（通信与信息系统专业论文）基于wcdma系统的外环功率控制研究(1).pdf

摘要 功率控制技术是c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 系统无线资源 管理策略的关键技术之一，它能克服上行链路的“远近效心”和f 行链路的 “拐角效应”，从而减小移动台之间的多址i 扰，提高系统的容量。奉课题对 w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 系统中的功率控制理论 进行了研究，主要t 作包括以下儿力面： 本文甬先介绍了w c d m a 系统的空中接口参数，w c d m a 系统与第 二代移动通信系统的比较，以及无线资源管理策略。 介绍了w c d m a 系统中的功率控制理沦，功率控制准则、功率控制方 法以及影响功率控制的因素，并对物理层的主要物理信道在正常模式、压缩 模式、s s d t ( s i t es e l e e t i o nd i v e r s i t yt r a n s m i s s i o n ) 模式、切换模式下的闭 环功率控制进行_ _ r 详细描述。 主要研究了w c d m a 系统中的外环功率控制算法，首先介绍了上行链 路与下行链路的外环功率控制，在传统的基于c r c ( c y c l i cr e d u n d a n c y c h e c k ) 校验的单环功率控制的基础上提出了基于b e r ( b i te r r o rr a t i o ) 的 双环功率控制算法。并进行了系统建模，仿真平台的搭建，对仿真模块与算 法进行了详细地介绍，然后对语音业务进行了基于b e r 、b l e rf b l o c ke r r o r r a t i o ) 的双环功率控制仿真，并与基于b e r 的单环功率控制算法的性能进 行比较。然后提出了一种优化的基于b e r 的双环功率控制算法。仿真结果 表明，该算法在保证q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 的前提下对于b l e r 的收敛速 度，以及s i r 都有明显的改善。描述了一种自适应的基于b e r 的外环功率 控制算法，并进行了仿真分析，仿真表明该算法优于固定s i r 步长的外环功 率控制算法，可以快速地跟踪信道的变化。 关键词w c d m a ；功率控制；s i r ；b e r 鉴：! ! 兰! 坐：兰! ；兰竺! 兰坚堕三 a bs t r a c t t r a n s m i s s i o np o w e rc o n t r o li soneo ft h ek e yt e c h n i q u e so fr a d i o r e s o u r c em a n a g e m e n ti nc d m af c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ls y s t e m si t c a ns o l v et h e “n e a r f a rp r o b l e m ”i nu p l i n ka n d c o r n e re f f e c t i nd o w n l i n k a n dr e d u c et h em a if m u l t i p l e a c c e s si n t e r f a c e lt h u s i m p r o v et h es y s t e m c a p a c i t yg r e a t l y t h et h e o r yo fp o w e rc o n t r o li nw c d m a ( w i d e b a n dc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s li ss t u d i e da n dc o n s i s i t so fs e v e r a lp a r t sa sf o l l o w s i nt h i s p a p e r ，i n t r o d u c et h ep a r a m e t e r so fw c d m a ( w i d e b a n dc o d e d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) a i r - i n t e r f a c e ，c o m p a r ew c d m aw i t hg s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) a n di s 一9 5 ，a n dd i s c u s st h er a d i o r e s o u r c em a n a g e m e n tt e c h n i q u e sa tf i r s t t h e ni n t r o d u c et h et h e o r y ，r u l e ，m e t h o do fp o w e rc o n t r 0 1i nw c d m a a n dt h ef a c t o r si n f l u e n c et h ep o w e rc o n t r o l ，a n de x p o u n dt h eo p e n l o o pp o w e r c o n t r o l ，c l o s e d l o o pp o w e rc o n t r o lo fm a i np h y s i c a lc h a n n e lu n d e rn o r m a l m o d e ，c o m p r e s sm o d e ，s s d t ( s i t es e l e c t i o nd i v e r s i t yt r a n s m i s s i o n ) m o d ei n d e t a i l t h em a i nc o n t e n to ft h i st h e s i si so u t e r l o o pp o w e re o n t r o la l g o r i t h mi n w c d m a ，a tf i r s t ，i n t r o d u c et h eo u t e r l o o pp o w e rc o n t r o lo fu p l i n ka n d d o w n l i n k ，r a i s et h ed o u b l eo u t e r l o o pp o w e rc o n t r o la l g o r i t h mb a s eo n c o n v e n t i o n a ls i n g l eo u t e rl o o pp o w e rc o n t r o la l g o r i t h m t h e n ，r e c o m m e n dt h e s y s t e mm o d e l ，s i m u l a t i o np l a t f o r m ，t h e ns i m u l a t et h ea m r ( a d a p t i v e m u l t i r a t e ) s y s t e mb a s e do nb e r ( b i te r r o rr a t i o ) b l e r ( b l o c ke r r o rr a t i o ) ， a n dc o m p a r ew i t ht h es i n g l el o o pp o w e rc o n t r o lb a s e do nb e r t h e nak i n d o f o p t i m i z e do u t e r l o o pp o w e rc o n t r o la l g o r i t h mw a sa d v a n c e d t h es i m u l a t e d r e s u l ts h o w st h a tt h i sa l g o r i t h mi sb e t t e rt h a nt h et r a d i t i o n a la l g o r i t h mi n a s t r i n g e n c ya n dt h ev a l u eo fs i r ( s i g n a l t o i n t e r f e r e n c er a t i o ) a tl a s t s i m u l a t et h ea d a p t i v ea d j u s tb e ro u t e r l o o pp o w e rc o n t r o la l g o r i t h m ，t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ea d a p t i v ea l g o r i t h mb e t t e rt h a nt h ef i x e d s t e p s i z eo f s i r a n df a s tt r a c et h ec h a n g eo fc h a n n e l k e y w o r d sw c d m a ，p o w e rc o n t r o l ，b e r ，s i r i i 1 1 课题背景 第1 章绪论 小课题来源于u t s t a r c o m 深圳研发中心应市场需求以及公剐的长远发展 而设定的系统平台仿真项口中功率控制部分。作者参与了项日中的实地测 试，数据采集，数据分析，、r 台仿真的功率控制部分搭建等t 作。 所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方是在运动中进行信息交换 的。例如，同定点与移动点( 汽车，轮船等) ，移动点与移动点之问，人与 人或入与移动点之间的通信，都属于移动通信”j ， 过去的1 0 年全球移动通信技术得到了迅猛的发展。从商业使用的第一 代模拟产品到为公众设计的第二代无线通信系统。2 0 世纪9 0 年代初，t 业 和运营部门推出了第- i 代数宁移动通信系统，它是在克服模拟系统不足之处 地基础上发展起来的，标志着无线信息网络的到来。目前的蜂窝系统g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 所提供的业务仅限于语音通信， 低速( 9 ，6 k b i f f s ) 的数据业务。这已经小能满足人们希望的随时随地获取除 语音之外的数据、视频和图像等多媒体业务信息，这些都要求寻求频谱利用 率更高的技术，寻求通信容量更大的移动通信系统，这极大地推动了第三代 移动通信系统3 g ( t h et h i r dg e n e r a t i o n ) 地研究与发展。在国际电联i t u ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 中规定，第三代移动通信系统将为 用户提供除了语音业务之外，还应该包括高速数据传输( 高速移动环境中支 持1 4 4 k b i t s ，步行慢速移动环境中支持速率为3 8 4 k b i g s ，室内环境可以达到 2 m b i t s ) 、冈特网访问、移动视频业务和多媒体服务，同时支持全球漫游特 性，真正意义上的实现了个人通信。 在无线通信多址接入系统中，许多用户共享无线信道，为了能使多用户 正常地进行通信，需要采用有效的多址技术。多址方式的基本类型有频分多 址f d m a ( f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 、时分多址t d m a ( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 、码分多址c d m a 、分组无线电p r ( p a c k e tr a d i o ) 和空分多址s d m a ( s p a c ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 。其中，c d m a 由于抗干 扰，抗噪卢，减少多径衰落，低功率，保密性，宏分集，软切换，隐蔽性等 优点而被作为第三代移动通信系统的主流投术。 蜂窝移动通信系统无论采州们利多址方，都会存在各种各样的外部_ 厂 扰和系统内部产生的同有1 一扰。与f d m a 和t d m a 蜂窝中的同信道t 扰一 样，c d m a 系统中的多址t 扰也足系统小身存在的同有r 扰。由于c d m a 系统是t 扰受限的，多址干扰对系统的容量起着丰耍的制约作刚，降低t 扰 可以直接增加c d m a 系统的通信容量。随着用户数日的4 i 断增多，多址t 扰逐渐增大。到了一定程度，接收机的信嗓比达叫i 到所要求的值，必然会使 接收端待解调用，r l 的误码率逐渐增大，甚至完全无法正确解调。 c d m a 通信系统的多址干扰可以分成两种类型：一种是基站在接受某 一特定移动台的信号时，会受到本小区平邻近小区其他移动台所发出信号的 干扰，称为上行链路的多址干扰：另一种是移动台在接收所属小区基站所发 出的信号时，会受到所属基站和邻近其它基站发给其他移动台的信号干扰， 称为下行链路多址干扰。 由于频率罩复利用j 会形成蜂窝系统中小区间的t 扰，位于小区边缘处 的移动台将受到较大的i i 扰，这种现象通常被称为“边缘问题”；在上行链 路中，由于无线信道的衰落和移动台与基站间的距离不同，基站接收到的强 功率信号用户对弱功率信号用户造成很大的干扰，使弱功率信号用户的性能 下降，甚至不能正常工作，这就是被称为“远近效应”。在下行链路中，当 移动台位于两个相邻小区的分界处时，接收的信号功率很弱，而且还受到相 邻小区基站的干扰，出现所谓的“拐角效应”等，可以认为这些干扰将影响 系统的容量和通信的质量及有效范围。 1 2 本课题研究的目的及意义 本课题研究的目的和意义在于随着3 g 技术的出现，运营商们也在研究 网络配置策略。就为了业务需求的估计以及网络基础结构的投资需求而言， 实际的商业计划都必须支持这些策略。使用既能估计无线接入元件，又能估 计核心网络元件的系统汁算t 具。冈为已经获得有吸引力的商业机会，所以 在系统配置前必须进行认真的网络规划。规划方法必须能够在加载了所期望 的业务类型时，正确模拟系统的运作。网络有效运行的核心是控制无线接入 部分的、基于测量的高效反馈环路。在配置以w c d m a 为基础的3 g 系统时， u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 的业务分类和用户优 先级，以及无线接入技术成为两个最大的难题。对于3 g 刚络，运营商的任 务是找到切实可行的容量和覆盖范闱之间的平衡关系，提供具有竞争力的业 喻玎、艇l 业人学l 学顺十学位论文 务，而且，叫络管邪系统小仪要确定当时| i 【1 9 络的容量需要，而| 要存引入数 据业务时，确定这n b 潜布的容量需求。在提供3 g 业务时，对接入部分挖制 的第一层是预操作利统训模式，即通过脱机规划t 具仿真器完成的操作。 本课题研究的口的即通过对w c d m a 系统中无线资源管理仿真平台巾的功 率控制部分进行研究以及仿真，禾 出结论，并通过刑双外环功率控制算法的 研究和仿真，阻及与传统的外环功率控制算法的仿真结果进行比较，达到对 影响系统的功率控制进行优化的日的。 1 3 国内外相关技术发展现状 有关功率控制的理论，在国内外的许多文献中都有较为详细的阐述。 j e n s z a n d e r 提出了中断概率最小意l 义上的最佳功率控制方法，它的基本崽想 是：中断尽可能少的移动台，找到最大的链路子矩阵及其最大特征值对应的 特征向量，以该向量作为功率控制矢量，使此时系统最低所需s i r 门限是可 达的t “。但是尽管研究最悻功率控制算法只是用来获取c d m a 蜂窝系统的 性能上界，并非用于实际系统，但是仿真的计算复杂度还是让人无法忍受的。 单步最佳删除算法是最佳的单步算法，在每一个单步上可以达到最佳，可以 很好的近似最佳功率控制算法，复杂度有很大程度地降低，但是由于系统必 须在每一个时间间隔内都获得归一化的链路增益矩阵，这在一个大系统中是 非常难得到的，因此实用价值不高。h a n l y 把功率控制和蜂窝区域的选择相 结合，由用户优选某一蜂窝使得发射功率最小，从而最大化系统容量，并证 明了如果功率控制矩阵有解，那么一定存在最小的功率解pj 。h u 提出了一 种功率控制函数，对多速率、多媒体的d s c d m a ( d i r e c ts e q u e n c ec d m a ) 系统进行功率控制，通过把业务指数引导到控制函数中，在允许的误码率范 围内，求出系统的最大用户数及当用户数达到最大时各用户最优的发射功率 1 4 。c h a n g 采用模糊控制理论来进行功率控制，通过可变的功率补偿，使锝 瞬时接收的信干比维持在日标值水平上口】。v a s i l i o sa s i r i s 在基站的传输功 率是受限的，不能为了要达到通信质量而在于扰上升时提高移动台的发射功 率，这样会增加该移动台对其他移动台的t 扰的基础上，提出了一种基于微 观经济学的更有效的下行功率控制方案，它通过调整改变通信质量的外环功 率控制算法，这种算法是以移动台各自所接收的e b n o ( r e c e i v e de n e r g yp e r b i td i v i d e db yt h ep o w e rd e n s i t yi nt h eb a n d ) 的大小为依据的l 。这种算法不 需要改变快速闭环功率控制。在国内西安交通大学的吕玲博十与汪勇刚博士 塑：堑! 些：兰! 兰! ：! ! ! ：兰坚篁三 提出1 r 种基下模糊逻辑的外环功率控制方法，根据模糊数学理论和模糊控 制的思恕来实现可变的调整步长，与传统的方法相比，这种方法可以对小到 的通信环境做山灵敏的反应，提高摔制精度，以求最大限度地减少内环的发 射功率，进而减少系统地l 扰，增加系统地稳定性和容量。在这种方法巾， 4 i 仅考虑j - b e r 与日标b e r 的差值信号，而且考虑了差值信弓地变化率”。 在实用的c d m a 系统中，常常选用分布式功率控制算法。这也是目前 研究得最多的一种功率控制方法，系统内各个用户可以根据分布式算法调整 并个用广i 的发射功率来达到s i r 的平衡，即系统内各通信链路获得一定的 s i r ：从服务质量考虑，应该保持系统服务质量稳定，这种方法在保证每个 用户服务质量的前提下，可以获得较大的容量增益。| 几年来，关于多用广 榆测在自高斯噪声信道及衰落信道中的研究已相当广泛”，近年来支持多速 率传输的多用户检测器的研究也引起了人们的浓厚兴趣 9 。但是，这方面的 研究工作大多数只集中于研究多用，r l i 榆测器克服“远近效应”的性能，并且通 常都假设系统中没有或者可以没有功率控制。另一方面，目前大量有关 c d m a 系统中功率控制的研究，都假设系统是基于单用广检测器的。联合 功率控制与多用户检测技术的研究，直到近来才引起人们的注意1 0 】。 1 4 本文主要研究内容 本文主要研究了w c d m a 系统中的功率控制，主要对外环功率控制进 行了建模，在单小区仿真平台对外环功率控制进行仿真。本文主要研究内容 有以下几个方面： ( 1 ) 介绍了w c d m a 系统的空中接口参数，w c d m a 系统与第二代移 动通信系统的比较，以及无线资源管理策略。 ( 2 ) 介绍了w c d m a 系统中的功率控制理论，功率控制准则、功率控 制方法以及影响功率控制的因素，并在物理层的基础上对开环功率控制、 闭环功率控制( 正常模式、压缩模式、s s d t 模式、切换模式1 过程进行了 详细描述。 ( 3 ) 研究了w c d m a 系统中的外环功率控制算法，介绍了上行链路与 下行链路的外环功率控制。对基于b e r 测量的外环功率控制算法进行了仿 真，仿真表明该算法优于固定s i r 步长的外环功率控制算法，可以快速地 跟踪信道的变化。 ( 4 ) 对语音业务进行了基于b e r 、b l e r 的双环功率控制仿真，建立了 l 弁尔滨1 业人学l 学顺 学位论迁 双耶功率控制系统模型，仿真半台，刈仿真模块与算法进行了详细地介绍， 并与基于b e r 的碧环功率控制算法的性能进行比较。 ( 5 ) 提m 了一种优化的基于b e r 的双环功率控制算法。仿真结果表明， 该算法在保证q o s 的前提下刘于b l e r 的收敛速度，以及s i r 都有明显的 改善。 第2 章w c d m a 系统概述及无线资源管理技术 2 1 引言 模拟蜂窝系统通常被称为第一代移动通信系统，现令正在使用的数宁系 统，例如g s m ，i s 一9 5 则是第二代系统。这些系统已经在众多主要市场中 使语音通信无线化，而且消费者也u 益认识到诸如文奉消息传送、数据嘲的 接入等正在迅速成长的其他业务的价值所在。 第三代系统是为多媒体通信而设计的，通过该系统提供的高质量图像和 视频，使人与人之间的通信能力进一步加强；而第二代系统所带来的更新更 灵活的通信能力和更高的数据速率使得公用网和专用嘲的信息与业务的接 入能力大大增强。所有这一切，连同第二代系统向第三代系统的平滑连续过 渡，4 i 仅为设备制造商、运营商，同时为使用这些叫络的内容和应用提供商 创造新的商机。 第三代移动通系统的无线资源管理技术是提高系统容量和系统稳定性 的根本技术，主要包括功率控制( p o w e rc o n t r 0 1 ) 技术、切换控制 ( h a n d o v e rc o m r 0 1 ) 技术，负载控制( l o a dc o n t r 0 1 ) 技术和接入控制 ( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 技术等。 高效的功率控制是高容量c d m a 系统设计的保障。在c d m a 系统中， 由于用户共用相同的频带，且各种用户的扩频码之间存在着非理想的相关特 性，用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量，从而使功率控制技术成 为c d m a 系统中的最为重要的核心技术之一。切换技术包括软切换和硬切 换。软切换技术是c d m a 系统所特有的，通过c d m a 切换技术，移动台始 终可以归属于当前最佳的基站，从而使整个系统保持稳定并达到高效率。当 系统处于满负荷运行时，必须采用负载控制技术平接入控制技术使系统能够 稳定而又高效地使用。一种好的负载控制算法是系统稳定工作的基础，而接 入控制机制则可以避免过多的用户接入而加剧系统的崩溃。 6 喻尔滨i 、止人学i 学顺十学位论义 2 2w c d m a 系统概述 2 2 1 w c d m a 系统空中接口的主要参数 表2 1 给出了w c d m a 系统空中接口的丰要参数 表2 - 1w c d m a 系统空巾接i1 的主要参数 t a b l e2 - 1t h em a i np a r a m e t e ro f w c d m as t s t e mi n t e r f a c e 多址技术 d s c d m a 双工方式f d d t d d 基站同步方式异步方式 码片速率38 4 兆码片秒1 2 8 兆码片秒 帧k 度1 0 m s 、m 务复用形式质量要求1 i 同的业务复用在同 一物理连接上 多速率支持方式变速率扩频和多码传输 检测方式采用导频符号或导频信道的相 关检测 新技术应用标准支持多用户检测和智能天 线的应用 f 1 ) w c d m a 系统是宽带直接序列扩展码分多址d s - c d m a 系统，即用 户的信息比特和来自c d m a 扩频码序列集的伪随机序列比特( 也称为码片) 相乘，得到频域内的宽带信号。w c d m a 系统采用了变扩频因子和多码传 输技术，实现高速的物理连接f 达2 m b i t s ) 。 ( 2 ) w c d m a 系统的码片速率达3 8 4 兆码片秒，载波带宽为5 m h z ，而 i s 一9 5 的d s c d m a 系统的带宽略大于1 m h z ，称为窄带c d m a 系统。 w c d m a 的宽带特性支持高速的用，r l 数据传送和更好的多径分集效果。网 络运营商可以用多个小区层的方式实现多个5 m h z 的带宽以增加容量。按照 载波间干扰的大小，实际载波的宽度在4 4 5 m h z 之问选择，载波间的空白 频带是2 0 0 k h z 的倍数。 喻尔滨业人j l 学倾l 学位i ；仑文 ( 3 ) w c d m a 支持变用，、。速率传输，既可以实现带宽点播b o d f b a n d w i d t ho f d e m a n d ) 、i k 务，每1 0 m s 的用广帧内的速率保持恒定，但是帧 与帧问所承载的用广信息量可以变化，这种快速无线容量分配技术山刚络控 制，以优化分组数 j i e 业务的流量。 ( 4 ) w c d m a 史持两剥- 基本的般t 模式：频率复用f d d ( f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x ) 和时分复用t d df t i m ed i v i s i o nd u p l e x ) 。在f d d 模式下， 上行链路和下行链路并一叶用5 m h z 的频带，而在t d d 模式下，卜行链路和 下行链路时分复用5 m h z 的频带。i ：行链路是指移动台到基站的无线物理连 接，下行链路是指基站到移动台的无线物理连接。 ( 5 ) w c d m a 的基站间的同步方式为准同步，而i s 9 5 采用的是g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 为参考的全球定时信号进行同步。w c d m a 的 同步方式的优点是网络扩展到室内和微蜂窝环境时的成奉低。 ( 6 ) w c d m a 系统因为采用了导频符号和公共导频信道，所以上行链路 和下行链路都是相关榆测。i s 一9 5 系统的下行链路采用相关解调方法，上行 链路是非相关解调的方法，w c d m a 在上行链路上采用相关检测，可以带 来上行链路容量和覆盖范嗣的增加。 f 7 1w c d m a 的空中接口定义有助于多用户检测和智能自适应天线技术 这样的新接收机技术的应用，网络运营商可以通过在系统中配置新技术来增 加容量和覆盖范围。在目前g s m 和i s 一9 5 这样的二代系统中，改善性能的 新技术很难直接应用在工程上。 ( 8 ) w c d m a 网络支持与g s m 网络的接口。 2 2 2 w c d m a 与2 g 系统的比较 这里提到的2 g ( t h es c e o n dg e n e r a t i o n ) 系统指目前国内运营的g s m 和i s 一9 5 系统。2 g 系统初始的设计目标是在宏小区提供话音业务和低速的 数据业务，第三代系统的设计目标是： ( 1 ) 数据速率达到2 m b i t s 。 ( 2 ) 支持带宽点播的变速率比特速率技术。 ( 3 ) 支持将不同业务质量的视频、分组数据和语音业务复用在单一物理 连接上。 ( 4 ) 满足实时传输业务到动态变化最优效果的分组业务对时延的要求。 ( 5 ) 满足1 i 同业务从1 0 的帧差错率到1 0 4 比特差错率的要求。 ( 6 ) 增加覆盖区域和负荷、i 衡所蔓求的二代利代系统共存利系统问切 换。 ( 7 ) 艾持r 行链路雨【上行链路的非半衡传输。 ( 8 1 高的频潜效率。 ( 9 1f d d 、t d d 模式共存。 表2 - 2 希i 表2 - 3 给出了从空中接门的角度得到的w c d m a 系统、g s m 系统和i s 9 5 系统的丰耍参数比较。 表2 - 2 w c d m a 系统与g s m 系统的比较 t a b l e2 - 2t h es y s t e mo f w c d m ac o m p a r ew i t hg s m w c d m ag s m 频带宽度 5 m h z 2 0 0 k h z 频率再利用率 11 1 8 功率控制指令频率 1 5 0 0 h z 小丁等j - 2 h z 质量控制方式 无线资源管理算法网络规划( 频率规划) 频率分集方式用r a k e 接收可得到的多跳频 径增益 分组数据基于负荷的分组调度基于时隙g p r s 调度 下行链路发送分集方可采用标准中没有定义，但可 孔以应用 表2 - 3w c d m a 系统与i s 9 5 系统的比较 t a b l e2 - 3t h es y s t e mo fw c d m ac o m p a r ew i t hi s 一9 5 w c d m ai s 9 5 频带宽度5 m h z1 2 5 m h z 码片速率3 - 8 4 兆码片秒1 2 2 8 8 兆码片秒 功率控制指令频率 1 5 0 0 h z ( 上行与下行) 8 0 0 h z ( 上行) 、满控制 ( 下行) 基站同步方式异步方式基1 g p s 同步 频率问切换方式在s l o t t e dm o d e 测嚣后支可行，但标准没有定义 持测量方法 。 无线资源管理技术 支持q o s 的业务 对话音不必采用 分组数据盐丁负苘的分组调度分组数据按照短电路 交换水电处理 下行链路发送分集方町采用标准叶i 没有定义 w c d m a 采用5 m h z 的频带支持更高的比特速率，w c d m a 采用的发 送分集可以提高下行链路的容量，支持上下行链路的非对称传输。w c d m a 将不同比特速率的业务和质量要求进行混合处理，采用改进的无线资源管理 算法，保证了业务质量，使系统流量最大化，支持对非实时分组业务的处理。 w c d m a 的码， 速率为3 8 4 兆码片秒，远大于窄带i s 一9 5 的1 2 2 8 8 兆 码片秒，这样就可以获得较高的路径分集增益，提高微小区环境下的路径 分集增益。 w c d m a 在上下行链路上应用快速闭环功率控制，f 行链路快速闭环 功率控制能够提高物理连接的质量，增加下行链路的容量，但是需要移动台 增加s i r 估计电路和外环功率控制技术进行配合，而在i s 一9 5 系统中没有这 样的要求。 i s 9 5 系统的设计日标是宏小区的业务，宏小区的基站建址一般位于开 阔位置以便接收g p s 信号，这样在室内环境和微小区环境下进行小区规划 时就比较困难，冈为g p s 卫星信号不能视线到达窜内环境，w c d m a 采用 准同步的方式获得小区同步，这样w c d m a 系统的切换进程与i s 一9 5 系统 就有所不同。 为平衡单个基站内多个工作载频的使用率，频率阅切换对w c d m a 系 统非常重要，i s 9 5 系统没有定义这样的频率问切换，所以很难实现频率间 切换 1 ”。 2 3 无线资源管理技术 2 3 1 功率控制 功率控制按控制方向可以分为上行功率控制和下行功率控制：按照移动 台与基站是否参与功率控制又可以分为开环功率控制、内环功率控制和外环 功率控制。这3 种算法在实际系统中的功能各具特色，且又相互结合，形成 了整体的功率摔制子系统。以下分别介g “i - 这_ 二种控制疗式的原理及优缺 点，可以从中得出对功控办妓的研究的意义。 移动台的开环功率控制( 上行功率控制) 是指移动台根据接收的荩站信 号强度来调节移动台发射功率的过程。通过测量接收功率的大小，并山此确 定发射功率的大小。开环功率控制用于确定用广的初始发射功率，或用，l 1 接 收功率发生突变时的发射功率调声。其目的是使所有移动台到达基站台的信 号功率相等，卧免两为远近效应而影响扩频c d m a 系统对码分信号的接收。 需要指出的是，对于f d d 模式f 的功率控制，当上行链路和下行链路的载 波频率之差大于无线信道相关带宽时，上下行信道将不相关，冈此这种直接 依据下行信号电平来调节移动台发射功率不能完善地进行。由于t d d 系统 上下行链路在同一个载频上传送，通过对导频信号的路径损耗估计，接收端 可以对发送信号的路径损耗进行准确的估计，从而相应调整发送功率。下面 这个公式描述了开环功率控制的基本原理： 只。，( d b m ) = 圪。( d b m ) + 只。( d b m )( 21 ) 式中只( 扭m ) 一一开环功控调整后的移动台的发射功率： 只( d 日m ) 一一测量到该链路的路径损耗； 只，( d b m ) 一一基站期望接收的目标功率 这样，移动台就可以根据信号的路径损耗情况，实时地调整发射功率值。 基站的开环功率控制( 下行功率控制) 是指基站根据接收的每个移动 台传送的信号质量信息来调节基站业务信道发射功率的过程。其目的是使所 有移动台在保证通信质量的条件下，基站的发射功率为最小。 如前所述，当上行链路和下行链路的衰落特性1 i 相关时，基于下行信道 的信号测量是不能反映上行信道传播特性的，因此，开环功率控制仅是一种 对移动台平均发射功率的调节。为了能估算出瑞利衰落信道下的对移动台发 射功率的调节量，则需要采用闭环功率控制，闭环功率控制是指移动台根据 基站发送的功率控制指令( 功率控制比特携带的信息) 来调节移动台的发 射功率的过程。基站测量所接收到的每一个移动台的信噪比，并与一个门限 比较，决定发给移动台的功率控制指令是增大还是减小它的发射功率。移动 台将收到的功率控制指令与移动台开环估箕相结合，来确定移动台闭环控制 应发射的功率值。 w c d m a 主要采用闭环功率控制技术，在基站侧频繁采用上行链路的闭 环功率控制技术测量接收信号的s i r ，并j 1 与日标s i r 比较。如果测量得 剑的s i r 人丁几标s i r ，基站会指示移动台降低发射功率，反之则要求移动 台增加发射功葛墨。慕站与移动台配合的循环动作( 测量、比较、指_ j ) 以每 秒1 5 0 0 次的频率( 15 k h z ) 进行。基站对小区内的每个移动台都进行该闭 环功率控制。15 k h z 的指令速率人于或等于低速或中速移动中的移动台所 经历的瑞利快衰落的速率。冈此该功琦i 控制u j 以完全消除基站侧接收功率的 不平衡。下行链路也同样采用了闭环功率控制，但其目的与上行链路的闭环 功率控制的口的小同，在下行链路上是一点对多点( 基站对多个移动台) 的 彤式，因此f i 存在远近效应的问题。但是差错编码和交织等抗衰落措施并小 能有效消除其他小区信号对小区边界移动台的f 扰，冈此当前小区的基站用 闭环功率控制增加对小区边界的发射功率，以弥补低速运动的小区边界移动 台冈为衰落产生的性能损失。闭环功率控制改善信号质量的代价是增加了移 动台的f 均发射功率。这也意味着如果移动台处于深衰落的环境就要用很大 的功率发射信号，从而增加了对其他小区的干扰。 内环功控虽然可以解决路径损耗以及远近效应的问题，使接收信号保持 固定的s i r ，但是却0 i 能保证接收信号的质量。因为接收信号的质量一般用 b l e r 或b e r 来表征，而不是s i r 。虽然在高斯信道环境下，s i r 和b l e r 之间有一定的对应关系，然而在非高斯信道的环境下，这种关系却不能得到 保证。b l e r 由接收信号s i r 的分布函数决定，但它们之间的数学关系却相 当复杂。环境因素( 主要是用户的移动速度、信号传播的多径和迟延) 对接 收信号的质量有很大的影响。当信道环境发生变化时，接收信号s i r t 。：， 与b l e r 的对应关系也相应发生变化。例如对于一定的移动速率和多径传播 所期望的b l e r 为1 ，这就要求相应的频带内的e b n o 和s i r t 。t 。如果按 照最坏传输的情况( 例如移动台高速移动) 设置s i r t 。，就会浪费其他低速 物理连接的容量，最好的策略是根据实际链路质量随时设定所需的目标 s i r 。例如，当移动台速度和传播环境改变时，目标s i r 的值也随之改变。 由物理连接的循环冗余校验c r c 校验值得到b l e r ，如果无线网络控制器 r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 收到的c r c 表明物理连接的质量下降， r n c 就指示基站增加日标s i r 的债，同样，如果r n c 收到的c r c 表明物 理连接的质量上升，r n c 就指示基站减小目标s i r 的值。 可以看出，外环功率控制流程主要包含3 个部分：测量接收信号的质量 b l e r ；查询指定业务的b l e r 门限值；门限判决，按照相应策略调整s i r 目标值。 测量接收信号质量直接影响到最终判决的结果。一般通过统计c r c 校 验结果，用算术半均的方法测量b i e r 。这种山法虽然简单，f u 是比较粗略 统计的效果并小好。如何利用有限的信息，史准确地测量当前接收信号的质 量，是外环功控中个很重要的课题。 外环功控的s i rh 标值调烂策略足外环功控流程的核心部分。可以通过 上升步长( a 。) 釉下降步长( ad o w 。) 来调穆s i rh 标值，两个步长满足 。d 。= ( 1 一b l er i a r g e t ) b l e r 。直接应用该算法，会导致系统容量损失 过大。这种算法同测量方法自很大的关系，在实际应用中还需进一步改进。 理想的外环功控算法，应该能够根据测量b l e r 的值( 或物理层b e r 等测 量信息) ，根据判决的不同情况，以不同步长调节s i r 目标值。这是设汁外 环功控算法的目标。 2 3 2 切换控制 切换是蜂窝移动网铬的特点之一，是保证服务质量的重要环节。切换可 以被认为是蜂窝通信巾最复杂和最重要的过程。移动台的运动或附近环境的 变化，导致了衰落、障碍物和干扰引起的信号变化，这就是启动切换的原因。 切换是呼叫期间处理的最关键的过程，它被用于保证无线资源在相同小 区内变换( 小区内切换) 或在两个小区间切换( 小区间切换) ，或者在同一基 站或卜同基站之间变换时的连续性。切换过程必须快速准确，目标小区的选 择必须是最佳的。切换成功率在服务质量测量中被认为是一个敏感的指标， 这关系到对用户提供的服务质量。在两项服务质量指标一呼叫的接通率和 呼叫掉话率( 呼叫在通话过程中被中断) 中，掉话率明显地比呼叫拒绝更受 到用户的关注。 切换过程通常被分为三个主要阶段【1 3 1 ： ( 1 ) 监控和链路测量。 ( 2 ) 目标小区确定和切换启动。 ( 3 ) 切换执行有效的链路转换。 每个切换阶段必须符合定的约束。在测量阶段，测量时延必须小于越 过小区的持续时间，越过小区的持续时间和小区的大小有关。冈此，在微微 蜂窝和微蜂窝环境中，测量时延的约束将更严格。另外，切换决定连同目标 小区确定的持续时间席足够短，以便进行及时的切换。最后，执行阶段应尽 可能快地完成，使无线链路丢失的概率和由于链路切换产生的服务质量下降 最小。 切换的原因分析： ( 1 ) 信号强度当慕站或移动台处接收到的信号很弱时，并出现移动台剑 另一个小区，或同一个小区但小同频率有更好的链路的情形，可能导致切换。 专然，服务基站可通过增加它的发射功率束提高接收电半，或命令移动台增 加它的发射功率。但如果信号电半持续在门限以卜，应该无条件启动切换。 ( 2 ) 信号质量有时候信道遭受到的t 扰可能引起信号质量较大的衰减， 使下行纠错4 i 能产牛可接受的质量水半。这是需要切换到质量更好的信道， 即使原来信道的接收电平仍然足够强。如果功率控制己使接收电半达到r 最 大可能的等级，信号质量仍在门限以下，那么就要无条件启动切换。 ( 3 ) 移动台到基站的距离各服务小区中移动台到基站间的距离限制与 网络无线规划中规定的该小区大小有关。各小区的距离限制将被存入基站数 据库中，不断地榆查实际距离和时间提前量，超过门限就必须无条件地执行 切换。 ( 4 ) 功率预算在改善网络的整体性能中，最重要的是使发射功率最小， 因为可以使p l m n ( p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k ) 中干扰电平的统计平均值 减少。为此，在切换功能中有。一项这方面的要求，即在可用小区的列表中选 走最小路径损耗的信道，其相麻的参数称为功率预算。比较来自相邻小区的 b c c hf b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l ) 发射的电平和来自服务小区外推到满功 率的电平大小。在这种方法中，得到有效的传输路径损耗的测量结果，并且 可以发生功率预算基础上的切换，即使原服务小区的接收电平和质量都是可 接受的。 ( 5 ) 没有被分配的时隙中的t 扰为了在一个新载频中或者在同一载频 上的空闲信道中选择新的最佳信道，基站对空闲时隙中的噪声电平进行测 量。这个信息被用在同一小区或同一基站的载频之间切换情况中选者目标信 道，这也可用在呼叫建立时信道分配的过程中。 ( 6 ) 话务量原因小区可以通过把正在通信的时间提前量较大的移动台 切换到相邻小区来减轻拥寨。这样的移动台都是处在小区边缘，因此它既在 服务小区的覆盖范围内，也在相邻小区的覆盖范围内。由话务量原因引起的 切换将由基站控制。 2 3 3 接入控制 若无限增加小区的空中接口负载，小区的覆盖区域会低于规划值，且小 能保证已有连接的业务质量。在接受一个新的连接前，接入控制必须检查该 接入是否会破坏规划好的覆盖i x 域或已有连接的质量。接入控制判断是