（信号与信息处理专业论文）tdscdma系统上行链路功率控制的研究与实现.pdf

摘要 摘 要 t d - s c d m a系统是我国具有自主知识产权的第三代移动通信系统。功率控制 技术是该系统关键技术之一，主要用来解决远近效应和多址干扰。鉴于上行链路 功率控制是功率控制中的难点和重点， 本文针对t d - s c d m a系统的自 身特点提出 了 适合其上行链路的上行内 环功率控制算法和上行外环功率控制算法，同时给出 了无线网络控制器 ( r n c )中上行链路功率控制模块的设计方案并予以实现。 创新之处和主要成果如下: 1建 立了t d - s c d m a系统上行链路功率控制模型， 提出了 一种改进型上行内 环 功率控制算法， 该算法通过对每比 特能量与干扰谱密度之比( e a ) 进行解相关自 适 应 预 测，比 较 预测 后的e b / lo 和目 标e b a o ( ( e 0 o ) ta ,g j ) ， 根 据比 较 结 果 调 整 移 动 台发射功率。与传统上行内 环功率控制算法相比，所提算法不但控制增益较高而 且降低了用户端的平均发射功率。 2 . 提出了一种基于滑动时间窗的加权误块率计算方法，讨论了多小区条件下 ( e b / l o h s . . 的 取 值上限问 题， 并由 此 建立了 一 种新 型 上 行 外 环 功率 控 制 算 法。 与 其 它上 行 外 环功 率控 制算 法相比 ， 所 提算 法对目 标 误 块 率( b l e r ,a rg c t ) 具 有 更好的 跟踪性。 3 ， 给出了功率控制仿真模型， 描述了具体仿真流程及模型中关键模块的实现方法。 4给出了r n c中上行链路功率控制模块的设计方案并予以实现。 【 关键词】 时分同步码分多址，功率控制。每比特能量与干扰谱密度之比，误块率， 无线资源管理 西北工业人学硕 l: 学位沦 文 ab s t r a c t t d s c d m a i s t h e t h i r d g e n e r a t i o n m o b i l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m i n t r o d u c e d b y o u r s e l f . p o w e r c o n t r o l s t r a t e g y i s o n e o f t h e k e y t e c h n i q u e s . i t i s u s e d t o s o l v e t h e n e a r - f a r e f f e c t a n d m u l t i - a c c e s s i n t e r f e r e n c e . b e c a u s e u p l i n k p o w e r c o n t r o l i s a n i m p o r t a n t a n d d i f f i c u l t q u e s t i o n i n p o w e r c o n t r o l t e c h n i q u e , t h i s p a p e r p r o p o s e s a n u p l i n k in n e r l o o p p o w e r c o n t r o l a l g o r i t h m a n d a n u p l i n k o u t e r l o o p p o w e r c o n t r o l a l g o r i t h m a d a p t t o 1 d - s c d m a.t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f u p l i n k p o w e r c o n t r o l m o d u l e i n r n c i s a l s o p r o v i d e d i n n o v a t i o n s a n d a c h i e v e me n t s a r e l i s t e d a s f o l l o ws : 1 . a i m p r o v e d e l r ; ( i g ki p i + 。 ) / w 七y ;( 2 - 2 ) 其中p 。 是 用 户i 的 发 射 功率 ，,r 是 业务 速 率， w是 扩 频带宽， 71 ， 是 第i 个 用 户 的 背 景噪 声， g k 。 和g k j 是 用 户i 和7 与 基 站k之 间 的 链路 增 益。 其中y * 为 所 需的 e b / l o 的门限，该门限取决于用户的业务类型。 3 g p p 协议中规定了4 种业务类型: 会话业务、交互业务、流业务和背景业务，每种业务的e b / 1 o 门限值是不同的。将 式2 - 2 写成矩阵形式为: ( i 一 a ) p z b ( 2 - 3 ) 其中i 是j x j 维单位阵， a是j x j 维路径增益矩阵， p . b都是j xl 维矢量 分别定义为: y ,r ; g k w g , ; j 二 i i ， i ( 2 - 4 ) 户lestjee月es 昌 户勺 a b ; 二 yin; 尺 g . ; p 一 p p ,_ ， 二 ， j i tpj b 一 b , , b 2 ， 一 ， 凡 t 集中控制的问题就在于求式 2 - 3的解，并研究解存在的条件。由上 面的讨论 可知，集中式功率控制只能在基站处进行，它根据接收端收到的所有信号功率和 链路增益来统一调整基站、移动台的发射功率。这种方法比较准确，可以 使移动 台的发射功率达到最优，但需要在同一时刻获得归一化链路增益矩阵，由于系统 中的用户数不断变化，链路增益矩阵是一个变维数、变参数的矩阵。因此采用这 种方法，数据量太大，在一个多用户小区难以实现。 2 . 分布式功率控制 西北工业人学硕士学位论文 由于实际系统中蜂窝个数和蜂窝中的用户数很多，要实时测量所有的链路增 益是不现实的。因此，从9 0 年代开始，许多功率控制方面的研究开始强调基于信 干比( s i r ) 平衡的 分布式 功率控制 算法13 1 -3 fi 1 。 该 算法 在求解发 射功率 矢量时 不需 要知道所有的链路增益。 l . z a n d e : 等人提出了每个小区根据本小区测量得到的s i r 来决定下一次 发射功 率的 平衡 分布式算法， 具体 请参 考文献【 3 1 1 : p ; (k ， 一 ” (k )p ; (k )l 命，,6 (k ) “ ( 2 - 5 ) 此算法的 初始 发 射 功率 p ( 0 ) 为 任意f 矢 量 ， )6 ( k ) 是某一时 刻的归 一 化因 子， i ; ( k ) 是某一时刻的s i r 。 此算法达到s i r 平衡的 概率为1 。随后， g r a n d h i 提出了 在高门限s i r时比z a n d e r 方法收敛快的另 一种分布式算法13 5 1 . p ;(k ” c (k ) p , ( k )r . (k ) ( 2 - 6 ) 其中 初 始 发 射 功 率p ( 0 ) 为 任 意正 矢 量， c ( k ) 二 1 / m a x p ; ( k ) 1 ， 该 参 数能 够 保 证 发 射 机的 发 射功 率 不 超出 规 定的 动 态范围 , i ; ( k ) 是 某 一时 刻的s i r . 以上是早期的两种分布式功率控制算法。分布式功率控制是在移动台进行的 功率控制，分布式控制器只控制单个移动台的功率，该移动台只需要知道它所受 的干扰和到基站路径增益的大小就可以了，并不需要知道其它移动台发射功率的 大小和增益，因此这种控制方法需要的信息量很小，易于实现。分布式算法是为 了克服集中式算法不能实际应用而发展起来的，但与集中式相比，不可避免的造 成性能下降，分布式算法的性能上限就是集中式算法的解。在实际的工程应用中 采用的都是分布式功率控制算法。由于这种算法的实现需要知道s i r ， 因此s i r测 量的准确性对算法的性能有很大的影响。 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，算法依然有效。然而 随着误差的增大，算法性能会有很大的下降。 2 . 2 . 2从链路方向分 通信链路分为上行 ( 反向)链路和下行 ( 前向)链路。同样，功率控制也分 为上行 ( 反向)功率控制和下行 ( 前向)功率控制。 1 .上行链路功率控制 在2 . 1 节， 我们讨论了“ 远近效应” 。 上行链路功率控制便可以有效克服这一现 象。它主要是借助实时调整各移动台的发射功率，使本小区内任意移动台无论距 离基站多远，信号到达基站接收机时刚刚达到保证通信质量的最小信干比门限， 从而减小用户之间的干扰，并降低用户的发射功率.提高系统容量。打一个通俗 的比方，在一个大屋子里有一个主人和众多客人，主人站在屋子的中间，客人围 1 0 西北工业人学硕士学位论文 由于实际系统中蜂窝个数和蜂窝中的用户数很多，要实时测量所有的链路增 益是不现实的。因此，从9 0 年代开始，许多功率控制方面的研究开始强调基于信 干比( s i r ) 平衡的 分布式 功率控制 算法13 1 -3 fi 1 。 该 算法 在求解发 射功率 矢量时 不需 要知道所有的链路增益。 l . z a n d e : 等人提出了每个小区根据本小区测量得到的s i r 来决定下一次 发射功 率的 平衡 分布式算法， 具体 请参 考文献【 3 1 1 : p ; (k ， 一 ” (k )p ; (k )l 命，,6 (k ) “ ( 2 - 5 ) 此算法的 初始 发 射 功率 p ( 0 ) 为 任意f 矢 量 ， )6 ( k ) 是某一时 刻的归 一 化因 子， i ; ( k ) 是某一时刻的s i r 。 此算法达到s i r 平衡的 概率为1 。随后， g r a n d h i 提出了 在高门限s i r时比z a n d e r 方法收敛快的另 一种分布式算法13 5 1 . p ;(k ” c (k ) p , ( k )r . (k ) ( 2 - 6 ) 其中 初 始 发 射 功 率p ( 0 ) 为 任 意正 矢 量， c ( k ) 二 1 / m a x p ; ( k ) 1 ， 该 参 数能 够 保 证 发 射 机的 发 射功 率 不 超出 规 定的 动 态范围 , i ; ( k ) 是 某 一时 刻的s i r . 以上是早期的两种分布式功率控制算法。分布式功率控制是在移动台进行的 功率控制，分布式控制器只控制单个移动台的功率，该移动台只需要知道它所受 的干扰和到基站路径增益的大小就可以了，并不需要知道其它移动台发射功率的 大小和增益，因此这种控制方法需要的信息量很小，易于实现。分布式算法是为 了克服集中式算法不能实际应用而发展起来的，但与集中式相比，不可避免的造 成性能下降，分布式算法的性能上限就是集中式算法的解。在实际的工程应用中 采用的都是分布式功率控制算法。由于这种算法的实现需要知道s i r ， 因此s i r测 量的准确性对算法的性能有很大的影响。 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，算法依然有效。然而 随着误差的增大，算法性能会有很大的下降。 2 . 2 . 2从链路方向分 通信链路分为上行 ( 反向)链路和下行 ( 前向)链路。同样，功率控制也分 为上行 ( 反向)功率控制和下行 ( 前向)功率控制。 1 .上行链路功率控制 在2 . 1 节， 我们讨论了“ 远近效应” 。 上行链路功率控制便可以有效克服这一现 象。它主要是借助实时调整各移动台的发射功率，使本小区内任意移动台无论距 离基站多远，信号到达基站接收机时刚刚达到保证通信质量的最小信干比门限， 从而减小用户之间的干扰，并降低用户的发射功率.提高系统容量。打一个通俗 的比方，在一个大屋子里有一个主人和众多客人，主人站在屋子的中间，客人围 1 0 第二 章 移动通信中功率控制概述 绕在主人的周围，有远有近。每个客人都想同主人说话，但是不知迈该以多大的 音量来说，这时主人就会告诉离得近的客人以较小的声音说话，告诉离得远的客 人说话声音大一些，这样主人才能够清晰地听到每一个客人的发言。 2 . 下行链路功率控制 在c d ma蜂窝系统中，用户不仅受到来自 本小区的干扰，而且受到周围小区 的干扰， 特别是位于小区边缘的用户受到很强的来自 周围小区基站的干扰，这一 现象称为“ 边缘问题” 。 解决这个问 题的有效方法是下行功率控制。 在下行功率控 制中，基站根据移动台发送的功率控制命令，调整对每个移动台的发射功率。其 目的是对路径损耗小的移动台分配较小的下行发射功率，而对那些远离基站的移 动台分配较大的下行发射功率。在下行链路中，小区内信号的发射是同步的。当 移动台解调时，小区内其它用户的干扰可以通过扩频码的正交性去除。这种小区 内信号的同步性和移动台相干解调带来的增益使得下行链路的质量远好于上行链 路，只需要加入一个慢速功率控制就可以很好的分配每根码道的发送功率。 2 . 2 . 3从环路类型分 根据环路形成方式的不同可以分为开环功率控制和闭环功率控制。 i . 开环功率控制 开环功率控制主要用于移动台 ( ms )的接入过程，用来粗略补偿路径损耗和 阴影、拐角等效应带来的功率变化。移动台 ( 或基站)根据下行链路 ( 或上行链 路)接收到的信号质量，估计路径损耗，从而对发射功率进行调整。因此开环功 率控制又分为上行开环功率控制和下行开环功率控制，下面介绍上行开环功率控 制。 如图2 - 1 所示， 上行开环功率控制的目的是确定用户端的初始发射功率， 当移 动台发起呼叫时，移动台首先检测接收到的基站导频信号功率，并与小区广播中 的导频信号功率值进行对比，导频信号功率的减小量即为下行链路损耗，并将该 损耗等同于上行链路损耗，根据该损耗值计算移动台的初始发射功率。 对于f d d系统，开环功率控制是不准确的。这是因为在f d d系统中，上下 行信道频率相差4 5 m h z ,远大于相干带宽， 因此用下行信道的 衰落作为上 行信道的 衰落是一种非常粗略的估计。其次，终端电 路电气元件特性的变化以及环境条件 的影响，将实际接收的绝对功率映射到发射的绝对功率也会出 现偏差。开环功率 控制用于早期的c d m a系统， 如i s - 9 5 ， 它与闭 环功率控制配合使用， 这样可以克 服阴影效应和其它突发变化。在之后的wc d m a系统中，快速功率控制速率几乎 提高了 一倍，因此在快速功率控制具有很大调整范围的情况下，开环功率控制的 作 用 越 来 越 小 13 7 1 第二 章 移动通信中功率控制概述 绕在主人的周围，有远有近。每个客人都想同主人说话，但是不知迈该以多大的 音量来说，这时主人就会告诉离得近的客人以较小的声音说话，告诉离得远的客 人说话声音大一些，这样主人才能够清晰地听到每一个客人的发言。 2 . 下行链路功率控制 在c d ma蜂窝系统中，用户不仅受到来自 本小区的干扰，而且受到周围小区 的干扰， 特别是位于小区边缘的用户受到很强的来自 周围小区基站的干扰，这一 现象称为“ 边缘问题” 。 解决这个问 题的有效方法是下行功率控制。 在下行功率控 制中，基站根据移动台发送的功率控制命令，调整对每个移动台的发射功率。其 目的是对路径损耗小的移动台分配较小的下行发射功率，而对那些远离基站的移 动台分配较大的下行发射功率。在下行链路中，小区内信号的发射是同步的。当 移动台解调时，小区内其它用户的干扰可以通过扩频码的正交性去除。这种小区 内信号的同步性和移动台相干解调带来的增益使得下行链路的质量远好于上行链 路，只需要加入一个慢速功率控制就可以很好的分配每根码道的发送功率。 2 . 2 . 3从环路类型分 根据环路形成方式的不同可以分为开环功率控制和闭环功率控制。 i . 开环功率控制 开环功率控制主要用于移动台 ( ms )的接入过程，用来粗略补偿路径损耗和 阴影、拐角等效应带来的功率变化。移动台 ( 或基站)根据下行链路 ( 或上行链 路)接收到的信号质量，估计路径损耗，从而对发射功率进行调整。因此开环功 率控制又分为上行开环功率控制和下行开环功率控制，下面介绍上行开环功率控 制。 如图2 - 1 所示， 上行开环功率控制的目的是确定用户端的初始发射功率， 当移 动台发起呼叫时，移动台首先检测接收到的基站导频信号功率，并与小区广播中 的导频信号功率值进行对比，导频信号功率的减小量即为下行链路损耗，并将该 损耗等同于上行链路损耗，根据该损耗值计算移动台的初始发射功率。 对于f d d系统，开环功率控制是不准确的。这是因为在f d d系统中，上下 行信道频率相差4 5 m h z ,远大于相干带宽， 因此用下行信道的 衰落作为上 行信道的 衰落是一种非常粗略的估计。其次，终端电 路电气元件特性的变化以及环境条件 的影响，将实际接收的绝对功率映射到发射的绝对功率也会出 现偏差。开环功率 控制用于早期的c d m a系统， 如i s - 9 5 ， 它与闭 环功率控制配合使用， 这样可以克 服阴影效应和其它突发变化。在之后的wc d m a系统中，快速功率控制速率几乎 提高了 一倍，因此在快速功率控制具有很大调整范围的情况下，开环功率控制的 作 用 越 来 越 小 13 7 1 西北丁业大学硕 i s 学位论文 用户接入时，初 始发射功率为多少 ? 上行开环功率控制 上行内环功率控制 上行外环功率控制 上行闭环功率控制 图2 - 1上行链路功率控制示意图 对于t d d系统，由 于上下 行信道使用同一频率， 因 此信道上、下行的衰落特 性基本上是一样的，开环功率控制可以达到较高的精度.由于开环功率控制采用 “ 一步到位”的方法对发射功率进行调整，即衰落多少，补偿多少。因此实现起 来非常简单，没有什么复杂算法，但是一步到位的方法使得功率控制 “ 梯度”很 高，这对变化很快的空间信道会产生误调，从而带来系统性能的恶化。开环功率 控制的这些缺点需要在用户接入后利用闭环功率控制进行克服。 2 . 闭环功率控制 闭环功率控制分为上行闭环功率控制和下行闭环功率控制。上行闭环功率控 制指基站根据在上行链路接收到的移动台信号的强弱，产生功率控制命令，移动 台根据命令对上行发射功率进行调整。下行闭环功率控制是指基站相据称动合的 第二章 移动通信中 功率控制概述 功率控制命令，调整对每个移动台的下行发射功率。下面我们仅讨论前一种情况。 如图2 - 1 所示，上行闭环功率控制按照实现位置不同包括上行内环功率控制和 上行外环功率控制。 上行内环功率控制是由基站协助移动台， 对移动台做出的开环功率估测迅速的 做出纠正，从而使移动台始终保持最理想的发射功率。基站每隔一定时间检测一 次解调后的上行业务信道中信号的每比 特能量与干扰谱密度之比 ( e b / i o ) , 然后将 其与事 先设定的e a 目 标值 ( ( e b a o ) t. g a ) 进行比 较 ， 若收到的e a 大 于等于 ( e o o ) t. tg e l， 基站 送出 一个减小 移动台 发 射 功 率 的 指令， 移 动台 收 到 该 指 令 后 减小 一 一时刻的上行发射功率;反之，就送出一个增加移动台上行发射功率的指令， 移动台收到后增加下一时刻的上行发射功率。 上行外环功率控制是为了适应无线信道衰落的变化，将用户业务质量 ( 误码率 b e r 或误块率b l e r )间接与用户的发射功率联系起来。 在上行外环功率 控制中， 基 站 控 制器 不 断比 较统 计后的b l e r和 误 块 率门 限( b l e r ,. ,g e , ) ， 以 此 作为 调 整 ( e b o ) ta tg e . 的 依 据 ， 将 此 调整 值周 期 性 地 传 给 基 站 。 外 环 功率 控 制的 引 入 使 得 功 率 控 制直接与用户的业务质量相关联。 功率控制的分类多种多样，为了更好的明确各算法之间的关系，我们给出一 张功率控制算法关系示意图: 功率控 制算法 上行功 一 控 算 法 习 一 1 下行功 厂pm2刃 开环功 控算法 闭环功开环功闭环功 厂控 n 门 r m 法 厅 y r 叼 内环功 控算法 外环功 控算法 内环功 控算法 外环功 控算法 图2 - 2功率控制算法关系示意图 2 . 3功率控制准则 功率控制准则是指功率控制的依据， 即 依据什么测量量来进行功率控制。 根据 测量量的不同，功率控制准则分为:功率平衡准则、信干比平衡准则两大主流。 第二章 移动通信中 功率控制概述 功率控制命令，调整对每个移动台的下行发射功率。下面我们仅讨论前一种情况。 如图2 - 1 所示，上行闭环功率控制按照实现位置不同包括上行内环功率控制和 上行外环功率控制。 上行内环功率控制是由基站协助移动台， 对移动台做出的开环功率估测迅速的 做出纠正，从而使移动台始终保持最理想的发射功率。基站每隔一定时间检测一 次解调后的上行业务信道中信号的每比 特能量与干扰谱密度之比 ( e b / i o ) , 然后将 其与事 先设定的e a 目 标值 ( ( e b a o ) t. g a ) 进行比 较 ， 若收到的e a 大 于等于 ( e o o ) t. tg e l， 基站 送出 一个减小 移动台 发 射 功 率 的 指令， 移 动台 收 到 该 指 令 后 减小 一 一时刻的上行发射功率;反之，就送出一个增加移动台上行发射功率的指令， 移动台收到后增加下一时刻的上行发射功率。 上行外环功率控制是为了适应无线信道衰落的变化，将用户业务质量 ( 误码率 b e r 或误块率b l e r )间接与用户的发射功率联系起来。 在上行外环功率 控制中， 基 站 控 制器 不 断比 较统 计后的b l e r和 误 块 率门 限( b l e r ,. ,g e , ) ， 以 此 作为 调 整 ( e b o ) ta tg e . 的 依 据 ， 将 此 调整 值周 期 性 地 传 给 基 站 。 外 环 功率 控 制的 引 入 使 得 功 率 控 制直接与用户的业务质量相关联。 功率控制的分类多种多样，为了更好的明确各算法之间的关系，我们给出一 张功率控制算法关系示意图: 功率控 制算法 上行功 一 控 算 法 习 一 1 下行功 厂pm2刃 开环功 控算法 闭环功开环功闭环功 厂控 n 门 r m 法 厅 y r 叼 内环功 控算法 外环功 控算法 内环功 控算法 外环功 控算法 图2 - 2功率控制算法关系示意图 2 . 3功率控制准则 功率控制准则是指功率控制的依据， 即 依据什么测量量来进行功率控制。 根据 测量量的不同，功率控制准则分为:功率平衡准则、信干比平衡准则两大主流。 西北工业人学硕 卜 学位论文 2 . 3 . 1功率平衡准则 功率平衡准则的基本原理是: 功率平衡是指在接收端接收到的信号功率相等。 对于上行链路，功率平衡的目 标是使在基站接收端接收到的各个用户 : 的信号功率相等。 . 对于下行链路，功率平衡的目 标则是使各个用户收到基站的有用信号 功率相等。 2 . 3 . 2信干比( s i r ) 平衡准则 s i r平衡准则的基本原理是: . s i r平衡是指在接收端收到的s i r相等。 . 针对上行链路，s i r平衡的目 标是使在基站接收端接收到的各个用户 的s i r相等。 . 针对下行链路，s i r平衡的目 标是使各个用户收到的基站有用信号的 s i r相等 . 在单小区蜂窝系统中的上行链路，当各个移动台到达基站的信号功率 相等时， 所对应的s i r也相等。 因此在单小区系统中， 上行链路功率平衡 准则与s i r平衡准则是等效的。 . 在单小区蜂窝系统中的下行链路以及多小区蜂窝系统中，功率平衡准 则与s i r平衡准则具有不同的含义。 2 . 3 . 3功率平衡和s i r 平衡混合准则 功率平衡准则和 s i r平衡准则各有优缺点。基于功率平衡准则的功率控制易 于实现， 但性能不如基于s i r平衡的功率控制。 s i r平衡准则也有局限性， 即可能 会形成正反馈导致系统崩溃。为了克服采用 s i r平衡准则后可能引入的正反馈， 有人提出了功率平衡与s i r平衡相结合的功率控制准则。 就上行链路来说， 基站同时测量接收信号的功率和s i r 。 如果两者都低于或都 高于所对应的门限值，说明该移动台应该提高或降低功率。当s i r在正常范围内， 但功率低于门限值时，移动台的发射功率保持不变。当功率在正常范围内但 s i r 低于门限值时，原理上移动台需要提高发射功率，但此时信号功率可能已经达到 丁门限值而有可能形成正反馈，所以这时需要进行判断。解决这个问 题的一个途 径是当功率正常但 s i r不满足要求时，取一些最近的状态进行观察，如果功率达 到门限值的次数很少， 那么移动台就应该提高发射功率。 这种结合功率平衡和s i r 1 4 西北工业人学硕 卜 学位论文 2 . 3 . 1功率平衡准则 功率平衡准则的基本原理是: 功率平衡是指在接收端接收到的信号功率相等。 对于上行链路，功率平衡的目 标是使在基站接收端接收到的各个用户 : 的信号功率相等。 . 对于下行链路，功率平衡的目 标则是使各个用户收到基站的有用信号 功率相等。 2 . 3 . 2信干比( s i r ) 平衡准则 s i r平衡准则的基本原理是: . s i r平衡是指在接收端收到的s i r相等。 . 针对上行链路，s i r平衡的目 标是使在基站接收端接收到的各个用户 的s i r相等。 . 针对下行链路，s i r平衡的目 标是使各个用户收到的基站有用信号的 s i r相等 . 在单小区蜂窝系统中的上行链路，当各个移动台到达基站的信号功率 相等时， 所对应的s i r也相等。 因此在单小区系统中， 上行链路功率平衡 准则与s i r平衡准则是等效的。 . 在单小区蜂窝系统中的下行链路以及多小区蜂窝系统中，功率平衡准 则与s i r平衡准则具有不同的含义。 2 . 3 . 3功率平衡和s i r 平衡混合准则 功率平衡准则和 s i r平衡准则各有优缺点。基于功率平衡准则的功率控制易 于实现， 但性能不如基于s i r平衡的功率控制。 s i r平衡准则也有局限性， 即可能 会形成正反馈导致系统崩溃。为了克服采用 s i r平衡准则后可能引入的正反馈， 有人提出了功率平衡与s i r平衡相结合的功率控制准则。 就上行链路来说， 基站同时测量接收信号的功率和s i r 。 如果两者都低于或都 高于所对应的门限值，说明该移动台应该提高或降低功率。当s i r在正常范围内， 但功率低于门限值时，移动台的发射功率保持不变。当功率在正常范围内但 s i r 低于门限值时，原理上移动台需要提高发射功率，但此时信号功率可能已经达到 丁门限值而有可能形成正反馈，所以这时需要进行判断。解决这个问 题的一个途 径是当功率正常但 s i r不满足要求时，取一些最近的状态进行观察，如果功率达 到门限值的次数很少， 那么移动台就应该提高发射功率。 这种结合功率平衡和s i r 1 4 第_章 移动通信中功率控制概述 乎 衡的混合准则比单纯的s i r平衡准则要好。 2 . 4 t d - s c d m a 中的功率控制 在目 前的 t d - s c d m a系统中，需要进行功率控制的信道包括 u p p c h , d w p c h , p r a c h , p c c p c h , s c c p c h , f p a c h和 d p c h信道。这些信道的中 文名称如表2 - 1 所示，我们根据控制方向的不同对其进行简要说明。 表 2 - 1 t d - s c d m a系统中的信道名称 英文名称中文名称 u p p c h上行导频信道 dwp ch一 卜 行导频信道 p pach物理随机接入信道 p c c p c h主公共控制物理信道 s c c p c h辅公共控制物理信道 凡 ach 快速物理接入信道 dpch专用物理信道 2 . 4 . 1上行链路功率控制 1 . u p p c h的功率控制 u p p c h主 要 用 在用 户的 初 始接 入 阶段， 控 制 方 式 采 用 上 行开 环功 率 控 制。 其 发射功率可由下式计算: p u l l , 一 lp,+ p r x u p p c h * ， 十 ( i 一 1 ) p w r am p 其中: p u l l , : u p p c h的发 射功率。 l p c c p c rt : 估 算出 的 路 径 损 耗。 该 参 数 通 过比 较p c c p c h 的 接收 功 率与 系 统 i 一 播中p c c p c h的参考发射功率获得。 p r x u p p c h d , : 基 站 期 望 在 本 小 区 接 收 机 得 到 的u p p c h 的 接 收 功 率 。 该 参 数 是 一个平均 值， 通过系统 信息广播信道( b c h ) 发 送。 该参 数由r n c 根据n o d e b 上 报 的u p p c h的 干 扰 功 率 值 确定。 p w r , p : u e 在 每 个u p p c h 传 输 中 的 功 率 步 级 增 量 值。 r n c 在b c h一卜 用 信号告知一个功率增量仅用于接入过程， 每发一个新的s y n c u l( 上行同步 码) ， 发射机都将按此增量增加发射功率。 第_章 移动通信中功率控制概述 乎 衡的混合准则比单纯的s i r平衡准则要好。 2 . 4 t d - s c d m a 中的功率控制 在目 前的 t d - s c d m a系统中，需要进行功率控制的信道包括 u p p c h , d w p c h , p r a c h , p c c p c h , s c c p c h , f p a c h和 d p c h信道。这些信道的中 文名称如表2 - 1 所示，我们根据控制方向的不同对其进行简要说明。 表 2 - 1 t d - s c d m a系统中的信道名称 英文名称中文名称 u p p c h上行导频信道 dwp ch一 卜 行导频信道 p pach物理随机接入信道 p c c p c h主公共控制物理信道 s c c p c h辅公共控制物理信道 凡 ach 快速物理接入信道 dpch专用物理信道 2 . 4 . 1上行链路功率控制 1 . u p p c h的功率控制 u p p c h主 要 用 在用 户的 初 始接 入 阶段， 控 制 方 式 采 用 上 行开 环功 率 控 制。 其 发射功率可由下式计算: p u l l , 一 lp,+ p r x u p p c h * ， 十 ( i 一 1 ) p w r am p 其中: p u l l , : u p p c h的发 射功率。 l p c c p c rt : 估 算出 的 路 径 损 耗。 该 参 数 通 过比 较p c c p c h 的 接收 功 率与 系 统 i 一 播中p c c p c h的参考发射功率获得。 p r x u p p c h d , : 基 站 期 望 在 本 小 区 接 收 机 得 到 的u p p c h 的 接 收 功 率 。 该 参 数 是 一个平均 值， 通过系统 信息广播信道( b c h ) 发 送。 该参 数由r n c 根据n o d e b 上 报 的u p p c h的 干 扰 功 率 值 确定。 p w r , p : u e 在 每 个u p p c h 传 输 中 的 功 率 步 级 增 量 值。 r n c 在b c h一卜 用 信号告知一个功率增量仅用于接入过程， 每发一个新的s y n c u l( 上行同步 码) ， 发射机都将按此增量增加发射功率。 第_章 移动通信中功率控制概述 乎 衡的混合准则比单纯的s i r平衡准则要好。 2 . 4 t d - s c d m a 中的功率控制 在目 前的 t d - s c d m a系统中，需要进行功率控制的信道包括 u p p c h , d w p c h , p r a c h , p c c p c h , s c c p c h , f p a c h和 d p c h信道。这些信道的中 文名称如表2 - 1 所示，我们根据控制方向的不同对其进行简要说明。 表 2 - 1 t d - s c d m a系统中的信道名称 英文名称中文名称 u p p c h上行导频信道 dwp ch一 卜 行导频信道 p pach物理随机接入信道 p c c p c h主公共控制物理信道 s c c p c h辅公共控制物理信道 凡 ach 快速物理接入信道 dpch专用物理信道 2 . 4 . 1上行链路功率控制 1 . u p p c h的功率控制 u p p c h主 要 用 在用 户的 初 始接 入 阶段， 控 制 方 式 采 用 上 行开 环功 率 控 制。 其 发射功率可由下式计算: p u l l , 一 lp,+ p r x u p p c h * ， 十 ( i 一 1 ) p w r am p 其中: p u l l , : u p p c h的发 射功率。 l p c c p c rt : 估 算出 的 路 径 损 耗。 该 参 数 通 过比 较p c c p c h 的 接收 功 率与 系 统 i 一 播中p c c p c h的参考发射功率获得。 p r x u p p c h d , : 基 站 期 望 在 本 小 区 接 收 机 得 到 的u p p c h 的 接 收 功 率 。 该 参 数 是 一个平均 值， 通过系统 信息广播信道( b c h ) 发 送。 该参 数由r n c 根据n o d e b 上 报 的u p p c h的 干 扰 功 率 值 确定。 p w r , p : u e 在 每 个u p p c h 传 输 中 的 功 率 步 级 增 量 值。 r n c 在b c h一卜 用 信号告知一个功率增量仅用于接入过程， 每发一个新的s y n c u l( 上行同步 码) ， 发射机都将按此增量增加发射功率。 西北工业大学硕士学位论文 2 . p r a c h的功率控制 p r a c h也是用在用户的初始接入阶段， 控制方式采用开环功率控制。 其发射 功率可由下式计算: p p . c n二 l ， 二+ p r x p a a 0 f .d e s 其中: p p w + c n : p r a c h的 发射功率。 l p c c p c rr : 估 算出 的 路 径损 耗。 该 参 数 通 过比 较p c c p c h的 接 收功 率 与 系 统 广播中p c c p c h的 参考发射功率获得。 p rxp r a c h ,d es : 基 站 期 望 在 本 小 区 接 收 机 得 到 的p r a c h的 接 收 功 率 。 该 参 数是一个平均值，通过系统信息广播发送。该参数由r n c通过测量p r a c h上的 千扰功率计算。 3 . d p c h的功率控制 d p c h中 传输的是 用户 信息和 控制信令。 由 文 献 【 3 9 可知， 上行d p c h 的 初始 发射功率与上一次p r a c h的发射功率相同。 该信道在用户接入以后利用物理层中 在d p c h上设定的t p c( 功率控制命令) 符号进行闭环功率控制。 在8 0 d b的动态 范围内，功率控制步长可取1 d b , 2 d b 和3 d b a 当失去同步接收不到t p c符号时，发射功率将保持在一个固定值上。当山于 失 去同 步 而 不 能 进 行e a 的 测 量时， 则 在失 步 期 间t p c 命令总 是置 为“ u p ,. a 上行闭环功率控制是基于两部分完成的。一部分是基于测量值 e 的曰了 内 环功率控制，在基站 ( n o d e b )中实现，另一部分是基于测量值b l e r的上 行外 环功率控制，在无线网络控制器 ( r n c )中实现，其具体的控制过程已在2 .2 .3 节 有所说明。 2 . 4 . 2下行链路功率控制 1 . d w p c h , p c c p c h , f p a c h和s c c p c h的功率控制 d w p c h和p c c p c h的发射功率均由r n c 确定， 并可通过网络对其进行修改， p c c p c h的发射功率在b c h上周期广播。 f p a c h的发射功率也由r n c给出， 但 该信道功率值不在广播信道中广播。s c c p c h的发射功率包括两部分，一部分是 映射到s c c p c h上的f a c h信道的发射功率，该功率可以由r n c设定。另一部 分是映射到s c c p c h上的p c h信道的发射功率，该发射功率与p c c p c h相同。 上述信道的发射功率都是信道的初始功率设定， 需要在网络规划时根据系统 仿真结果或实测结果设定。 2 . d p c h的功率控制 1 6 西北工业大学