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Power control Siemens/NEC

MN3550EU35MN_0003 © 2005 Siemens AG / NEC Corporation /

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Contents 1 Introduction 3 1.1 Concept 4 1.2 Power control types 10 2 DL common channel power control 13 3 Open loop power control 23 4 Closed loop power control 27 5 O&M parameters for power control 59

Power control

Siemens/NEC Power control

MN3550EU35MN_0003© 2005 Siemens AG / NEC Corporation

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1 Introduction



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1.1 Concept Power-control - already being applied in 2nd generation networks - has high potential for improvement of the performance of mobile networks. Main benefits are: 1. It can bring down the interference in up- and downlink and hence enhances the

capacity of the networks. 2. Additionally it helps to keep down the uplink-power consumption, thereby

increasing the stand-by time for the UE. 3. Furthermore, from the EMC (Electro Magnetic Compatibility) point of view it can

improve the situation considerably. In W-CDMA technology as applied in UTRAN, power control is of even higher importance for the users/cells share common frequencies. This can be understood if one considers two or more UE's connected to the same base station. A signal close to the desired SIR has to be maintained in order to be able to detect all of the UE's simultaneously Otherwise the near-far effect would influence the low-signal UEs in a disadvantageous manner or even disconnect these UEs. I.e. Without power control, a single over-powered mobile could block a whole cell The solution is deployment of PC and optionally joint detection. Example: Mobile stations operate within the same frequency f1. At the NodeB, they are separated by their respective spreading code. It is possible that signals of UE2 and UE3 at the cell edge, suffers a path loss and could be interfered by the UE1 signal. If there were no mechanism for UE1, UE2 and UE3 to be power controlled to the same level at the base station, MS1 could over-shout other MS and thus block a large part of the cell.



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Without Power Control With Power Control

UE1 U

E2 U

E3

UE1

UE2

UE3

SIR at Node B

SIR at Node B

UE1

UE3

UE2

UE1

UE2UE3

RF1RF1

RF1

Fig. 1 Power control function



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Principle The transmission power is adapted in order to achieve the desired QoS (BLER/BER). This adaptation is necessary since the propagation channel is subject to several conditions, which generally vary in space and/or time, e.g. • path loss • log normal fading • short term fading • UE speed • location (outdoor, indoor, in-car) etc.



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Very low

Low

High

Very high

Fig. 2 Principle of power control



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Power control adapts the transmission power with a frequency of up to 1500 Hz. In this way UTRAN provides an efficient countermeasure again impacts of fading etc. Even in the case of fast fading strong fluctuations can be compensated by increasing transmission power. This is particularly true for slow moving UEs.



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Example:

- Fast (1500 Hz)- Closed inner loop- Adaption of transmitted power ensures an (almost) constant level at the receiver - E.g.: UE speed = 1 km/h

Power Control

-65-55-45-35-25-15-55

152535455565

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

d [m]

S [a

rb. d

B]

Fig. 3 Example: Fast power control



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1.2 Power control types WCDMA requires fast power control to equalize the received power from each mobile station. The FDD system, a stringent power control, is based on the following functions: • Open Loop Power Control (in NodeB and UE): This form of power control is used to provide a coarse initial power setting of the mobile station at the beginning of a connection. The MS transmits its signal with a power level reciprocal to the measured downlink signal. This is used on channels that cannot apply closed loop power control. • Closed Loop Power Control: The NodeB measures the SIR (Signal to Interference Ratio) of the dedicated received pilot signals, compares them with the target SIR and then controls the MS to increase or decrease its transmitting power. If the measured SIR is higher than the target SIR, the NodeB will order the mobile station to lower the power. There are two types: • Inner Loop Power Control: Controls the power comparing the received signal

SIR with the target SIR. • Outer Loop Power Control: Unlike the inner loop power control, this type adjusts

the target SIR value in the NodeB according to the needs of the individual radio link and strives to keep the BER (Bit Error Rate) or BLER (Block Error Ratio) values at a constant quality.

• Common Channel Power Control: The common channels don’t require (dynamic) power control, their transmitting power are fixed and set as radio parameter in the system



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POWER CONTROL

Open Loop Power

Control

Closed Loop Power

Control

Inner Loop Power Control

Outer Loop Power Control

Common Channel Power

Control

Fig. 4 Types of power control



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2 DL common channel power control



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The common channels transmitting power values are determined by the radio network planning. Common channels are: P-CPICH, P-CCPCH, S-CCPCH, P-SCH, S-SCH, PICH and AICH. Power values of P-CPICH, P-CCPCH, P-SCH and S-SCH are cell specific parameters which can be set to define the cell area. Each common channel transmitting power is described in the next table. P-CPICH channel: transmitting power is set as an absolute value (dBm units). All other common channels are set relative to the P-CPICH. S-CCPCH channel: there are up to two channels in each cell, transmitting transport channels FACH/S-CCPCH and PCH/S-CCPCH.



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Function Parameter Table name Value Description

Primary CPICH transmission power

pwr_pcpit cell iub 33dBm

Total transmitted power of CPICH

Maximum FACH power mfachp dlcc -3dB First S-CCPCH channel power value relative to CPICH

PCH power offset po_pch dlcc -3dB Second S-CCPCH channel power value relative to CPICH

BCH power offset po_pch cell iub -3dB P-CCPCH power value relative to CPICH

PICH power offset po_pich dlcc -6dB PICH power value relative to CPICH

AICH power offset po_aich ulcc -6dB AICH power value relative to CPICH

P-SCH power offset po_psch cell iub -3dB P-SCH power value relative to CPICH

S-SCH power offset po_ssch cell iub -3dB S-SCH power value relative to CPICH

Fig. 5 Common channel power control



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Control channel power data example Three radio parameter tables are defined for the control channel power registration: 1) Cell Iub physical channel power data: Next command format shows the example: pwr_pcpit= 33 dbm, indicates the total transmitted power of CPICH. po_bch= -3 db, indicates that BCH power respect to CPICH power. po_psch= - 3 dB, specifies the power offset of P-SCH respect to the CPICH. po_ssch= - 3 dB, specifies the power offset of S-SCH respect to the CPICH.



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cre cell iub cellid=10 cellid_lcl=0 nodebid=0 uarfcn=9862,10812 max_dltp=43 t_cell=0 sac=0 rac=10 lac=42 nwom=md2 atdt=mnd tmr_cspu=0 t312=10 n312=1 t313=3 n313=50 n315=1 id_ura=1 tpcu=5 t302=4000 n302=3 t307=30 sc_pcpi=2 pwr_pcpit=33 po_bch=-3.0 po_psch=-3.0 po_ssch=-3.0 cellbr=nbar cellrop=nrsv csrqm=ecn0 trslct=3 dclc_utran=7 qqualm=-24 poffset=20 pwval_max=7 t316=30 t317=30 ifc_rslct=nalwd t_br=10 qhyst1s=4 qhyst2s=4 maut=24 qrxlevmin=-115 cio= 0.0 t300=3000 n300=2 t309=5 t314=12 t315=180 sac_cbs=0 fach_moclc=5 interrat_mind=false iffdd_mind=true

Fig. 6 Control channel power data



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2) Downlink common channel power data: po_pch=-3dB, indicates the power offset of PCH with respect to CPICH power. mfachp=-3dB, indicates the maximum power of FACH relative to CPICH. po_pich=-5dB, indicates the power difference of PICH and CPICH



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cre dlcc cellid=10 nodebid=0 id_cch=0 ccho_type=2 po_pch=-3 po_pich=-6 mfachp=-3sccpch_scd=0

Fig. 7 Downlink common channel power data



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3) Uplink common channel power data: po_aich=5, defines the difference between the AICH power and the CPICH power.



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cre ulcc cellid=10 nodebid=0 id_cch=0 sc_wno=0 avsgn=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 po_aich=5

Fig. 8 Uplink common channel power data



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3 Open loop power control



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This simple power control must be used during the random access process at the beginning of the connection until more accurate control information is available. Power loss due to transmission distance depends on to the increase of the distance between NodeB and the UE. In such a case, feedback information from another side is not necessary for estimating power loss. This type of power loss is controlled by the open loop power control. RACH (Random Access Channel) uses open loop power control. The Open Loop Power Control is performed by the UE, after receiving information transmitted on system information block in broadcast channel (BCH) and measured the path loss in the downlink. The NodeB broadcasts the initial transmission power level and the power step to the UE in the BCH (Broadcast channel). The UE sets the initial transmission power in the first preamble and waits for the acknowledged signal AICH (Acquisition Indicator Channel). If no acknowledged, the MS increases the preamble transmission power by a specified power offset step. The UE calculates the power for the first preamble.



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MS sets the initial transmission power of RACH and send preamble signal

BCH information

Preamble

AICHPreamble

Random access message (PRACH)

Preamble

Fig. 9 Open loop power control function



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4 Closed loop power control



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As mentioned above in W-CDMA an accurate power control is essential, especially on the uplink to combat distance attenuation and fading. As a solution to power control, W-CDMA adapts fast closed loop power control using the TPC (Transmission Power Control) method based on SIR (Signal Interference Ratio). The NodeB controls the output power using two methods: inner loop and outer loop power control. The closed loop power control function based on TPC processing, is shown in the next figure. This functional block is divided into two loops: Inner loop and outer loop. The inner loop control block receives the measured SIR value and decides the transmission level. It sets the TPC bit up or down. SIR error information is reported to RNC for evaluation. New target SIR values are determined and sent to the NodeB by outer loop power control.



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CRC evaluation

Comparing target SIR (OLPC) with target SIR (NodeB)

Inner Loop PowerControl

New Target SIR Transmit powerup/down orderby TPC

Receivedsignal

OuterLoop?PowerControl

Outer Loop

RNCNode B

Signaldetector

SIRmeasurement

Inner Loop

Fig. 10 Inner and outer loop power control operation



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4.1.1 Inner loop power control In Inner Loop Power Control the NodeB or UE compare the quality of the received signals with a specified value. This value Signal Interference Ratio (SIR) describes the ratio of the desirable received signal power and the undesirable other UE interference. It is also known as a Closed Loop Power Control. According to the direction it is classified into: UL and DL closed loop power control. • UL closed loop power control (DPCCH and DPDCH):

The NodeB performs frequent estimates of received SIR and compares it to the target SIR. If the measured SIR is higher than the target SIR, the NodeB will order the UE to lower its power. If it is too low, it will order the UE to increase the power. This power control is executed at a rate of 1500 times per second for each UE. Thus closed loop power control will prevent any power imbalance among all the UL signals received at NodeB.

• DL closed loop power control (DPCH):

The same technique is used on DL. The UE estimates the received SIR and compares it with required SIR target. The UE transmits the TPC command in the first available TPC field to increment or to decrease the power level. Upon reception of a TPC order, the NodeB or UE adjust the transmit power in a given direction with a step of 1 dB.



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DL DPCH channel with TPC

UL DPCCH channel with TPC

If SIR > target SIR,then TPC is set down(1dB)

If SIR < target SIR,then TPC is set up(1dB)

Fig. 11 Inner loop power control



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4.1.1.1 Basic operation The received SIR is measured on pilot bits for every slot of 0.6667ms. When the measured value is higher than the target SIR, TPC bit is set to “0”. Otherwise it is set to “1”. When TPC bit is received at NodeB or UE, the transmitter power is reduced by 1 dB if it is “0”. Whereas if it is 1 will be raised by 1dB. At the NodeB, the SIR of the UL DPCCH is calculated dividing RSCP by RTWP (Received Total Wideband Power). If the TPC value cannot be received, the transmitter power value shall be kept at constant value. The next figure shows the UL/DL frame timing. To perform transmitter power control with 1 slot control delay, the frame timing of UL/DL is shifted by fixed amount of time (1 slot).



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PLTPC PLTPC

PL TPC PL TPCUL (DPCCH)

(DPCH) DLData

0.66666ms

Data

Received SIRMeasurementUp (TPC=1)

Down(TPC=0)

0.66666ms

Designated transmitter power

The SIR is measured on Pilot bits

Received SIRMeasurementUp (TPC=1)

Down(TPC=0)

Fig. 12 Inner loop power control operation



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4.1.1.2 DL Dynamic and initialization The NodeB receives from RNC the DL maximum and minimum power of the DPDCH channel to control the Inner Loop Power Control. The initial value for the DPDCH power will be within the range defined by the maximum and minimum power value. These values are given by the following formulas.



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Pmax(dB) = min (SIRtarget – 10log(SF) + Poffset , Max. power value)

Pmin(dB) = max [Pmax(dB) – delta , -35dB]

PDPDCH,init = median[SIRtarget – 10log(SF/2) - (Ec/No) + margin, Max_init_power_value, -35 dB]

- SIRtarget : DL SIR target depending on the application- SF : Spreading factor for the channel- Poffset : cell iub: poffset- Max Power value: iub:pwval_max- Delta : Fixed to 25 dB

Fig. 13 Range and initialization of DPDCH power



36

4.1.1.3 Inner loop power control command format This command format example includes different parameters to determine the initial values of the inner loop power control information. The following parameters are related to power control: max_dltp=43dBm, specifies the maximum power for all DL channels together, that is allowed to be used in a cell. poffset=20dB, indicates the power offset for the evaluation of the maximum DL transmission power. The maximum DL transmission power is notified by RNC to NodeB. pwval_max=7dB, maximum DL transmission power relative to CPICH power. Same as poffset parameter, this is used to calculate the maximum DL transmission power.



37

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cre cell iub cellid=10 cellid_lcl=0 nodebid=0 uarfcn=9862,10812 max_dltp=43 t_cell=0 sac=0 rac=10 lac=42 nwom=md2 atdt=mnd tmr_cspu=0 t312=10 n312=1 t313=3 n313=50 n315=1 id_ura=1 tpcu=5 t302=4000 n302=3 t307=30 sc_pcpi=2 pwr_pcpit=33 po_bch=-3.0po_psch=-3.0 po_ssch=-3.0 cellbr=nbar cellrop=nrsv csrqm=ecn0 trslct=3 dclc_utran=7 qqualm=-24 poffset=20 pwval_max=7 t316=30 t317=30 ifc_rslct=nalwd t_br=10 qhyst1s=4 qhyst2s=4 maut=24 qrxlevmin=-115 cio= 0.0 t300=3000 n300=2 t309=5 t314=12 t315=180 sac_cbs=0 fach_moclc=5 interrat_mind=false iffdd_mind=true

Fig. 14 Command format example



38

4.1.1.4 Power balancing In case of soft handover the TCP of more than one Node B may be controlled. The ideal power control is shown below (two Node B's): TCP_Node B 1 = TCP_Node B 2 for all times.



39

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

rx signal

-10-505

10

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

fading channels

-5

0

5

10

15

20

25

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

tcp 1 & tcp 2

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Fig. 15 Power control function (ideal) in case of soft handover



40

Differences of TCP_Node B 1 - TCP_Node B 2 may be caused during initialization and are compensated by power balancing (see also figure below).

Results:

simulation d e

PMAX,i [dB] -11.0 -11.0

PMIN,i [dB] -36.0 -36.0

PREF [dB] -23.5 -23.5

Adjustment period (frames) [1] 1 1

max adj. Step (slots) [1] 3 3

r [1] 1.00 0.50

input parameters

Starget [dB] 0.00 0.00

<TCP1 > [dB] -26.6 -27.5

<TCP2 > [dB] -29.2 -27.6

sdv <delta TCP> [dB] 2.6 0.1

<Srx > [dB] 0.00 0.07

results

sdv <Srx> [dB] 0.55 0.57



41

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

tcp 1 & tcp 2

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

tcp 1 & tcp 2

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

P_bal 1 & P_bal 2

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

r = 1.00

r = 0.50

Fig. 16 Example: A deviation caused by the initialization step is efficiently cancelled by the algorithm



42

TPC bit errors cause power drift. I.e. generally one finds TCP_Node B 1 - TCP_Node B 2 < > 0 which yields degraded system performance. In order to counteract power drift the following algorithm is applied: For Node B (i = 1 .. number of NodeB's) : PREF = 1 / 2 ( MIN [ PMAX,i ] + MAX [ PMIN,i ] ) PBAL (k) = (1 – r) ( P REF + P P-CPICH - P j - 1 ) where r : is the DL power convergence coefficient ( r = 0 ..1 ) k : is the adjustment step (k = 0, 1 ...) j : TPC step (j = 0, 1, …) PMAX,i : max DL TCP (i-th Node B) PMIN,i : min DL TCP (i-th Node B) Within an adjustment period (1 .. 256 frames) PBAL (k) will be applied, i.e. spread over an adjustment period k: P j + 1 = P j + P BAL, (j +1) + PTPC, (j + 1) The impact of the balancing will, however, be limited by max adjustment step : (1 .. 10 slots). I.e. there shall be max 1 dB impact per max adjustment step.



43

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

tcp 1 & tcp 2

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

TCP 1 - TCP 2

-10-505

1015

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Fig. 17 The differences caused by bit errors degrade the system performance



44

The balancing algorithm counteracts the drift phenomena caused by bit errors in TPC. A simulation result for a bit error rate = 4 % is shown below.

simulation l m

PMAX,i [dB] -11.0 -11.0

PMIN,i [dB] -36.0 -36.0

PREF [dB] -23.5 -23.5

Adjustment period (frames) [1] 1 1

max adj. Step (slots) [1] 3 3

r [1] 1.00 0.50

Starget [dB] 0.00 0.00

input parameters

R biterror [%] 4.0 4.0

R biterror, 1 [%] 4.1 4.1

R biterror, 2 [%] 4.1 4.1

<TCP1 > [dB] -29.5 -27.9

<TCP2 > [dB] -26.9 -27.8

sdv <delta TCP> [dB] 5.1 2.1

<Srx > [dB] 0.02 0.11

results

sdv <Srx > [dB] 0.62 0.63



45

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

tcp 1 & tcp 2

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

P_bal 1 & P_bal 2

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

TCP 1 - TCP 2

-10-505

1015

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Fig. 18 Applying power balancing reduces the effects of power drift



46

4.1.2 Outer loop power control The outer loop power control is necessary to keep the quality of communication at the required level by setting the target for the fast power control. Outer loop power control adjusts the target SIR (Signal to interference ratio) set point in the NodeB according to the needs of the individual radio link. Outer Loop Power Control aims at a constant quality, usually defined as a certain target bit error rate (BER) or block error rate (BLER). The SIR target needs to be adjusted when the mobile speed or the multi-path propagation changes. The outer loop is necessary in both uplink and downlink since both directions have fast power control.



47

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F1

RNC

Frame reliability information

Target SIR adjustment

Power up or down

If received SIR>set SIR, then power down

If BLER increase thenset SIR up, else down

Fig. 19 Outer loop power control function



48

Outer loop power control decisions are based on the CRC (Cyclic Redundancy Check) error values. The RNC modifies the target SIR used by the inner loop power control, sending it in one control frame to NodeB. This information can be sent via any transport connection dedicated to one UE. Next table shows the SIR values.



49

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SIR target value number

SIR target in dB

Note

UL SIR Target= 000 -8.2 dB

Value range:-8.2 dB to 17.3 dBStep of 0.1 dB



UL SIR Target= 254 17.2 dB

UL SIR Target= 255 17.3 dB

Fig. 20 SIR target values



50

In detail, the algorithm is as follows: The stable and well-known IS-95 power control algorithm is used as the basis for the outer loop power control:

⎪⎩

⎪⎨

⎧

−

⋅∆−

∆+

= ok. is DCH theof CRC if,1

ok,not is DCH theof CRC if,:

target

targettargetOLPC,

targetOLPC,

targetOLPC,

BLERBLER

SIR

SIRSIR ( 1 )

Furthermore, the SIR target should remain between the maximum and the minimum SIR target values denoted by SIRtarget,max and SIRtarget,min which results in

⎪⎩

⎪⎨

⎧

−

⋅∆−

∆+

= ok. is DCH theof CRC if),,1

max(

ok,not is DCH theof CRC if),,min(:

mintarget,target

targettargetOLPC,

maxtarget,targetOLPC,

targetOLPC, SIRBLERBLER

SIR

SIRSIRSIR ( 2 )



51

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Example:

- in the long-term the target frame error rate BLERtargetis reached

- SIR is adapted to changing conditions

Outer loop power control

Fig. 21 Example: Outer loop power control



52

In order to reduce the update rate the following condition has been introduced:

esholdUpdate_thrtargetCLPC,targetOLPC, >− SIRSIR , ( 3 )

where SIROLPC,target denotes the SIR target evaluated by the outer loop power control and SIRCLPC,target denotes the SIR target used by the closed (inner) loop power control. If ( 3 ) is fulfilled, the target of the closed (inner) loop power control will be set to the target of the outer loop power control:

targetOLPC,targetCLPC, : SIRSIR = . ( 4 )

This implies that the new target of the closed loop power control has to be sent via the Iub/Iur frame protocol from RNC to NodeB.

Furthermore in order to handle the limited dynamic of the UE, the following mechanism is applied. The SIR error is defined by:

targetCLPC,error SIRSIRSIR meas −= . ( 5 )

This part of the algorithm is particularly crucial, because RNC ensures that the measured SIR at NodeB is within the SIR limits. If the measured SIR is out of the limits, the RNC inactivates OLPC function and reactivates it once it is within the limits. In case of satisfactory CRC reception, SIR is lowered or increased otherwise. The new target SIR then is transmitted to NodeB.



53

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Example: Reduction of update rate

- Node B - SIRtarget is only updated if a certain threshold is reached

- e.g. Update threshold = 0.5 dB

Outer loop power control

Fig. 22 Reduction of update rate



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Summary: UL Outer Loop Power Control (OLPC) function: The UL outer loop power control operates within the SRNC and is responsible for setting a target SIR in the NodeB for each individual UL. This target is updated for each UE according to the estimated UL quality for that particular RRC connection.



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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Outer Loop Power Control

SIR error measurementreport

Error_flag= false

Uplink Iub/Iur user dataframe of reference bearer

Error flag = false ?

Send SIR CLPC,target viaIub control frame

for at least one radio linkin the active set ?

Yes

No

error_flag=false

targetinitial,targetOLPC,

targetinitial,targetCLPC,

SIRSIR

SIRSIR=

=

Idle

maxerror,errorminerror, SIRSIRSIR ≤≤

Error_flag= true

Yes

No

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

−

⋅∆−

∆+

=

ok.isDCHreferenceofCRCif

),,1

max(

ok,not isDCHreferenceofCRCif

),,min(

:mintarget,

target

targettargetOLPC,

maxtarget,targetOLPC,

targetOLPC, SIRBLERBLER

SIR

SIRSIR

SIR

?Update_thresholdtargetCLPC,targetOLPC, >− SIRSIR

Yes

targetOLPC,targetCLPC, SIRSIR =

No

RAB assignment

Select newreference bearer

Initialise new OLPC:BLER targetSIR OLPC,targetSIR CLPC,target

DCH setup

Fig. 23 Outer loop power control function



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Parameters defined for this Outer Loop Power Control include SIR step size, SIR Update threshold, Minimum and maximum SIR error threshold.



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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

cre olpc thr_upd=0 step_size=1 lowthr_sirerr=-3 upthr_sirerr=3 mmfc_sirerr=0

Fig. 24 Outer loop power control: command format example



58



59

5 O&M parameters for power control



60

O&M PARAMETERS FOR PC PER OLPC - OBJECT Name HMI

object HMI name Range Unit Remark

Update threshold

olpc thr_upd 0.0, 0.1.. 25.5 dB Threshold value for new update

Step size olpc step_size 0.0, 0.1.. 25.5 dB Step size of the outer loop PC

Lower threshold of SIR error

olpc lowthr_sirerr -31.0, -30.5 .. 31.0 dB SIR_error_min

Upper threshold of SIR error

olpc upthr_sirerr -31.0, -30.5 .. 31.0 dB SiR_error_max

Measurement filter coefficient for SIR error

olpc mmfc_sirerr 0, 1 .. 11, 13, 15, 17, 19

none This parameter indicates the filter coefficient for filtering of SIR error measurements for Event E and F

Table 1 Relevant O&M parameters for power control

RELEVANT O&M PARAMETERS FOR PC PER CELL INSTANCE Name HMI

object HMI name Range Unit Remark

Primary CPICH TX power

cell_iub pwr_pcpit -10, -9 .. 50 dBm Indicates total transmitted power of the CPICH (this information is needed, if the UE is required to measure the DL pathloss).

BCH power offset

cell_iub po_bch -35, -34.9 .. 15 dB Indicates difference between BCH power and Primary CPICH TX power.

Primary SCH power offset

cell_iub po_psch -35, -34.9 .. 15 dB Indicates difference between Primary SCH power and primary CPICH TX power.

Secondary SCH power offset

cell_iub po_ssch -35, -34.9 .. 15 dB Indicates difference between Secondary SCH power and Primary CPICH TX power.

Maximum dl transmission power

cell_iub max_dltp 0.0, 0.1 .. 50.0 dBm Maximum power for all down link channels added together, that is allowed to be used in a cell.

MAX Power value

cell_iub pwval_max -35, -34.9 .. 15 dB Cell specific max DL transmission power (relative to CPICH power).

Poffset cell_iub poffset -50.0, -49.9 .. 50.0 dB Power offset for evaluation of max. transmission power.

Maximum allowed UL TX power

cell_iub maut -50, -49 .. 33 dBm Specifies maximum allowed uplink transmission power in the cell.

Table 2 Relevant O&M parameters for power control per cell instance (object cell iub)



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O&M PARAMETERS PER ULCC / PER CELL INSTANCE Name HMI

objectHMI name

Range Unit Remark

Cell ID ulcc cellid 0, 1 .. 65535 none This parameter identifies a cell unambiguously within an RNC

AICH power offset ulcc po_aich -22, -21 .. 5 dB Relative to primary CPICH

Table 3 Relevant O&M parameters for UL common channel power control

O&M PARAMETERS PER DLCC / PER CELL INSTANCE Name HMI

objectHMI name

Range Unit Remark

Cell ID dlcc cellid 0, 1 .. 65535 none This parameter identifies a cell unambiguously within an RNC

Maximum FACH power

dlcc mfachp -35, -34 .. 15 dB Relative to primary CPICH.

PCH power offset dlcc po-pch -35, -34 .. 15 dB Relative to primary CPICH.

PICH power offset dlcc po_pich -10, -9 .. 5 dB Relative to primary CPICH

Table 4 Relevant O&M parameters for DL common channel power control



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07_mn3550eu35mn_0003_pwrctrl

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