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t d - s c d m a 功率控制算法研究 摘要 无线资源管理是第三代及未来移动通信系统的关键和研究热点，该技术包括切 换控制部分、呼叫接纳部分、功率控制部分、分组调度部分、负荷控制部分以及移 动性管理等。合理使用这些算法能够有效的保持第三代移动通信中各种业务的q o s 要求，优化配置有限的系统资源，提高资源的利用率。本文从影响功率的因素和优 化功率控制算法两个方面出发，全面的分析了t d s c d m a 中的功率控制，并在现 有的算法基础提出了改进算法。 本文在分析了l r e 的速度，步长，控制命令字的长度等几个方面对t d s c d l v i a 功率控制的影响，在信道条件比较差的情况下，经过信道后接收到的t p c 命令字经 过硬判可能发生错误，错误的命令字可能导致发端本应该增大功率而实际减少功率 发射，在这个情况下必然导致通信质量下降，甚至掉话。本文分析了这种情况下功 率控制对系统的影响，在已有的功率控制的基础上提出了改进算法。在进行内环功 率控制之前，先通过分析接收信号的质量来分析当前信道质量，当信道条件正常时 采用已有的功率控制算法进行调整，当信道条件不好时，对该用户进行功率补偿。 提高其发射功率，直到信道条件变好将重新进入内环功率控制中。这样就在一定程 度上减少了信道的恶化引起功率控制失调。 从分析和仿真试验结果来看，在信道条件好的情况下，改进算法不影响功率控 制算法的实施，当信道条件不好时，主动提高该用户的功率，这样可以有效改善系 统性能，实现资源的优化配置。最后通过仿真比较了改进算法对系统的性能的改善， 同时分析和比较了不同条件下改进算法的作用。 关键字：t d s c d l v i a 闭环功率控制自适应算法t p c 2 t h ep o w e rc o n t r o la l g o r i t h m o ft d s c d m a a bs t r a c t r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n ti st h ek e ya n dh o tr e s e a r c ht o p i co ft h e t h i r dg e n e r a t i o na n df u t u r em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m , t h et e c h n i q u e i n c l u d e ss w i t c h i n gc o n t r o lp a r t ，c a l la d m i s s i o nc o n t r o lp a r t ，p o w e rc o n t r o l p a r t ，p a c k e ts c h e d u l i n gp a r t , l p a dc o n t r o lp a r t ，m o b i l i t ym a n a g e m e n t , e t c i n t e l l i g e n tu s eo ft h e s ea l g o r i t h m s c a l le f f e c t i v e l yk e e pt h eq o s r e q u i r e m e n t so f v a r i o u ss e r v i c e so ft h et h i r dg e n e r a t i o nc o m m u n i c a t i o n ， o p t i m i z et h ea l l o c a t i o no fl i m i t e ds y s t e mr e s o u r c e s ，i m p r o v et h eu t i l i z a t i o n r a t i oo fr e s o u r c e s t h i sp a p e rc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e st h ep o w e rc o n t r o l i n t h et d s c d m a p r o p o s e si m p r o v e da l g o r i t h mo nt h eb a s i so ft h e c u r r e n t l ye x i s t i n ga l g o r i t h mf r o mt h ea s p e c t so ft h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c e p o w e ra n do p t i m i z a t i o no ft h ep o w e rc o n t r o la l g o r i t h m t h i sp a p e ra n a l y z e st h ei n f l u e n c eo fv e l o c i t y ，s t 印l e n g t h ，l e n g t ho f c o n t r o lc o m m a n dw o r do nt h ep o w e rc o n t r o lo ft d s c d m l a t h et p c c o m m a n dw o r dw h i c hi st r a n s m i t t e dt h r o u g ht h ec h a n n e lm a yb ew r o n g l y j u d g e dw h e nt h ec h a n n e le n v i r o n m e n ti sp o o r ，w r o n gc o m m a n dw o r dm a y c a u s et h es e n d e rt om a k eam i s t a k e ni u d g m e n t ，t h es e n d e ri ss u p p o s e dt o e n l a r g ep o w e rb u tr e d u c et r a n s m i t t i n gp o w e r , f o re x a m p l e ，w h i c hw i l l d e f i n i t e l yl e a d st ot h ed r o pi nt h eq u a l i t yo fc o m m u n i c a t i o n ，e v e nd r o po f w o r d s t h i sp a p e l a n a l y z e se f f e c to fp o w e rc o n t r o lo ns y s t e mi ns u c h c i r c u m s t a n c e s ，p r e s e n t s a ni m p r o v e da l g o r i t h mo nt h eb a s i so fe x i s t i n g p o w e rc o n t r o la l g o r i t h m s w ea n a l y z et h eq u a l i t yo fr e c e i v e ds i g n a lt ol e a r n t h ec u r r e n tq u a l i t yo fc h a n n e lb e f o r et h ei n n e r l o o pp o w e rc o n t r 0 1 w h e nt h e c h a n n e le n v i r o n m e n ti sg o o dt h ee x i s t i n gp o w e rc o n t r o la l g o r i t h mi su s e d ， a n dw h e nt h ec h a n n e le n v i r o n m e n ti s p o o r ，u s e r w i l l g e tp o w e r c o m p e n s a t i o n r a i s ei t st r a n s m i t t i n gp o w e ru n t i lt h ec h a n n e le n v i r o n m e n t t u r n st og o o da n dr e t u r n st ot h ei n n e r - l o o pp o w e rc o n t r 0 1 a n dw ec a n r e d u c et h eh a r mo fw o r s e n i n go fc h a n n e lo nt h ep o w e rc o n t r 0 1 t h ea n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t e st h a tt h ei m p r o v e da l g o r i t h m d o e sn o th a v ee f f e c to nt h ei m p l e m e n t a t i o no fp o w e rc o n t r o la l g o r i t h mw h e n t h ec h a n n e le n v i r o n m e n ti sg o o d a n di tw i l le n l a r g et h ep o w e ro ft h eu s e r i n i t i a t i v e l yw h e nt h ec h a n n e le n v i r o n m e n ti sp o o r ，a n di nt h i sw a yt h e 3 s y s t e mp e r f o r m a n c ei se f f e c t i v e l yi m p r o v e d ，o p t i m u md i s t r i b u t i o n o f r e s o u r c e si s i m p l e m e n t e d i n t h el a t t e r c o n t e x t ，w ec o m p a r e s t h e i m p r o v e m e n to ft h es y s t e mp e r f o r m a n c eb y t h ei m p r o v e da l g o r i t h mt h r o u g h s i m u l a t i o n ，a n a l y z ea n dc o m p a r et h e e f f e c to fi m p r o v e da l g o r i t h mi n d i f f e r e n tc o n d i t i o n si nt h em e a n t i m e k e yw o r d s ：t d s c d m al o o pp o w e rc o n t r o l a s c p t p c 4 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除 了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：i 蔓赵 本人承担一切相关责任。 日期： 盈12 ：丕：! ! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学 位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文 注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名； 导师签名：日期： - _ j 一 刖吾 1 研究背景和国内外研究现状 二十世纪八十年代，移动通信开始飞速发展，从第一代模拟通信系统到第二代数 字移动通信系统，整个通信产业成长极其迅速，通信越来越成为人们日常生活不可缺 少的一部分，随着移动通信的普及，人们对通信系统的质量和能力提出了更高的要 求，第三代移动系统随之开始。 第三代移动系统( 简称3 g ) 为了满足人们对数据业务和多媒体的需求而发展起 来的，满足更高的传输速率，更高的传输效率和频率利用率第三代移动通信系统一 致采用c d m a 蜂窝移动通信系统。c d m a 系统多个用户在同一频率上传输数据， 极大的提高了频率利用率，但它也增大了对其他用户的干扰，c d m a 系统是一个干 扰受限系统，如何减少用户与用户之间以及小区之间的干扰是c d m a 系统的一个 重要的研究方向，功率控制是减少干扰，提高系统容量的一个很重要的手段。 t d s c d m a 已在中国十个城市布网，并即将在全国省会城市布网，开始商业化 的第一步，爱立信作为通信业的龙头企业，当然不会错过这次机会，开始t d s c d m a n o d eb 的研发。本文就是与其合作的项目的一部分。 第三代移动通信系统( 主要以t d s c d m a 系统为代表) 由众多的关键技术( 包括 功率控制技术) 构成，文献【1 3 】对这些关键技术作了总体上的描述与介绍，并简要说 明了这些关键技术的应用对t d s c d m a 移动通信系统的重要意义。t d s c d m a 通 信系统作了总体的介绍之后，本文将研究的重点放在了t d s c d m a 移动通信系统 的内环功率控制策略上来。 功率控制研究的现状：功率控制是蜂窝移动通信系统最重要的需求之一，文献 【3 】中分析了3 g 中的功率控制的总体情况。蜂窝移动通信系统中的功率控制技术，文 献【4 】等分析c d m a 系统中的功率控制技术，从上述文献中可以总结出功率控制在三 种多址通信系统中所发挥作用的相同之处和不同之处，f d m a 和t d m a 这两种多 址通信系统中，功率控制主要是为了减小移动台的发射功率从而延长移动终端电池 的使用寿命【5 1 ，而在c d m a 通信系统中功率控制除了延长移动终端电池的使用寿 命，另一个更主要的目的是为了抑制c d m a 移动通信系统所特有的多址干扰和远 近效应，从而达到提高系统容量这一目的【6 1 ，关于c d m a 功率控制技术的文献种 类繁多，总的来说主要可以分为如下几类：文献【j 7 】给出的是开环功率控制方法，可 以从中看到开环功率控制在c d m a 系统中主要用于进行初始发射功率的控制。而 文献【8 】等的研究内容都属于闭环功率控制。本文提出的算法也都是属于闭环功率控 制算法。文献【9 】给出了固定步长的功率控制算法，由于固定步长功率控制的局限性， 己基本不是功率控制技术研究的主要方向。目前，功率控制技术的研究主要集中在 自适应步长功率控制【，我们的仿真平台实现的现有的固定步长和自适应步长算 法，在算法的实现的基础上，我们发现现有算法的不足。在已有算法的基础上，本 文提出了改进的自适应步长功率控制算法。 2 本人所做的工作 本人参与爱立信( 中国) 合作的t d s c m d a 链路级仿真平台开发过程，在项目 中负责l l 测量和功率控制算法研究两个模块。主要工作包括：h s d p a 的编解码， r s c p ，i s c p ，s i r ，不同联合检测算法下的s i n r 的计算，内环功率控制算法的， h s d p a 功率控制算法的研究，及相关算法的仿真实现。 本文详细介绍t d s c d m a 中的功率控制的原理与实现，并提出一些改进方法， 通过仿真分析影响功率控制性能的因素，比较不同算法的性能。 全文分为六章 第一章分析和比较现有的三大3 g 标准，介绍t d s c d m a 系统中与功率控制相 关的物理层技术。 第二章介绍无线传播环境和功率控制的理论基础，为进一步分析功率控制提高 理论基础。 第三章分别对t d s c d m a 中三种功率控制进行分析。并分析和比较现有的算 法，指出其中的不足，提出改进算法。 第四章分别介绍h s d p a 中h s p d s c h 、h s p d c c h 、h s s i c h 功率控制 的实现。 第五章介绍了t d s c d m a 链路级仿真平台的实现，并分析和仿真了不同条 件下功率控制的性能，比较和分析了改进的功率控制算法对系统性能的改善。 第六章总结与展望。 2 引言 第一章t d s c d m a 系统简介 二十世纪八十年代，移动通信开始飞速发展，从第一代模拟通信系统到第二代数 字移动通信系统，整个通信产业成长极其迅速，通信越来越成为人们日常生活不可 缺少的一部分，随着移动通信的普及，人们对通信系统的质量和能力提出了更高的 要求，第三代移动系统随之开始。 第三代移动系统( 简称3 g ) 为了满足人们对数据业务和多媒体的需求而发展起来 的，满足更高的传输速率，更高的传输效率和频率利用率。第三代移动通信系统一 致采用c d m a 蜂窝移动通信系统。c d m a 系统多个用户在同一频率上传输数据，极 大的提高了频率利用率，但它也增大了对其他用户的干扰，c d m a 系统是一个干扰 受限系统，如何减少用户与用户之间以及小区之间的干扰是c d m a 系统的一个重 要的研究方向，功率控制是减少干扰，提高系统容量的一个很重要的手段。 本文详细介绍t d s c d m a 中的功率控制的原理与实现，并在现有的功率控制 算法的基础上提出改进方法，通过仿真分析影响功率控制性能的因数，比较不同算 法的性能。 1 13 g 标准技术性比较分析 2 0 0 0 年5 月，国际电联( n x j ) 在土耳其召开全会，经对i m t 2 0 0 0 无线接1 2 1 技术 标准的1 0 个候选方案的频谱效率、网络接口、q o s 、技术复杂性、覆盖率、灵活性 和设备体积等诸多方面的全面评估，正式确认了五种标准，分别是m s c d m a 、 d s c d m a 、t d c d m a 和s c t d m a 、m c c d m a ，这是一个以c d m a 技术为主 体，兼顾t d m a 技术，包含f d d 和t d d 两种双工方式的多元化体系标准。 从移动通信技术发展趋势和可实现业务功能分析，基于c d m a 制式的3 种标 准被普遍看好，分别对应c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 和t d s c d m a 三种技术，它们被 认为是3 ( 3 的三大主流应用技术标准。 1 1 1 主流3 g 标准概要 1 c d m a 2 0 0 0 c d m a 2 0 0 0 是以美国和韩国为主的以i s 9 5c d m a 为标准的制造商和运营公司 发起，c d m a 2 0 0 0 继承了i s 9 5 窄带c d m a 系统的技术特点，是从c d m a o n e 演 进而来的第三代移动通信技术。事实上，c d m a 2 0 0 0 标准是一个体系结构，称为 c d m a 2 0 0 0f a m i l y ，它同样还包含一系列的子标准。其技术特点如下： 前反向同时采用导频辅助相干解调；在扩频码选择采用相同m 序列，通过不同 的相位偏置区分不同的小区和用户；射频带宽从1 2 5 砌z 到2 0 m h z 可调；快速前 向和反向功率控制；下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容 量；在下行信道传输中，定义直扩和多载波传输两种方式，码片速率分别3 6 8 6 4 m c p s 和1 2 2 m e p s ，多载波方式能很好地兼容i s 9 5 网络，支持软切换和更软切换； c d m a 2 0 0 01 x 引入了快速寻呼信道，极大地减少了移动台的电源消耗，提高了移 动台的待机时间；c d m a 2 0 0 01 x 前向信道还可以采用分集发射( o t d 和s t s ) ， 提高信道的抗衰落能力，改善信道信号的质量；c d m a 2 0 0 0i x 采用前向快速功率 控制技术，可以进行前向快速闭环功率控制f l l 】。 c d m a 2 0 0 01 x 可以提供1 4 4 k b p s 速率的数据业务，而且增加了辅助码分信道 等，可以对一个用户同时承载多个数据流和多种业务，所以c d m a 2 0 0 01 x 提供的 业务比i s 9 5 有很大的提高，为支持各种多媒体分组业务打下了基础。 2 w c d m 叭 w c d m a 是欧洲和日本标准化组织和厂商发起，其主要技术指标是：支持高速数 据传输( 慢速移动时3 8 4 k b s ，室内走动时2 m b s ) ，异步b s ，支持可变速传输，帧长 1 0 m s ，码片速率3 8 4 m b s 其主要特点如下： 基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式：组网方便、灵活；调制方式： 上行b p s k ，下行为q p s k ；解调方式：导频辅助的相干解调；接入方式：d s c d m a 方式；三种编码方式：在话音信道采用卷积码( i p l 3 ，k - 9 ) 进行内部编码和v e t e r b i 解 码，在数据信道采用r e e d s o l o m o n 编码，在控制信道采用卷积码( r 芦l 2 ，k 芦9 ) 进行内 部编码和v e t e r b i 解码，信道编码采用t u r b o 码时比采用卷积码时有2 d b 的增益。 适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务 速率分配不同的资源，同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比( 对于低速率 的3 2 k b s 、6 4 k b s 、1 2 8 k b s 的业务) 和多码并行传送( 对于高于1 2 8 k b s 的业务) 的方 式来实现；上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰，提高了系 统容量，同时也降低了传输的功率。 核心网络基于g s m g p r s 网络的演进，并保持与g s m g p r s 网络的兼容性； b t s 之间无需同步因b s 可收发异步的p n 码，即b s 可跟踪对方发出的p n 码，同 4 时m s 也可用额外的p n 码进行捕获与跟踪，因此可获得同步，来支持越区切换及 宏分集，而在b t s 之间无需进行同步；支持软切换和更软切换，切换方式包括三种， 即：扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。 3 t d s c d i a t d s c d m a 是中国提出的第一个通信标准，其主要技术特点如下： 信号带宽为1 2 3 m h z ：码片速率为1 2 8 m c h i p s ；采用智能天线技术，提高了频 谱效率；采用同步c d m a 技术，降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度；接收机 和发射机采用软件无线电技术；采用联合检测技术，降低多址干扰；多时隙，具有 上下行不对称信道分配能力，适应数据业务；采用接力切换，降低掉话率，提高切 换的效率：语音编码：a m r 与g s m 兼容；核心网络基于g s m g p r s 网络的演进， 并保持与它们的兼容性；基站间采用g p s 或者网络同步方式，降低基站间干扰。 1 1 2t d s c 加a 与其他两大标准的比较 t d s c d m a 与w c d m a 和c d 耻0 0 0 相比，具有如下的特点和优势： 1 、频谱利用率高：t d s c d m a 采用t d d 方式和c d m a 和t d m a 的多址技术， 在传输中很容易针对不同类型的业务设置上、下行链路转换点，因而可以使总的频 谱效率更高。 2 、支持多种通信接口：t d s c d m a 同时满足l u b 、a 、g b 、i u 、i u r 多种接口 要求，基站子系统既可作为2 g 和2 5 g 的g s m 基站的扩容，又可作为3 g 网中的 基站子系统，能同时兼顾现在的需求和未来长远的发展。 3 、频谱灵活性强：t d s c d m a 第三代移动通信系统频谱灵活性强，仅需单一1 6 m 的频带就可提供速率达2 m 的3 g 业务需求，而且非常适合非对称业务的传输。 4 、系统性能稳定：t d s c d m a 收发在同一频段上，上行链路和下行链路的无 线环境一致性很好，更适合使用新兴的“智能天线 技术；利用了c d m a 和t d m a 结合的多址方式，更利于联合检测技术的采用，这些技术都能减少了干扰，提高系 统的性能稳定性。 5 、与传统系统兼容性好：t d s c d m a 支持现存的覆盖结构，信令协议可以后 向兼容，网络不必引入新的呼叫模式，能够实现从现存的通信系统到下一代移动通 信系统的平滑过渡。 6 、系统设备成本低：t d s c d m a 上下行工作于同一频率，对称的电波传播特 性使之便于利用智能天线等新技术，这也可达到降低成本的目的；在无线基站方面， t d s c d m a 的设备成本也比较低。 7 、支持与传统系统间的切换功能：t d s c d m a 技术支持多载波直接扩频系 统，可以再利用现有的框架设备、小区规划、操作系统、账单系统等，在所有环境 下支持对称或不对称的数据速率。 8 、t d s c d m a 手机芯片的时钟速率是f d d 模式的三分之一，手机的功耗更 小，造价就更低。 1 2t d s c d m a 物理层技术 1 2 1 物理信道 t d s c d m a 系统所有的物理信道都采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧和 时隙码，依据不同的资源分配方案，子帧或时隙码的配置结构可能有所不同。所 有物理信道在每个时隙中需要有保护符号。时隙用于在时域和码域上区分不同用户 信号，它具有t d m a 特性。图1 1 给出了t d s c d m a 的物理信道的信号格式。 t d d 模式下的物理信道是一个突发，在分配到的无线帧中的特定时隙发射。无 线帧的分配可以是连续的，即每一帧的时隙都可以分配给物理信道，也可以是不连 续的分配，即仅有无线帧中的部分时隙分配给物理信道。一个突发由数据部分、 m i d a m b l e 部分和一个保护时隙组成。一个突发的持续时间就是一个时隙。一个发射 机可以同时发射几个突发，在这种情况下，几个突发的数据部分必须使用不同o v s f 的信道码，但应使用相同的扰码。m i d a m b l e 码部分必须使用同一个基本m i d a m b l e 码，但可使用不同的m i d a m b l e 码。对于支持多载频的小区，不同载频需要使用相同 的基本m i d a m b l e 码【1 2 】。 6 r a d i of r a m e ( 1 0 r e s ) - f r a m e 撑i f r a m e # i + l 曲缸m c ( s m s ) 。、 ；1 r r 、- s u b f r a m e 拌ls u b f r a m e 捍2 。- h 。h h - ，一h - ，# - 。i t i r u e s l o t 眷0t i m e s l o t 群lt i m e s l o t 撑2t i r u e s l o t 群6 图1 1 ：t d - s c d 姒物理信道信号格式 突发的数据部分由信道码和扰码共同扩频。信道码是一个o v s f 码，扩频因子 可以取1 ，2 ，4 ，8 或1 6 ，物理信道的数据速率取决于所用的o v s f 码所采用的扩 频因子。 突发的m i d a m b l e 部分是一个长为1 4 4 c h i p s 的m i d a m b l e 码。 因此，一个物理信道是由频率、时隙、信道码和无线帧分配来定义的。建立一 个物理信道的同时，也就给出了它的初始结构。物理信道的持续时间可以无限长， 也可以是分配所定义的持续时间。 1 2 1 1 帧结构 1 2 1 1 2 概述 一个t d m a 帧的长度为1 0 m s ，分成两个5 m s 子帧，每1 0 m s 帧长内的2 个子 帧的结构是完全相同的。 1 2 8 m o p s d w p t s ( 9 6 c h i p s ) - 切换点 上 睡tt tj上l 图1 - 2 ：t d s c d m a 子帧结构 时隙加( n 从0 到6 ) ：第n 个业务时隙，8 6 4 码片持续时间 d w p t s ：下行导频时隙，9 6 码片持续时间 u p p t s ：上行导频时隙，1 6 0 码片持续时间 g p ：t d d 的主要保护间隔，9 6 码片持续时间 7 如图1 2 所示，上行和下行业务时隙总数为7 个，每个业务时隙的长度是8 6 4 个码片的持续时间。在7 个业务时隙中，时隙0 总是分配给下行链路，而时隙l 总 是分配给上行链路。上行链路的时隙和下行链路的时隙之间由一个转换点分开。在 下行时隙和上行时隙间，一个特殊间隔作为上行和下行的转换点。在每个5 m s 的子 帧中，有两个转换点( 下行到上行和上行到下行) 。 1 2 1 1 2 专用物理信道( d p c h ) 1 2 1 2 1 扩频 对物理信道数据部分的扩频包括两步操作，一是信道码扩频，即将每一个数据 符号转换成一些码片，因而增加了信号的带宽，一个符号包含的码片数称之为扩频 因子( s f ) 。第二步是加扰处理，即将扰码加到已被扩频的信号。有关信道码扩频和 加扰过程的详细信息在3 g p pt s2 5 2 2 3 中详细描述。 1 2 1 2 突发类型 一个突发包括两个数据块、一个长为1 4 4 c h i p s 的m i d a m b l e 码块和一个保护间 隔，突发的数据域长为3 5 2 c h i p s ，相应的符号数与扩频因子有关，保护间隔的长为 16 c h i p s 。 1 2 1 2 1t f c i 传输 业务突发结构提供在上行和下行传送t f c i 的可能。 t f c i 的发送由高层配置。对每一个c c t r c h ，高层信令将指示所使用的t f c i 格式。除此之外，对每一个所分配的时隙是否承载t f c i 信息也由高层分别告知。 t f c i 总是在每个c c t 吒h 的无线帧的第一个时隙出现。如果一个时隙包含t f c i 信 息，它总是按高层分配信息的顺序采用该时隙的最小的物理信道序号的物理信道进 行发送。物理信道序号数由速率匹配功能决定，在3 g p pt s2 5 2 2 2 中描述。 业务突发结构提供在上行和下行传送t f c i 的可能。 t f c i 的发送由高层配置。对每一个c c t r c h ，高层信令将指示所使用的t f c i 格式。除此之外，对每一个所分配的时隙是否承载t f c i 信息也由高层分别告知。 t f c i 总是在每个c c t r c h 的无线帧的第一个时隙出现。如果一个时隙包含t f c i 信 息，它总是按高层分配信息的顺序采用该时隙的最小的物理信道序号的物理信道进 行发送。物理信道序号数由速率匹配功能决定，在3 g p pt s2 5 2 2 2 中描述。 t f c i 是在各自物理信道的数据部分发送，这就是说t f c i 和数据比特具有相同 的扩频过程。因此m i d a m b l e 码部分的结构和长度不变。 1 2 1 2 2t p c 传输 专用信道的突发类型给上下行传送t p c 提供了可能。 8 t p c 的传输是在业务突发的数据部分中进行的，因此m i d a r n b l e 的结构和长度是 不变的。t p c 直接在s s 后发送，而s s 是在m i d a r n b l e 后发送的。图1 3 给出了t p c 命令在业务突发的中位置。 对每一个用户，t p c 信息在每一个5 m s 子帧里发送一次。对每个分配的时隙， 其是否承载t p c 信息由高层信令分别通知。如果一个时隙携带有t p c 信息，则t p c 符号的传输是在业务突发的数据部分完成的，并且它们使用该时隙中具有最低物理 信道序列号( p ) 的物理信道进行发送。物理信道序列号由3 g p p t s2 5 2 2 2 中速率 匹配功能所定义。 t p c 符号也可以在一个时隙的多个物理信道上发送。为了这个目的，高层分别 为每一个时隙分配另外n a v c 个物理信道。t p c 符号使用该时隙中物理信道序列号最 小的n a v c + 1 个物理信道发射。物理信道序列号由3 g p pt s2 5 2 2 2 中速率匹配功能 定义。如果速率匹配给出的结果中该时隙中所剩物理信道n r m b 2 _ m i n i 对b 1 = ( b i m a x + 岛一m i n ) 2 ，b 2 = 一b 1 ； 否贝0 b l = b 1m a x ，b 2 = 一b l ； 判断： y b i解码为a c k , 即h s s c c h 和h s d p s c h 解码都正确。 y 0 解码为1 ，否则解码为0 。 r t b s 解码：由1 4 3 可以知道，编码是通过( 3 2 ，6 ) 的一阶r c e a - m u l l c r 编码器 得到3 2 比特。其解码和t f c i 解码方法一致，可以通过蝶形运算得到。 h s d p a 中的功率控制是h s d p a 的高性能实现的重要的保证，h s d p a 中的功 率控制与d p c h 有很大的不同。且h s d p a 中三条物理信道的功率控制方法各不相 同，下面分别介绍h s p d s c h 、h s s c c h 和h s s i c h 的功率控制的原理和实现。 1 5 结论 本章介绍了3 g 通信系统的三大标准，并重点介绍了t d s c d m a 系统的特点，物理层的 关键技术，并介绍了h s d p a 的关键技术以及h s d p a 物理层的技术，由于h s d p a 物理层 技术的特殊性决定了其功率控制的形式。本文在后面有详细的介绍。 t d s c d m a 系统是f d m a 、t d m a 和c d m a 三种基本传输模式的灵活结合。 t d s c d m a 是第三代移动通信c d m at d d 标准中最具竞争力的技术。第三代移动通信网 络将是综合网络，卫星移动通信系统用于实现全球无缝覆盖，f d d 系统用于建设国内和国 际移动通信网，t d d 系统用于为城市人口密集区提供高密度大容量话音、数据和多媒体业 务，用户通过双频双模或多模终端实现全球漫游。在g s m 网络中引入t d s c d m a ，是向 第三代移动通信演进中的首选方案。 2 0 第二章无线传播环境及功率控制理论基础 2 1 移动通信传播环境 移动通信信道的特性对移动通信有至关重要的作用，移动通信信道是时变的，且 在收发两端，可能有直射分量，也可能由于环境的影响不存在折射径。变化的信道 时移动通信的重要特点，对信道模型的分析是分析移动通信系统重要方面。本章先 对移动通信系统信道信道模型和c d m a 系统的信道特点进行分析，然后在其基础 上提出功率控制的理论基础。 2 1 1 无线传播特性 移动通信信道的三个主要特点是：l 、传播环境的开放性：一切无线信道都是基 于电磁波在空间的传播来实现开放式信息传输的；2 、接收环境的复杂性：接收地理 位置的复杂性和多样性，一般分为高楼林立的城市繁华区、一般建筑的近郊区和以 山丘、湖泊、平原为主的农村和远郊区；3 、通信用户的移动性。 移动通信主要包含以下三种类型：准静态的室内用户通信、慢速步行用户通信 和高速车载用户通信。总之以上三个特点共同构成了移动通信信道的主要特点。 移动通信的传播如图2 1 中的曲线所示，总体平均值随距离减弱，但信号电平 经历快慢衰落的影响。慢衰落是由接受点周围地形地物对信号反射，使得信号电平 在几十米范围内有大幅度的变化，若移动台在没有任何障碍物的环境下移动，则信 号电平只与发射机的距离有关。所以通常某点信号电平是指几十米范围内的平均信 号电平。这个信号的变化呈正态分布。标准偏差对不同地形地物是不一样的，通常 在6 - - 8 d b 左右。快衰落是叠加在慢衰落信号上的。这个衰落的速度很快，每秒可 达几十次。除与地形地物有关，还与移动台的速度和信号的波长有关，并且幅度很 大，可几十个d b ，信号的变化呈瑞利分布。快衰落往往会降低话音质量，所以要留 快衰落的储备，减小快衰落对通信质量的影响是通信研究的一个重要方向i l 引。 无线电波在自由空间的传播是电波传播研究中最基本、最简单的一种。自由空 间是满足下述条件的一种理想空间：1 、均匀无损耗的无限大空间；2 、各项同性： 3 、 电导率为零。应用电磁场理论可以推出，在自由空间传播条件下，传输损耗l s 的表达式为： l s - - - - 3 2 4 5 + 2 0 1 9 f + 2 0 1 9 d ( 2 1 ) 2 1 自由空间基本传输损耗l s 仅与频率f 和距离d 有关。当f 和d 扩大一倍时，h 均增加6 d b 。 g l o b a lm e a n s 图2 1 无线信号传播损耗模型 陆地移动信道的主要特征是多径传播，实际多径传播环境是十分复杂的，由于 接收者所处的地理环境的复杂性，使得接收到的信号不仅有直射径的主径信号，还 有从不不同建筑物发射和绕射过来的多条不同路径信号，而且他们到达的信号强度、 到达时间和到达时的载波相位都不一样，所接收到的信号是上述各路径的矢量和， 各路径之间相互干扰，即多径干扰。在研究传播问题时往往将其简化，并且是从最 简单的情况入手。仅考虑从基站至移动台的直射波以及地面反射波的多径模型是最 简单的传播模型。多径模型如图2 2 所示，应用电磁场理论可以推出，传输损耗l p 的表达式为： l p = 2 0 1 9 ( d ( h l 幸1 1 2 ) )( 2 - 2 ) 【1 b s em o b a b d 图2 - 2 陆地移动信道中的多径传播 2 1 2 无线通信的损耗 在移动通信系统中，由于移动台不断运动，且实际传播环境复杂多样，电波传 播具有多样性和复杂性。 一般认为，引起移动通信信损耗及干扰的主要表现为以下几个方面： 1 、阴影效应：由于地面结构引起的衰落，表现为慢衰落。由于大型建筑物和其 它物体的阻拦，在电波传播的接受区中产生传播半盲区。它类似太阳光受阻挡后可 产生的阴影，光波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长较长，阴影不可见。但 是接收端与仪器可以测量到。 2 、远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也是在 随机变化，若各移动用户发射的信号功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同， 离基站近的信号强，离基站远的信号弱，通信系统中的非线性将进一步加重信号强 弱的不平衡性，甚至出现了以强压弱的现象，并使弱者，即离基站远的用户产生掉 话现象，通常称这种现象为远近效应。 3 、多径效应：由于接收者所处的地理环境的复杂性，使得接收到的信号不仅有 直射波的主径信号，还有从不同建筑物反射过来以及绕射过来的多条不同路径信号， 而且他们到达的信号强度，到达时间，以及到达时的载波相位都是不一样的。所接 收到的信号是上叙各路径信号的矢量和，也就是说各径之间可能产生自干扰，称这 类干扰为多径干扰或多径效应，这类多径干扰是非常复杂的，有时根本接收不到主 径直射波，收到的是一些连续反射波等等。 4 、多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动中比如车载通信时传播频率的 扩散而引起的，其扩散程度与用户速度成正比，这一现象只产生在高速( 7 0 k m h ) 车载通信时，而对于通常慢速移动的步行和准静态的室内通信，可以不予考虑。 2 1 3c d m a 系统的特点 在c d m a 通信系统中，由于系统采用码分多址，所有用户在同一频段上，不 同用户用之间的信号依靠扩频信号之间的正交性来区分，但信号在移动传播环境传 播，由于上述几个方面的影响，各个用户信号之间不再完全正交，各个用户之间的 信号相互干扰，这个称为多址干扰，同一用户的信号之间由于多径的影响， 也会相互干扰，称为多径干扰。c d m a 是蜂窝移动通信系统，相邻小区之间也会有 干扰。 t d s c d m a 作为一个c d m a 系统，本身不可避免是一个干扰系统，同时由于 在时间上不同用户占用不同的时隙码道，并且时隙码道总是有限的，因此也是一个 资源有限系统。对于国内所使用的1 2 8 m 低码片速率标准，由于使用了智能天线和 联合检测等关键技术，同时在同一时隙里接入的用户数目较少，系统的干扰维持在 一个较低的水平，因此在一般情况下系统可以满码道工作，整个系统是一个资源受 限系统。但是当信道环境比较恶劣，t d s c d m a 的种种关键技术不能有效地消除系 统的各种干扰时，系统依然会表现出干扰受限性，此时系统就会转变成为一个干扰 受限系统。t d s c d m a 系统的功率控制是减少干扰对系统影响的一个重要手段，在 保证正常通信进行的基础下，尽量减少信号的发射功率，这样既能减少干扰，同