（通信与信息系统专业论文）cdma集群下行功率控制方案研究.pdf

中文摘要 摘要：集群移动通信系统在指挥调度中具有不可替代的作用。c d m a 系统相比于 f d m a 和) m a 系统更容易获得大的系统容量。第三代移动通信系统标准全部采 用了c d m a 技术，其中有我国提出的具有自主知识产权的t d s c d m a 标准。基 于以上三点，研究c d m a 集群的关键技术对我国具有重大的战略意义。c d m a 是 功率受限系统，下行功率控制可以提高小区边缘用户的通话质量，但是现行c d m a 集群系统采用无下行功率控制方案，影响了其系统容量。所以，c d m a 集群的下 行功率控制研究是我国发展c d m a 集群系统的必然要求。 本文首先综述了国内外c d m a 功率控制研究现状和功率控制的基本理论，构 建了下行信道共享模型和c d m a 集群多小区下行系统容量模型，提出了系统容量 和系统开销相结合的功率控制方案的评价指标。 接下来利用概率论、微积分等数学工具，分别定量地分析了c d m a 集群系统 采用无下行功率控制方案和完全下行功率控制方案时的系统容量，得到了精确的 数学表达式，并结合系统开销对两种方案进行了评价。据此，分析了现行c d m a 集群系统采用无下行功率控制方案，而不沿用c d m a 蜂窝系统下行功率方案的根 本原因。 然后针对两种下行功率控制方案的特点，提出了折中方案部分下行功率控 制方案，并对系统容量作了定量的分析，对系统开销作了定性的讨论。 最后，通过搭建仿真平台对以上理论结果进行了验证。 关键词：c d m a 集群；下行功率控制；下行信道共享 分类号：t n 9 2 9 5 a bs t r a c t a b s t r a c t t r u i 】k i i l gm o b i l ec o i i l 】m u i l i c a t i o ns y s t e mp l a y sa i li 唧l a c e a b l er o l ei n d i s p a t c l l i n g c d m as y s t e i i l c o m p a r e d 谢mf d m aa i l dt d m as y s t e m s ，i sm o r e a c c e s s i b l et 0al a r g ec 印a c i 何t h e3 r dg e n 硎o nm o b i l ec 0 删= n u i l i c a t i o ns y s t e m 北m d a r d sa 1 1u s et h ec d m a t e c l l i l o l o g y 血c l u d i n gt i ) 一s c d m as t 锄d a r d ，o f 粗c ho u r c o 硼由哆h 硒i n t e l l e c n l a lp r o p e r t ) rr i 出s b e c a u s eo fm ea b o v er e a s o l l s ，也er e s e a r c ho n k e yt e c l l n o l o g ) ro fc d m a 协m k j n gh a s 伊e a ts 仃a t e g i cs i 嘶丘c 觚c ef o rc h i i l a c d m ai s ap o w e rl i m i t e ds y s t e m ，i nw l i c h 姐印p r o 研a ：t ed o 州i i l kp o w e rc o n 缸d ls c h e i n ec a l l 硫r e a s eq o so f m em o b i l eo n 恤c e l le d g e b u tm ec d m a 咖虹n gs y s t e ma d o p t sn o d o 删i i l l ( p o w e rc 伽【仃0 ls c h e m e ，w i l i c hd 洒【i i l i s h e s t l l e s y s t e mc a p a c “yt l 脚f o r e ， r e s 黜m n go nt h ed o w m i n kp o w e rc o 曲ls c h e m ei sn e c e s s a 巧f o rt h ed e v e l 叩m e n to f c d m - a t m n l 【i 玎gs y s t 锄i nc h i n a f i r s t l y ，仳sp 印e rr e 、，i e l w st l l el i t e l 锄玳so fb a s i cm e o r i e s 锄dt e c h n o l o g ya b o u t c d m ap o w e rc 0 1 1 臼i o l ，a i l dc o n s t l l l c 惚am o d e lo ft h es 1 1 a r e dd o w n l i i l kc h 锄e l t e c l l i l o l o g y ，w m c hi sa _ b o u tm ec 印a c i 够o fc d m at 1 1 m k i n gm u l t i c e l l ss y 咖m a n dt 1 1 e n ， 趾i n d e xb 弱e do nm es y s t e mc 印a c 时趾dm eo v e m e a di sp r o p o s e dt 0e v a l u a t en l e c d m a 仃i l k i n gd o w i l l i i 墩p o w e rc o n 廿0 ls c h e m e s s e c o n d l y 诵廿lt l l ep r o b a b i l i t ) rn l e o r y ，c a l c u l u sa i l do 也e rm a ：t l l e m a t i c a lt o o l s ，s y s t e m c 印a c 毋i s 锄a l y z e dq u a n t i t a t i v e l y ，f o rc d m a 协m k i n gs y s t 锄st l l a ta d o p tn od o 砌i i l l 【 p o w e rc o m r o ls c h e m ea i l da l ld o w i l l i r l kp o w e rc o n t r o ls c h e m er e s p e c t i v e l y ap r e c i s e m a ：t l l e m a ：t i c a le x p r e s s i o ni sr e a c h e d ，舡l d l e 铆od o w i l l i n kp o w e rc o m r o ls c h e m e sa r e e v a l u a t e d ，b 部e do nt l l ei i l d e xi i l c l u d i n gm es y s t e mc 印a c 时锄d 也eo v e r h e a d a c c o r d i l l g l y ，l er e a s o nw h ym ee x i s t i i l gc d m at 1 1 m k i n gs y s t e ma d o p t st l l e n o d o w n l i l l l 【p o w 贸c o n 臼0 ls c h 锄e ，r a ：吐1 e rt l l a l lf o l l o w st 1 1 ec d m ac e l l u l a rs y s t e mt ou s e t 1 1 ea l ld o w m i i l l 【p o w e rc o n 舡o ls c h e m ei s 砌y z e 也 t k l y ，ac o m p r o “s es c h e m e ，i e p 枷a ld o w m i n kp o w e rc o n t r o ls c h e m e ，i s p r o p o s e d ，a r e ra n a l y z i i l gt l l ec h 甜a c t e r i s t i co ft l l en od o w i l l i n kp o w e rc o n t r o ls c h e m e 觚dm ea l ld o 砌i i l l ( p o 册c o n t 】r o ls c h e m e t h es y s t e mc a p a c 时o f p a n i a ls c h e r n ei s q u 卸t i t a t i v e l ya 1 1 缸) ，z e da n d 砥o v e r h e a di sq u a l i t a t i v e l ya 1 1 a l y z e d f i n a l l y ，as i m u l a t i o np l a t f o r mi sb u i nt 0v e r i 匆t h ea t o v e 吐1 e o r e t i c a lr e s u l t s k e y w o r d s ：c d m at n l n k i n g ；d o 1 l i n kp o w e rc o n n 0 l ；s h a r e dd o 删i i l kc h 锄e l c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 致谢 本论文的工作是在我的导师谈振辉教授的悉心指导下完成的，谈振辉教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来 谈振辉老师对我的关心和指导。 感谢北京交通大学宽带无线通信研究所的所有老师。特别是金晓军老师在学 习上和生活上都给予了我很大的支持和帮助，在此向金老师表示衷心的谢意。 在实验室工作及撰写论文期间，孔勇、李佳俊、王正浩、牟建宏、叶海纳、 于晓溪等同学对我的科研和论文工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激 之情。 另外也感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 图 图2 1 功率控制方法分类1 4 图2 2 内环功控与外环功控1 6 图2 3 移动台对基站产生的多址干扰1 7 图2 4 基站对移动台产生的多址干扰1 8 图3 1 下行信道共享模型2 0 图3 2c d m a 集群多小区系统模型2 1 图3 3c d m a 集群下行功率控制方案系统容量计算模型2 2 图3 4 全汇报，筛选法汇报和碰撞法汇报2 3 图3 5 全汇报、筛选法和碰撞法开销2 4 图3 6c d m a 集群蜂窝无功控和全功控系统容量比较。3 0 图3 7 无功控和全功控系统容量细节比较3 l 图3 8c d m a 集群下行部分功率控制系统容量比较3 3 图3 9 部分功控系统容量细节比较一3 4 图4 1 无下行功率控制方案仿真流程3 8 图4 2 完全下行功率控制方案仿真流程3 9 图4 3 无完全下行功率控制方案理论值与仿真值比较3 9 图4 4 部分下行功率控制方案仿真流程4 0 图4 5 部分下行功率控制方案理论值与仿真值比较4 l 图4 6 部分下行功率控制方案不同门限值的仿真值4 1 图4 7 完全部分无下行功率控制方案系统仿真流程。4 2 图4 8 无完全下行功率控制方案理论值与系统仿真值比较4 3 图4 9 修正的c d m a 系统容量计算模型。4 4 图4 1 0 部分下行功率控制方案理论值与系统仿真值比较一4 5 图4 1 l 部分下行功率控制方案不同门限值的系统仿真值4 5 表 表l 集群制式比较3 表2t d s c d m a 上下行功率控制方案参数4 表3 功率控制方法比较1 5 表4c d m a 集群蜂窝系统无功控，全功控方案比较一2 9 表5c d m a 集群蜂窝系统三种功控方案比较3 6 l 引言 本章首先介绍了集群移动通信系统的概念、特点、主要制式和t d s c d m a 蜂 窝系统的功率控制方案，然后综述了国内外c d m a 功率控制的研究现状。在此基 础上，介绍了支撑本文研究的国家8 6 3 项目“基于t d s c d m a 的集群通信关键技 术和系统”，并分析了本课题的研究背景与意义。最后，介绍了本文的结构和主要 工作。 1 1集群移动通信系统概述 1 1 1集群移动通信系统的概念和特点 集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网。集群移动通信系统有两个重要 的特点：p t t ( p u s ht 0t a 肽，按键通话) 和下行信道共享。 p t t 提高了集群系统具有的实时性，也提高了集群系统的频率利用效率。集群 移动通信系统把一些由各个部门分散建立的专用通信网集中起来，统一建网管理。 集群移动通信系统动态利用分配给各个部门的信道，以容纳更多的用户；它改进 了信道共用的方式，即移动用户在通信过程中，不固定占用某一个信道，而是在 其按下“按讲开关”时，才占用一个信道，一旦松开“按讲开关 ，信道将被释放， 变成空闲信道，允许其他用户占用。 下行信道共享是为每个移动台配置不同的地址编码，各个移动台在收到调度台 发来的信号时，只有信号中地址编码与自己的地址编码符合时，移动台的接收系 统才开始工作，从而接收到调度台发来的信息。下行信道共享使调度台可以单独 呼叫众多移动台中的一个移动台( 单呼) ，可以呼叫众多移动台中的一组移动台( 组 呼) ，也可以呼叫全网中的所有移动台( 通呼) 。基于下行信道共享技术进行下行 功率控制时，会在共享同一信道的用户中选出链路条件最差的一个用户作为群组 代表，基站为这个“代表”分配合适的功率，这样就可以保证所有用户都能正确 接收信息。下行信道共享和c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ，码分多址) 中 的下行功率控制的结合是本文探讨的重点【l l 。 集群系统利用下行信道共享实现的组呼和蜂窝系统的组呼有着本质的差别。蜂 窝系统要实现组呼，首先对要发送的数据进行口( i n t e m e tp r o t o c o l ，网络之间互连 的协议) 封装，然后利用口头寻找群组用户。可见，在实现组呼的时候，蜂窝系 统进行的是分组交换，而集群系统进行的是电路交换。由分组交换和电路交换的 特点就可以得到结论：集群系统组呼比蜂窝系统组呼具有更好的实时性。在实际 的指挥调度场景下，要求通信系统在实现组呼功能的同时，具有很好的实时性， 所以集群系统在指挥调度方面具有不可替代的作用弘j 。 除了上述差异，集群系统和蜂窝系统在主要用途、网络组成和工作方式上还有 如下差异。 ( 1 ) 集群通信系统属于专用移动通信网，适用于在各个行业( 或几个行业合用) 之间进行调度和指挥，对网中的不同用户常常赋予不周的优先等级。蜂窝通信系 统属于公众移动通信网，适用于各个阶层和各个行业中个人之间的通信，一般不 分优先等级。 ( 2 ) 集群通信系统根据调度业务的特征，通常具有一定的限时功能。一次通话 限定时间为1 5 s 6 0 s ( 根据业务情况调整) 。蜂窝通信系统对通信时间一般不进行 限制。 ( 3 ) 集群通信系统的主要服务业务是无线用户和无线用户间的通信，蜂窝通信 系统却有大量的无线用户与有线用户间的通信。在集群通信系统也允许有少量的 无线用户与有线用户间的通信，但是一般只允许占总话务量的5 l o 。 ( 4 ) 集群通信系统一般采用半双工工作方式，因而一对移动用户之间只占用一 个信道。蜂窝通信系统全都采用全双工工作方式，因而，一对移动用户之间必须 要占用两个信道。 ( 5 ) 在蜂窝通信系统中，可以采用频率再用技术来提高频率利用率。在集群系 统中主要是通过改进频道共用技术来提高系统的频率利用率【l 】。 1 1 2集群移动通信系统主要制式 集群移动通信系统从2 0 世纪9 0 年代中期在全球范围内兴起，得到了广泛的应 用，取得了良好的社会效益和经济效益。2 0 0 0 年1 2 月，信息产业部正式批准和发 布了我国数字集群移动通信系统体制，参照数字集群国际标准t e t r a 和i d e n ， 分别确定了体制a 和体制b 两种集群通信体制。2 1 世纪初，国内的华为和中兴两 家公司正式宣布我国自主研发的数字集群通信系统川t 8 0 0 和g o t a 成功完成。 2 0 0 4 年1 1 月2 日信息产业部科技司正式发布g t 8 0 0 和g o t a 两个通信标准技术参 考性文件。至此，我国信息产业部批准的数字集群通信体制有四种，即：t e n 认、 i d e n 、g o t a 和g t 8 0 0 。 t e t r a 系统是e t s i 于1 9 9 5 年确定的数字集群移动通信系统标准。该系统基 于t d m a ( 而m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，时分多址) ，提供包括集群、非集群和 2 直通模式通信的一系列服务，具有双向无线电对讲机、移动电话、字符报文和数 据等功能。 i d e n 系统是m o t o r o l a 公司开发的数字集群通信系统标准，它将数字调度 通信和数字蜂窝通信综合互联在一套系统中，具有移动电话、数据传输、集群调 度和短信息传输功能，并使用和g s m ( g 1 0 b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u i l i c a t i o 璐， 全球移动通讯系统) 相同的双工通话结构以及特殊的频率复用方式。 g t 8 0 0 是华为技术公司基于g p r s ( ( 论n e r a lp a c k e t 黜l d i os e r v i c e ，通用分组无 线服务技术) 和g s m r ( g s mf o rr a i l w a y ，用于铁路的g s m ) 技术开发的数字 集群移动通信系统。它结合蜂窝技术，对) m a 进行优化，具有专业用户所需的 集群业务和功能。 g o t a 系统是中兴公司推出的基于c d m a 技术的集群通信系统，采用目前移动 通信系统的无线技术和协议标准并进行了优化，以符合系统的技术要求。 t e n 认、i d e n 、g t 8 0 0 和g o t a 这四种主要集群制式的比较见表1 。 表1 集群制式比较 t a b l el1 m n k i n gs t a n d a r d sc o m p a r i s o n 1 2t d s c d m a 功率控制方案概述 本文的研究得到了国家8 6 3 项目“基于t d s c d m a 的集群通信关键技术和系 统”的支持，将应用于基于t d s c d m a ( t i m ed i v i s i o n - s y n c l h o n o l l sc o d ed i v i s i o n m l l l t i p l e a c c e s s ，时分同步码分多址) 的集群系统，所以本文在理论分析和仿真过 程中统一采用t d s c d m a 标准参数。 下面对t d s c d m a 功率控制方案做简单的介绍。功率控制参数见表2 。 表2t d s c d m a 上下行功率控制方案参数 t a b l e 2t d s c d m au p d o w nl i n l ( p o w e rc o n 仃0 ls c h e m ep a r 锄e t e r s ( 1 ) u p p c h ( u p l i i l l ( p i l o tc h 锄e l ，上行导频信道) 的上行功率控制。此信道 采用开环功率控制。功率控制公式是： = 删+ 嘲勿尸c 黻，+ ( f 一1 ) m 唧( 1 1 ) 其中，k 为移动台发射功率( 招m ) ，三p c c p c h 为测量到的路径损耗( 扭聊) ， p c c p c h ( p r h a 巧c o m m o n c o n 仃0 lp h y s i c a jc h a n n e l ，第一公共控制信道) 在b c h ( b r o a d c a s tc l l a 皿e l ，广播信道) 中广播参考发射功率值，肼己k 肠l p c 眦，为基站期望 在小区接收机得到广播信道b c h 的接收功率( 班砌) ，肌。为移动台在每个 u p p c h 传输中的“功率步级增量值”( 当扛1 时为初始信号功率) 。 ( 2 ) p r a c h ( p h y s i c a lr a n d o m a c c e s sc h a 姗e 1 ，物理随机接入信道) 的上行功 率控制。移动台在p r a c h 上发射的功率可由下式计算得到： p u p p c | h = l 咐c p e h + p r x u p c h 缸 j 倔。所以，虽然干扰功率大于信号功率毋 足， 最厶仍然是个大于l 的值，如果以分贝为单位，则是一个正值【3 7 1 。b 只是信号 干扰比，矽咫是c d m a 系统的扩频处理增益。扩频信号通过扩频处理增益对干 扰进行抑制。在c d m a 系统中扩频增益和信号干扰比共同决定了e 厶，决定了 信号的可检测性。 霪震蓉雾i，。；，肖7 z o j ，z 。曩囊群_ 掣删。 图3 3c d m a 集群下行功率控制方案系统容量计算模型 f i g u r e3 - 3s y 啦mc 印a c 时c 甜c u l a t i o nm o d e lo f d o w n l i i l l ( p o w e rc o n 的ls c h 锄e i nc d m a t m n l ( i n g 在利用六边形小区做覆盖的系统中，处于三个六边形小区交界处的用户信道 条件最差，因为这时有用信号传播距离最远，衰减最大，而且受到了来自两个小 区的近距离干扰。因此，本文在讨论下行功率控制方案优劣的时候，定义了下述 指标：三个小区交界处( 图3 3 中五角星位置) 的用户能够正确接收信息时，系统 能够提供服务的最大群组数量。即当系统服务的群组数量小于等于时，图中五 角星位置的用户能够正确接收信息。如果再增加一个群组，即系统服务的群组数 量达到+ 1 时，图中五角星位置的用户将不再能够正确接收信息。这时，就可以 说系统能够服务的最大群组数量是。通过比较的值，可以评价下行功率控制 方案的作用。通过采用某种下行功率控制方案而使的值增大，可以称作这种下 行功率控制方案的收益。 ( 2 ) 系统开销 下行功率控制很难实现开环控制。这是因为如果要在下行功率控制中实现开 环控制，移动台就必须保持以一定的功率发射信号，基站检测到信号后通过计算 链路增益，并以补偿链路增益后的功率向移动台发射。这会使移动台的耗电量大 大增加。这在c d m a 集群系统中损耗更大，因为让群组中的每个用户都发射信号， 且让基站测量链路损耗，将造成极大的资源浪费。 下行功率控制过程一般采用闭环功率控制。本文在国内外研究现状的最后部 分提到，c d m a 集群用户上报信息可采用的方案主要有：单一共享信道方式进行 消息全汇报、筛选法和碰撞法汇报。单一共享信道的方式进行功率消息的全汇报， 其缺点是小区内集群组内用户过多导致汇报时延较大，功率控制的实时性很难保 证。筛选法功率信息汇报是移动台的解调门限满足某一准则( 大于门限值或小于 门限值) 给予汇报的机会，其优点是节约不必要的汇报，缺点是因为筛选法的汇 报移动台不是确定的，无法像在全汇报机制里面那样，采用为移动台指定时隙的 方式传送功率控制消息。碰撞法可以克服不必要的冗余汇报，每次碰撞对功率决 策产生影响，均可认为是有效消息汇报，同时其功率控制实时性得到很好的保证。 i 丽i 两慈| i 瑟i 、 m z 髯誓了f 恧i 蕊一面i 一 二 - 一；o “m 瓣j 一一j l m s ： 甄手i 孓、一一f _ 一_ 孤删。啄i 縻曩黎了_ _ _ v j ：j i 一。墨啄一、 图3 4 全汇报、筛选法汇报和碰撞法汇报 f i g u r e3 4f u l lr e p o n ，f i l t e r e dr e p o r t 卸dc o l l i s i o nr e p o r t 上图中每个格子代表一个功率控制时隙。全汇报中，解删代表第个群组 中第m 个用户上报的功率控制时隙，m 表示的是第个群组中的最大用户数 量。筛选法中施删代表第个群组中第瓦个用户上报的功率控制时隙。因为筛 选法中，上报功率控制比特的用户是在群组中经过筛选的，所以k m ，也就节 省了上报功率控制时隙。碰撞法汇报中，脚驴表示第个群组中要求基站上升 功率的用户的功率控制碰撞时隙，胳d 表示第个群组中的要求基站下降功率 的用户的功率控制碰撞时隙。可以看出，在碰撞法中，无论群组中用户数量的多 少，每个群组都只需要两个时隙来上报功率控制信息。三种功率控制信息上报方 法需要的时隙开销比较如示意图3 5 ： 图3 5 全汇报、筛选法和碰撞法开销 f i g u 豫3 5o v e r h e a do f f u nr e p o n f i l t e r e dr e p o r t 锄dc o l l i s i o nr e p o r t 由图可见，随着群组中用户数量的增加，全汇报所占用的时隙开销直线上升。 筛选法所占用的时隙开销也在逐渐上升，只是上升的速度相对于全汇报较慢。这 是因为有部分信道条件比较好的用户被“筛 掉了，被“筛”掉的用户不需要向 基站上传下行功率控制信息。碰撞法则保持了较小的时隙开销，即在一次功率控 制上报过程中，每群组只需两个时隙的开销。如果采用碰撞法进行功率上报， c d m a 集群下行功率控制的系统开销只与进行功率控制的群组数量有关。即如果 进行下行功率控制的群组数量是，则系统在下行功率控制上的时隙开销是2 札。 可见，碰撞法具有明显的优势。但是，碰撞法的研究还没有经过实际的检验，所 以本文在下面涉及到讨论系统开销的时候，都会分别陈述。 c d m a 集群下行功率控制的系统开销和c d m a 蜂窝下行功率控制的系统开销 不同。c d m a 蜂窝下行功率控制的功率控制信息可以在用户上传有用信息的帧里 设置功率控制比特，如：t d s c d m a 在帧格式里有专门的t p c 作为功率控制比特， 而不需要专门开辟功率控制信道。c d m a 集群下行功率控制的信息不能采用 c d m a 蜂窝中的方案，因为c d m a 集群中存在很多没有传输上行有用信息链路的 昕用户，它们不可能把功率控制比特加在传输有用信息的帧里。所以，c d m a 集 群要进行功率控制，就必须开辟上行的用于下行功率控制的信道，来传输功率控 制信令。这导致c d m a 集群进行下行功率控制的开销远大于c d m a 蜂窝进行下 行功率控制的开销。 上面讨论的主要是上传功率控制信息给系统带来的时隙开销，事实上在移动 o 5 o ! i ) 斟 蚓籁釜曹器蜒料督 台上报功率控制信息的时候，也在浪费自身的能量资源，降低了移动台的使用寿 命。所以，在评价功率控制方案的时候，要综合考虑包括时隙开销和移动台电池 消耗两方面的总的系统开销。 通过以上分析，可以得到c d m a 集群下行功率控制方案的评价指标：系统能 够提供服务的最大群组数量和为这些群组提供服务需要的下行功率控制系统开销 ( 包括时隙开销和移动台电池消耗) 。 3 2c d m 集群下行功率控制方案分析 以前文的基本理论和系统模型为基础，下面对c d m a 集群下行功率控制方案 进行详细分析。 3 2 1c d m a 集群蜂窝无下行功率控制方案分析 c d m a 集群系统不进行下行功率控制时，每个群组分配的功率是b 。如果只 考虑自由空间传播损耗，采用两径传播模型( 由于反射，衍射和散射而在接收机 得到的多路波束对平均接收功率产生了影响，两径传播模型是可用于展示这种影 响的最简单模型，它涉及了一个反射波) ，位于三个六边形小区交界处( 图3 3 中 五角星位置) 的移动台接收到的信号功率： b = 缘r 4 ( 3 8 ) 其中，七为常数，与无线信道特征有关。r 是小区半径，最是小区基站为每 个群组分配的功率，因为不进行功率控制，所以基站为每个群组分配的功率是按 照小区边缘，与基站距离为r 的位置来进行分配的，所以用最表示。 每个小区基站发射总功率是只r = 懈，位于三个六边形小区交界处的移动台 接收到的干扰功率： = ( 一1 ) 七尺- 4 + 2 死r - 4 + 3 懈( 2 r ) _ 4 + 6 懈( 7 r ) _ 4 ( 3 9 ) 其中是系统服务的群组数量。因为不进行功率控制，这个数量就是每个 小区服务的群组数量。等式右侧的四项分别是：本小区的干扰功率，与用户最近 的两个相邻小区的干扰功率，与用户距离相对较远的三个小区的干扰功率，与用 户距离很远的六个小区的干扰功率。 由只的计算式可以看出，e 的值是比较大的，甚至会大于接收信号功率足的 值，系统能够正常的接收需要扩频处理增益因子的加入。同时，也可以知道，和 如此大的值相比，背景噪声0 的作用是很小的，因此在研究下行功率控制的时 候忽略背景噪声是合理的假设。 信号比特能量与干扰信号能量密度之比： 毛厶= ( 忍俾) ( 形风) = 1 “3 一1 + 3 2 1 + 6 7 “心) 】( 矽r ) ( 3 1 0 ) 信息比特速率为r = 8 勋行s ( 传输语音需要的速率) ，带宽值形= j 6 此陇 ( t d s c d m a 系统数值) ，自由空间传播衰减因子刀= 彳，正确接收需要 e 厶 吖6 始，。由以上条件可求得 4 招j 。由以上条件可求得 彳五2 ，取整数= 筘，即如果要保证三 个小区交界处的用户能够正常接收信息，系统最多为同时4 6 个用户提供话音业务。 3 2 3c d m a 集群完全下行功率控制方案分析 c d m a 集群完全下行功率控制和c d m a 蜂窝完全下行功率控制相比有一个重 要的特点采用了下行信道共享技术。c d m a 集群中群组代表用户的链路条件 要比c d m a 蜂窝中的用户链路条件差，这就使得功率控制方案节省功率的效果不 如在c d m a 蜂窝系统中明显，这是现行c d m a 蜂窝系统不进行功率控制的原因。 下面进行详细的理论分析。 在下面的理论分析中，为了方便，进行了有两个近似：第一，先在单小区内 进行功率分配，这时没有考虑其它小区基站对这个小区中群组的干扰。第二，没 有考虑阴影衰落的影响，并合理忽略的背景噪声的影响。 下面继续理论分析。 第一阶段：计算每个小区需要的总发射功率。 小区中用户均匀分布的情况下，用户与基站距离的概率密度函数： 厂( x ) = 2 万x 万尺2 = 2 x r 2 ，0 j 5 ，即无下行功率控制方案不能够满足要求，则需要采用部分下行功率 控制方案，并逐步放开功率控制，也就是逐步提升m 的值，逐渐增加系统中进行 功率控制的群组数量，直到满足要求为止。如果仍不能满足要求，则可尝试完全 下行功率控制方案( 因为完全下行功率控制方案是部分下行功率控制方案的极限 值，部分下行功率控制方案不能够满足需求，完全下行功率控制方案能够满足需 求的几率很小，所以最后这一步可以省略) 。 3 6 3 2 6本章小结 本章是本文的主体章节。 首先详细描述了研究c d m a 集群下行功率控制方案需要的两个基本模型和一 个评价指标下行信道共享技术模型，c d m a 集群多小区系统模型和c d m a 集 群下行功率控制方案评价指标。模型是下文理论推导的基础，评价指标是下文理 论推导的方向。这两方面的内容，对于理论推导具有非常重要的作用。 然后，利用数学工具，分析了c d m a 集群蜂窝采用无下行功率控制方案的系 统容量，c d m a 蜂窝采用完全下行功率控制方案的系统容量和c d m a 集群采用完 全下行功率控制方案的系统容量。得出三种方案的系统容量分别为1 5 个群组，4 6 l m 1 个群组和lj 工4 似+ 删伽+ 矽1 个群组的结论。 l 肼蕾， j 对于分析得