【導(dǎo)讀】正是提高資源利用率的關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)射功率控制是CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。為了提出更好的功率控制算法，本文先對CDMA2020系統(tǒng)相關(guān)的擴頻技術(shù)的一些基本理論。介紹，對各種功率控制技術(shù)作出簡要的研究，特別是對下行功率控制技術(shù)重點研究。與之相配合的數(shù)據(jù)傳送質(zhì)量保證措施。源利用率，同時還可提高系統(tǒng)在重負載時數(shù)據(jù)傳送質(zhì)量和新用戶的成功接入率。這是符合要實現(xiàn)隨時、隨地、任何人之間，用任何業(yè)務(wù)。進行通信目標(biāo)的。眾多的復(fù)雜的技術(shù)發(fā)展，歸根結(jié)底，就是如何更充分地使用有限的、寶貴。太多，互不兼容，安全性差，容量有限，不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而且設(shè)備的體積大，成本高。由于各國標(biāo)準不統(tǒng)一，因而無法進行全球漫游。質(zhì)量相當(dāng)?shù)亩喾N話音和移動多媒體等數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)傳輸速率將大大超過GSM的9．6kbps. 和窄帶CDMA的14．4kbps。它在高速移動的條件下，可支持144kbps的數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)

　　

【正文】 式： 15 位的 PN 短碼用于 QPSK 調(diào)制的 I， Q支路的直接序列擴頻，兩支路的短 PN 碼特征多項式分別為： 擴頻 擴頻操作又叫信道化操作，即用一個高速數(shù)字序列 (擴頻碼 )與數(shù)字信號相乘，把數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換成一系列碼片，從而大大提高了數(shù)字符號的速率，增加了信號帶寬。由信號理論知道，脈沖信號寬度越窄，其頻譜就越寬，信號的頻帶寬度和脈沖寬度近似成反比，因此，越窄的 脈沖序列被所傳信息調(diào)制，可產(chǎn)生頻帶很寬的信號。擴頻碼序列就是很窄的脈沖序列。通過擴頻操作信號頻譜被大大拓寬了。在常規(guī)通信中，為了提高頻率利用率，通常都是采用大體相當(dāng)帶寬的信號來傳輸信息，即在無線電通信中射頻信號的帶寬和所傳信息的帶寬是屬于同一個數(shù)量級的，但擴頻通信的信號帶寬與信息帶寬之比則高達 100～ 1000，屬于寬帶通信，這樣做是為了提高通信的抗干擾能力，這是擴頻通信的基本思想和理論依據(jù)。擴頻通信重慶 三峽學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 系統(tǒng)擴展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強。在接收端用與發(fā)送端完全相同的擴頻碼序列來進行解擴。 基帶濾波 基帶部分濾波器就是脈沖成形濾波器 (LPF)。由于輸出信號是帶寬受限的，所以擴頻調(diào)制器的輸出碼片流要利用脈沖成形濾波器進行濾波。 QPSK 調(diào)制 QSPK 正交調(diào)制器方框圖如圖 所示，他可以被看成是由 2個 BSPK 調(diào)制器構(gòu)成。輸入的串行二進制信息序列經(jīng)串 /并變換，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號 I(t)和 Q(t)，然后用載波分別進行調(diào)制，相加后即得到 QPSK 信號。 QPSK 調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，非常適用于 CDMA 移動通信系統(tǒng)。其原理框 圖如圖 所示。 三 .CDMA2020 下行鏈路處理模塊的實現(xiàn) 第一步在實現(xiàn)基帶模塊之前，首先必須根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)、協(xié)議要求。 第二步是根據(jù)系統(tǒng)的要求進行芯片的選擇，可供選擇的芯片包括 DSP， FPGA 和單片機。其中， DSP 芯片可單獨完成整個基帶部分的處理，典型的以 DSP 為核心的基帶模塊的主要特點是方便的可測量性、單個信道的低耗費以及簡便的軟硬件升級性。也可選擇 DSP 與 FPGA 搭配使用， FPGA+DSP 結(jié)構(gòu)最大的特點是結(jié)構(gòu)靈活，有較 強的通用性，適于模塊化設(shè)計，從而能夠提高算法效率，同時其開發(fā)周期較短，系統(tǒng)易于維護和擴展，適合于實時信號處理。采用不同的芯片進行處理，會導(dǎo)致不同的系統(tǒng)性能，要得到最佳的系統(tǒng)性能，就必須在這一步確定最佳的芯片選擇搭配。 重慶 三峽學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 在完成第二步之后，就是總體設(shè)計確定軟硬件分工。基帶模塊的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 2個方面。硬件設(shè)計首先要根據(jù)系統(tǒng)運算量的大小、對運算精度的要求、系統(tǒng)成本限制以及體積、功耗等要求選擇合適芯片。然后設(shè)計芯片的外圍電路及其他電路。軟件設(shè)計和編程主要根據(jù)系統(tǒng)要求和所選的芯片編寫相應(yīng)的匯編程序 ，若系統(tǒng)運算量不大且有高級語言編譯器支持，也可用高級語言（如 C語言）編程。由于現(xiàn)有的高級語言編譯器的效率還比不上手工編寫匯編語言的效率，因此在實際應(yīng)用系統(tǒng)中常采用高級語言和匯編語言的混合編程方法，即在算法運算量大的地方，用手工編寫的方法編寫匯編語言，而運算量不大的地方則采用高級語言。 硬件和軟件設(shè)計完成后，需進行硬件和軟件的調(diào)試。軟件的調(diào)試一般借助于芯片開發(fā)工具，如軟件模擬器、開發(fā)系統(tǒng)或仿真器等。硬件調(diào)試一般采用硬件仿真器進行調(diào)試，如果沒有相應(yīng)的硬件仿真器，且硬件系統(tǒng)不是十分復(fù)雜，也可以借助于一般的 工具進行調(diào)試。系統(tǒng)的軟件和硬件分別調(diào)試完成后，對軟硬件進行系統(tǒng)集成。最后，完成系統(tǒng)調(diào)試。實現(xiàn)框圖如圖 所示。 本設(shè)計的基帶信號發(fā)生器 CDMA2020 下行鏈路基帶模塊設(shè)計將移動通信中的各種關(guān)鍵技術(shù)融為一體，形成具有整體性的 CDMA 數(shù)字基帶處理技術(shù)。在 CDMA2020 基帶設(shè)計過程中融入了軟件無線電的思想，提出了無線信號發(fā)生源 CDMA2020 無線傳輸技術(shù)的基帶處理方案，設(shè)計出信號源數(shù)字基帶處理的軟硬件實施方案，實現(xiàn)時運用了 FPGA+DSP 這樣一種靈活的現(xiàn)代電子技 術(shù)方案。 重慶 三峽學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 第四章 CDMA2020下行功控技術(shù)介紹 第一節(jié) 功率控制的概述和必要性 近年來，蜂窩移動通信市場得到了蓬勃的發(fā)展。目前第三代移動通信 (3G)已成為移動通信領(lǐng)域的研究熱點，三代后 (Beyond 3G)乃至第四代移動通信系統(tǒng)的預(yù)研工作也已開始。在幾種主要的多址接入方式中， CDMA因其固有的抗多徑衰落性能，以及軟容量、軟切換、系統(tǒng)容量大等優(yōu)勢而倍受青睞，因此 3G的主流方案 (WCDMA、 cdma2020等 )都無一例外地采用了CDMA技術(shù)。 在 CDMA系統(tǒng)中，由于用戶共用相同的頻 帶，且各用戶的擴頻碼之間存在著非理想的相關(guān)特性，用戶發(fā)射功率的大小將直接影響系統(tǒng)的總?cè)萘?，從而使得功率控制成?CDMA系統(tǒng)中最為重要的核心技術(shù)之一。 如果不采用功率控制，所有用戶就會以相同的功率發(fā)射信號，這樣離基站較近的移動臺就會對較遠的移動臺造成相當(dāng)大的干擾，這種現(xiàn)象稱為遠近效應(yīng)。因此設(shè)計一種良好的功率控制方案對于 CDMA系統(tǒng)的正常運行是非常重要的。研究表明，不采用功率控制技術(shù)的 CDMA系統(tǒng)容量很小，甚至?xí)∮?FDMA系統(tǒng)的容量。在 CDMA系統(tǒng)中采用功率控制的另一個原因，是盡可能利用最小的發(fā)射功率獲得所需 的傳輸質(zhì)量，以延長用戶終端中電他的壽命。 碼分多址 CDMA 與頻分多址 FDMA 及時分多址 TDMA 相比較，具有容量大、低功率、軟切換、抗干擾強等一系列優(yōu)點。但是，在 CDMA 系統(tǒng)中由于所有用戶使用相同頻段的無限信道，用戶間僅靠地址擴頻碼的不同，即靠他們之間相關(guān)特性加以區(qū)分。若用戶間的互相關(guān)特性不為零，則用戶間存在干擾，我們稱之為多址干擾。同時由于 CDMA 系統(tǒng)為一干擾受限系統(tǒng)，即干擾大小影響系統(tǒng)容量。因此有效克服和抑制多址干擾就成為 CDMA 系統(tǒng)中最關(guān)鍵、最主要的問題。 除了多址干擾本身影響直接以外，在上行鏈 路中，如果保持小區(qū)內(nèi)所有移動臺的發(fā)射功率相同，由于小區(qū)內(nèi)移動臺用戶的隨機移動，使得移動臺與基站間的距離是不同的，離基站近的移動臺信號強，離基站重慶 三峽學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 28 頁 遠的移動臺信號弱。將會產(chǎn)生以強壓弱的現(xiàn)象，而設(shè)備的非線性就會更加速這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，這就是所謂的“遠近效應(yīng)”。除此之外，電波傳輸中由于物體的阻擋，形成“陰影效應(yīng)”產(chǎn)生了慢衰弱。這現(xiàn)象將會導(dǎo)致系統(tǒng)容量的下降和實際通信服務(wù)范圍的縮小等。解決這些問題的一個有效方法是采用功率控制技術(shù)。因此可以認為，功率控制技術(shù)是 CDMA 系統(tǒng)的一項核心技術(shù)。 第二節(jié) 功率控制的原則 CDMA 功率控制的原則是指功率控制的基本依據(jù)，從原理角度出發(fā)，功率控制的原則可以分為三類功：率平衡的原則信、干比平衡的原則和質(zhì)量平衡的原則。 功率平衡的原則 功率平衡是指接收端收到的有用信號功率相等，一般在上行鏈路是使 NodeB 接收的各個UE 的有用信號的功率相等，下行鏈路是使各個 UE 接收的 NodeB 的有用信號的功率相等。在功率平衡的兩個方向中，我們更為強調(diào)上行鏈路的接收功率相等。因為在以實時交談業(yè)務(wù)為主的服務(wù)里，上行鏈路是影響系統(tǒng)容量的主要因素。早期的 CDMA 功率控制技術(shù)中，采用的就是這種原則。 在第三代移 動通信中，混合業(yè)務(wù)是重要的特色之一。很明顯，不能以簡單的接收功率相等來對待不同的業(yè)務(wù)，因為接收機接收不同的業(yè)務(wù)，需要不同的接收功率，所以現(xiàn)在已經(jīng)很少再用這種判斷原則。 信干比平衡的原則 隨著技術(shù)的發(fā)展，通過測量接收功率，然后進行調(diào)整發(fā)射功率的方法已經(jīng)略顯粗糙，為了提供更大的容量，在技術(shù)上采用了比功率更為敏感、更為有效影響質(zhì)量的參數(shù)――信干比來進行功率控制。 信干比平衡是指接收端收到的有用信號功率相等，一般在上行鏈路是使 NodeB 接收的各個 UE的有用信號的信干比相等，下行鏈路是使各個 UE接收的 NodeB的有用信號的信干比相等。同樣在以實時交談業(yè)務(wù)為主的服務(wù)里我們更為強調(diào)上行鏈路的接收信干比相等。 質(zhì)量平衡的原則 描述移動通信質(zhì)量的定量指標(biāo)一般有 BER、 FER 等。質(zhì)量平衡原則并不是說任何鏈路的質(zhì)量，如 BER 等都要達到一致，而是說每種業(yè)務(wù)本身的質(zhì)量是以要求的質(zhì)量目標(biāo)為中心，達到動態(tài)平衡的過程。它的提出，能夠很好的解決現(xiàn)在第三代移動通信中具有多種業(yè)務(wù)的特性，重慶 三峽學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 而且質(zhì)量目標(biāo)靈活即時可變的問題。質(zhì)量平衡與信干比平衡的原則相結(jié)合使用，是現(xiàn)在功率控制技術(shù)的主流。 第三節(jié) IS95 及 CDMA20201x 系統(tǒng) 前向功率控制 功率控制的目的就是使移動臺和基站接收到的誤幀率（ FER）接近一個目標(biāo)值，例如對于語音業(yè)務(wù)，該目標(biāo)值為 1%，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)目標(biāo)值為 5%。系統(tǒng)容量的增加可以通過選擇一個更高的目標(biāo) FER 值而仍能滿足話音質(zhì)量。更高的目標(biāo) FER 意味著更低的平均發(fā)射功率，這樣可以保證系統(tǒng)容納更多的用戶。 前向鏈路中，如果使各移動臺的話音質(zhì)量相同，則在小區(qū)邊緣附近的移動臺所需要的功率比距離基站近的移動臺要高。在移動臺的幫助下，基站不斷調(diào)整分配給每一個業(yè)務(wù)信道的功率以使每一個移動臺的信噪比（ S/N）相同，典型的 S/N=15dB。 前向鏈路的小區(qū)內(nèi)信號的發(fā)射是同步的。移動臺對前向鏈路解調(diào)時，干擾主要來自于臨區(qū)干擾和多徑引入的干擾。但是前向鏈路中，因為小區(qū)內(nèi)信號的同步性和移動臺相干解調(diào)帶來的增益使得前向鏈路的質(zhì)量要好于反向鏈路。在前向鏈路中，只引入一個慢速的功率控制就可以控制每個信道的發(fā)送功率。 一、 IS95A 的前向功率控制 IS95A（ RC1）的前向功率控制基于移動臺對接收到的誤幀率的統(tǒng)計。一旦移動臺在pwr_rep_frames 時間內(nèi)接收到 2 個誤幀，移動臺就向基站發(fā)送功率測量報告（ PMRM），等 4次 pwr_rep_delay 后開始新的測量過程。如果在 pwr_rep_frames 內(nèi)收到不足 2 個誤幀，則不向基站發(fā)送消息，本次測量周期結(jié)束后就開始下一次測量。 前向鏈路功率控制調(diào)整速率為 ，足夠解決長期陰影效應(yīng)造成的影響，但不能解決多徑效應(yīng)引起的快衰落問題。 基站調(diào)整的相關(guān)參數(shù)作用如下： 基站接收到功率測量報告（ PMRM） fer_small?FER 下限 fer_big? FER 上限 若 fer_smallFERFER_BIG，表示誤幀 率控制在可接受范圍 以內(nèi)， 基站就要用重慶 三峽學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30 頁 SMALL_DELTA_UP 命令緩慢增加前向鏈路的數(shù)字增益； 若 fer_bigFER，表明誤幀率過高，基站會使用 BIG_DELTA_UP 命令快速增加前向鏈路的數(shù)字增益； 若 FERFER_SMALL，表示誤幀率很低，基站會使用 DELTA_DOWN 命令減小前向鏈路的數(shù)字增益。 基站未接收到功率測量報告（ PMRM） 一旦基站中值為 fpc_step 的計時器溢出，基站就會用 delta_down 命令減小前向鏈路數(shù)字增益，同時計時器重新啟動。 增益調(diào)整范圍 ： (min_gain,max_gain) 若 flpc=0，則前向功率控制不工作，前向業(yè)務(wù)信道數(shù)字增益為 nom_gain。 二、 IS95B 的前向功率控制 IS95B（ RC2）中，基站根據(jù)反向業(yè)務(wù)信到中的 EIB（ ErasureIndicatorBit）是否有出現(xiàn) Erasure的情況，調(diào)整前向業(yè)務(wù)信道的數(shù)字增益。若出現(xiàn) Erasure 的情況，基站就用 up_adj 增加前向業(yè)務(wù)信道的數(shù)字增益；若無 Erasure 情況，基站就用 dn_adj 降低前向業(yè)務(wù)信道的數(shù)字增益。 RC2 中，前向鏈路功率控制速率為 50Hz。