【文章內容簡介】 系的第三代 CDMA 提案，即 WIMS WCDMA。 1999 年后半年， CWTS（ China Wireless Telemunication Standard Group,中國無線通信標準研究組）也加入到 3GPP 中來并貢獻了 TDSCDMA 技術 —— 一種基于 TDD 的 CDMA第三代技術。 世界上的幾個不同的地區(qū)都在進行著類似技術的標準化，很顯然，在這種各地區(qū)工作各自并行展開的環(huán)境下，要想為保證設備的全球兼容性而獲得一致的規(guī)范是非常困難的。此外，在各個不同地區(qū)討論這些相似的問題對參與的廠商來說是一種資源的浪費。因此，建立一個單一的 WCDMA 標準的論壇來制定共同的 WCDMA 規(guī)范的動議就應 運而生。 CDMA 技術中的 WCDMA、 TDSCDMA 技術初期將采用基于 GSM/MAP 的核心網，最終過渡到第三代的核心網；而 cdma2021 核心網的演進則是基于 IS41 及正在完善的 IS634 RANCN接口標準。 WCDMA移動通信中功率控制的研究與仿真 11 圖 23 GSM/WCDMA網絡演進形態(tài) 圖 23 給出了一種可能的 GSM/WCDMA 網絡演進形態(tài)，它建立在已有的 GSM/MAP 和正在發(fā)展中的 GSM 通用分組無線業(yè)務 (GPRS)網的基礎上。 WCDMA 的物理層技術標準 ： WCDMA 方案包括 FDD 與 TDD 兩種工作方式。前者工作在覆蓋面積較大的 范圍內，提供中、低速業(yè)務；后者主要側重在業(yè)務繁重的小范圍內，提供高至 2Mbps 的業(yè)務。下面僅就FDD 方式進行討論 [9]。 基本參數(shù) ： WCDMA 工作頻段： 1920～ 1980MHz 頻段分配給 FDD上行鏈路使用； 2110～ 2170MHz 頻段分配給 FDD 下行鏈路使用； 1900～ 1920MHz 頻段由于在高頻段沒有相應的鏡像頻段，被分配給 TDD 雙工方式使用。 基本標稱帶寬 5MHz，但其實際值可以以 200kHz 為步長，根據需要在 ～ 之間調整?；編捒梢詳U展至 10／ 20MHz。 基本擴頻碼速率 ，它也可以擴展到 ／ 。幀長 10ms，每幀包含 16個時隙，每時隙 ，代表一個功控周期。 信道結構 ： WCDMA 信道可分為專用信道和公共信道兩大類。 專用信道包括：業(yè)務信道、獨立專用控制信道、伴隨專用控制信道。 公共信道包括：廣播控制信道、前向接入信道、伴隨專用控制信道。 這些信道通過不同的方式映射到相應的物理信道 ， 下面我們分別對上下行鏈路進行介紹。 （ 1）上行鏈路 上行鏈路專用物理信道分為：專用物理數(shù)據信道（ DPDCH）和專用物理控制信道（ DPCCH）。公用物理信道 為物理隨機接入信道（ PRACH）。 專用物理信道：上行鏈路專用物理數(shù)據信道用來承載第二層和更高層的專用數(shù)據。專用物理控制信道用來承載第一層產生的控制信息，包括：用于信道估計的導頻信號（ Pilot）；功率控制信號（ TPC）以及傳送格式指示比特（ TFI）。 上行鏈路專用物理信道幀結構如圖 24所示。每幀 10ms，分成 16個時隙。 72 個連接的幀組成一個超幀，時長 720ms。 福州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 圖 24 上行鏈路 DPDCH/DPCCH 幀結構 公共物理信道：上行鏈路公共物理信道只有一種：物理隨機接入信道（ PRACH）。移動臺僅在 相對于所在小區(qū)廣播控制信道幀邊界的一系列給定時間偏置處發(fā)起接入嘗試。這樣的時間偏置稱為接入時隙。每個接入時隙都會與別的接入時隙之間有 的時間間隔，以防止接入嘗試的相互碰撞。本小區(qū)中哪些接入時隙可用的消息在廣播控制信道中發(fā)布。每個接入時隙隨機接入突發(fā)的結構如下圖 25 所示 [10]。 圖 25 隨機接入突發(fā)結構 接入突發(fā)由長度為 1ms 的前導部分和長度為 10ms 的消息部分組成。兩部分之間為 的空閑時隙。其中前導部分是由 16個復數(shù)符號 A或 A（ A=1+j，這里 j 是虛部的標記）組成特征序列 ，共有 16 個不同的這樣的序列。在一個小區(qū)中，哪些特征序列可以使用的消息通過基站下行信道予以廣播。消息部分由數(shù)據部分（對應于 DPDCH）和第一層控制信息部分（對應于 DPCCH）組成，這兩部分是通過兩條物理信道并行發(fā)送的?？刂菩畔⒉糠謺r隙由 TPC， TFI 和 Pilot 組成。數(shù)據部分時隙由 16 比特的移動臺識別碼， 3 比特的所要求服務類型指示碼，可選的用戶短信息包， 8 比特的循環(huán)冗余比特組成。 （ 2）下行鏈路 下行鏈路物理信道由專用物理數(shù)據信道（ DPDCH）和專用物理控制信道（ DPCCH），基本公共控制物理信道（ Primary CCPCH），基本公共控制物理信道（ Primary CCPCH）和輔助公共控制物理信道（ Secondary CCPCH）組成。專用物理信道的功能與上行鏈路相同?；竟参锢砜刂菩诺烙脕沓休d廣播控制信道（ BCCH），輔助公共控制物理信道用來承載前向接入信道（ FRACH），尋呼信道（ PCH）和同步信道（ SCH）。 專用物理數(shù)據信道：下行鏈路專用物理信道是 DPCCH 和 DPDCH 的時分復用。第二層及WCDMA移動通信中功率控制的研究與仿真 13 高層的數(shù)據與第一層的控制信息（ TPC， TFI， Pilot）通過時分復用復用到同一條信道上。其幀結構如圖 26。 圖 26 下行鏈路 DPCH 時隙結構 同樣，下行鏈路 DPCH 一幀也是由 16 個 的時隙組成的，幀長為 10ms。 72 個連續(xù)的幀組成一個超幀。 當總的比特率大于一條物理信道所能承載的最大碼速率時，可采用多碼傳輸?shù)姆椒?，即在下行鏈咱發(fā)送多個并行的相同的物理信道。此時，第一層控制信息只需要在第一條物理信道發(fā)送，其它物理信道在相應的時間段中不發(fā)送任何信息。多碼傳輸?shù)牧硪环N方法是每個發(fā)送的物理信道的擴頻增益不同。因此，此時每條物理信道都需要發(fā)送第一層的控制信息。 基本公共控制物理信道： Primary CCPCH 承載 BCCH，它的碼速是固定的，為 32kbps。其幀結構與下行鏈路 DPCH 的差別是它不包含 TPC 和 TFI，只包含 Pilot 和 DATA。每時隙有 8比特的 Pilot 和 12比特的 DATA。 輔助公共控制物理信道： Secondary CCPCH 承載 FACH 和 PCH， FACH 和 PCH 分別映射到不同的 Secondary CCPCH。 Secondary CCPCH 碼速是恒定的。但這里的恒定，只是對一條Secondary CCPCH 而言。對不同的輔助公共控制物理信道，它的碼速是可以不同的，以適應不同的 FACH 和 PCH 容量。 Secondary CCPCH 和 Primary CCPCH 的主要區(qū)別是前者的碼速對不同信道是不同的，雖然在同一信道中是恒定的，后者碼速對每個小區(qū)都是相同的；并且前者是在有數(shù)據時才發(fā)送，且可能只在某個方向發(fā)送，前者在整個小區(qū)連續(xù)發(fā)射的。 同步信道由兩個子信道組成；基本同步信道和輔助同步信道。 可見，上下行鏈路有很大不同，下行鏈路專用數(shù)據信道和專用控制信道是時分復用的，而上行鏈路專用數(shù)據信道和專用控制信道是并行發(fā)送的。 福州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 第 三 章 功率控制技術 功率控制概述 功率控制目 標 功率控制是采用相關接收技術的 CDMA 移動通信系統(tǒng)中克服“邊緣問題”和“遠近效應”，從而提高系統(tǒng)容量的有效方法。此外， CDMA 移動通信系統(tǒng)中通信鏈路的建立和用戶所需要的 QoS 的維護在很大程度上依賴于功率控制技術 [11]。 功率控制技術就是控制發(fā)射端的發(fā)射功率，減少小區(qū)間的干擾，補償無線信道衰落，防止功率攀升、滿足通信質量要求下盡量減少發(fā)射功率，使得 CDMA 移動通信系統(tǒng)具有（ 1）功率消耗最少，延長移動臺電池的壽命；（ 2）降低干擾，最大化系統(tǒng)容量；（ 3）保證通信鏈路要求的通信質量，支持對通信質敏感的多媒體業(yè)務 。 在 WCDMA 系統(tǒng)中，作為無線資源管理的功率管理是非常重要的環(huán)節(jié)。這是因為在 WCDMA系統(tǒng)中，功率是最終的無線資源，一方面，提高針對用戶的發(fā)射功率能夠改善用戶的服務質量；另一方面， WCDMA 采用寬帶擴頻技術，所有信號共享相同的頻譜，每個移動臺 (用戶 )的信號能量被分配在整個頻帶范圍內，這樣對其他移動臺來說就成為寬帶噪聲，這種提高會帶來對其他用戶接收質量的降低。且各用戶的擴頻碼之間存在著非理想的相關特性，用戶發(fā)射功率的大小將直接影響系統(tǒng)的總容量，所以功率的使用在 WCDMA 系統(tǒng)是矛盾的，從而使得功率控制技術成為 WCDMA 系統(tǒng)中的最為重要的關鍵技術之一。 因此如何有效的進行功率控制，在保證用戶要求的服務質量 (QoS)的前提下，最大程度降低發(fā)射功率，減少系統(tǒng)干擾，增加系統(tǒng)容量，是 WCDMA 關鍵技術中的關鍵。 2G 和 3G 功率控制的區(qū)別在于 : (1) GSM 功率控制速率要慢得多，采用頻率約為 2Hz 的慢速功率控制， WCDMA 采用頻率為 1. 5kHz 的快速功率控制 。 (2) GSM 對功率控制依賴程度低，而 WCDMA 若沒有功率控制則幾乎無法工作 功率控制準則 功率控制準則是指功率控制的基本依據，從原 理上看，功率控制 準則可以大致分為 :功率平衡準則、信干比平衡準則兩大類，也有人提出誤碼率平衡 準則 [12]。 （ 1） 功率平衡準則 功率平衡準則是指經過功率控制后在接收端收 到的有用信號功率相等，對于上行鏈路，功率平衡的目標是使各個移動臺到達基站的信號功率相等 。對于下行鏈路，目標則是各個移動臺接收到基站的有 用信號功率相等。 （ 2） 信干比 (SIR)平衡準則 WCDMA移動通信中功率控制的研究與仿真 15 SIR 平衡是指接收到的信號干擾比相等，對于 上行鏈路， SIR 平衡的目標是使基站接收到的各個 移動臺信號干擾比 SIR 相等 。對于下行鏈路， SIR 平 衡的目標是使各個移動臺接收到的基站信號的 信號干擾比相等。 基于功率平衡準則的功率控制方法易于實現(xiàn)，但是性能不如基于 SIR 平衡的功控準則 。而 SIR平 衡準則在上行鏈路中有可能導致正反饋，從而使系 統(tǒng)失去穩(wěn)定性。在 WCDMA 系統(tǒng)中，功率控制準則 采用了 SIR 平衡準則與誤幀率 (FER)相結合的方法，即準則是選用 SIR平衡準則，但是 SIR的目標函數(shù)也就是參考閾值則是由 FER 決定的。 功率控制分類 功率控制是為每一個無線信道提供盡量小、但是足夠高的功率以滿足業(yè)務的傳輸質量要求 (基于信噪比 )。由于反向導頻信號水平難以進行有效的開環(huán)功率控制，因此前向鏈路一 般采用基于移動臺的導頻強度測量報告來分配接入初期的發(fā)射功率，等到接入完成后采用閉環(huán)功率控制 [13]。 開環(huán)功控是指移動臺和基站間不需要交互信息而根據接收信號的好壞減少或增加功率的方法 ?一般用于在建立初始連接時 ,進行比較粗略的功率控制 ,開環(huán)功控目標值的調整速度典型值為 10~100Hz?開環(huán)功控是建立在上下行鏈路具有一致的信道衰落的基礎之上的 ,然而 WCDMA 系統(tǒng)是頻分雙工 (FDD)的 ,上下行鏈路占用的頻帶相差 190MHz,遠遠大于信道的相關帶寬 ,因此上下行鏈路的衰落情況是不相關的 ?所以 ,開環(huán)功控的控制精度受到信 道不對稱的影響 ,只能起粗控的作用 。 閉環(huán)功控是指移動臺和基站之間需要交互信息而采用的功率控制方法 ?前向閉環(huán)功控中 ,基站根據移動臺的請求及網絡狀況決定增加或減少功率 。反向閉環(huán)功控中 ,移動臺根據基站的功率控制指令增加或減少功率 ?閉環(huán)功控的主要優(yōu)點是控制精度高 ,也是實際系統(tǒng)中常采用的精控手段 ?其缺點是從控制命令的發(fā)出到改變功率 ,存在著時延 ,當時延上升時 ,功控性能將嚴重下降 ?同時還存在穩(wěn)態(tài)誤差大 ?占用系統(tǒng)資源等缺點 ? 外環(huán)功控的目的是保證通信質量在一定的標準上 ,而此標準的提出是為了給內環(huán)功率控制提供足夠高的信噪比要 求 ?具體實現(xiàn)過程是根據統(tǒng)計接收數(shù)據的誤塊率 (BLER),為內環(huán)功控提供目標 SIR,而目標 SIR是同業(yè)務的數(shù)據速率相關聯(lián)的 ?外環(huán)功控的速度比較緩慢 ,因此外環(huán)功控又稱為慢速功控 ,一般是每 10～ 100ms 調整一次 ? 內環(huán)功控用來補償由于多徑效應引起的衰落 ,使接收到的 SIR 值達到由外環(huán)功控提供的目標 SIR值 ?同外環(huán)功控相比 ,內環(huán)功控的速度一般較快 ,WCDMA 系統(tǒng)為 1500Hz,因此內環(huán)功控又稱為快速功控 ? 集中式功控根據接收到的信號功率和鏈路預算來調整發(fā)射端的功率 ,以使接收端的SIR 基本相等 ?其最大的難點是要求系統(tǒng) 在每一時刻獲得一個歸一化的鏈路增益矩陣 ,這在用戶較多的小區(qū)內是較難實現(xiàn)的 ? 分布式功控首先是在窄帶蜂窩系統(tǒng)中提出來的 ,它通過迭代的方式近似地實現(xiàn)最福州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 佳功控 ,而在迭代的過程中只需各個鏈路的 SIR 即可 ?即使對 SIR 的估計有誤差 ,分布式平衡算法仍是一種有效的算法 ?對于 WCDMA 系統(tǒng) ,當不考慮 SIR 估計誤差時 ,分布算法非常有效 ,但是當 SIR 估計存在誤差時 ,分布式 SIR 平衡算法有可能不再收斂于一個平衡 SIR?隨SIR 誤差的增加 ,系統(tǒng)的性能很快下降 ?