（通信与信息系统专业论文）wcdma系统中的功率控制及其在软切换中的算法研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 功率控制技术作为w c d m a 系统中的一项关键技术，不仅能够克服“远近效应”， 而且还能减少用户间的多址干扰，提高系统容量。3 1 3 p p 对物理层的各个过程进行 了明确的定义，但具体实现却交给了各设备商。因此如何实现各功率控制算法，如 何选择最佳算法，合理的配置系统参数以使系统性能最大化，便成了我们需要研究 的一个课题。 第二章首先介绍了功率控制的相关知识，包括物理信道，传输信道，软切换， 接入控制等。在此基础上，第三章详细介绍了当前的功率控制技术，包括功率控制 的意义，准则与分类，然后详细描述了功率控制在开环功率控制，闭环功率控制及 软切换中的各种具体算法实现。 在以m a r l 曲为仿真平台，m 语言为编程语言，对链路层仿真的基础上，第四章 对w c d m a 下行链路软切换过程的两种功率控制算法进行了仿真实现。在对两种算 法进行分析的基础上，指出了常规算法具体的性能优势，及s s d t 算法的特点。并 讨论了两种算法的选择策略，及s s d t 算法存在的不足。 第五章首先从外环功率控制入手，通过观察不同外环功率步长控制下，系统性 能的差异，总结出不同外环功率控制步长对内环功率控制性能的影响，并仿真得出 了一个合理的外环功率控制步长范围。然后该章考察了不同内环功率控制步长在终 端不同移动速度下的性能，通过仿真，总结出在终端不同移动速度下的最佳的步长选 择方案。该章第三节介绍了一种自适应步长功率控制策略，在对该算法进行仿真与 验证的基础上，提出了一种新的根据速度改变的自适应步长控制策略。这个算法根 据总结不同速度下不同步长组合的性能指标，提出了一种随历史命令和终端速度改 变的步长配置方案。由于这种方案充分利用了各步长组合在不同速度下的性能优势， 使系统的误码率偏差趋于最小化。 关键词：w c d m a ，功率控制，自适应。步长 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t p o w e rc o n t r o la so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g yi nw c d m as y s t e m , c a nn o to n l y o v e l c o m et h e h e a r - f a rp r o b l e m ，b u ta l s or e d u c et h em u l t i p l e - a c c e s si n t e r f e r e n c e ( m a i ) a n di m p r o v et h es y s t e mc a p a c i t yg r e a t l y 3 0 p ps p e c i f i e dt h ec o n c e p ta n dp r o c e d u r e so f p o w e rc o n t r o li nw c d m a , b u td i d i l tg i v et h ed e t a i li m p l e m e n t a t i o n s s oh o wt o i m p l e m e n ta n dc h o o s et h ea l g o r i t h m s , c o n f i g u r et h ep a r a m e t e r t oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo f t h ep o w e r c o n t r o ls y s t e mi sas u b j e c tw h i c hi sw e l lw o r t ht os t u d y i n g i nt h i sp a p e r , t h er e l a t e dt h e o r i e so fp o w e rc o n t r o lw e r ei n t r o d u c e di nc h a p t e r2 ， w h i c hi n c l u d ep h y s i c a ll a y e r , l t a n s p o r tl a y e r , s o f th a n d o v e ra n dc a l la d m i s s i o nc o n t r o l t e c h n o l o g ya n ds oo i lb a s e do nt h e s et h e o r i e s ，t h ed e t a i ld e s c r i p t i o no fp o w e rc o n t r o l t e c h n o l o g yw e l er e p r e s e n t e di nc h a p t e r3 ，w h i c hb e g a nw i t ht h ei n t r o d u c t i o no ft h e c l a s s i f i c a t i o n , s i g n i f i c a n c ea n dp r i n c i p l eo ft h ep o w e rc o n t r o l ，f o l l o w e dw i t ht h ed e t a i l i m p l e m e n t a t i o n so fp o w e rc o n n o la l g o r i t h mi no u t e r - l o o p ，i n n e r - l o o pa n ds o f th a n d o v c r p r o c e d u r e s i nc h a p t e r4 aw c d m al i n k - l e v e ls i m u l a t i o nh a sb e e nd e v e l o p e du s i n gm l a n g u a g e u n d e rt h em a u a bp l a t f o r m t h ep e r f o r m a n c eo ft w op o w e rc o n t r o la l g o r i t h m su n d e rs o f t h a n d o v e ri nd o w n l i n kh a v eb e e nc o m p a r e db yt h ec h m td e r i v e df r o mt h es i m u l a t i o n r e s u l t t h eb e n e f i to ft h er e g u l a ra l g o r i t h ma n dt h ea d v a n t a g eo ft h es s d ta l g o r i t h m a b o u ti m p r o v i n gt h es y s t e mc a p a c i t yw e l ed i s c u s s e d ，t h ed i s a d v a n t a g eo f s s d ta l g o r i t h m w a sa l s or e f e r r e d i nc h a p t e r5 ，d i f f e r e n tp e r f o r m a n c ec a u s e db yd i f f e r e n ts t e p - s i z ei no u t e r - l o o pp o w e r c o n t r o lw r i t ss t u d i e d a na p p r o p r i a t er a n go f s t e p - s i z ew a sc o n c l u d e db yt h ea n a l y s i so f t h e b l e rs t dg e n e r a t e db yd i f f e r e n ts t e p - s i z e t h e nt h ed i f f e r e n tp e r f o r m a n c eo fv a r i o u s i n n e rs t e p - s i z e si nd i f f e r e n tu es p e e dw a sd i s c o v e r e d ，a n das u i t a b l es t e p - s i z eu n d e r d i f f e r e n tl i es p e e dw a sc o n c l u d e d a tl a s t , an e wa d a p t i v es t e p - s i z ea l g o r i t h mw a s p r e s e n t e d t h i st h e o r yt a k e st h ea d v a n t a g eo fd i f f e r e n ts t e ps i z eg r o u pa n dh i s t o r yt p c c o m m a n di nd i f f e r e n tl i es p e e dt oo p t i m i z et h ep e r f o r m a n c eo f i n n e rp o w e rc o n t r 0 1 k e yw o r d s ：w c d m a ，p o w e rc o n t r o l ，a d a p t i v e ，s t e p - s i z e 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废邮电太堂或其他教育机构的 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己在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文储躲净矸签字嗍1 年月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重麽邮电太堂有关保留、使用学位论文的规 定，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，允许论文被查阅 和借阅。本人授权重庆邮电太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：妙戈善于 导师签名：唐i 娄秘 签字日期：谰年舌月厂日签字日期：口事年占月日 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1w c d m a 系统概述 第一章绪论 随着3 g 牌照发放时间的日益临近，各运营商开始加速了3 0 系统的商业化步伐 和网络设备的测试工作。目前主流的3 0 协议主要有w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 及我国 的1 d s c d m a 等，w c d m a 作为3 g 标准中较早用于商业运行的一个标准，在我 国的网络建设也已经提上了议程。 w c d m a 规范由3 g p p 制定，到目前为止，r 9 9 ，r 4 ，r 5 等三个版本已经定稿，r 6 版本正在制定中。与第二代通信系统相比，w c d m a 是一个宽带直扩码分多址 ( d sc d m a ) 系统，主要的特点有： 使用相同的频段，可以在整个系统甚至全球范围内漫游。 可以在不同速率，不同运动状态下获得有质量保证的服务。 多媒体业务支持能力有很大提高，能够提供话音分组数据，以及多媒体业 务所需的更高的带宽。 可以综合现在的p l m n 综合业务数字网，无绳系统，卫星系统等，来提供无 缝隙的覆盖。 由于采用了码分多址方式，频谱利用率得到了极大的提高。 由于采用了功率控制，软切换等技术，服务质量与系统容量得到了极大的 提高。 w c d m a 系统按功能分类【1 心，可以分为无线接入网( r a n , u m t st e r r e 始a l r a n = u i r a n ) 和核心网( a 叼。无线接入网负责处理所有与无线通信相关的功能， 核心网负责对语音及数据业务进行交换和路由查找，以便将业务连接至外部网路。 为了完备整个系统，协议还定义了用户和无线接口设备连接的用户设备m e ) 。 核心网( o d 的定义承袭了g s m 的技术，这样使得w c d m a 这个无线新技术的 系统具有一个全球认可的“强壮”的c n 技术，从而极大地加速和方便了从2 g 到 3 0 系统的过渡。 从技术规范和标准化的角度来看，u e 和u t r a n 都是全新的协议，这些新协 议的制定基于对w c d m a 新无线技术的要求。其中w c d m a 物理层采用d sc d m a 技术，支持两种基本的工作模式：频分双工( f d d ) 和时分双工d ) 。同时采用了 多径和r a k e 接收，功率控制，软切换等关键技术。这些技术的采用使系统具有频 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 谱利用率高，通信质量好，软容量，保密性强，利于无缝切换和宏分集等优点。 3 g p p 规范并没有对逻辑网络元素的内在功能做具体详细的说明，但是对逻辑 网络元素之间的接口做了详细定义。主要的接口为： c u 接口：它是u s i m 智能卡和m e 之间的电子接口，遵循智能卡的标准格 式。 u u 接口：w c d m a 的无线接口，u u 是u e 接入到系统固定部分的接口，因 此可以说是i 用s 中最重要的开放接口。 i n 接口：连接r a n 和c n 之闻的标准接口，类似与g s m 网络中的a 接口 和g b 接口 l u r 接口：r n c 之间的接口。 i u b 接口：它是连接n o d eb ( 基站) 与r n c 的标准开发接口。开放的l u b 接 口是为了保证不同设备通信设备制造商生产的n o d eb 和r n c 之间可以互 联互通。 w c d m a 系统的网络单元构成如所图1 1 所示。 图i i 网络单元构成示意图 1 2 本文的内容及意义 本文研究的内容是w c d m a 系统的关键技术之一：功率控制技术。 功率资源在w c d m a 系统中是非常重要的一种资源，并且通信中w c d m a 系 统会受到各种衰落，远近效应和角效应的影响，为了能够更加有效的利用功率资源， 有效地避免各种干扰，提高通信质量，功率控制便成了其中非常重要的一环。 针对w c d m a 功率控制的研究，目前业界出现很多热点，如功率控制和速率控 制相结合的技术，功率控制技术在数据分组中的应用，功率控制中自适应步长的研 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 究等。 从工程实现的角度讲，w c d m a 作为一个较成熟的标准，虽然对物理层链路的 各个过程进行了明确的定义，但却没有规定具体的算法实现，及具体的算法选择。 各厂家在实际的应用中需要自己实现各功率控常q 算法，并面临如何选择最佳算法， 如何合理的配鼍系统参数以使系统性能最大化等问题。因此，本文的目的为研究 w c d m a 系统中各功率控制算法的具体实现，w c d m a 系统中参数的配置及算法的 选择对系统性能的影响等问题。 本文的贡献是基于w c d m a 链路层建模的基础上，分析了w c d m a 系统在下 行链路软切换过程中功率控制的性能，分析了外环功率控制下不同步长设置下系统 的性能，分析了下行内环功率控制在移动台速度不同的情况下不同步长的选择对系 统的影响，在介绍了自适应步长功率控制的基础上，分析并提出了一种根据终端移 动速度和历史命令灵活调整功率步长的解决方案，与现有的算法相比，该算法性能 上有了一定程度的提高。 1 3 论文结构 第一章，绪论，对w c d m a 系统进行简要的描述，指出了本文的意义和将要做的 工作。 第二章，简要介绍w c d m a 系统的基本原理，并对w c d m a 系统中功率控制相 关的技术如传输信道，物理信道，软切换等技术做了简要的介绍。 第三章。首先介绍了无线链路中存在的各种衰落，然后详细介绍了w c d m a 系 统中的功率控制技术，讨论了功率控制的准则，分类，及意义等。最后对w c d m a 系统中的各功率控制算法进行了详细的描述。 第四章，介绍了w c d m a 系统链路层仿真的基本方法和实现。并对下行链路软 切换过程中的两种功率控制方法进行了分析和比较。 第五章，详细讨论了外环功率步长对系统的影响，和内环功率控制步长在移动 台不同速度下的性能问题，介绍了自适应步长功率控制算法，并据此提出了一种新 的根据速度改变的自适应步长控制方法。 第六章，结论，给出了全文的结论。 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 2 1w c d m a 系统的基本原理 w c d m a 在空中接口使用的是一种宽带码分多址接入技术，它的基本原理是用 户的原始数据与一个高速伪随机码序列相乘，在这里不同的用户和不同的高速伪随 机序列相乘，变码片速率为3 8 4 m c 州s ，经过脉冲整形电路，再进行相位调制，再 上变频到2 g h z ，然后发送到空中传播。然后在接收端，接收机将接收到的信号先进 行下变频，脉冲整形，相位解调，然后再用与发送端相同的伪随机序列进行去扰和 解扩等操作。 下面给出w c d m a 系统空中接口的一些基本参数【3 】【4 】。 表格2 1w c d m a 基本参数 参数w d m a 多址接入方式 d s c d m a 双工方式频分双工尉分双工 基站同步 异步方式同步 码片速率 3 8 4 m e p s 信道带宽 5 m h z 帧长 1 0 m s 扩频参数4 2 5 6 ，4 5 1 2 扩频调制( 下行)q p s k 1 6 q a m 扩频调制( 上行)q p s k a p s k 信道编码卷积编码；t u r b o 码 业务复用 有不同服务质量要求的业务复用到一个连接中 检测使用导频符号或公共导频进行相关检测 多用户检测标准支持 w c d m a 支持两种基本的工作模式：频分双工 d d ) 和时分双工( m d ) 。在频分 双工模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5 m h z 的载波。t d d 模式只 使用一个载波。在w c d m a 系统中使用t d d 模式，是为了弥补基本w c d m a 系统 的不足，以及使用不分配的不成对频谱。 4 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d 姒系统基本原理及其关键技术介绍 w c d m a 支持异步基站运行，使系统免于使用一些全局参考量，比如全局时间， 在一定程度上简化了室内小区和微小区基站的布站步骤。 w c d m a 使用3 8 4 m c h i p s 的码片需要大约5 m h z 的载频带宽。w c d m a 这种 高的载波带宽可以使其支持高的用户数据速率，并且能够具备增强的多径分级能力 以增加系统的性能。比如，运营商可以以等级式的小区分层形式，使用多个这样的 5 m h z 载频来增加容量。 w c d m a 系统可以支持各种可变的用户数据速率。在每个系统帧长0 0 m s ) 期间， 用户数据速率是恒定的，然而这些用户数据帧与帧之间是可变的，以达到分组数据业 务的最佳吞吐量。 w c d m a 发射机的扩频操作就是将用户数据比特序列与速率较高的扩频码片 ( c h i p ) 序列相乘，即x q ) = d ( t ) + c ( f ) 。相乘以后用户数据的带宽得以扩展并且具有与 扩频码片一样的随机特性，其中扩展的倍数我们用扩频因子( s f ) 来表示，取值范围在 上行链路为4 2 5 6 ，在下行链路为4 5 1 2 。 w c d m a 系统的上行链路和下行链路采用了不同的调制方式，其中，上行链路 专用物理信道采用了q p s k 或b p s k 调制，而下行链路专用物理信道采用了q p s k 调制。另外在下行信道时，不同的信道调制方式是不同的。物理信道p c c p c h s c c p c h ，c p i c h ，a i c h ，p i c h ，p d s c h 采用q p s k 调制，而h s - d s c h 采用q p s k 和1 6 q a m 两种调制方式。另外s c h 不需要调制和扩频处理。 w c d m a 系统采用了卷积码和t u r b o 编码两种编码方案，不同类型的编码方案 和编码速率如下表所示1 5 】。 表格2 2 传输信道的编码方案和编码速率 传输信道类型编码方案编码速率 广播信j l t ( a c n ) 1 ，2 寻呼信道口c m 卷积编码 随机接入信道c r a c h ) 公共物理信道 1 3 ，1 2 t u r b o 编码1 3 ( c p c 卿s c h ，f a c h ) 不编码 w c d m a 在上行链路和下行链路中采用基于导频符号或公共导频的相干检测。 虽然i s 一9 5 在下行链路中使用了相干检测，但是在公众c d m a 系统中上行链路使用 相干检测是一种新技术，这将全面增加上行链路的覆盖和容量。 w c d m a 空中接口中包括多用户检测和自适应智能天线等先进的接收机理念， 这些方案可以用来提高系统容量或者覆盖面积。这些技术在第二代通信系统中没有 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d g a 系统基本原理及其关键技术介绍 得到应用。 2 2 物理信道技术 在w c d m a 系统中移动用户终端u e 与系统固定网络之间通过无线接口上的无 线信道相连，无线接口定义无线信道的信号特点，性能。在第三代移动通信w c d m a 系统中，无线接口称为u u 接口，因为w c d m a 系统同g s m 系统最大的不同在于无线 接入层使用了全新的协议，所以该接口在w c d m a 系统中是最重要的接口。 在无线接口协议中，物理层与其他层的关系如图2 1 所示。 图2 1 物理层与上层关系 在本文中，无线接口指用户( u e ) 和网络之间的u 、l 接口。物理层与层2 的m a c 子层和层3 的r r c 子层相连，不同层之间的业务链接部分成为业务接入点。物理 层为m a c 层提供不同的传输信道，传输信道则定义信息是如何在无线接口上进行 传输的。 6 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 2 2 1 传输信道 传输信道是层i l l l ) 提供到高层的业务。根据其传输方式或传输数据的特性， 传输信道分为两类 4 1 1 6 1 ： 1 ) 专用信道 专用信道使用l y e 的内在寻址方式。w c d m a 仅存在一种专用传输信道，即专 用信道c m 。d c h 分为上行和下行，支持快速功率控制，分集技术和软切换。 2 ) 公共传输信道 ab c h ( 广播信道) 广播信道用来发送i y i r a n 网络特定的信息或某一给定小区的特定信息。每个 网络所需的最典型数据是小区内可用的随机接入码和接入时隙，或其他小区中与其 他信道一起使用的发送分集方式。广播信道需要使用较高的功率进行发送，以使覆 盖范围内的所有用户都能接受到该信息。 bf a c h ( 前向接入信道) 前向接入信道是下行链路传输信道用于向处于给定小区的终端发送控制信息， 即用于基站接收到随机接入消息以后。一个小区可以有多个f a c h ，但其中必须有 一个较低的比特速率，以使该小区范围内的所有终端都能接受到。f a c h 使用慢速 功率控制。 c p c h ( - , - i f - 呼信道) 寻呼信道是一个下行传输信道，用来发送与寻呼数据相关的下行链路传输信道， 也就是用于网络与终端开始通信时的初始化工作。寻呼信道总是在整个小区内发送， 寻呼信道的发射与物理层产生的寻呼指示是互相随路的，以支持有效的休眠模式。 dr a c h ( 随机接入信道) 随机接入信道是上行链路传输信道，用来发送来自终端的控制信息，同时也可 以发送终端到网络的少量分组数据。随机接入信道的实际速率必须足够低，至少对 整个系统初始化接入和其它控制过程应该如此。随机接入信道采用开环功率控制。 ec p c h ( 上行链路公共分组信道) 公共分组信道是上行链路传输信道，用来在上行链路方向发送基于分组方式的 用户数据。c p c h 与一个下行链路的专用信道相随路，该专用信道用于提供上行链 路c p c h 的功率控制和c p c h 控制命令。c p c h 的特性是带有冲突检测。c p c h 采 用内环功率控制。 f d s c h ( 下行链路共享信道) 下行链路共享信道( d s c h ) 是下行链路传输信道，是用来发送专用用户数据或控 7 重庆邮电大学硕士论文第二章w c i ) m a 系统基本原理及其关键技术介绍 制信息的传输信道，它可以由几个用户共享。d s c h 在整个小区内发射，或者使用 波束成形天线在一部分小区内发射，支持快速功率控制和逐帧可变比特速率。 2 2 2 传输信道到物理信道的映射 ，传输信道是由物理层提供给层2 的信道，所以不同的传输信道必须映射到不同 的物理信道上，传输信道和物理信道的映射关系如所示嘲。 传输信道 b c h 物理信道 主公共控制信道( e c c p c n ) f a c h = = 7 辅公共控制信道( s c c p c h ) k h r a c h 物理随机接入信道( p e a c h ) 一= = d s c h c p c h 物理下行共享信道( p d s c h ) 物理公共分组信道( p c p c h ) 同步信道( s c i - i ) 公共导频信道( c p i c h ) 捕获指示信道( a i c h ) 寻呼指示( p i c h ) 状态指示信道( c 跚c 田 碰撞检测 图2 2 传输信道到物理信道的映射 8 重庆邮电大学硕士论文第二章w d 姒系统基本原理及其关键技术介绍 2 2 3 物理信道 物理信道可用一个给定的载频，扰码，可选的扩频码，开始和结束的时间来定 义。物理信道的无线帧包含1 5 个时隙的单元，一个无线帧的长度是3 8 4 0 0 个码片。 无线帧中的时隙是由包含一定比特的字段组成的单元，时隙的长度是2 5 6 0 个码片。 物理信道分为上行物理信道和下行物理信道。 1 1 上行物理信道1 6 a 专用上行物理信道 上行专用物理信道包括上行专用物理数据信道( d p d c h ) 和上行专用物理控制 信道( d p c c h ) 。它们在每个无线帧内是i q 码复用的。上行d p d c h 用来传输专用 传输信道( d c h ) ，在每个无线链路中可以有0 ，1 或者几个上行d p d c h 。上行d p c c h 用来传输层1 产生的控制信息。这些控制信息包括用于相干检测的已知导频比特， 发射功率控制指令( t p c ) ，反馈信息( f b i ) 以及一个可选的传输格式组合指示( t f c d 。 上行专用物理信道的帧格式可以用图2 3 表示。 d p d c h 二二二二二j 戛二二二二 l p i l o t t f c i l f b i l t p c in d l m b i t sn t f c ib i t sl n v a lb i t s l n 1 a p cb i t s 1 2 5 6 。c “p 3 i ! ! ! 7 s l o t # 0s i o t 撑ls l o t 弹js l o t 撑1 4 图2 3 上行d p d c h d p c c h 的帧结构 图中的参数k 决定了每个上行d p d c h d p c c h 时隙的比特数。它与物理信道 的扩频因子有关，s f - - - - - 2 5 6 2 k ，上行链路d p d c h 的扩频因子的变化范围是4 2 5 6 。 而上行d p c c h 的扩频因子一直为2 5 6 。 d p d c h 的数据速率可以逐帧改变。通常d p d c h 的数据速率信息包含在传输 格式组合指示( t f c i ) q 口，并在d p d c h 上连续传输，用来指示当前d p d c h 帧的数据 速率。如果t f c i 没有被正确译码，那么整个数据帧将会被丢弃。 3 g p p 对d p d c h d p c c h 的格式有严格的定义，下面举一些简单的参数作为参 考。 9 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 d p d c h 信道比特和符号速率的部分关系如表2 3 所示。 表格2 3d p d c h 信道比特和符号速率 时隙格式# i信道比特率 信道符号率 s f 比特 帧比特肘隙 n d 妇 咒啪g b p sk s p s o1 51 52 5 61 5 01 0l o 1 4 3 03 01 2 8 3 0 02 02 0 3 1 2 01 2 03 21 2 42 4 02 4 01 6 2 4 0 01 6 01 6 0 69 6 09 6 04 9 6 0 0 6 4 06 4 0 上行链路d p c c h 采用1 0 m s 无线帧内有1 5 个时隙的结构，因此一个时隙周期 内为2 5 6 0 个码片或与6 6 6 i t s 相当接近。每个时隙由4 部分组成，分别是导频比特， t f c i ，传输功率控制比特( t p c ) 和反馈比特( f b i ) 。导频比特用于基站接受机的信道 估计；t p c 比特承载用于下行链路功率控制指令；f b i 比特用于下行链路采用内环 发送分集技术的情况。 d p c c h 信道比特和符号速率的部分关系如表2 4 所示。 表格2 4d p c c h 信道比特和符号速率 信道信道 时隙 t r a n s m i t t e d 比特符号比特，比特， 形式 s fn m n t r cn v a l s l o t sp e r 塞塞 帧时隙 掰 r a d i of r a m e ( k b p s )( 1 【s p s ) 0 1 5 1 5 2 5 61 5 0 1 06 2 2 o1 5 l 1 5 1 5 2 5 61 5 0 l o8 2 00 8 1 5 2 1 5 1 52 5 6 1 5 0 l o5 2 2l 1 5 2 a 1 5 1 52 5 6 1 5 0 1 04 2 3l l o 1 4 5 1 5 1 5 2 5 61 5 0 1 0 5l 2 21 5 其中用户功率控制的t p c 的比特模式和功率控制命令如表2 5 所示。 表格2 5 t p c 的比特模式 t i c 比特模式 功率控制命令 n r v c = ln t i c = 2 l1 1l o 0 0 0 i o 重庆邮电大学硕士论文第二章骶d 雌系统基本原理及其关键技术介绍 f b i 字段又包含s 字段和d 字段，其中s 字段用于s s d t 信令，d 字段用于内 环模式发射分集信令。s 字段由0 ，1 或2 个比特组成。如果整个f b i 字段没有被s 或d 字段填满，则f b i 字段应该用“l ”填满。 b 上行公共物理信道 与上行传输信道对应，上行公共物理信道也分为两类。用于承载r a c h 的物理 信道称作物理随机接入信道( p r a c h ) ，用于承载c p c h 的物理信道称作物理公共分 组信道( p c p c h ) 。 无线帧随机接入消息部分的结构和专用信道的结构完全相同，但扩频因子仅有 2 5 6 ，1 2 8 ，6 4 ，3 2 几种形式。其控制部分的扩频比与专用信道完全相同，但其导频比特 仅有8 比特一种形式。 2 ) 下行物理信道1 4 1 5 6 1 a 下行专用物理信道 w c d m a 只有一种类型的下行专用物理信道，即d p c h 。在一个下行d p c h 内， 专用数据在层2 以及更高层产生，且来自专用传输信道( d c h ) ，它与层l 产生的控制 信息以时间复用的方式进行传输。因此一个下行d p c h 可看作是一个下行d p d c h 和下行d p c c h 的时间复用。 下行d p c h 的帧结构如图2 4 所示。 旦殴h ， 鲤g 丛 - 乜h - 旦丛 d a t a it p c l t f c i l d a t a 2 p i l o t n d m ib i t s n a v cb i t s ln w b i t si n d 啪2b i t sn m b i t s “p s ，1 。2 i ! ：一7 is l o t # os l o t 捍ls 1 0 t 撑i s l o t # 1 4 图2 4 下行d p c h 的帧结构 图中的参数k 确定了每个下行d p c h 时隙的中的比特数。它与物理信道的扩频 因子有关，即s f = 5 1 2 ，2 k 。因此扩频因子的变化范围是4 5 1 2 。软切换时，对使 用5 1 2 的扩频因子有一定的限制，这是因为软切换操作的定时调整步长为2 5 6 码片。 不同下行d p c h 的实际比特数“n n n “。和n 由高层配置不同时隙格 式确定支持1 7 种不同时隙格式。其中导频比特用于移动台接受机的信道估计；t p c 比特承载用于承载上行链路功率控制指令。 下行d p c h 的实际比特数如表2 6 所示。 表格2 6d p c h 实际比特数 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d 姒系统基本原理及其关键技术介绍 每个无线 时隙 信道比信道符 d p d c hd p c c h 比特帧发射的 格式特速率号速率 s fb i t s ，s l o tb i t s s l o t 时隙时隙 撑i ( k b p s )( k s p s ) n d 由ln d 柚吐n x p cn r r c an p i t mn t r 01 57 55 1 2l oo42o41 5 o a1 57 55 1 2l oo42o48 1 4 l1 57 55 1 21 0o22241 5 3 a3 01 52 5 60 221 0242 8 1 4 4 a3 01 52 5 62 021 22o48 1 4 5 a 3 0 1 5 2 5 62 0 28244 8 1 4 1 0 b1 2 06 06 48 01 24 84o1 6 8 1 4 1 16 0 3 01 2 84 062 22281 5 1 44 8 02 4 01 63 2 05 62 3 288 】61 5 1 4 a 4 8 02 4 01 63 2 05 62 2 4 8 1 6 1 68 1 4 基本的下行专用物理信道有两类，即包含t f c i ( 如对多个并发业务) 和不包含 t f c l ( 如对固定速率的业务) 。u r ra n 决定是否发送t f c i ，并且所有用户单元必须支 持下行链路使用t f c i 。 如果没有t f c i ，则固定d p d c h 比特在帧中的位置。因为下行链路d p d c h 的扩 频因子是固定的，所以低速率的传输可以通过控制下行链路通断的非连续传输( d t x ) 来实现。由于该操作是以时隙为间隔的，因此门控的速率是1 5 0 0 h z , 正如上行链路 l o i n s 帧中包含1 5 个时隙一样，它决定了门控速率 如果有t f c i ，则d p d c h 比特可以在帧内具有灵活的位置，并由网络选择采用 哪种工作模式 在下行链路，使用扩频因子的压缩模式中，t p c 和p i l o t 字段的比特数将会加倍， 因为其通过符号重复来填满字段。 t p c 符号和发射功率控制命令的关系如表2 7 所示。 表格2 7t p c 符号和发射功率控制命令的关系 t p c 比特模式发射机功率控制命 令 n t p c 暑2n t p c = 4 n t p c = 8 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 l ll 0 00 0 0 0删0 0 o b 下行公共物理信道 下行公共物理信道包括公共导频信道( c p i c h ) ，基本公共控制物理信道 1 2 重庆邮电大学硕士论文 第二章托d 姒系统基本原理及其关键技术介绍 ( p c c p c h ) ，辅助公共控制物理信道( s - c c p c h ) ，同步信道( s c h ) ，捕获指示信道 ( a i c h ) ，寻呼指示信道口i c h ) 。 2 3 无线资源管理 w c d m a 无线资源管理( r r m ) ，主要负责对系统可以使用的所有无线资源进行 分配和管理，其目的是在确保q o s 的前提下，获得尽可能大的覆盖区域和无线容量。 无线资源管理的基本出发点是在网络业务分布不均匀或信道状况因衰落和干扰而起 伏变化的状况下设法灵活地分配，并及时调整可用资源。由于w c d m a 系统要求支 持高速率及和多可变速率媒体业务，所以它在w c d m a 系统中起着非常重要的作用， 是系统控制的灵魂。无线资源管理主要包括功率控制、切换控制、负荷控制、接入 控制和动态信道分配等方面。 下面根据本文内容，简要的介绍一下功率控制，软切换和接入控制。 2 3 1 功率控制 w c d m a 系统中，功率是重要的无线资源之一，功率管理也因此成为无线资源 管理中非常重要的一个环节 7 1 s 1 1 9 1 。 在w c d m a 系统中，所有用户使用相同的频率发送信息，不同用户之间只能 通过两者使用的扩频码对其进行区分。对不同的l i e 来说，如果其中一个u e l 处于 小区边缘，而另一个u e 2 处在相对靠近基站的位置，那么u e l 比u e 2 的路径损耗 会大几十分g l ( d b ) 。如果不采用功率控制技术保证两个用户设备到达基站的功率在 同一个电平上，那么u e 2 发射的信号会完全淹没u e l 发射的信号，并因此阻塞小 区中的大部分区域。这种近端设备对远端设备的影响称作“远近效应”。为了获得高 的容量，所有的信号不管离基站的远近，到达基站的信号功率都应当相同，这就是 功率控制的目的。 w c d m a 功率控制技术可分为开环功率控制、内环功率控制和外环功率控制三 种类型。 开环功率控制是用来在连接建立的初始化阶段为e ) 提供比较粗略的估计。它 的基本原理是根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原则，先行测量接收功率 的大小，并由此确定发射功率的大小。由于w c d m a 系统中上行链路和下行链路在 本质上是不相关的，所以其精确性难以得到保证。开环功率控制还可以用在用户接 收功率发生突变时的发射功率调节。 内环功率控制也称为快速功率控制。在g s m 系统中，功率控制的频率只有2 h z , 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 这种功率控制只能补偿路径损耗和阴影衰落，w c d m a 系统的内环功率控制频率为 1 5 k h z , 远远的超过了2 h z ，因此这种快速功率控制还能够补偿快衰落。 内环功率控制通过对接收信号信干比和目标信干比的对比，确定功率控制比特 信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并据此调节发射功率的大 小。上行链路中，对每个u e ，这个“测量命令响应”循环的最大频率是1 5 k h z 。 由于这个频率高于较快路径损耗的频率，甚至比低速或中速移动的u e 产生的 r a y l e i g h 快衰落的速度还快，因此内环功率控制可以防止基站接收到的信号中出现 功率不平衡的现象。下行链路中，系统也采用同样的内环功率控制技术，但是由于 下行链路不存在远近效应，所以它的目的与上行链路不同。下行链路功率控制的主 要目的是合理控制发射功率，以增加系统容量。另外，对一个小区中的u e 而言， 接收到的所有信号均来自基站，但是位于小区边缘的l y e 由于会受到其他小区的干 扰，接收到的信号质量变差，需要基站为其提供少量的额外功率，此外，u e 在高速 移动过程中，那些基于交织和纠错码的纠错有效性降低，所以也需要在下行链路中 采用功率控制技术来挽救由于r a y l e i g h 衰落而减弱的信号功率。 外环功率控制技术根据各个独立的无线链路的需求调整目标s i r 的设置值，以 取得由b e r ( i 吴特率) 或者b l e r ( 误码率) 定义的稳定质量。s i r 的设置值要考虑最 坏情况下的质量，例如，针对某条连接在高速移动情形下设置s i r 后，在低速移动 时连接会有很大的容量浪费。所以较好的策略是让s i r 的目标值在某个范围内浮动， 这样，随着移动速度，无限传播环境等的变化，s i r 的设置值也相应的变化。 另外，功率控制可以通过补偿衰落来提高d s c d m a 的抗衰落能力，对于解决 用户干扰很有用。如果对信道衰落控制得好，可以通过完全消除衰落影响而把一个 衰落信道变成一个加性高斯白噪声( a w g n ) 信道。 2 3 2 软切换 移动通信系统中，m s ( 移动台) 在通话过程中从一个b s ( 基站) 覆盖区移动 到另一个b s 覆盖区，或由于外界干扰造成通话质量下降，或由于一个b s 覆盖区 内用户太多，无法保证所有用户正常使用，从而某些用户必须改变原有信道，将通 信业务转接到新的空闲信道上，以继续保持通信的过程称之为切换( h a n d o v e r ) 。 目前，移动通信领域的切换技术主要分为三大类：硬切换、软切换和空闲切换。 在w c d m a 系统中，采用了软切换作为主要的切换技术，其中，软切换又包含更软 切换。 在软切换期间，用户设备处在不同基站的两个扇区覆盖区域的重叠处，这时用 户设备与基站之间的通信同时通过来自两个基站的空中接口信道完成，并且下行方 1 4 重庆邮电大学硕