensação específica por UE (UEspecific offset) na componente de nível básico do
ponto de operação semiestático.)
2.2 Definindo a potência de ajuste total
Finalmente, para o PUSCH e o SRS, a potência
total de transmissão do UE em cada subquadro é
ampliada linearmente a partir do nível de
potência deduzido do ponto de operação
semiestático e da compensação dinâmica, de
acordo com o número de RBs efetivamente
alocados para transmissão do UE no subquadro.
Assim, a equação geral de controle de potência
é:
Potência de Transmissão do UE = (P0 + α .
PL) + [∆TF + f(∆TPC)] + (10 log10 M),
(6)
em que a primeira parcela é referente ao ponto
de operação básico de malha aberta, a segunda
parcela é referente à compensação dinâmica e a
terceira parcela representa o fator de largura de
banda. Além disso, ∆TPC indica um comando
TPC, f (•) representa a acumulação, no caso dos
comandos TPC cumulativos, e M é o número de
RBs alocados.
Essa fórmula geral de controle de potência
permite que a potência de transmissão do UE
seja controlada com uma precisão de 1 dB
dentro de um intervalo definido pelos requisitos
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 9, n. 2, p. 113-120, jul./dez. 2013
117
Procedimentos de controle de potência no enlace de subida (uplink) de um sistema LTE
3
Resultados experimentais
Para os testes realizados no setup de referência
da solução LTE 450 MHz do CPqD, foram
utilizados os seguintes parâmetros:
 ulResBlocks = 25 (RBs)
 ulBandwidth = 5 MHz
 P0 Nominal PUSCH = -83
 Pzero Nominal PUCCH = -96
 Alpha = 7 (100% da perda de percurso)
 Variação da atenuação = de 74 até
128 dB.
A Figura 1 mostra a vazão (throughput) no enlace
de subida (canal PUSCH), em função da
atenuação. Embora o terminal consiga conectarse à rede com até 118 dB de atenuação, uma
vez conectado, o tráfego no uplink pode atingir
uma atenuação de até 128 dB.
Vazão no Enlace de Subida vs. Atenuação
-124
+23
= -101
Para finalizar, a Figura 3 apresenta o indicador
de intensidade do sinal recebido (Received
Signal Strength Indicator – RSSI) em função da
atenuação. O RSSI é definido como a potência
de banda larga total recebida pelo UE. O RSSI é
a energia total observada pelo UE a partir de
todas as fontes, incluindo ruído térmico e
interferência de canal adjacente. A Figura 4
apresenta a potência recebida do sinal de
referência (Reference Signal Received Power –
RSRP).
Potência Tx por RB vs. Atenuação
40
20
0
‐20
‐40
70
80
90
100
Atenuação (dB)
110
120
Figura 2 Potência Tx por RB (dBm) vs. Atenuação
(dB)
10
8
RSSI vs. Atenuação
6
4
‐60
2
‐70
0
70
80
90
100
110
Atenuação (dB)
120
RSSI
Vazão no Enlace de Subida (Mbps)
Tabela 1 Cálculo da sensibilidade da eNodeB
Potência de Tx por RB (dBm)
de desempenho aplicáveis para o UE,
tipicamente -50 dBm a 23 dBm (esse intervalo
corresponde a uma potência de transmissão
máxima de 0,2 W). A potência de transmissão
máxima de UEs numa célula pode ser limitada a
um nível inferior, através da sinalização RRC.
Para o SRS, uma compensação semiestática
(semi-static
offset)
adicional
pode
ser
configurada através da sinalização RRC.
130
‐80
‐90
‐100
‐110
70
80
Figura 1 Vazão no enlace de subida (Mbps) vs.
Atenuação (dB)
b) potência de transmissão do UE: 23 dBm;
100
110
120
Atenuação (dB)
Figura 3 RSSI vs. Atenuação (dB)
RSRP vs. Atenuação
‐80
‐90
RSRP
A Figura 2 fornece os valores de potência de
transmissão por RB para os canais físicos do
uplink (PUCCH e PUSCH) em função da
variação da atenuação. Conforme podemos
verificar, a potência máxima do terminal é
23 dBm.
A fim de calcular a sensibilidade da eNodeB, o
tráfego de dados foi enviado apenas no enlace
de subida. Os resultados obtidos foram os
seguintes:
a) atenuação total: 124 dB;
90
‐100
‐110
‐120
‐130
70
80
90
100
110
120
Atenuação (dB)
c) sensibilidade da eNodeB: -101 dBm.
Figura 4 RSRP vs. Atenuação (dB)
118
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Procedimentos de controle de potência no enlace de subida (uplink) de um sistema LTE
Conclusão
Uma variedade de graus de liberdade está
disponível para o controle de potência no enlace
de subida do LTE. É provável que nem todos os
parâmetros sejam usados ativamente em cada
implementação
de
rede,
mas
cada
implementação irá selecionar um modo de
controle de potência adequado para o cenário ou
estratégia de alocação de recursos.
Um modo típico de operação seria definir o ponto
de operação semiestático (via P0) e a
compensação de perda de percurso (através do
fator α) para obter pelo menos a SINR
necessária na eNodeB e a QoS requerida em
cada UE, compensando a perda de percurso e
sombreamento (shadowing) de banda larga. Um
maior controle para o gerenciamento de
interferência e adaptação de taxa pode ser
exercido por meio de scheduling no domínio da
frequência e de adaptação da largura de banda.
Adaptação de largura de banda também pode
ser utilizada, em conjunto com a mudança do
MCS, para definir diferentes pontos de operação
da BLER para diferentes processos HARQ
(Hybrid Automatic Repeat Request).
Finalmente, as compensações dinâmicas de
potência de transmissão (dynamic transmission
power offsets) podem ser usadas para conferir
um grau de controle, por meio das
compensações dependentes de MCS (MCSdependent offsets) e das correções de malha
fechada usando os comandos TPC explícitos.
Na prática, os problemas de implementação
devem considerar a precisão necessária com
que um UE deve estabelecer a sua potência de
transmissão e a velocidade que esta potência de
transmissão deve ser mudada.
Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio dado a este
trabalho, desenvolvido no âmbito do Projeto
RASFA – Redes de Acesso Sem Fio Avançadas,
que conta com recursos do Fundo para o
Desenvolvimento
Tecnológico
das
Telecomunicações (FUNTTEL), do Ministério das
Comunicações, através do convênio no
01.09.0631.00 com a Financiadora de Estudos e
Projetos (FINEP).
Referências
3rd GENERATION PARTNERSHIP PROJECT
(3GPP). Ericsson, R1-080881: Range and
Representation of Delta_MCS. 3GPP TSG RAN
WG1, meeting 52, Sorrento, Italy, February
2008a.
Disponível
em:
<http://www.3gpp.org/DynaReport/TDocExMtg—
R1-52--26784.htm>. Acesso em: 01 ago. 2013.
______. Technical Specification 36.213: Evolved
Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);
Physical Layer Procedures (Release 8). 2008b.
Disponível
em:
<http://www.3gpp.org/DynaReport/36213.htm>.
Acesso em: 01 ago. 2013.
Abstract
In this article it is explained the uplink power control procedure in LTE systems. It is presented the basic
point of operation in open loop, the dynamic compensation in closed loop and the bandwidth factor, which
are the mechanisms used for the path loss compensation, to manage interference and to enable the
throughput and bandwidth adaptation.
Key words: LTE. Uplink. Power control. Quality of service. Open or closed loop.
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 9, n. 2, p. 113-120, jul./dez. 2013
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