【文章內容簡介】 但結果卻減少了系統(tǒng)干擾，其他UE的上下行鏈路質量將得到提高。功率控制給系統(tǒng)帶來以下優(yōu)點： A、克服陰影衰落和快衰落。陰影衰落是由于建筑物的阻擋而產生的衰落，衰落的變化比較慢；而快衰落是由于無線傳播環(huán)境的惡劣，UE和NodeB之間的發(fā)射信號可能要經過多次的反射、散射和折射才能到達接受端而造成。對于陰影衰落，可以提高發(fā)射功率來克服；而快速功控的速度是1500次/秒，功控的速度可能高于快衰落，從而克服了快衰落、給系統(tǒng)帶來增益，并保證了UE在移動狀態(tài)下的接受質量，同時也能減小對相鄰小區(qū)的干擾。 B、降低網絡干擾，提高系統(tǒng)的質量和容量。功率控制的結果使UE和NodeB之間的信號以最低功率發(fā)射，這樣系統(tǒng)內的干擾就會最小，從而提高了系統(tǒng)的容量和質量。 C、由于手機以最小的發(fā)射功率和NodeB保持聯(lián)系，這樣手機電池的使用時間將會大大延長。四、功率控制技術的分類（1） 功率控制按方向分為上行（或稱為反向）功率控制和下行（或稱為前向）功率控制兩類；按移動臺和基站是否同時參與又分為：開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制兩大類。閉環(huán)功控是指發(fā)射端根據接收端送來的反饋信息對發(fā)射功率進行控制的過程；而開環(huán)功控不需要接收端的反饋，發(fā)射端根據自身測量得到的信息對發(fā)射功率進行控制。A、開環(huán)功率控制開環(huán)功率控制是根據上行鏈路的干擾情況估算下行鏈路，或是根據下行鏈路的干擾情況估算上行鏈路，是單向不閉合的。 開環(huán)功率控制圖如圖所示，UE測量公共導頻信道CPICH的接收功率并估算NodeB的初始發(fā)射功率，然后計算出路徑損耗，根據廣播信道BCH得出干擾水平和解調門限，最后UE計算出上行初始發(fā)射功率作為隨機接入中的前綴傳輸功率，并在選擇的上行接入時隙上傳送（隨機接入過程）。開環(huán)功率控制實際上是根據下行鏈路的功率測量對路徑損耗和干擾水平進行估算而得出上行的初始發(fā)射功率，所以，初始的上行發(fā)射功率只是相對準確值。 WCDMA系統(tǒng)采用的FDD模式，上行采用19201980MHz、下行采用21102170MHz，上下行的頻段相差190MHz。由于上行和下行鏈路的信道衰落情況是完全不同的，所以，開環(huán)功率控制只能起到粗略控制的作用。但開環(huán)功控卻能相對準確地計算初始發(fā)射功率，從而加速了其收斂時間，降低了對系統(tǒng)負載的沖擊；而且，在3GPP協(xié)議中，要求開環(huán)功率控制的控制方差在10dB內就可以接受。B、上行內環(huán)功率控制 內環(huán)功率控制是快速閉環(huán)功率控制，在NodeB與UE之間的物理層進行,上行內環(huán)功率控制的目的是使基站接收到每個UE信號的比特能量相等。： 上行內環(huán)功率控制圖 首先，NodeB測量接受到的上行信號的信干比（SIR），并和設置的目標SIR（目標SIR由RNC下發(fā)給NodeB）相比較，如果測量SIR小于目標SIR，NodeB在下行的物理信道DPCH中的TPC標識通知UE提高發(fā)射功率，反之，通知UE降低發(fā)射功率。 因為WCDMA在空中傳輸以無線幀為單位，每一幀包含有15個時隙，傳輸時間為10ms，所以，每時隙傳輸的頻率為1500次/秒；而DPCH是在無限幀中的每個時隙中傳送，所以其傳送的頻率為每秒1500次，而且上行內環(huán)功控的標識位TPC是包含在DPCH里面，所以，內環(huán)功控的時間也是1500次/秒。C、上行外環(huán)功率控制 上行外環(huán)功控是RNC動態(tài)地調整內環(huán)功控的SIR目標值，其目的是使每條鏈路的通信質量基本保持在設定值，使接收到數據的BLER滿足QOS要求。： 上行外環(huán)功率控制上行外環(huán)功控由RNC執(zhí)行。RNC測量從NodeB傳送來數據的BLER（誤塊率）并和目標BLER（QOS中的參數，由核心網下發(fā)）相比較，如果測量BLER大于目標BLER，RNC重新設置目標TAR（調高TAR）并下發(fā)到NodeB；反之，RNC調低TAR并下發(fā)到NodeB。外環(huán)功率控制的周期一般在一個 TTI（10ms、20ms、40ms、80ms）的量級，即 10～100Hz。 由于無線環(huán)境的復雜性，僅根據SIR值進行功率控制并不能真正反映鏈路的質量。而且，網絡的通信質量是通過提供服務中的QOS來衡量，而QOS的表征量為BLER，而非SIR.。所以,上行外環(huán)功控是根據實際的BLER值來動態(tài)調整目標SIR，從而滿足QOS質量要求。 D、下行閉環(huán)功控 下行閉環(huán)功控和上行閉環(huán)功控的原理相似。下行內環(huán)功率控制由手機控制，目的使手機接收到NodeB信號的比特能量相等，以解決下行功率受限；下行外環(huán)功控是由UE的層3控制，通過測量下行數據的BLER值，進而調整UE物理層的目標SIR值，最終達到UE接收到數據的BLER值滿足QOS要求。： 五、功率控制的算法到目前為止，功率控制技術的算法有如下幾種：（1） 基于距離測量的算法；（2） 局域接收信號強度測量的算法；（3） 基于通信鏈路傳輸質量（SIR,BER等）的算法；（4） 基于隨機推論的可用測量信息的算法。由于基于SIR測量的功率控制算法可以達到較好的系統(tǒng)性能而被廣泛采用，它又可以分為：集中或分布的、同步或異步的、迭代或非迭代多的以及發(fā)射功率受限或非受限的幾類。在本文中主要介紹了以下兩種的功率控制算法：（1） 集中式功率算法 集中式功率控制算法可以對無線鏈路時變參數進行控制，但是它的運算量很大，技術實現起來很困難而且算法時延很大，不過，它是發(fā)送功率控制的基本理論，可以幫助設計分布式功率控制方案。在研究了衛(wèi)星通信系統(tǒng)中同信道干擾的管理問題，提出了SIR平衡的概念，即合適的選擇各個移動用戶的發(fā)射功率，使得接收端獲得相同的信干比，并得出了在無噪聲的條件中讓各個鏈路獲得相同的QOS的信干比平衡控制問題，并證明了該問題在數學上是一個非負矩陣的特征值問題，它的目的是使系統(tǒng)中所有信道的接收信號干擾噪聲比（SIR)達到最佳。設系統(tǒng)有Q個用戶，M個基站組成，用戶，基站的背景噪聲為，第個用戶在第個基站的上行鏈路信噪比為： ()其中表示第個用戶的發(fā)射功率，表示用戶到基站之間的信道增益，為其它個用戶對用戶的干擾，這個干擾服從正太分布。將公式()變形又可得下式： ()其中，是被第i個移動臺的有用信號傳輸鏈路歸一化后的鏈路增益。鏈路增益的定義如()式所示： () 迭代功率控制算法，它是收斂到最優(yōu)發(fā)射功率的，如公式()所示： ()其中，H是Q階鏈路增益矩陣，B是維的向量，定義如公式（) () () 集中式功率控制算法，它需要知道所有活動用戶和接收者之間所有的信道增益，這需要進行大量的信令交互，耗費很多的信道資源，且實時性很差，因此，分布式功率控制算法被人們提出了。 （2） 分布式功率算法 分布式功率控制是由每個小區(qū)根據當前測量的SIR和當前的發(fā)射功率P來確定最佳發(fā)射功率的，顯然同集中式功率控制相比，它需要的信息量更少而且算法更為簡單。在普通的分布式功率控制算法DPC中是這樣描述的：信道參數和用戶的噪聲假定是固定的并且是緩慢變化的，在這種情況下就可以實現功率的更新。這個假設需要允許DPC算法的解收斂于集中式功率控制算法，但同時這也會出現一些問題，比如移動信道的信道增益會在同一時間內會有很快而且隨機的波動，這樣的話功率值可以在某個時間點上快速更新。假設各個用戶的SINR可以正確的估計并且功率控制之間可以進行信息交互。該文通過促進兩個目標來實現多目標優(yōu)化問題（MO，Multiobjective），第一個目標是最小化發(fā)射功率，第二個目標是在同樣的SINR下獲得更好的QOS，雖然這兩個目標是互相沖突的，但是我們這可以用多目標分布式功率控制算法（MODPCA, Multiobjective distribute Power Control Algorithm）來解決。MO最優(yōu)化方法是同時優(yōu)化不同的甚至是相互沖突的目標之間的優(yōu)化方法。它有一個目標函數，每個目標構成一個決策集合，決策集合如公式()所示： ，subject to () 這里有m(m2)個目標函數X是屬于非空可行區(qū)域集合S,它是決策變量空間的子集，如果期望得到的目標函數的解是最高級的，那么公式()式可以改寫為 ，subject to ()其中，是目標i渴望得到的解，為博弈因子 and ()定義用戶i在時隙t時的信干比為，用戶j到接受者i之間的鏈路增益，在時隙t時刻的活躍用戶數為Q，在時隙t時刻平均的加性白噪聲是，則的表達式為： ， ()假設移動臺的最小發(fā)射功率為，則MODPC算法的表達式為： ()其中用戶，時隙 MODPC算法是一個非線性的算法，它的結果取決于博弈因子的值。第三節(jié) 本章小結 本章首先介紹了網絡優(yōu)化技術，分別列舉了網絡優(yōu)化的重要性、概念、目的以及主要技術，就主要技術中的負載均衡、接入優(yōu)化、切換優(yōu)化進行了敘述。其次介紹了功率控制技術的概念、作用、目的、分類以及算法。就功率控制技術中的集中式和分布式算法進行了介紹，了解到SON網絡的自優(yōu)化通過功率控制的重要性。第三章 自優(yōu)化功能的SON網絡模型的研究近年來無線通訊網絡發(fā)展迅猛，無線業(yè)務的需求也急劇增長，因此人們對網絡的需求也越來越多了，要求也越來越高了。找出影響自組織網絡質量的因素，建立一個新的自優(yōu)化模型來控制上行鏈路中用戶的發(fā)送功率來達到自優(yōu)化下行鏈路的容量和上行鏈路中的能耗。從而使網絡資源得到合理的使用，提高網絡質量，保證用戶的需求，同時也為運營商節(jié)省運維成本。SON網絡的自優(yōu)化功能指的是，網絡設備根據其自身運行狀況，自適應地調整參數，優(yōu)化網絡性能。使網絡達到最佳的運行狀態(tài)。傳統(tǒng)的網絡優(yōu)化，可以分為兩個方面：其一為無線參數的優(yōu)化，如發(fā)射功率、切換門限、小區(qū)個性偏置等；其二為機械和物理優(yōu)化，如天線方向和下傾、天線位置、補點等。自優(yōu)化只能部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的網絡優(yōu)化，包括覆蓋與容量優(yōu)化，節(jié)能，PCI自配置，移動健壯性優(yōu)化，移動負荷均衡優(yōu)化，RACH優(yōu)化，自動鄰區(qū)關系，小區(qū)內干擾協(xié)調等。在本章中考慮的問題是在動態(tài)改變的業(yè)務量的環(huán)境中建立一個自優(yōu)化下行鏈路和上行鏈路的模型，優(yōu)化的目標是找出一個關于網絡容量和能耗方面的最優(yōu)數學模型，從而使得在該模型下SON網絡能獲得最好的性能。具體包括網絡容量，能耗以及兩者之間的折中優(yōu)化，并研究了折中性能的一些性質。第一節(jié) 建?；A準備一、自由空間傳播特性自由空間傳播是指在理想的、均勻的。各向同性的介質中傳播，電波不會發(fā)生發(fā)射、折射、繞射、散射和吸收的現象，只存在電磁波能量擴散而引起的傳播損耗。由電磁場理論可得：如果各向同性天線的輻射功率為PT,則距輻射源d m處的電場強度有效值E0為 () 設H0為磁場強度的有效值，且其值為： ()單位面積上的電波功率密度S為 () 若用發(fā)射天線增益為GT的方向性天線取代各向同性天線，則公式(31到33)應該重新寫成： () () ()接收天線的有效面積乘以該點的電波功率密度等于接收天線獲取的電波功率，即 ()式中，AR是接收天線的有效面積，它與接收天線增益GR有如下關系： ()式中為各向同性天線的有效面積，為波長。由式（36）至式（38）可得 ()當收、發(fā)天線增益GT=GR=1時，接收天線上獲得的功率如下： ()由(310)可知，自由空間傳播損耗可定義為 ()以dB計，得 ()或 ()由(313)可得，自由空間中傳播的電波損耗只與傳播距離d和工作頻率f有關。二、兩種不同功率控制算法 隨著科技的不斷發(fā)展，網絡的規(guī)模不斷擴大，人們對網絡需求量的加劇，目前的網絡性能急劇的惡化，因此，網絡優(yōu)化成了目前研究的熱點。通過對網絡性能的研究分析得出，網絡的容量和節(jié)能是SON網絡研究的重點。下面分別簡單介紹SON網絡容量和節(jié)能這兩個方面：SON網絡的部署和規(guī)劃的目的就是根據覆蓋和容量對網絡進行優(yōu)化。網絡容量優(yōu)化主要體現在更加合理配置和使用網絡資源，提高網絡資源利用率，減少擁塞率，均衡話務率，使網絡達到最佳的運行狀態(tài)。一個傳統(tǒng)無線網絡的OPEX(運營支出)中能源消耗找到30%~40%，是最大的開銷項目。而根據測算，這