第15章　上行功率和定时控制

上行链路功率控制和上行链路时序控制是本章的主题。 功率控制用于控制干扰，主要是针对其他小区的干扰，因为同一小区内的传输通常是正交的。 时序控制确保不同的设备以相同的时序接收，这是保持不同传输之间正交性的先决条件。

15.1　上行功率控制

NR 上行链路功率控制是一组算法和工具，通过它们控制不同上行链路物理信道和信号的发射功率，以确保它们尽可能以适当的功率水平被网络接收。 在上行链路物理信道的情况下，适当的功率只是正确解码物理信道承载的信息所需的接收功率。 同时，传输功率不应不必要地高，因为这会对其他上行链路传输造成不必要的高干扰。 适当的发射功率将取决于信道特性，包括信道衰减以及接收器侧的噪声和干扰水平。 还应注意，所需的接收功率直接取决于数据速率。 如果接收到的功率太低，则可以增加发射功率或降低数据速率。 换句话说，至少在 PUSCH 传输的情况下，功率控制和链路适配（速率控制）之间存在着密切的关系。

与 LTE 功率控制 [28] 类似，NR 上行链路功率控制基于以下组合：

• 开环功率控制，包括支持部分路径损耗补偿，其中设备根据下行链路测量和设置估计上行链路路径损耗 发射功率相应。
• 基于网络提供的明确功率控制命令的闭环功率控制。 实际上，这些功率控制命令是根据先前对接收到的上行链路功率的网络测量结果确定的，因此称为“闭环”。

NR 上行链路功率控制的主要区别或扩展是基于波束的功率控制的可能性（参见第 15.1.2 节）。

15.1.1　功率控制基线

PUSCH 传输的功率控制可以稍微简化，由以下表达式描述：

其中

• PPUSCH 是 PUSCH 发射功率；
• PCMAX 是每个载波允许的最大发射功率；
• P0(.) ：是一个网络可配置参数，可以稍微简化地描述为目标接收功率；
• PL(.) 是对上行链路路径损耗的估计； -
• α(.) ：是与部分路径损耗补偿相关的网络可配置参数；
• μ 与用于PUSCH 传输的子载波间隔Δf 有关。 更具体地说，Δf 52μ 15 kHz；
• MRB 是为PUSCH 传输分配的资源块数；
• ΔTF 与用于PUSCH 传输的调制方案和信道编码率有关；
• δ(.) ：是闭环功率控制引起的功率调整。

上面的表达式描述了每个载波的上行链路功率控制。 如果设备配置有多个上行链路载波（载波聚合和/或补充上行链路），则根据表达式（15.1）对每个载波单独执行功率控制。 最小 P f g CMAX； . . . 然后，功率控制表达式的一部分确保每个载波的功率不超过每个载波的最大允许发射功率。 但是，所有配置的上行链路载波上的总设备传输功率也将受到限制。 为了保持在这个限制以下，最终需要协调不同上行链路载波之间的功率设置（进一步参见第 15.1.4 节）。 在 LTE/NR 双连接的情况下也需要这种协调。 我们现在将更详细地考虑上述功率控制表达式的不同部分。 这样做时，我们最初会忽略参数 j、q 和 l。 这些参数的影响将在第 15.1.2 节中讨论。 表达式 P0 1 α PL 表示支持部分路径损耗补偿的基本开环功率控制。 在完全路径损耗补偿的情况下，对应于 α 5 1，并且假设路径损耗估计 PL 是对上行链路路径损耗的准确估计，开环功率控制调整 PUSCH 发射功率，使得 接收功率与“目标接收功率”P0 一致。 数量 P0 作为功率控制配置的一部分提供，通常取决于目标数据速率，但也取决于接收器处经历的噪声和干扰水平。 假设该设备基于对某些下行链路信号的测量来估计上行链路路径损耗。 因此，路径损耗估计的准确性部分取决于下行链路/上行链路互易性的保持程度。 特别是，在成对频谱中的 FDD 操作的情况下，路径损耗估计将无法捕获路径损耗的任何频率相关特性。 在分数路径损耗补偿的情况下，对应于 α，1，路径损耗将不会得到完全补偿，接收功率甚至平均会根据设备在小区内的位置而变化，接收功率较低 具有较高路径损耗的设备，实际上是指距离蜂窝站点较远的设备。 这必须通过相应地调整上行链路数据速率来补偿。部分路径损耗补偿的好处是减少了对相邻小区的干扰。 这是以服务质量变化较大为代价的，靠近小区边界的设备的数据速率可用性降低。 术语 10 logð Þ 2μ MRB 反映了一个事实，即在其他一切不变的情况下，接收功率以及发射功率应与分配给传输的带宽成正比。 因此，假设全路径损耗补偿 (α 5 1)，P0 可以更准确地描述为归一化目标接收功率。 特别是，假设全路径损耗补偿，P0 是假设在具有 15 kHz 参数集的单个资源块上传输的目标接收功率。 术语 ΔTF 试图模拟当每个资源元素的信息比特数因不同的调制方案和信道编码率而变化时所需的接收功率如何变化。 更准确地说

其中 γ 是 PUSCH 传输中的信息比特数，由用于传输的资源元素数归一化，不包括使用的资源元素 用于解调参考符号。 在 PUSCH 上传输数据的情况下，系数 β 等于 1，但在 PUSCH 承载第 1 层控制信令 (UCI) 的情况下，系数 β 可以设置为不同的值。2 可以注意到，忽略系数 β ， ΔTF 的表达式本质上是香农信道容量 C= W log2(1+SNR) 的重写，附加因子为 1.25。 换句话说，ΔTF 可以看作是将链路容量建模为香农容量的 80%。 在确定 PUSCH 传输功率时，术语 ΔTF 并不总是包含在内。

• 术语ΔTF仅用于单层传输，即ΔTF 5 0 在上行链路多层传输的情况下。
• 通常，术语ΔTF 可以被禁用。 例如，ΔTF 不应与分数功率控制结合使用。 调整发射功率以补偿不同的数据速率将抵消数据速率的任何调整以补偿由于如上所述的部分功率控制引起的接收功率的变化。

最后，δð Þ 项：是与闭环功率控制相关的功率调整。 网络可以调整 δð Þ : 通过网络提供的功率控制命令给出的特定步骤，从而根据接收功率的网络测量调整发射功率。 功率控制命令在上行链路调度授权（DCI 格式 0 0 和 0 1）内的 TPC 字段中携带。 功率控制命令也可以通过 DCI 格式 2 2 联合携带到多个设备。 每个功率控制命令由 2 位组成，对应于四个不同的更新步骤（1 dB、0 dB、11 dB、13 dB）。 将 0 dB 作为更新步骤的原因是功率控制命令包含在每个调度授权中，并且不需要为每个授权调整 PUSCH 传输功率。

15.1.2　基于波束的功率控制

在上面的讨论中，我们忽略了开环参数 P0ð Þ : 和 αð Þ : 的参数 j，路径损耗估计 PLð Þ : 中的参数 q，以及闭环功率调整 δð Þ : 中的参数 l。 这些参数的主要目的是在上行链路功率控制中考虑波束成形。

15.1.2.1 多路径损耗估计过程

在上行链路波束成形的情况下，用于根据表达式（15.1）确定发射功率的上行链路路径损耗估计 PL q ð Þ 应反映上行链路波束对的路径损耗，包括波束成形增益 用于 PUSCH 传输。 假设波束对应，这可以通过基于对通过相应下行链路波束对传输的下行链路参考信号的测量来估计路径损耗来实现。 由于用于传输对的上行链路波束可能在 PUSCH 传输之间发生变化，因此设备可能必须保留多个路径损耗估计，对应于不同的候选波束对，在实践中，路径损耗估计基于对不同下行链路参考信号的测量 . 当实际 PUSCH 传输发生在特定波束对上时，对应于该波束对的路径损耗估计将在根据功率控制表达式 (15.1) 确定 PUSCH 发射功率时使用。 这是由方程式的路径损耗估计 PL q ð Þ 中的参数 q 启用的。 (15.1)。 网络为设备配置一组下行链路参考信号（CSI-RS 或 SS 块），在这些信号上要估计路径损耗，每个参考信号与特定的 q 值相关联。 为了不对设备提出过高的要求，最多可以有4个并行的路径损耗估计过程，每个过程对应一个特定的q值。 网络还配置了从调度授权中提供的可能的 SRI 值到最多四个不同的 q 值的映射。 因此，最后存在从调度授权中提供的每个可能的 SRI 值到最多四个配置的下行链路参考信号之一的映射，并且因此间接地映射从每个可能的 SRI 值到最多四个之一 路径损耗估计反映了特定光束对的路径损耗。 当通过包括 SRI 的调度授权调度 PUSCH 传输时，在确定调度的 PUSCH 传输的传输功率时使用与该 SRI 相关联的路径损耗估计。 图 15.1 说明了两个波束对情况下的程序。

该设备配置有两个下行链路参考信号（CSI-RS 或 SS 块），它们实际上将分别通过第一和第二波束对在下行链路上传输。 该设备并行运行两个路径损耗估计过程，根据参考信号 RS-1 的测量结果估算第一对光束的路径损耗 PLð Þ 1，并根据测量结果估算第二对光束的路径损耗 PLð Þ 2 在参考信号 RS-2 上。 参数 q 将 SRI 5 1 与 RS-1 相关联，从而间接地与 PLð Þ 1 相关联。 同样，SRI 5 2 与 RS-2 相关联，因此间接与 PLð Þ 2 相关联。 当设备被调度用于 PUSCH 传输且调度授权的 SRI 设置为 1 时，调度的 PUSCH 传输的发射功率基于路径损耗估计 PLð Þ 1 确定，即基于测量的路径损耗估计 在 RS-1 上。 因此，假设波束对应，路径损耗估计反映了传输 PUSCH 的波束对的路径损耗。 相反，如果设备被调度用于具有 SRI 5 2 的 PUSCH 传输，则路径损耗估计 PLð Þ 2 反映对应于 SRI 5 2 的波束对的路径损耗，用于确定调度的 PUSCH 传输的传输功率。

15.1.2.2 多个开环参数集

在 PUSCH 功率控制表达式（15.1）中，开环参数 P0 和 α 与参数 j 相关联。 这简单地反映了可能存在多个开环参数对 f g P0； α。 部分地，不同的开环参数将用于不同类型的 PUSCH 传输（随机接入“消息 3”传输，参见第 16.2 节，无授权 PUSCH 传输和调度 PUSCH 传输）。 然而，也有可能有多对开环参数用于调度的 PUSCH 传输，其中用于特定 PUSCH 传输的对可以基于 SRI 选择，类似于如上所述的路径损耗估计的选择 . 实际上，这意味着开环参数 P0 和 α 将取决于上行链路波束。 对于随机消息 3 的功率设置，在 NR 规范中对应于 j 5 0，α 始终等于 1。换句话说，部分功率控制不用于消息 3 传输。 此外，对于消息3，参数P0可以基于随机接入配置中的信息来计算。 对于其他 PUSCH 传输，设备可以配置不同的开环参数对 P0ð Þ j ； αð Þ j ，对应于参数 j 的不同值。 参数对 P0ð Þ 1 ; αð Þ 1 应在无授权 PUSCH 传输的情况下使用，而其余参数对与调度的 PUSCH 传输相关联。 可以作为上行链路调度授权的一部分提供的 SRI 的每个可能值都与配置的开环参数对之一相关联。 当使用包含在调度授权中的某个 SRI 来调度 PUSCH 传输时，在确定调度的 PUSCH 传输的传输功率时使用与该 SRI 关联的开环参数。

15.1.2.3 多重闭环过程

最后一个参数是闭环过程的参数 l。 PUSCH 功率控制允许配置两个独立的闭环过程，分别与 l 5 1 和 l 5 2 相关联。 类似于多个路径损耗估计和多个开环参数集的可能性，l 的选择，即闭环过程的选择，可以通过关联每个可能的 SRI 对闭环过程之一的价值。

15.1.3　PUCCH功率控制

PUCCH 的功率控制基本上遵循与 PUSCH 的功率控制相同的原则，但有一些细微差别。 首先，对于 PUCCH 功率控制，没有分数路径损耗补偿，即参数 α 始终等于 1。 此外，对于 PUCCH 功率控制，闭环功率控制命令在 DCI 格式 1-0 和 1-1 中携带，即在下行链路调度分配中而不是在上行链路调度授权中，这是 PUSCH 功率控制的情况。 上行链路 PUCCH 传输的一个原因是传输混合 ARQ 确认作为对下行链路传输的响应。 这种下行链路传输通常与 PDCCH 上的下行链路调度分配相关联，因此相应的功率控制命令可以用于在传输混合 ARQ 确认之前调整 PUCCH 传输功率。 与PUSCH类似，powercontrol命令也可以通过DCI format 2-2联合携带给多个设备。

15.1.4　多个上行载波情况下的功率控制

上述过程描述了在单个上行链路载波的情况下如何设置给定物理信道的发射功率。 对于每个这样的载波，都有一个最大允许发射功率 PCMAX 和最小 P f g CMAX； . . . powercontrol 表达式的一部分确保载波的每载波发射功率不超过 power PCMAX。3 在许多情况下，设备配置有多个上行链路载波： • 载波聚合场景中的多个上行链路载波； • 在SUL 的情况下额外的补充上行链路载波。 除了每个载波的最大发射功率 PCMAX 之外，所有载波上的总发射功率也有一个限制 PTMAX。 对于配置为在多个上行链路载波上进行 NR 传输的设备，PCMAX 显然不应超过 PTMAX。 然而，所有配置的上行链路载波上的 PCMAX 之和可能很好，而且经常会超过 PTMAX。 原因是设备通常不会在其所有已配置的上行链路载波上同时传输，并且该设备应该最好仍然能够以最大允许功率 PTMAX 进行传输。 因此，可能会出现功率控制表达式（15.1）给出的每个载波的发射功率之和超过PTMAX的情况。 在这种情况下，每个载波的功率需要按比例降低，以确保设备最终的发射功率不超过最大允许值。 另一种需要注意的情况是在设备运行在LTE和NR之间的双连接的情况下LTE和NR同时上行传输。 请注意，至少在 NR 部署的初始阶段，这将是正常的操作模式，因为 NR 规范的第一个版本仅支持非独立 NR 部署。 在这种情况下，LTE 上的传输可能会限制可用于 NR 传输的功率，反之亦然。 基本原则是 LTE 传输具有优先级，即 LTE 载波以 LTE 上行链路功率控制 [28] 给定的功率传输。 然后 NR 传输可以使用剩余的任何功率，直到功率控制表达式 (15.1) 给出的功率。

将 LTE 优先于 NR 的原因是多方面的：

• 在 NR 规范中，包括对 NR/LTE 双连接的支持，目标是尽可能避免对 LTE 规范的任何影响。 由于在 NR 上同时传输，对 LTE 功率控制施加限制会暗示这种影响。
• 至少在最初，LTE/NR 双连接将由LTE 提供控制平面信令，即LTE 用于主小区组(MCG)。 因此，LTE 链路在保持连接性方面更为关键，并且优先考虑“次要”NR 链路上的链路是有意义的。

15.2　上行定时控制

NR 上行链路允许上行链路小区内正交性，这意味着从小区内不同设备接收的上行链路传输不会相互干扰。 保持这种上行链路正交性的要求是，给定参数集的上行链路时隙边界在基站处（近似）时间对齐。 更具体地说，接收信号之间的任何定时失准都应落在循环前缀内。 为确保这种接收方时间对齐，NR 包含一种用于发送时间提前的机制。 该机制类似于 LTE 中的相应机制，主要区别在于针对不同的参数集使用不同的定时提前步长。 本质上，定时提前是设备处的负偏移，在设备观察到的下行链路时隙开始与上行链路中时隙开始之间。 通过为每个设备适当地控制偏移，网络可以控制在基站从设备接收的信号的定时。 远离基站的设备会遇到更大的传播延迟，因此与靠近基站的设备相比，需要稍微提前开始上行链路传输，如图 15.2 所示。

在此特定示例中，第一个设备位于靠近基站的位置，并经历了较小的传播延迟 TP,1。 因此，对于该设备，定时提前偏移TA,1 的小值足以补偿传播延迟并确保在基站处的正确定时。 然而，第二设备需要更大的定时提前值，第二设备距离基站更远，因此经历更大的传播延迟。 每个设备的定时提前值由网络基于对相应上行链路传输的测量来确定。 因此，只要设备进行上行链路数据传输，接收基站就可以使用它来估计上行链路接收定时，从而成为定时提前命令的来源。 探测参考信号可以用作常规信号进行测量，但原则上基站可以使用从设备传输的任何信号。 基于上行链路测量，网络确定每个设备所需的定时校正。 如果特定设备的定时需要校正，则网络向该特定设备发出定时提前命令，指示其延迟或提前相对于当前上行链路定时的定时。 用户特定的定时提前命令作为 DL-SCH 上的 MAC 控制元素进行传输。 通常情况下，发送到设备的提前计时命令相对较少——例如，每秒一次或几次——但这显然取决于设备移动的速度。 到目前为止所描述的过程在本质上与用于 LTE 的过程相同。 如上所述，定时提前的目标是将定时未对准保持在循环前缀的大小内，因此定时提前的步长被选择为循环前缀的一部分。 然而，由于 NR 支持多个参数集，其中循环前缀越短，子载波间隔越大，定时提前步长与循环前缀长度成比例，并由活动上行链路带宽部分的子载波间隔给出。 如果设备在（可配置的）时间段内未收到定时提前命令，则设备假定它已失去上行链路同步。 在这种情况下，设备必须在上行链路中的任何 PUSCH 或 PUCCH 传输之前使用随机接入过程重新建立上行链路定时。 对于载波聚合，可能存在从单个设备发送的多个分量载波。 一种直接的处理方式是对所有上行链路分量载波应用相同的定时提前值。 然而，如果在不同的地理位置接收到不同的上行链路载波，例如，通过对一些载波而不是其他载波使用远程无线电头端，不同的载波将需要不同的定时提前值。 在不同站点终止的不同上行链路载波的双连接是相关的示例。 为了处理此类情况，采用了与 LTE 中类似的方法，即将上行链路载波分组到所谓的提前定时组 (TAG) 中，并允许针对不同的 TAG 使用不同的定时提前命令。 同一组中的所有分量载波都受制于相同的定时提前命令。 定时提前步长由定时提前组中的载波中的最高子载波调步确定。