【正文】 ASPC算法可以有效降低中斷概率，且收斂速度要比固定步長算法要快的多 (由曲線的斜率可以看出， ASPC算法斜率大 )。 第三節(jié) 結果分析 按照上述的流程圖，以及設置的參數，在 3GPP中微蜂窩系統(tǒng)環(huán)境下進行仿真?！? “ 0”，則把前一次步長 除以 ? 。 如果 SIRestimat (SIR 測量值 )SIRidea (SIR 理想值 )，則發(fā)出功率控制命令“ 0”：基站要求移動臺增加發(fā)射功率； 如果 SIRestimat (SIR 測量值 )SIRidea (SIR 理想值 )，則發(fā)出功率控制命令“ 1”，基站要求移動臺減小發(fā)射功率。 發(fā)射“ 0”表示較門限值小，發(fā)射“ 1”表示較門限值大?；窘邮盏脑肼暪β蕿?100dBm。 以 SIR 為參數的功率控制算法能更好的反映系統(tǒng)的性能，所以這里以 SIR 為參數進行功率控制。因此，這里給出咦種可變步長的上行鏈路功率控制算法以克服其缺點。即將若干個小區(qū)組成一個區(qū)群 (簇 )，區(qū)群內的每個小區(qū)占有不同的頻率，占用給定的頻帶。每個小區(qū)占初始化 參數設置 產生信道衰落模型 計算每個小區(qū)基站與所有移動臺距離 判斷 SIRestimat 是否大于 SIRtarget 判斷 SIRestimat 是否大于 SIRidea 移動臺發(fā)射功率減小△ 進入下一個功率控制 中斷數加 1 移動臺發(fā)射功率增加△ 否 計算每個小區(qū)基站新接收到移動臺 SIRestimat 圖 固定步長算法程序流程圖 計算每個小區(qū)基站與所有移動臺鏈路增益 產生各移動臺初始發(fā)射功率 否 是 是 25 有一定的頻道，還有各個小區(qū)間占用的頻道是不同的。 理想信干比 = 10 dB，我們希望把 SIRestimat 都控制在 10 dB 左右，這樣既可以節(jié)省發(fā)射功率，又可以最大限度的提高系統(tǒng)容量。 1/ ijd? 為路徑傳播衰減因子。 通常，傳播損耗的 模型為，距離的 m 次冪與表示遮擋損耗的對數歸一化值的乘積。 結果分析的參數設置：小區(qū)半徑 150m，并假設移動臺均勻分布在各個小區(qū)中。通過動態(tài)改變步長可以更加適應功率的變化，收斂速度大大加快。這種算法不僅體現可變步長功率控制算法的優(yōu)越性，又和固定步長算法一樣占用 l bit 的信道帶寬。集中式與分布式功率控制算法，傳統(tǒng)的固定步長功控算法，從不同的角度分析了各種算法的優(yōu)缺點，從實現過程的數學模型中可以比較出哪種算法是相對較理想。同時動態(tài)改變所需最合適調整步長的大小。 而可變步長的上行鏈路功率控制算法的基本原理是采用有效的方法控制功率調整步長△的變化，來克服信道快衰落所帶來的影響。 二、 自適應變步長功率控制算法 如上述得知，自適應變步長功率控制算法是在傳統(tǒng)的固定步長的基礎上加入了一個自適應的步長選擇模塊。 此方案是建立在傳統(tǒng)的基于反饋的閉環(huán)功控的基礎之上的。解決這些問題必須用功率控制的技術，與距離有關的陰影衰落和路徑損耗，可以用開環(huán)功率控制來處理，但對于快速的多徑衰落必須在上行鏈路中使用閉環(huán)快速 TPC，才能消除遠近效應，有效減小 MAI，保證通信質量，從而最大化系統(tǒng)容量。 像這種功控算法，允許基站發(fā)送功率控制命令，用戶通過此控制命令，以固定的步長調整發(fā)射功率，功率改變過程就像一個“乒乓”式的控制，其穩(wěn)定性差，而且有很大的過調量和很短的穩(wěn)定時間。也就是說，閉環(huán)功控算法只有在特定的移動速度和多普勒頻移的條件下才能被優(yōu)化。并且步長的控制在很大程度上只是集于知識經驗，缺少理論技術的支持，不適當的步長也會使過調量較大和穩(wěn)定時間較長，從而影響每個用戶的信干比和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 第三節(jié) 傳統(tǒng)的固定步長功控算法 我國現階段主要以固定步長功控算法為基礎，可分為兩種：一種是基于優(yōu)化，一種是基于反饋。分布式功率控制算法的步驟： ① 測量每個用戶的初始信號信干比形； ② 根據分布式迭代函數，調整每個移動臺的發(fā)射功率最多 L 步， 如果在第 k(k≤ L)步，對所有用戶都有為移動臺在第 k 步時的發(fā)射信號的信干比≥各用戶 發(fā)射信號功率達到要求時的 SIR 門限值，則停止。而集中式功率控制方案所需要的正是一個極其穩(wěn)定的工作環(huán)境 (集中式功率控制必須保證關鍵單元工作正常和一個較大的帶寬 )，系統(tǒng)中各個部分都要和中央管理單元通信 。它們的目標是使得系統(tǒng)中所有信道的接收信號干擾噪聲比達到要求 。人們一般用誤碼率作為通信質量的標準。 ② 干擾功率：指移動臺或基站接收到的噪聲信號的瞬時功率值，包括小區(qū)內和小區(qū)間的干擾以及熱噪聲。 二、收斂速度 如果是用迭代法實現的分布式功率控制算法時，用在一定的迭代次數內與不動點的歸一 17 化歐氏距離來估算算法的收斂速度。 一、中斷概率 假設用戶 i，若不等式該 SIRi? Ri (Ri 為基站門限信干比 )成立，則稱該用戶被系統(tǒng)支持，否則稱該用戶被中斷。 同時，功率控制算法的目的在于通過運算，使系統(tǒng)內所有移動臺的信干比收斂到一個相同的水準，也就是系統(tǒng)目標信干比。 16 第三章 CDMA 通信系統(tǒng)中功率控制算法 在 CDMA 移動通信系統(tǒng)中，用戶是靠使用不同的擴頻碼來區(qū)分的，用戶的擴頻碼不正交就會導致用戶之間的干擾。最后，本文分析了影響功率控制的因素、功率控制技術對 CDMA 系統(tǒng)容量的影響以及功率控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題和功率控制的數學模型。 本章從功率控制的必要性、目標、準則、方法分類等幾個方面對功率控制技術進行概括性的介紹，闡述了功率控制準則。 第三代移動通信系統(tǒng)功率控制可分為兩大類： FDD（ Frequency Division Duplex）模式和TDD（ Time Division Duplex）模式。而且單個用戶可能同時具有多種業(yè)務，如果仍像傳統(tǒng) CDMA 功率控制方案那樣，使各移動臺到基站的功率相等，必然會引起系統(tǒng)資源利用率低或服務質量不滿足要求。功率作為一種系統(tǒng)資源為所有用戶共享，系統(tǒng)應根據各種業(yè)務的不同速率及服務質量的要求，給用戶分配功率。這就使得功率控制直接與通信質量相聯系，而不是僅僅體現在改善信噪比上。它分為前向功率控制和反向功率控制。而固定步長算法則采用簡單的固定的一字節(jié)功率調整指令。然而，它的缺點是從基站發(fā)出控制命令到移動臺執(zhí)行命令改變發(fā)射功率時會產生時延，時延上升則功控性能將嚴重下降，所以這種“乒乓”式功率控制有穩(wěn)定性差、時延大、過調量大等缺點。然而對于 CDMA／ TDD，即時分雙向雙工的體制中，上、下行鏈路處于同一頻段不同時隙，這時信道上、下行基本上是對稱的，開環(huán)功控可以達到相當高的精度要求。 WCDMA 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 。 三、 開環(huán)功率控制與閉環(huán)功率控制 （一） 開環(huán)功控 開環(huán)功控 (Open Loop Power Control， OLPC)建立在上行鏈路與下行鏈路具有相同的通信環(huán)境情況之上，假定具有一致的信道衰落。集中式功控最大的難點是要求系統(tǒng)在每一個時刻 (時 間間隔內 )獲得一個歸一化的鏈路增益矩陣，這在一個用戶較多的小區(qū)中是難以實現和難以得到的?；臼盏秸{整功率的請求后，按 的步長調整階距改變相應的發(fā)射功率。 正向鏈路也稱為下行鏈路，它是調整基站向移動臺發(fā)射的功率。若基站采用同步 CDMA，并且選用完全正交擴頻碼，理想情況下基站發(fā)射給每個移動臺擴頻信號如果是完全正交，則移動臺間干擾就不存在。一般這種功率調整指令每 1ms 發(fā)送一次。開環(huán)功率控制的響應約毫秒級，控制動態(tài)范圍約有幾十分貝。 反之，若基站接收到某一移動臺功率太高，雖 然保證了該移動臺與基站間的質量，卻對其它移動臺增加了干擾，導致整個系統(tǒng)質量惡化和容量的減小，只要當每個移動臺的發(fā)射功率控制到基站所需信噪比的最小值時，通信系統(tǒng)的容量才能達到最大值。 反向功控使各用戶之間相互干擾最小，并能達到克服“遠近效應”的目的。 第三節(jié) 功率控制技術的分類 從不同角度來考慮有不同的功率控制方法，比如若從通信的上、下行鏈路角度來考慮， 一般可分為反向功率控制與前向功率控制；若從實現功控的方式則可劃分為：集中式功率控 制與分布式功率控制：還可以從功控環(huán)路的類型來劃分，又可分為開環(huán)功控與閉環(huán)功控。 基于誤碼率 BER 為參數的功率控制算法，誤碼率是平均錯比特數與原信息序列的比特數的比值。 基于信噪比 SIR 平衡準則是指在接收端接收到的有用信號比干擾之比相等為功率控制準則，對于上行鏈 路 SIR 平衡的目標是使各個移動臺到達基站的信號干擾比相等；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的信號干擾比相等。 FER 與導頻信干比有很大程度的關聯，同時， FER 還取決本地傳播條件，車輛的速度。接收功率電平的目標值必須使鏈路能夠滿足用于定義的性能指標 （ BER， FER，容量，掉話率和覆蓋）的最小電平值即門限制。然而由于基站的非相干檢測，在上行鏈路干擾比下行鏈路的干擾嚴重得多。 二、功率控制的必要性 CDMA 系統(tǒng)是一種干擾受限系統(tǒng)，由于所有的移動臺在相同的頻段傳送信號，因此系統(tǒng)內產生的內在干擾在決定系統(tǒng)容量和話音質量方面起到了關鍵作用。 功率控制技術是一種優(yōu)化技術，優(yōu)化目標是在滿足每一個用戶通信質量的前提 下，盡可能減少每一個用戶的發(fā)射功率，從而減小多址干擾，同時還可以有效地克服遠近效應和角效應的影響，最終增加系統(tǒng)容量。 第二節(jié) CDMA 通信系統(tǒng)的功率控制技術原理分析 一、功率控制的作用 功率控制技術在蜂窩移動通信中得到廣泛的應用。智能天線技術用于 CDMA 系統(tǒng)是比較合適的，能夠起到在較大程度上抑制多用戶干擾，從而提高系統(tǒng)容量的作用。如果想加大發(fā)射功率來克服這種深衰落是不現實的，這樣會造成對其他用戶的干擾，分集接收是抗衰落的一種有效措施，它廣泛的應用于蜂窩網移動通信系統(tǒng)。 （三） 軟切換技術 移動臺開始與新的基站通信但不立即中斷它和原來基站通信的一種切換方式稱為軟切換。對所傳信號頻譜的擴展給予 CDMA 其多址能力。 （一） 擴頻技術 CDMA 給每一用戶分配一個唯一的碼序列，即擴頻碼，并用它對信號進行編碼。它要求到達基站的各手機信號強度一致，并且始終保持 在最佳狀態(tài)，在任何完全均衡的情況下，使 FER 保持為 1％ 。 5 （六） 話音激活 典型的全雙工雙向通話中，每次通話的 占空比小于 35％，在 FDMA 和 TDMA 系統(tǒng)里，由于通話停等時重新分配信道存在一定的時延，所以難以利用話音激活因素。系統(tǒng)中同時采用了開環(huán)和閉環(huán) 兩種控制形式，這樣就可以避免了由于快衰落引起的掉話。它可以有效地提高切換的可靠性，大大地減少切換造成的掉話。 （四） 掉話率低 移動電話通話時造成中斷掉話的主要原因有：頻繁的切換、各種干擾、信號的快衰落、覆蓋信號弱等方面。 體現軟容量的另一種形式是小區(qū)的呼吸功能。 （二） 軟容量 f t f t f t CDMA TDMA FDMA 圖 三種多址方式 4 在 GSM 系統(tǒng)中，當小區(qū)服務用戶數達到最大承載信道數，已滿載的系統(tǒng)無法再增加一個信道，此時如果有新的呼叫，那么該用戶聽到忙音。一般，人 們把以 AMPS 為代表的模擬系統(tǒng)稱為第一代蜂窩系統(tǒng)；把以 GSM 代表的數字蜂窩稱為第二代系統(tǒng)。通過自適應變步長和固定步長功率控制算法的對比，得出這種算法通過動態(tài)改變步長可以更加適應功率的變化、收斂速度大大加快的結論。 第二章，從理論上介紹 CDMA 通信系統(tǒng)的相關知識，引出了本文主要研究的 CDMA 通信系統(tǒng)的功率控制技術，介紹了該技術的主要細節(jié)。 近年，在各個領域中的相關分析和設計技術都來進行 CDMA 功率控制系統(tǒng)的分析和設計[8][9][10]。 隨后，研究者們提出了一系列功率控制算法：代表性的有 R． Jantti 的 受限二階功率控制算法 [4]、 D． Lelic 的高斯塞德爾迭代算 [5]等等，相比 DCPC 算法，這些算法收斂性都有所提高。 第二節(jié) 國內外的研究現狀 CDMA 系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，某一用戶的發(fā)射信號和接收信號對小區(qū)內的其他用戶而言就是干擾，采用功率控制技術，減少系統(tǒng)內用戶 的相互干擾，使系統(tǒng)容量最大化 [1]。由于基站與本小區(qū)各個用戶之間的距離不同，信號傳輸的路徑不同，存在嚴重的遠近效應。而功率控制是有效降低同頻干擾的方法，是 CDMA 移動通信系統(tǒng)中重要的手段。 對于 CDMA 系統(tǒng)來說，采用有效的功率控制技術是提高無線通信系統(tǒng)容量的主要方法之一。但是， CDMA 系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，隨著用戶數的增多，來自其他用戶的干擾會越來越大，最終導致信號無法正確檢測，干擾的大小嚴重影響系統(tǒng)容量和通信質量。學生應具備較好的查閱資料能力、較好的學習能力。 1 編 號： 審定成績： 大學 畢業(yè)設計（論文） 設計（論文）題目： CDMA 通信系統(tǒng)中功率控制研究