《掌握AI + 6G無線行動通訊網路 —— 超高速、零延遲、智慧城市全攻略 🌐》
65/100 📌 第 7 周：頻譜與無線資源管理 - 分配頻率與時槽以提升容量和效率。
65. 功率控制 🔋
控制訊號大小，省電又少干擾！
________________________________________
🎯 單元導讀
在無線通訊中，訊號功率就像「說話音量」：
👉 太小 → 對方聽不到（訊號弱、掉話）。
👉 太大 → 雖然自己清楚，但會吵到別人（造成干擾）。
功率控制（Power Control） 的目的就是在 通訊品質 與 干擾管理 之間找到最佳平衡：
• 讓訊號剛好夠清楚 → 節省電力
• 減少不必要干擾 → 提升系統容量
________________________________________
🧠 一、功率控制的目的
1. 節省電力 —— 手機電池續航更久。
2. 提升通話品質 —— 保持 SNR（訊號雜訊比）在最佳範圍。
3. 減少干擾 —— 降低對其他用戶和小區的影響。
4. 增加容量 —— 幫助更多用戶同時上網。
________________________________________
🧠 二、功率控制的類型
1. 開迴路功率控制（Open Loop PC）
o UE 根據接收到的下行訊號強度，推估自己要用多少上行功率。
o 類比：聽到對方講話很大聲 → 我就小聲一點回覆。
2. 閉迴路功率控制（Closed Loop PC）
o 基地台持續測量 UE 上行訊號，並回饋「升高/降低」指令。
o 類比：對方說「小聲一點」或「大聲一點」，即時調整音量。
3. 快速功率控制（Fast PC）
o 毫秒級調整，對抗快速變化的衰落與干擾。
o 類比：在吵雜的派對裡，隨時根據背景噪音調整說話音量。
________________________________________
🧠 三、功率控制在各代網路的應用
• 2G GSM：採用快速功率控制，減少干擾。
• 3G WCDMA：高度依賴功率控制（上下行 1500 次/秒），否則系統會「崩潰」。
• 4G LTE：結合開迴路 + 半閉迴路，提升穩定性。
• 5G NR：引入更精細的功率控制參數，支援 massive MIMO 與波束成形。
________________________________________
💻 四、ASCII 示意圖
📶 無線鏈路 (UE ↔ eNodeB)
┌───────────────────────┐
| |
| 🔈 太小聲 → 聽不清楚 → 通訊失敗 ❌ |
| 🔊 太大聲 → 干擾他人 → 系統壅塞 ❌ |
| 🎯 剛剛好 → 清晰、省電、少干擾 ✅ |
└───────────────────────┘
↑
│
🔄 功率控制 (Power Control)
└─ 開迴路：靠自己聽音量判斷
└─ 閉迴路：基地台即時回饋調整
└─ 快速PC：毫秒級自動修正
在無線通訊中，功率控制就像調整說話音量：
如果傳輸功率太小，訊號就像「講太小聲」一樣，基地台聽不清楚，導致通訊失敗；
如果功率太大，就像「喊太大聲」，不但浪費電力，還會干擾周圍其他使用者，使整個系統壅塞。
因此系統會透過「開迴路」讓 UE 自行判斷訊號強度、「閉迴路」由基地台即時回饋修正，
並在需要時啟動「快速功率控制」，在毫秒級的時間內自動微調功率，
以確保每個用戶都能在清晰、省電、低干擾的理想狀態下通訊。
________________________________________
🧩 五、模擬題
1️⃣ 專業題
題目：
解釋開迴路功率控制與閉迴路功率控制的差異，並舉例應用場景。
解析：
• 開迴路功率控制（Open Loop Power Control）
👉 UE（手機）根據自己接收到的下行訊號強度（RSRP/RSRQ）與估計的路徑損耗，自行設定上行發射功率。
📍特色：無須即時回饋、反應快但不精準。
📍應用場景：初始接入（RRC Connection Setup）或 UE 尚未獲得回饋時使用。
• 閉迴路功率控制（Closed Loop Power Control）
👉 基地台（eNodeB）根據實際接收到的 UE 訊號品質，透過控制命令（TPC Command）動態調整 UE 的發射功率。
📍特色：有回饋機制、精確度高但反應稍慢。
📍應用場景：連線期間（Connected Mode）用於精準維持 SINR 與干擾平衡。
差異重點：
開迴路靠「自我判斷」，閉迴路靠「基地台回饋」；前者快但粗略，後者慢但精準。
________________________________________
2️⃣ 應用題
題目：
在高鐵行進過程中，UE 與基地台距離快速變化，為什麼需要「快速功率控制」？
解析：
高速移動下，無線通道狀況（衰減、遮蔽、多路徑）在毫秒級快速變化，
若功率調整反應太慢，UE 可能瞬間信號過弱或過強，導致斷線或干擾。
因此需採用快速功率控制（Fast Power Control），以毫秒級更新發射功率，
即時追蹤通道變化，確保高速行進中仍能維持穩定連線品質與低誤碼率。
________________________________________
3️⃣ 情境題
題目：
如果一個區域用戶太多導致上行干擾嚴重，營運商可以如何透過功率控制改善？
解析：
上行干擾嚴重通常表示多個 UE 發射功率過高，互相影響。
營運商可採以下策略：
• 降低功率上限（Pmax）：限制 UE 最大发射功率，減少干擾。
• 動態功率控制策略（Adaptive Power Control）：根據干擾狀況自動調整各 UE 的功率目標。
• 分區功率優化（Cell/Beam-level Tuning）：針對特定小區或波束微調功率偏移值。
• ICIC / eICIC 結合功率控制：配合干擾協調機制共同降低同頻干擾。
最終目的：讓每個 UE 用剛剛好的功率傳輸訊號，
既能被基地台清楚接收，又不會影響其他使用者，提升整體網路容量與穩定度。
________________________________________
✅ 六、小結與啟示
• 功率控制 = 調整發射功率的技術。
• 目的：省電、確保通訊品質、減少干擾、提升系統容量。
• 方法：開迴路、閉迴路、快速功率控制。
• 在 3G/4G/5G 中都是核心技術，尤其影響 上行鏈路穩定性。
👉 一句話總結：功率控制就是「調整音量的藝術」，既讓對方聽得清楚，又不會吵到別人，實現省電又高效的通訊！
