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北京邮电大学硕七研究生毕业论文 m c c d m a 系统反向功牢控制技术的研究 m c c d m a 系统反向功率控制技术的研究 摘要 未来的无线移动通信的目标一最大程度的利用频谱资源，以提高吞吐 量和用户数量。m c c d m a 是一项将多载波和c d m a 两种无线接入技术结 合起来的技术，这种技术结合了0 f d m 技术与c d m a 技术二者的优点，能 够有效的降低符号速率，使符号周期加长，抵抗频率选择性衰落和实现准 同步，同时又可满足在未来蜂窝系统中的高速高容量，能够提供不同质量 不同速率服务的要求，已经成为下一带移动通信系统的一个热点。 对于采用c d m a 为多址接入方式的m c c d m a 系统，同样会受到多址 干扰及远近效应的影响，这将严重影响m c c d m a 系统的容量和通信质量。 为了减小及避免这些影响，我参考了时域扩频d s c d m a 的功率控制方法 和策略，研究了针对频域扩频的m c c d m a 系统的反向功率控制，并给出 理论分析和计算机仿真结果。 本文对反向链路的m c c d m a 的功率控制的研究主要包括两部分：s i r ( 信干比) 的测量和控制方式。首先介绍了一种m c c d m a 的s i r 盲估计 算法，将该算法与不同的接收检测合并方式相结合，通过仿真分析得出s i r 盲估计算法在不同的合并方式下会有不同的性能。然后指出对于在频域扩 频的m c c d m a 系统，可以使用b b p c ( 基于频带分组的功率控制) 方式。 这种方式与传统的a c p c ( 所有载波功率控制) 方式相比较，具有其自身独 北京邮电太学硕上研究生毕业论文m c - c d m a 系统反向功率控制技术的研究 特的优越性，通过仿真比较了两者的性能曲线并得出结论。最后对 m c c d m a 系统中s i r 测量误差对b b p c 的影响进行了研究。 关键词：c d m a 、功率控制、m c c d m a 、s i r 、b b p c 北京椰电大学顺卜研究生毕业论文 m c c d m a 系统反向功率控制技术的研究 r e s e a r c ho nt h eu p l i n kp o w e r c o n t r o lt e c h n i g u e so fm c c d m as y s t e m a b s t r a c t t h e o b j e c to f f u t u r ew i r e l e s sm o b i l ec o m m u n i c a t i o ni st om a k et h eb e s tu s e o fs p e c t r u mr e s o u r c et oi m p r o v et h es y s t e mt h r o u g h p u ta n dn u m b e ro fu s e r m c c d m ai sat e c h n i q u eo fc o m b i n i n gm u l t i c a r r i e ra n dc d m a ，i th a st h e a d v a n t a g e so fb o t ho fo f d m a n dc d m aa n dc o u l de f f e c t i v e l yr e d u c et h e s y m b o l r a t e ，m a k e t h e s y m b o lp e r i o dl o n g e r t h i s c a nr e s i s tt h e f r e q u e n c y s e l e c t i v ef a d i n g a n dr e a l i z eq u a s i s y n c h r o n i z a t i o n i na d d i t i o n ，i tc a r l m e e tt h er e q u e s t so f h i g hs p e e d ，h i g hc a p a c i t ya n dp r o v i d ed i f f e r e n ts p e e da n d d i f f e r e n tq u a l i t ys e r v i c ei nt h ef u t u r ec e l ls y s t e m s i th a sb e c o m ea h o t s p o to f t h e n e x t g e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s f o rt h em c c d m a s y s t e mw h i c hu s e sc d m am u l t i p l ea c c e s sm e t h o d ， a l s o s u b j e c tm a i ( m h l t i p l e a c c e s s i n t e r f e r e n c e ) a n d f a r - n e a re f f e c t t h i s s e r i o u s l ye f f e c tt h ec a p a c i t ya n dc o m m u n i c a t i o nq u a l i t y i no r d e r t or e d u c ea n d a v o i dt h e s e e f f e c t s ，i r e f e r e n c e dt h ep o w e rc o n t r o lm e t h o do fd s c d m a ， r e s e a r c h e dt h eu p l i n kp o w e rc o n t r o lt e c h n i q u eo fm c c d m a s y s t e m ，a n dg i v e 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 m c c d m a 系统反向功率控制技术的研究 t h et h e o r e t i ca n a l y s e st h r o u g hc o m p u t e r s i m u l a t i o n t h i sp a p e rm a i n l yi n c l u d e st w op a r t so fr e s e a r c ho fu p l i n kp o w e rc o n t r o l t e c h n i q u e so fm c c d m a f i r s t l yi n t r o d u c ea k i n do fs i i u s i g n a li n t e r f e r e n c e r a d i o ) b l i n de s t i m a t i o na l g o r i t h m ，t h e nc o m b i n et h i sa l g o r i t h mw i t hd i f f e r e n t c o m b i n i n gt e c h n i q u e s ，t h r o u g h s i m u l a t i o nw ec a r l g e t d i f f e r e n tp e r f o r m a n c e u n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo fu s i n gd i f f e r e n tc o m b i n i n gt e c h n i q u e s s e c o n d l yp o i n t o u tt h a tw ec a nu s eb b p c ( b a n db a s e d p o w e r c o n t r 0 1 ) m e t h o d f o rt h e m c c d m a s y s t e m t h e nc o m p a r e t h i sm e t h o dw i t ha c p c ( a l lc a r r i e rp o w e r c o n t r 0 1 ) t h r o u g hs i m u l a t i o n ，c o n c l u d e t h a ti th a si t ss u p e r i o r i t y l a s t l yc o n c l u d e t h ee f f e c t so fs i re s t i m a t i o n e r r o r so nb b p c p e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：c d m a ，p o w e r c o n t r o l ，m c - c d m a ，s i r , b b p c 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，本人承担一切相关责任。 本人签名日期 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：学校可阱公布学 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 日期： 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 m c - c d m a 系统反向功率控制技术的研究 1 1 移动通信发展历程 第一章绪论 人类采用通信的历史可以追溯到遥远的古代。但直到十九世纪末，人们都是采用十 分直观的方式实现简单的信息传输。在后来又一个多世纪时间里，在飞速发展的计算机 和半导体技术的推动下，无线移动通信的理论和技术不断取得进步。今天，无线移动通 信已经发展到大规模商用并逐渐成为人们日常生活中不可缺少的重要通信方式之一。 第一代蜂窝移动通信系统出现于( 二十世纪) 八十年代早期，采用频分多址和模拟 技术，包括模拟蜂窝和无绳电话系统。典型的系统有美国的a m p s ，英国的t a c s ，前 西德的c - 4 5 0 等。模拟系统的缺点主要有频谱利用率低、抗干扰能力差、系统保密悸莘 等，但出于模拟技术十分成熟，因而在发展初期也得到了较为广泛的应用。模拟蜂窝披 术由于系统容量小也不适合多媒体通信业务的需要，在日益激烈的市场竞争中已被逐步 淘汰。 第二代移动通信系统出现于九十年代，采用数字调制方式和先进的呼叫处理技术， 充分应用了大规模集成技术和低速语音编码技术的最新成就。典型系统如欧洲的g s m 、 d c s l 8 0 0 ，美国的i s 5 4 ，以及基于直扩技术的窄带c d m a 系统i s 9 5 等。 第二代移动通信系统主要是为支持话音和低速率的数据业务而设计的。但随着人们 对通信业务范围和业务速率要求的不断提高，已有的第二代移动通信网将很难满足新的 业务需求。为了适应新的市场需求，人们正在制定第三代移动通信的方案，预备在新的 方案中提供包括图像、语音和数据等综合的多媒体业务。目前，各大通信设备制造商都 在积极开展第三代移动通信系统的研究开发工作，并已形成了两种最有影响力的方案。 一种是日本n t t d o c o m o 和欧洲的w - c d m a 方案，其空中接u 采用宽带码分多址，削 络平台采用以a t m 为基础的b i s d n 方式。另_ 种方案是朗讯提出的c d m a 2 0 0 0 ，它 基于从第二代c d m a 通信系统l s 9 5 发展到多媒体系统，空中接口也采用d s c d m a 方式，保持对现有i s 9 5 的兼容性而不牺牲任何系统性能和能力。目前，我国也正积极 地进行第三代移动通信系统的研究开发和标准制定工作。 尽管目前关于第三代移动通信系统的研究开发和标准化工作都已趋于完成，但通信 界也存在一种不同的观点。这种观点认为，目前第三代移动通信的方案实际只能是第二 代移动通信方案的改进，算不上真正意义上的宽带接入网络。在第三代方案研究过程中， 人们提出许多实际问题，这些问题的解决方案将在新的移动通信系统中成熟并得到应 北京邮电大学硕上研究生毕业论文m c c d m a 系统反向功率拄制挫术的川宄 用。这样，第三代移动通信方案将是未来即将出现的新的真正意义上的宽带方案的过渡 方案。 无论是对于已有的还是未来即将出现的无线移动通信系统，研究如何为更多的用广 更好地支持更高速率的业务都是十分重要的课题。因此，研究新的扩频通信体制或改进 现有体制，不仅具有深刻的理论意义，同时还具有很高的实用价值。因此，新一代移动 通信系统的研究已被提到日程上来了，我们称之为4 g ，并且4 g 也逐步成为移动通信领 域的研究热点。 作为新一代的移动通信系统，4 g 系统同3 g 等已有的移动通信系统相比应该具有 更高的数据速率、更好的业务质量( q o s ) 、更高的频谱利用率、更高的安全性、更高的 智能性、更高的传输质量、更高的灵活性；4 0 系统应能支持非对称性业务，并能支持 多种业务；4 g 系统应体现移动与无线接入网和口网络不断融合的发展趋势，因此4 g 系统应当是一个全i p 的网络。 为了达到上面描述的这些特点，尤其是系统的高速率和大容赣要求，4 0 系统应对 无线移动环境所带来的影响有更好的抑制作用，需要采用许多现有移动通信系统所没彳丁 的关键技术，其中最为核心的就是正交频分复用( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，简称o f d m ) 技术。o f d m 技术是将数据并行调制在正交的子载波上来 进行传输，因此它具有很高的频谱效率，同时还能克服多径效应带来的频率选择性衰落， o f d m 技术的研究已经成为4 g 移动通信系统研究必不可少的一部分。 而对于无线移动通信系统的多址接入方式，现有的主要有三种方式：t d m a 、f d m a 和c d m a ，它们和o f d m 的结合可分别构成o f d m t d m a 、o f d m a 、多载波c d m a 等系统。这三种多址接入方式中，c d m a 每个载频的所有用户共享频率、时间等资源。 用户之间是通过特征码来进行区分的，因此它相对于其他两种接入方式拥有多址接入能 力强、抗窄带噪声性能好、保密性好等优点，c d m a 已经成为3 g 系统中的核心技术， 而它与o f d m 技术结合所构成的多载波c d m a 系统就显得格外引人注目，如今多载波 c d m a 已经成为4 g 系统研究的一个重点。 多载波c d m a 因为综合了o f d m 和c d m a 的优点而获得了高频谱利用率，高容 量，对抗多径效应好，并提供多种业务类型，但是o f d m 和c d m a 结合的具体方式还 没有任何具体的标准，因此存在了多种多载波c d m a 的实现方式。地啪等在文中提 出了三种多载波c d m a 模式，分别为m c c d m a 、m c - d s c d m a 和m t - c d m a ，这 三种模式是最基本的多载波c d m a 系统，它们之间有着共同的特点，同时也拥有各自 的不同之处，适用于不同的环境，因此也受到了不同程度的关注。 北京i i g 电大学顾十研究生毕业论文 1 2 本论文的选题 m c c d m a 是一项将多载波和c d m a 两种无线接入技术结合起来的技术，这种技术 结合3 o f d m 技术与c d m a 技术二者的优点，能够有效的降低符号速率，使符号周期加 长，抵抗频率选择性衰落和实现准同步，同时又可满足在未来蜂窝系统中的高速高容量， 能够提供不同质量不同速率服务的要求，已经成为下带移动通信系统的个热点。由 于在移动通信中存在的快、慢衰落及阴影效应的影响，以及由于c d m a 技术本身特点所 决定的多址干扰及远近效应的存在，使得在反向，链路中的干扰要远大于前向链路，这将 严重影响m c c d m a 系统的容量和通信质量。为了减小及避免这些影响，对m c c d m a 系统的反向功率控制的算法研究就成为了一个很有实际意义的问题。 1 2 1 移动通信环境 信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而 言，发送端到接收端之间的传播路径并没有一个有形的连接，而不像有线信道那样固定 并可预见，与有线信道相比，它要复杂的多，更加难以分析。 无线信号在传播时不仅要受到自由空间固有的传输损耗，还要受到发送机和接收机 之间的复杂地形、物体移动和空气湿度等多种因素的影响，致使信号产生反射，折射和 散射等现象，同时还出现了接收信号的时间弥散和频率弥散现象，呈现出根强的随机时 变性。无线信道的这些传播特性可归结为无线信道的大尺度衰落特性和小尺度衰落特 性，大尺度衰落是指无线电波在自由空间内传输时，其信号功率会随着传播距离的增加 而减小，其主要表现为自由空间的传播损耗，而小尺度衰落则为信号在数十个波长范围 或极短时间内里现快速剧烈的随机性起伏，严重影响信号传输质量，其主要表现为多径 效应、多普勒效应等带来的衰落特性。如图( 1 一1 ) 所示。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文m c c d m a 系统反向功率控制技术的研究 图卜1 无线信道襄落示意图 用公式表达为 p ( d ( f ) ) = l d ( f ) is ( 谚o ) ) r ( d o ) ) ( 1 一1 ) 其中，孑丽为某时刻移动台基站之间的距离矢量。i 孑丽r 表示空间的传播损耗，反 映公里量级的距离内接收电平均值的变化趋势。它是由于电波传播的弥敖特性造成的， 其中i q 的典型值为3 - - 5 。s 而表示阴影效应，反映数百波长内接收电平均值的变化 趋势，服从对数正态分布( l o g n o r m a ld i s t r i b u t i o n ) ，它的变化速率比多径衰落慢。 r i 及丽表示快衰落，反映数个或数十波长内，接收信号电平的均值的变化趋势。 在综合考虑了快、慢衰落的影响之后，可见接收机接收的信号强度处于不断变化之 中，这对于接收是非常不利的，因而必须采取某种措施来抵消接收电平的变化，使之趋 于恒定。 1 2 2 多址干扰 在c d m a 系统中，各用户的信号经扩频后有相同的中心频率，信号的检测依靠扩频 码序列之间的互相关性来进行，但是信号在经过移动无线信道后，由于受到无线信道的 时间弥散一胜和频率弥散性的失真影响，在接收端各用户之间的互相关特性将会受到破 坏，因此在解扩的时候其他用户的信号就会对特定用户的信号产生干扰，即多用户干扰 ( m a i ) ，同时当信道的最大多径时延大于扩频码片间隔时，该用户的信号之间也会互相干 扰，即码间串扰( i n t e r s y m b o li n t e r f e r e n c e ) 。由于c d m a 系统的这个特点，使得它与系 统容量仅取决于系统带宽的f d m a t d m a 等多址方式相比，它的容量在一定系统带 北京邮电大学顽士研究生毕业论文m c - c d m a 系统反向功率控制技术的研究 宽下是软容量，即其容量的大小在很大程度上是由其所受的干扰所决定，因此c d m a 系 统也被称为干扰受限系统。如何有效的抑制和克服干扰就成为c d m a 系统中一个最主 要、关键的问题。 1 2 3 远近效应 各移动台距离基站的远近是不同的。由于存在着不同的路径损耗及衰落幅度，当各 移动台以相同功率发射信号时，其到达基站的信号的强度是不同的，通常情况下离基站 越远强度越小，这样在接收端离基站远的用户就要受到离基站近的用户的强烈的干扰， 这称为“远近效应”。 为了克服远近效应，就要调整移动台的发射功率，使其到达基站的功率相等，这样 就可减小离基站近的用户对离基站远的用户的干扰。因此，必须对移动台进行功率控制。 1 3 本论文的工作及结构 本论文主要讨论4 g 中的多载波c d m a 系统，并以m c - c d m a 为重要研究对象， 具体分析它的结构特点及反向链路的功率控制技术，论文的主要结构如下： 第二章分两部分，第一部分简要介绍了c d m a 系统结构及特点；第二部分主要讨 论了三种基本的多载波c d m a 系统：m c c d m a 、m c d s c d m a 和m t - c d m a ，详细 介绍了它们的系统结构，并对它们做了简单的比较a 第三章介绍了功率控制的分类和基本理论，简单介绍了第二代移动通信系统i s 9 5 的功率控制算法和当前多载波c d m a 系统功率控制技术。 第四章以m c - c d m a 为研究对象，分析了它的系统框架，它的接收端检测台并方 式，详细说明了系统中各个参数的选取，同时分析了它相对于d s c d m a 的优缺点。 第五章主要讨论m c c d m a 系统的反向功率控制。包括三部分：第一部分提出了 一种功率控制过程中关键参数s i r 的测量方法，将该方法与联合检测算法相结合，得出 在各种条件下的仿真结果，并对结果进行了分析；第二部分在m c c d m a 系统平台上 研究了一种m c c d m a 系统的反向功率控制技术，将该技术与传统的功率控制技术相 比较做出仿真，并得出绪论。第三部分对m c c d m a 系统中s 承测量误差对b b p c 的 影响进行了研究。 第六章总结了该论文研究的意义及成果，并指出了m c c d m a 系统下一步功率控 制算法的研究方向。 北豪邮电大学顺十研究生毕业论文 m c c d m a 系统反向功率控制技术的研究 第二章多载波c d m a 系统介绍 根据多径信道在时域和频域中各自表现出的特性，人们分别研究了两种不同抗多径 衰落的方法。在时域上，信号经过多径传播，到达接收机的信号实际上是多个不同延时 分量的和。在发送端使用一个伪随机码调制待发送的信源符号，考虑伪随机码尖锐的自 相关特性，只要选取的码片持续时间小于两条不同传播路径最小相对时延差，就可以在 接收端采用r a k e 接收机分离各路径，实现信号的路径分集【2 一j 。为两个不同用户分配不 同的伪随机地址码，利用不同用户码之间良好的互相关特性，可以很好地分离不同的用 户信号。这种方法已经成功地应用在已有的直扩c d m a 移动通信系统中。在频域上， 多径信道呈现出频率选择性衰落特性。为了克服这种衰落，一个十分自然的想法就是将 信道在频域上划分成若干互相正交的子信道，使每一个子信道的衰落特性为平坦衰落， 并行传输数据，这就是o f d m 技术的基本思想。结合o f d m 技术和c d m a 技术，我们 就得到了o f d m c d m a 。 o f d m 与c d m a 结合可以构成几种不同类型的多载波c d m a ( m u l t i e a r r i e rc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 系统，它们都是在拥有c d m a 优势的同时继承了o f d m 的抗 多径干扰的能力，同时，它们的实现也存在着一定的区别，本章将对多载波c d m a 做 一个详细介绍。 2 1c d m a 系统介绍 码分多址( c d m a ) 技术是一种基于扩频通信的多址接入方式f 引，它将要发送的信 号数据，用一个带宽远远大于信号带宽的高速扩频码去调制它，使原数据信号的带宽被 大大扩展【9 , 1 0 ，再经过载波调制后发射出去。对于接收端接收到信号，将利用完全相同 的扩频码与接收到的宽带信号作相关处理，进行解扩调制。系统框图如图2 1 。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文m c 。c d m a 系统反向功率控制技术的1 ； 究 图2 一lc 3 m a 系统接收与发射模型 由上图可知 u ( t ) ；a d ( t ) p n ( t ) e x p ( j ( o d o t + 们) + 0 ) ( 2 - 1 ) 为了保证整个系统中调制和解调的正确性，每一个用户都有着自己雎一的扩频码， 并且扩频码序列要有着良好的自相关性，互相关性，这样才能保证解调用户信号的正确 性，同时减小因互相关值非零而带来的多用户干扰。常见的扩频码有伪随机码和t f 交码 两种，伪随机码有着良好的自相关性，互相关值很小，而正交码同样有着良好的自相关 性，同时互相关值为零。w a l s h 码就是一种典型的正交码，它的构成如下： - - o 】 峨撬璺， ( 2 - 2 ) c d m a 技术与其它多址接入技术相比，具有如下特点： 1 多址接入能力强。c d m a 系统多址接入能力取决于扩频码的个数，扩频码个数 越多，理论上c d m a 的多址接入能力就越大，同时c d m a 系统存在着软容量，即使用户 数已达到限定数目时，也还允许增加个别用户，其代价只是增加了部分噪声。 2 抗多径衰落能力强。c d m a 系统可以利用多径信号提供路径分集，利用r a k e 接收机来对抗多径干扰。 3 抗干扰性能好。由于c d m a 经过扩叛处理，其对窄带干扰的抵抗作用十分明显。 4 频率利用率高。c d m a 系统的同一频率，可以在所有小区内重复使用，而不需 要像其它接入方式那样进行频率配置。 5 保密性好。由于c d m a 的解调必须知道用户的扩频码序列，这样就增加了系统 北京州电大学硕士研究生毕业论文m c - c d m a 系统反向功率控制技术的研究 的保密性。 6 拦截率低。由于c d m a 扩频信号的功率密度低，信号很难被恶意接收者检测和 拦截。 另外，c d m a 系统还采用了不同于传统硬切换( 即连接之前先断开) 的软切换技术， 即在切换中，移动台与两个扇区同时进行通信，并依导频强度进行切换，这样无疑降低 了掉话率，并且可以通过分集技术提供额外的链路增益。此外，c d m a 系统通过采用智 能天线，r a k e 接收，多用户检测等技术后，c d m a 系统性能将得到进一步增强，因而， 在移动通信中，c d m a 技术具有具大的优势和潜力，目前，它已被选定为第三代移动通 信中的标准多址方式。 2 2 多载波c d m a 基本原理 c d m a 技术在信道容量、抗干扰、软切换等方面的优势使得c d m a 在多址接入中 占有及其重要的地位，但是由于c d m a 码元周期小，对于高速业务容易产生码间干扰， 考虑到c d m a 的缺点，就提出了将c d m a 和o f d m 技术结合的方式来克服多径效应， 一般被称为多载波c d m a 。 现有的多载波c d m a 方式主要有以下三种：m c c d m a 、m c d s c d m a 、 m t c d m a 4 l 。这三种方式可以按照扩频方式的不同，分为频域扩频和时域扩频，频域 扩频主要就是同一比特数据扩频后的不同扩频码片分布在不同的予载波上，各个子载波 在同一时刻传送同一数据，m c c d m a 就属于频域扩频。而时域扩频则是各个子载波在 同一时刻传送的是不同数据符号，每个子载波上的数据进行单独的扩频。m c d s c d m a 和m t - c d m a 就属于时域扩频。下面具体介绍这三种不同的多载波c d m a 。 2 2 1m c - c d m m c c d m a 这是最早提出的多载波c d m a 的方案。分别由b e r k e l y 大学的l i n n a r t z 、 f e t t w e i s 和德国的f a z e l 、p a p k e 独立地提出，前者提出的方案的接收技术采用相关接收 和可变增益合并，后者的方案的接收技术采用最大似然检测技术。在直接序列扩频系统 中，信息是在许多时间片( 时间码片c h i p ) 上用同一载波频率进行发送的，而在 m c c d m a 系统中，信息是在许多载波频率片( 频率码片c h i p ) 上同时进行发送。可见， d s c d m a 与m c c d m a 系统之间有“时间一频率”的对应关系；m c c d m a 把信息 同时调制在不同载波频率分量上( 频率码片) ，接收时对频率码片进行分集接收 d s c d m a 把信息同时调制在不同的时隙( 时间码片) 上但是使用同一载波频率，接 收时对时间码片进行分集接收。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 m c c d m a 系统反向功率控制技术的研究 m c c d m a 系统发送端有两种扩频方式，一种是先对串行数据进行扩频，然后进行 串并变换，经i f f t 调制到各个子载波上，另一种是先将发送数据复制到各个子载波上， 然后再在各个子载波上乘以扩频码的一个码片，进行频域扩频。两种方式实现的方式不 同，但是在效果上却是都实现了频域扩频。 对于第一种方式，首先将发送数据在时域里扩频，扩频成g 。个比特数据，这g 、。、 个数据经过串并变换分配到个子载波上( 对于m c c d m a 系统，一般g ，= n ) ，这 样每个子载波分配数据扩频后的一个码片。它的结构框图如图2 - 2 。 jl 一黑 _ r ：三二 一￥ 一 s p ：c o s c 2 ，r f , 0 ： 几 一。 缸( f ) 图2 - 2m c - c d m a 系统发端结构图l 第二种方式则不同，它首先将数据进行数据复制到n 个子载波上，然后对于每个子 载波上的数据乘以扩频码的一个码片，这种方式相对于第一种方式的最大优势是它没有 在时域内进行扩频，这样就没有扩大数据流的速率，对于系统的处理带来方便。它的结 构框图如图2 3 。 6 略一lc o s ( 2 ，r f 1 r ) 图2 - 3m c - c i ) 姒系统发端结构图2 不管采用上面两种方式的哪一种，其最终都实现了频域扩频的效果，它们的表达式 可以表示为 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 m c c d m a 系统反向功率控制技术的研究 s 扬( f ) = 髟p , ( t - i t , ) e o s 2 , r ( f , + n a f ) t ( 2 3 ) n = o 各个子载波的频率为六= 正+ 珂v 。 为子载波频率间隔，= l t , ，i 表示发送数据符号周期。 由于在m c c d m a 系统中数据经扩频和串并转换后采用0 f d m 的调制方式，所以 经过调制后m c c d m a 的子载波之间保持正交，它的频谱特性如图2 - 4 。 图2 - 4m c - c d m a 系统频谱图 在m c c d m a 系统的接收端，把各个子载波上的信息经过相应处理再合并恢复出 原来发送的数据，它的框图如图2 - 5 。 图2 - 5m c - c d m a 系统接收端结构图 2 2 2m - d s c d m a m c d s c d m a 5 1 是一种时域扩频的多载波c d m a ，它与m c c d m a 的主要区别是 m c d s c d m a 各个子载波传播的数据是独立的，每个子载波传输一个数据，而不像 m c c d m a 那样多个子载波共同传输一个数据。它首先要经过串并变换把个串行数 据分配到n 个子载波上，然后再在各个子载波上进行单独的直扩，其发送框图如图2 - 6 。 北京邮电丈学顽i 研究生毕业论文 m c c d m a 系统反向功率控制技术的研究 且豇1 一矗卜， 一i 7i s p ： 彰c o s ( 2 务f t ) ： 一y7 ￥ 一 图2 - 6m c - d s c d m a 系统发端结构图 m c d s c d m a 系统发送端发送数据可以表示为 ，一l g m i ( f ) = 岛j ，。j 鼠( f 一( 脚一1 ) 一f ) 。e o s 2 n ( f o + 叫) 以( 2 _ 4 ) i = - a on = om = 0 锃。表示第v 个子载波上的第f 个数据。为串并变换后的符号周期( = n t ) ， t 为扩频码码片周期( i = c ) ，a f 。是子载波频率间隔( a f 。= i t , ) a 同m c c d m a 一样m c d s c d m a 的扩频增益和载波数相等，a f = l 互= i t 。可见 m c d s c d m a 各个子载波之间仍然是保持正交的，它的频谱特性如图2 7 。 图2 - 7m c - d s - c d m a 频谱图 对于m c d s c d m a 系统的接收，是通过对各个子载波进行单独的处理，恢复出各 个子载波上传输的数据，再经过并串变换恢复出整串发送的数据，它的接收框图如图 2 8 。 北京邮电大学坝士研究生毕业论文 m c - c d m a 系统反向功率控制技术的研冗 图2 - 8m c d s - c d m a 系统收端结构图 22 3m i 二c u m a 数据流先经过串并变换，调制到不同的载波上，以形成o f d m 信号，此时子载波 之间有l 2 的重叠，且满足正交性，o f d m 的符号周期为疋。然后再经过长为上的扩频 码扩频，则扩频后每个子载波的带宽扩展为三瓦，而相邻子载波的间隔仍然保持以前 的i t ，因此在子载波之间有更多的重叠。此时，子载波之间也不再保持正交性。 m t - c d m a 一般采用较长的扩频序列，比d s c d m a 能容纳更多的用户。 它的发送端结构框图如图2 - 9 。 脚2 - 9m t - c d m a 系绩炭端结构图 m t o c d m a 的输出可表示为 + 一i u 盯一i s 品( t ) - - 3 。jc 。j 反( f ( m 一1 ) 瓦一f z ) c o s z x ( f o + n 4 f 弦 ( 2 5 ) b 。j 同样是第1 1 个子载波上的第f 个数据，为串并变换后的符号周期( = n 正) t 为扩频码码片周期( t = f ，) ，。是子载波频率间隔( 厂。= 1 t ) 。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文m c c d m a 系统反向功率控制技术的研究 在m t - c d m a 系统中，在进行扩展之前一个信源符号持续时间为l = 疋，而在扩 展处理之后，实际为传输一个信源符号需要的时间为c l ，因而信号在时间上扩展到， 倍。同时，子载波上一个码片持续时间为一个信源符号持续时间的1 g o s ，因而信号还 在频域上扩展到g 。倍。这样，m t - c d m a 实际上是个在频域和时域的二维扩展系统。 研究表明，采用m t - c d m a 可以比d s c d m a 容纳更多的用户。 m t - c d m a 系统的频谱特性如图2 - 1 0 。 图2 - 1 0m t - c 1 ) m a 系统频谱图 由于m t - c d m a 各个子载波之间的非正交性，它的接收也与m c d s - c d m a 系统不 同，而是在每个子载波上采取单独的r a k e 接收机来对接收信号处理，最后进行并串变 换恢复出发送端发送的串行数据，它的框图如图2 - 1 l 。 + 曼匦 一玉卜一 e s l ：c o s ( 2 z f , t ) ： - c o s ( 2 j r f 一l 乃 圈2 1 1 婀一c d m a 系统接收端结构图 2 2 4 三种方案的比较 i ) m c c d m a 系统中用户的同一比特信息被分配到所有子信道中，所有子信道传 输相同的用户信息。而在m c - d s - c d m a 和m t - c d m a 中不同子信道传输的是用户不同 的信息。 2 ) 在频率选择性衰落信道中，如果某一子信道衰落严重，则对m c c d m a 系统来 说，只相当于频率分集的作用减弱，这样对误码率影响不大。而对于m c d s c d m a 和 m t - c d m a 来说( 尤其是m t - c d m a ) ，误码率则会受到很大影响。 3 ) 文献。1 对这三种方案的误码率进行了比较。 型生塑堕型塑竺堕兰型童苎：坠丝蔓一 坚! ：! 里! 竺墨竺垦塑塑奎丝型垫查塑塑塞 1 1 址n u m b 嚣o fu 5 e f 吉 结果表明：在用户数较大的情况下，m c c d m a 系统的性能要明显优于 m c d s c d m a ，更加优于m t - c d m a 。图中的m c d s c d m a 没有考虑f e c 和交织技术， 它的b e r 性能很差，因为不能获得频率和时间分集效应。 4 ) 系统参数比较。见表格1 - 1 表1 - 1 多载波c 嘲a 参数比较 接入方式子载波子载波数扩频增益码片周期子载波问隔系统带宽 符号周期 d s c d m a 7 二 l g d st , g = 嚷。r , 潮唪2 0 m c c d m a tn = o = g d stl t ( g w + 0 7 ； m c - d s - c d u r , g m d = g b sn t o g o d s n t , ( n + 1 ) g 凸，n t , m a m t _ c d m a 幄 g = n g t s | g ；1 、r z ( 一1 ) q + 2 g 凸i ，i 北京邮电大学硕上研究生毕业论文 m c c d m a 系统反向助率控制投术的州亢 第三章功率控制技术概述 由于c d m a 为干扰受限系统，它的自身特点决定着它要受移动通信中快、慢衰落及 阴影效应，多址干扰和远近效应的影响。因此为提高系统容量，保证链路通信质量，功 率控制。7 3 就成为c d m a 系统中的关键技术，其目标是最小化发射机功率，使发射信号在 接收机处刚刚达到所需的门限信噪比。下面将介绍功率控制的基本理论和它在系统中的 应用。 3 1 功率控制的基本理论 3 1 1 功率控制的分类 功率控制按照不同的准则可以有不同的分类方法“。 l 、按照通信的上下行链路可分为上行链路功控和下行链路功控。 ( 1 ) 上行链路功率控制 又称为反向功率控制。上行链路功控用来控制移动台的发射功率，使基站接收到的 所有移动台发射到基站的信号功率或s i r 基本相等。它能使上行各用户之间相互干扰最 小，并能有效克服“远近效应”，使系统达到最大容量。同时可以使每个移动台以尽可 能低的功率发送信号，延长了移动台电池的使用寿命。 ( 2 ) 下行链路功率控制 又称为前向功率控制。下行链路功控是用来控制基站发射功率的，使所有移动台接 收到的信号功率或s i r 基本相等。同步( d m a 单小区时不需要前向功率控制，因为各 信号经历的变化相同，且扩谱序列是正交的。但是在实际的时变多径衰落信道中，理想 同步是达不到的，特别是在多小区情况下，前向功控是有必要的，但是其作用远不如反 向功控。前向功控可使基站平均发射功率最小，减小对相邻小区的干扰。 2 、按照实现功控的方式可分为集中式和分布式功率控制。 ( 1 ) 集中式功率控制 集中式功率控制是指在网络端进行功控，它根据接收端接收到的信号功率和链路增 苎塞堕皇查兰堡圭竺塑竺兰些垒苎一 坚! ：旦! ! 竺蔓竺垦塑垫皇墼型垫查塑塑塞 益来调整发射端的发射功率i 以使接收端接收到的s i r 相等。集中式控制器知道已建立 的连接和信道增益的所有信息，在网络端控制所有的功率电平。集中式功控需要网络中 广阔的控制信号，这在一个用户较多的小区是难以实现的。即使有人提出一些简化算法， 实现依然很困难。但是它可以用于给出分布式算法的性能的范围。 ( 2 ) 分布式功率控制 分布式功率控铡是在移动台端进行功率控制，以使得在接收端接收到的s i r 相等。 分布式控制器只控制某个发射机的功率，算法只依赖于局部信息，如指定用户的测量s i r 和信道增益。相对于集中式功控易于实现。 分布式功控算法首先在窄带蜂窝系统中提出并通过迭代方式近似地实现最佳功控， 而在迭代过程中，只需知道各个链路上的s i r 即可。即使存在对s i r 估计有误差，分布 式s i r 平衡算法依然是种有效的算法。 对于宽带的c d m a 系统，当不考虑s i r 估计误差时，分命式算法仍然非常有效， 但是当s i r 估计误差存在时，分布式s i r 平衡算法有可能不再收敛于一个平衡s i r 水准， 若误差估计较小，分布式算法可能依然有效。然而，随着误差的增大，性能将会很快的 下降。 3 、按照确定功控命令的准则分类 ( 1 ) 基于强度( 功率) ( 2 ) 基于信干比( s i r ) ( 3 ) 基于误比特率( b e r ) 在基于强度的准则里，从移动台到达基站的信号的强度被测量来确定是高于或低于 期望信号强度。从而确定降低或提高发送功率。 在基于s i r 准则里，关键测量值为s i r ，干扰包括信道噪声和多址干扰。基于强度 的功率控制易于实现，但基于s i r 的功控性能更好，对于q o s 和容量的改善效果更明 显。 对于评价数字数据通信系统性能的标准，一般采用误比特率b e r ，所以也有人提出 所谓b e r 平衡准则。基于b e r 的功率控制中，b e r