【正文】 兩種算法平均功率對(duì)比如圖 [15]所示 ： 圖 ASPC算法和固定步長算法平均功率對(duì)比 圖 ， ASPC算法和。 一、相同用戶數(shù)時(shí) ASPC算法和固定步長算法中斷概率和平均功率的對(duì)比 兩種算法中斷概率對(duì)比如圖 [15]： 28 圖 ASPC算法和固定步長算法中斷概率對(duì)比 由圖 ，橫坐標(biāo)為迭代次數(shù)，縱坐標(biāo)為中斷概率。得到了兩種算法在不同參 數(shù)下的仿真圖，對(duì)比仿真圖分析兩種算法下，中斷概率，平均功率，以及用戶數(shù)之間的關(guān)系。 理想信干比 SIRidea=10dB， 我們希望把 SIRestimate 都控制在 10dB 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。 其中，信干比 SIR 的目標(biāo)電平 SIRtarget=17 dB。 如果移動(dòng)臺(tái)連續(xù)收到兩個(gè)功率控制命令分別為“ 0” “ l”或“ 139。 移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)臺(tái)根據(jù) SIRestimat和 SIRidea的大小比較，增加或減小新的步長值以調(diào)整發(fā)射功率： 如果移動(dòng)臺(tái)連續(xù)收到兩個(gè)功率控制命令都為“ 0”，則把前一次步長乘以 u 。 基站所發(fā)出的功率控制命令只是二進(jìn)制數(shù)，所以只占用 l bit 的信道帶寬。 程序運(yùn)行的假設(shè)條件與固定步長算法一致 。移動(dòng)臺(tái)根據(jù) SIRestimat和 SIRidea的大小比較，增加或減小新的步長值以調(diào)整發(fā)射功率。 由于基站所發(fā)出的功率控制命令只是二進(jìn)制數(shù)，所以只占用 l bit的信道帶寬。移動(dòng)臺(tái)最小發(fā)射功率為 25dBm,最大發(fā)射功率為 50dBm。 對(duì) ASPC的算法的分析系統(tǒng)環(huán)境是采用 3GPP中微蜂窩系統(tǒng)。但它要占用 2bit甚至更高的帶寬，這對(duì)日益緊張的頻率帶寬資源來說是極不經(jīng)濟(jì)的。 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(diào)整步長 △ 的變化，來克服信道快衰落所帶來的影響。 第二節(jié) 自適應(yīng)變步長算法程序流程 從上述我們可知，固定步 長的限制使得現(xiàn)有的上行鏈路功率控制算法在這方面受到了很大的限制，因而無法滿足未來技術(shù)發(fā)展的需要。另一區(qū)群重復(fù)使用相同的頻帶。所以，在小區(qū)制蜂房覆蓋結(jié)構(gòu)中，用空間劃分的方法，在不同的空間進(jìn)行頻率重用，以提高頻率資源的利用率。如果給每小區(qū)分配一組載波頻率，為避免相鄰小區(qū)之間產(chǎn)生干擾，各個(gè)相鄰小區(qū)的 載波頻率應(yīng)不相同。 具體的固定步長功控流程如 圖 ： 從整個(gè)流程中，我們需要注意的是在蜂窩系統(tǒng)中，信道是以頻道來表征的。固定步長一般取△ =1dB。 CDMA 通信系統(tǒng)中第 i 個(gè)移動(dòng)臺(tái)的上行鏈路的信干比： ik ijk jGPSIR GP?? （ 42） 信干比 SIR 的目標(biāo)電平 argt etSIR =17dB，假如基站測量移動(dòng)臺(tái)所得 SIRestimat argt etSIR ，那么通話不能正常進(jìn)行，產(chǎn)生一次中斷。其中α取值范圍為 3~5。因此，本次分析過程也采用此傳播損耗模型來確定系統(tǒng)中的鏈路增益，其表達(dá)式為： ijik ijAG d?? （ 41） 其中， ijd? 為第 i 個(gè)小區(qū)的移動(dòng)臺(tái)與第 k 個(gè)小區(qū)的基站之間的距離。注意的是這里沒有包括快變化瑞利衰落，但是，如果衰落足夠慢，就像移動(dòng)臺(tái)以很低的速度通過深衰落區(qū)，瑞利衰落就會(huì)很難從陰影中區(qū)分出來。 由于在無線蜂窩通信系統(tǒng)中，上行鏈路對(duì)系統(tǒng)容量起決定作用，因此以下各系統(tǒng)的分析都是針對(duì)上行鏈路的功率控制而言。假設(shè)移動(dòng)臺(tái)最小發(fā)射功率為負(fù) 25dBm，最大發(fā)射功率為 50dBm。若給每小區(qū)分配一組載波頻率，各個(gè)相鄰小區(qū)的載波頻率應(yīng)不相同，這樣才能避免相鄰區(qū)之間產(chǎn)生干擾。 為下一章結(jié)果分析做了理論基礎(chǔ)。 消除遠(yuǎn)近效應(yīng)， 有效減小 MAI，保證通信質(zhì)量，又最大化系統(tǒng)容量。即自適應(yīng)步長功率控制算法，這種算法與一般可變步長功率控制算法的最大區(qū)別是它只占用 1bit 的信道帶寬，節(jié)省了相對(duì)緊張的帶寬資源。 可變步長算法在上行鏈路功率控制中的性能的優(yōu)越性和固定步長算法節(jié)省帶寬的特點(diǎn)，本文給出的綜合兩者優(yōu)點(diǎn)的變步長功率控制 算法，根據(jù)信道特點(diǎn)動(dòng)態(tài)的改變調(diào)整步長的大小。 由于固定步長的限制，現(xiàn)有的上行鏈路功率控制算法在這方面受到了很大的限制，因而Tx 計(jì)算 SIR 與門限比較 Z 功率控制命令 P（ tTp） 選擇步長 干擾與噪聲 基站 移動(dòng)臺(tái) 22 無法滿足未來技術(shù)發(fā)展的需要。 第五節(jié) 小結(jié) 本章在前兩章的基礎(chǔ)上介紹了功率控制算法。這種算法既體現(xiàn)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 1 bit的信道帶寬。 根據(jù)可變步長算法在上行鏈路功率控制中的性能的優(yōu)越性和固定步長算法能節(jié)省帶寬的特點(diǎn)，本文提出一種綜合兩者優(yōu)點(diǎn)的可變步長功率控制算法。 傳統(tǒng)的可變步長算法可以有效的提高收斂速度，克服信道快衰落所帶來的影響。因此，給出各種可變步長的上行鏈路功率控制算法以克服其缺點(diǎn)。此模塊加入到移動(dòng)臺(tái)裝置中，模塊中有個(gè) 2bit 的寄存器用來存放上一次及在上一次的功率控制命令，步長選擇模塊以當(dāng)前及以前的功率控制命令來估計(jì)信道的衰落變化，并以此為依據(jù)來控制步長。能有效的克服高速運(yùn)動(dòng)中移動(dòng)臺(tái)經(jīng)歷的信道快衰落，提高通信質(zhì)量和系統(tǒng)容量。只是在移動(dòng)臺(tái)的接收端增加了一個(gè)調(diào)整步長的模塊， 用來記錄以前的功率控制命令。 隨著功率控制算法的不斷演變與發(fā)展，給出了一種基于 SIR 測量的簡單的自適應(yīng)變步長功率控制方案，它根據(jù)當(dāng)前及以前的功率控制命令來預(yù)測信道的衰落變化趨勢，并以此為依據(jù)來調(diào)整功率控制步長。 因此，給出基于 SIR 的自適應(yīng)變步長功控進(jìn)一步改善了控制結(jié)果，使得發(fā)射功率能夠快速并準(zhǔn)確的補(bǔ)償信道衰落，即使在信道變化劇烈的情況下，傳統(tǒng)的固定步長功控性能仍能夠得到很大程度的改善。 Tx 計(jì)算 SIR 與門限比較 Z 功率控制命令 P（ tTp） 1dB 干擾與噪聲 基站 移動(dòng)臺(tái) 20 第四節(jié) 變步長功率控制算法 一、 變步長功率控制算法的發(fā)展歷程 在 CDMA 通信系統(tǒng)中，用戶信號(hào)在到達(dá)基站時(shí)，必須滿足傳輸業(yè)務(wù)的 SIR 要求，同時(shí)盡量降低發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，否則系統(tǒng)容量也相信降低，由 于存在遠(yuǎn)近效同時(shí)又傳輸中的路徑損耗和快速的多徑衰落，慢速的陰影衰落。 由 于以固定步長調(diào)整的限制，現(xiàn)有的上行鏈路功率控制算法在這方面受到很大的限制，因而無法滿足未來技術(shù)發(fā)展的需要。這種問題同時(shí)也提高了功率控制錯(cuò)誤的標(biāo)準(zhǔn)方差，而且也提高了整個(gè)蜂窩小區(qū)的干擾水平。 傳統(tǒng)的基于 SIR 測量的反向鏈路閉環(huán)功率控制的結(jié)構(gòu)框圖 ： 圖 傳統(tǒng)閉環(huán)功率控制結(jié)構(gòu)圖 從圖中看出閉環(huán)功控算法的固定步長和功率控制指令存在時(shí)延，當(dāng)移動(dòng)用戶的信道發(fā)生深度衰落時(shí)，基站就會(huì)相應(yīng)地發(fā)出 功控指令讓移動(dòng)用戶提高發(fā)射功率以補(bǔ)償信道中的深度衰落，但當(dāng)深度衰落結(jié)束后，由于現(xiàn)有的閉環(huán)功控算法的功率指令的時(shí)延特性，移動(dòng)用戶仍然因?yàn)槭盏教岣吖β实闹噶疃岣咦约旱陌l(fā)射功率。 由于這種算法調(diào)整步長在整個(gè)連接的通信期間是保持不變的，這種限制就使得閉環(huán)功控算法的性能在不同的移動(dòng)速度，不同的傳播信道的不同的時(shí)延的條件下變化很大。 在閉環(huán)功率控制算法中，基站用時(shí)間 Tx 來測量 SIR 值，然后與期望的門限 SIR 值進(jìn)行比較，基站隨后根據(jù)算出的結(jié)果向移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率控制的指令，使得移動(dòng)臺(tái)調(diào)整其發(fā)射功率。另一種方法 基于反饋的，控制比較靈活，易于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是這種方法也是根據(jù)單個(gè)用戶服務(wù)質(zhì)量的變化來確定發(fā)射功率的變化趨勢，所以控制也沒有很大的改善。第一種需要知道準(zhǔn)確的系統(tǒng)模型，通過對(duì)目標(biāo)函數(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行描述，在使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)下，完成對(duì)各個(gè)用戶發(fā)射功率的解算，同時(shí)將最優(yōu)的功率實(shí)時(shí)加載給用戶，但是這種方式計(jì)算量較大，不適合動(dòng)態(tài)環(huán)境。刪除原則可以采用移去最小信干比用戶原則，或者移去最大發(fā)射功率用戶。否則，執(zhí)行第③步； ③ 依據(jù)一定的刪除原則，移去一個(gè)用戶，計(jì)算其它用戶的 SIR，從而降低對(duì)其它用戶的干擾，以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定 性。但由于可供利用的信息有限，分布式功率控制算法花費(fèi) 的時(shí)間更長，因此，對(duì)分布式功率控制算法的研究主要是尋找一種更好的迭代方法，使得系統(tǒng)中所有用戶的接收 SIR 能更快地達(dá)到要求 [14]。 18 二、分布式功控算法 分布式功率控制是由每個(gè)小區(qū)根據(jù)當(dāng)前測量的 SIR 和當(dāng)前的發(fā)送功率來確定最佳發(fā)射功率的。 第三，無線通信中帶寬資源也要比有線通信更加珍貴。 一、集中式功控算法 集中式解決方案把整個(gè)決策及與決策有關(guān)的各種信息都放在同一個(gè)位置上，是最簡單的解決方案。 第二節(jié) 集中式與分布式功率控制算法 基于 SIR 平衡的功率控制通?？梢苑譃橐韵聝深悾杭惺焦β士刂坪头植际焦β士刂?。功控算法中該 物理量一般作為外環(huán)的指標(biāo)，用來估計(jì)通信質(zhì)量，為不同用戶設(shè)定合適的目標(biāo) SIR 值。 ④ 通信質(zhì)量：語音質(zhì)量是個(gè)主觀量，必須用客觀的量來衡量。反映了受到的干擾水平，是預(yù)測未來干擾重要指標(biāo)。同時(shí)一般功率控制算法中需要對(duì)一下物理量進(jìn)行測量： ① 接收信號(hào)功率：指移動(dòng)臺(tái)或基站接收到的有用信號(hào)的瞬時(shí)功率值，反映了路徑損耗和衰落對(duì)發(fā)射信號(hào)的影響。 三、用戶的平均發(fā)射功率 即總的發(fā)射功率除以系統(tǒng)中總的用戶數(shù)。在分組交換的情況下，它是比給定的目標(biāo)值更一般化的衡量指標(biāo)，大的中斷概率就意味著需要進(jìn)行自動(dòng)重傳請求 (ARQ)或需要采用強(qiáng)糾錯(cuò)編碼。中斷概率指出了在給定時(shí)刻系統(tǒng) 服務(wù)于用戶的程度，對(duì)固定速率的系統(tǒng)，要盡量使中斷概率最小。 第一節(jié) 功率控制算法性能的衡量 功率控制算法有很多種，其性能的衡量指標(biāo)也有很多種，本文是以下指標(biāo)衡量算法的性能 [13]。然而，集中式功控需要獲得系統(tǒng)精確模型和所有用戶信道信息，計(jì)算用戶發(fā)射功率，實(shí)時(shí)加載給用戶，需要大規(guī)模的數(shù)據(jù)和很高的 計(jì)算復(fù)雜度，難以操縱，容易發(fā)生死鎖現(xiàn)象，尤其是當(dāng)用戶數(shù)很大的時(shí)候，更會(huì)失去它的實(shí)用價(jià)值。到目前為止，各種功率控制算法的思想基本上都是尋找最合適的發(fā)射功率，使系統(tǒng)中所有信道的 SIR相等。對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行合理 適當(dāng)?shù)目刂?，是減少用戶干擾，改善通信質(zhì)量的有效途徑。對(duì)下文中所提出的算法性能的進(jìn)行比較。 針對(duì) CDMA 系統(tǒng)，歸納了在 CDMA 實(shí)際 系統(tǒng)中的功率控制方案，為后續(xù)幾章分析和仿真功率控制算法提供了理論依據(jù)， IS95CDMA 系統(tǒng)和第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用的功率控制技術(shù)和下文研究中要用到的算法衡量指標(biāo)及相關(guān)參數(shù)。功率控制技術(shù)從不同的角度來考慮有不同的功率控制方法，若從通信的上、下行鏈路角度來考慮，可分為反向鏈路功率控制與前向鏈路功率控制；若從實(shí)現(xiàn)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)路的類型劃分為開環(huán)功控與閉環(huán)功控。從原理 上看，功率控制準(zhǔn)則可以分為：功率平衡準(zhǔn)則、信干比平衡準(zhǔn)則和基于信干比平衡準(zhǔn)則的混合體制。同時(shí)也使得移動(dòng)臺(tái)的總傳輸 15 功率有效下降，從而延長移動(dòng)終端電池的使用壽命。 將他們的特點(diǎn)和參數(shù)如表 []所示： 表 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)功率控制參數(shù) WCDMA CDMA2021 TDSCDMA 功控準(zhǔn)則 信噪比平衡準(zhǔn)則 功率平衡準(zhǔn)則 功率平衡準(zhǔn)則 功控周期 5ms 調(diào)整步長 1 dB 1,2,3dB 功控 時(shí)延 23 幀 2 幀 1 幀 雙工模式 FDD/TDD FDD TDD 第五節(jié) 小結(jié) CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)的功率控制方案多種多樣，它們都有相同的目的，只是各自具有不同的性能、用途或理論基礎(chǔ)。在實(shí)際系統(tǒng)中， WCDMA 采用 SIR 平衡準(zhǔn)則，CDMA2021 采用功率平衡準(zhǔn)則，前者的目標(biāo)門限和后者的功率門限都是根據(jù) FER 來調(diào)整 的。因此系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同用戶不同業(yè)務(wù)的速率和服務(wù)質(zhì)量的要求，給用戶分配功率。在多媒體業(yè)務(wù)中有對(duì)時(shí)延不敏感但誤比特率要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、有時(shí)延敏感但誤比特率要求相對(duì)低的語音業(yè)務(wù)、也有兩者要 求都比較高的視頻業(yè)務(wù)。功率分配和控制在多業(yè)務(wù)、多速率的系統(tǒng)中成為一個(gè)關(guān)鍵性問題。而多業(yè)務(wù)的引入，對(duì)合理地分配系統(tǒng)資源提出了更高的要求。 IS95 系統(tǒng)中的功率控制是基于信噪比的，也就是基站測量接收到信號(hào)的信噪比，與目標(biāo)信噪比相比較若大于目標(biāo)信噪比則發(fā)出功率控制比特“ 1”，即讓移動(dòng)臺(tái)降低發(fā)射功率；反之，則發(fā)出“ 0”，即提高發(fā)射功率。通常外環(huán)功率控制以用戶的通信質(zhì)量為依據(jù)，這種通信質(zhì)量通常采用累計(jì)的誤幀率為指標(biāo)，根據(jù)基站測到的每個(gè)用戶的誤幀率，對(duì)所需的目標(biāo) Eb／ lo 進(jìn)行調(diào)整，以保證收到的每個(gè)編碼語音幀或數(shù)據(jù)包低于一定的誤幀率。反向功率控制又分為開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制。 第四節(jié) CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)的功率控制方案 一、 IS95 中的功率控制方案 CDMA 系統(tǒng)中的功率控制技術(shù)最早出現(xiàn)在基于 IS95 標(biāo)準(zhǔn)的窄帶 CDMA 系統(tǒng) (主要支持話音業(yè)務(wù) )中。 通過分析表明可變步長算法在上行鏈路功控中的性能更為優(yōu)越。 上行鏈路功控中有采用可變步長的算法，算法用測量信號(hào)功率與期望