CDMA移动通信中功率控制技术的研究.doc

毕业设计（论文）说明书毕业设计（论文）说明书 题目：题目：CDMACDMA 移动通信中功率控制技术的研究移动通信中功率控制技术的研究 系系 名名 信息工程信息工程 专专 业业 通信工程通信工程 年年 级级 20062006 级级 姓姓 名名 李鑫儒李鑫儒 指导教师指导教师 李媛李媛 20102010 年年 4 4 月月 2424 日日精品文档。2欢迎下载毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书题目：CDMA 移动通信中功率控制技术的研究系系 名名 信息工程信息工程 专专 业业 通信工程通信工程 年年 级级 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 职职 称称 20092009 年年 1212 月月 8 8 日日精品文档。3欢迎下载一、原始依据CDMA 是目前第三代移动通信的关键技术，它具有许多的优点，完全适合现在移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，但是也具有一些缺点：比如其传输过程中的远近效应和多址干扰，功率控制等问题。本毕业设计使用 MATLAB 就 CDMA 中的核心技术功率控制技术进行研究。这是可行的也是容易实现的。由于所采用的 MATLAB 语言环境已相对成熟，试用其仿真 CDMA系统方便快捷、效率高。运用已经掌握的 CDMA 系统知识，通过上网查询资料作为知识补充。为加深对电信行业发展动态的了解，尽可能多阅读一些相关的专业文献，并利用平时所学专业基础知识购建成本次毕业设计的基础平台。本课题主要是在 PC 机上完成软件的系统仿真，由于 PC 机的普及和 MATLAB软件的语言环境的成熟，使得本次毕业设计具备的研究条件和应用环境相当成熟。加上学生的勤于学习和独立思考，能够完成本毕业设计。二、参考文献1KONDO S,MILSTEIN L B.Perfomance of multicarrier DS CDMA systemsJ.IEEE Trans on Commun,1996,44:238-246.2刘强，王华奎，李艳萍MC-CDMA 中的多用户检测及仿真J系统仿真技术， 2006，2(2)：91-953李宝冬.基于博弈论的 CDMA 系统功率控制技术研究（硕士学位论文）D.西北工业大学，西安， 2004, 196-210.4赵静，张瑾等基于 MATLAB 的通信系统仿真M.北京航空航天大学出版社.07.9,412-465.5邓华.MATLAB 通信仿真机应用实例详解M.北京：人民邮电出版社，2003(9):34-67.6王正林，刘明.精通 MATLABM.北京电子工业出版社，北京，1987，63-82.7马苏德萨勒赫，约翰G普罗克斯.现代通信系统使用 MATLABM.刘树棠 译.2001.11,362-373.8郭梯云，李建东移动通信（第四版）M.西安电子科技大学出版社，西安，2005(5):63-91.三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。 ）1、研究内容：首先查阅大量有关码分多址 CDMA 通信系统的资料，包括专著和期刊资料。学习掌握 CDMA 通信系统的组成、工作原理及特点和与功率控制有关的算法的优精品文档。4欢迎下载化；自学 MATLAB 仿真语言；给出 CDMA 通信系统的 Monte Carlo 仿真模型；用MATLAB 仿真 CDMA 系统，并对其性能进行分析，对原有的功率控制算法进行仿真优化。2、基本要求：学习掌握 CDMA 通信系统的组成、工作原理及特点；了解功率控制的有关算法并对其进行优化设计；熟练掌握 MATLAB 语言，建立 CDMA 系统的 Monte Carlo 仿真模型。编程上机调试仿真：要求给出至少四个用户在 m 扩频序列和高斯或锐利信道情况下的误码率性能曲线并对结果进行分析。在此基础上添加功率控制技术并优化其算法。指导教师（签字）年 月 日审题小组组长（签字）年 月 日精品文档。5欢迎下载本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称CDMA 移动通信中功率控制技术的研究系名称信息工程系专业名称通信工程学生姓名指导教师一、课题的来源及意义：一、课题的来源及意义： CDMA 是目前第三代移动通信的关键技术，它具有许多的优点，完全适合现在移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，但是也具有一些缺点：比如其传输过程中的远近效应和多址干扰，功率控制等问题。在 CDMA 系统中，功率控制被认为是所有关键技术的核心。如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信号强，远离基站的移动台到达基站的信号弱，导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的“远近效应”问题。因为 CDMA 是一个自干扰系统，所有用户共同使用同一频率，所以“远近效应”问题更加突出。CDMA 功率控制的目的就是克服远近效应，使系统既能维持高质量通信，又不对占用同一频道的其它用户产生不应有的干扰。本毕业设计使用 MATLAB 就 CDMA 中的核心技术功率控制进行研究。这是可行的也是容易实现的。二、国内外发展状况：二、国内外发展状况：在我国，尽管 CDMA 手机技术上的优势决定了其市场开拓中有广阔的前景，但现实中仍有许多因素制约着市场的进一步发展。 从 1995 年开始商用化进入市场以来，CDMA 仅在韩国、美国和香港得到了较快的发展。在其他地方，尤其是建设了 GSM 网的地方，它的发展却是较缓慢或停顿的。其最主要的原因之一是其竞争对手 GSM 作为第二代移动通信技术商用化较早，其成熟程度和标准化程度都很高，而且比 CDMA 移动通信技术早进入市场，运营商已投入巨资，建成了强大的 GSM 通信网。而 IS95CDMA 技术尽管有优点，但它毕竟是与 GSM 一样还是第二代移动通信技术，从所提供的业务上看并没有比GSM 有质的提高，但前期高昂的基站网络费用，却往往令网络运营商犹豫不决。因此，CDMA 要想达到目前 GSM 的水平，恐怕还要面临着需用大量的投入来铺设全国性网络和基础设施的任务。另外，CDMA 的专利也束缚着它的发展。因此，CDMA 尽管有着技术上的优精品文档。6欢迎下载势，但由于其失去了市场的先机，这就决定了它不会很快地发展起来。但是，随着第三代移动通信系统的问世，数据传输 Internet 访问将成 CDMA 网络的两个最重要应用领域。2001 年，CDMA 网上的数据传输信息在网络信息量中所占比例为23%，可见，CDMA 是移动通信的发展方向和技术基础。目前，在美国、韩国、日本等国家，CDMA 技术已获得了较大规模的应用。CDMA 成为国内的主要移动通信技术。在美国，10 个移动通信运营公司中有 7 家选用 CDMA。到今年 4 月，韩国有 60%的人口成为 CDMA 用户。在一些欧洲国家，一些运营商也建起了 CDMA 网络。CDG 表示，目前亚洲已经成为 CDMA 市场增长的主要动力，亚洲地区 CDMA 用户数量比一年前增长 88%，达到 2800 万。美国地区的增长率更是高达 143%，达到 1650 万，但用户绝对数量要低于亚洲，在亚太地区，中国香港、日本、韩国、澳大利亚、泰国、印度、菲律宾、新西兰、孟加拉国等许多国家和地区都已建有 CDMA 商用网络，用户数量已超过 2100 万。三、研究目标：三、研究目标： 功率控制的目的就是为了克服远近效应对系统通信质量的影响，同时保证每个用户的接收和发射，在保证信息正确接收的条件下，有刚刚足够的能量，维持高质量的通信。 功率控制最基本的原则是，在满足系统规定的信噪比的前提下，尽可能地降低发射功率，以降低相互间的干扰，从而提高系统容量 。也就是说当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快速反应（例如在几微秒时间内)，以防止信号突然增强而对其他用户产生附加干扰；相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止许多用户都增大背景干扰。四、研究内容：四、研究内容：学习掌握 CDMA 通信系统的组成、工作原理及特点与功率控制的有关算法的优化；自学 MATLAB 仿真语言；给出 CDMA 通信系统的 Monte karlo 仿真模型；用MATLAB 仿真 CDMA 系统，对其性能进行分析，并对原有功率控制算法进行仿真优化。五、研究方法和手段：五、研究方法和手段：CDMA 系统的前向链路(基站到移动台)和反向链路具有相互独立的统计特性， 并且它们的目的和方法也不相同。 因此功率控制在它们上的应用也是独立的。反向链路的功率控制包括开环控制和闭环控制以及外环功率控制。精品文档。7欢迎下载开环：移动台根据接收到的基站导频信号的强度，确定其发射功率。特点：对发射功率较为粗略的估计，能快速响应信道的变化。闭环：对开环控制做出迅速的补充修正，基站定期对收到的移动台信号进行测量，对信号的 SIR(信噪比)与期待的门限 SIR 进行比较，然后对移动台发出增加或减弱其发射功率的命令。特点：控制准确度高，有利于解决快衰落但响应时间长， 这段时间内会造成各种干扰。同时基站必须对每个移动台有响应的控制信道，开销比较大。实际中常采用开闭环结台的方法。外环控制：在闭环控制的基础上，不设定固定的门限 SIR，基站根据接收到的反向信道的 FER 来动态调整门限 SIR。方案：熟练掌握 MATLAB 语言，建立 CDMA 系统的 Monte karlo 仿真模型。编程上机调试仿真：要求给出至少四个用户在 m 扩频序列和高斯信道或瑞利信道情况下的误码率性能曲线并对结果进行分析，在此基础上添加功率控制技术并优化其算法。六、进度安排：六、进度安排：1、2009.12.07-2010.03.15 查找资料，了解 CDMA 通信系统的基本组成、工作原理及功率控制的有关算法优化，完成开题报告。2、2010.03.16-2010.03.26 学习 MATLAB 仿真语言3、2010.03.27-2010.04.09 建立 CDMA 通信系统的 Monte karlo 仿真模型 4、2010.04.10-2010.04.30 给出至少四个用户在 m 扩频序列和高斯信道或瑞利信道情况下的误码率性能曲线并对结果进行分析。5、2010.05.10-2010.06.01 撰写论文，准备答辩。七、实验方案可行性分析：七、实验方案可行性分析： 本课题主要是在 PC 机上完成软件的系统仿真，由于 PC 机的普及和 MATLAB软件的语言环境的成熟，使得本次毕业设计具备的研究条件和应用环境相当成熟。加上自己的勤于学习和独立思考，能够完成本次的毕业设计。八、参考文献：八、参考文献：1康小斌，刘学军基于博弈论的一种新型 CDMA 功率控制算法D.西安工业大学光电工程学院，陕西西安 710032；武警工程学院通信工程系,陕西西安 71008，2008(12). 2李侃锋，朱锦. CDMA 系统功率控制J.太原理工大学信息工程学院，山西太原，030024； 郑州铁路职业技术学院信息工程系，河南郑州，450052，1005-6033(2008)11-0177-02.精品文档。8欢迎下载3包东智.CDMA 国内外市场发展分析J.河北省电信设计咨询有限公司. 2002(6).4赵静，张瑾等基于 MATLAB 的通信系统仿真M.北京航空航天大学出版社.07.9,412-465.5邓华.MATLAB 通信仿真机应用实例详解M.北京：人民邮电出版社，2003(9):34-67.6郭梯云，李建东.移动通信（第四版）M.西安：西安电子科技大学出版社，2005(5):63-91.7KONDO S,MILSTEIN L B.Perfomance of multicarrier DS CDMA systemsJ.IEEE Trans on Commun,1996,44:238-246.8张广森，王虎.CDMA 通信系统的 MATLAB 仿真J.中国民航学院通信工程系，天津300300，1006-7442(2002)03-0030-04.9李栋，刘进江.m 序列的 Matlab 仿真与实现J.重庆邮电大学自动化学院，重庆400065；重庆航天新世纪卫星应用技术有限责任公司，重庆 40l122，1671-0924(2008)04-0139-03.10魏牧，王琳m 序列扩频 CDMA 系统与混沌扩频 CDMA 系统在 Rayleigh 选择性衰落信道下的性能比较J.西南师范大学电子与信息工程系，重庆邮电学院通信与信息学院，重庆 40006, 1000-5471(2002)05-0718-04.11孙培民，孙鑫. 基于蒙特卡罗模型的伪随机信号分析 J .平顶山工业职业技术学院，河南平顶山 467001；湖北工业大学，湖北武汉 430068，1671-958l(2009)02-0060-03.12陈莉，申敏.CDMA 系统的功率控制技术J.重庆邮电学院，重庆 400065， 1003-8329(2003)03-0031-05.13黎宁，徐艳，谢胜利. 一种功率控制算法的仿真研究J. 广州通信研究所，广州510310， 华南理工大学电子与信息学院，广州 510640，1002-8331-(2004 )28-0128-04.选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能指导教师（签字） 年 月 日精品文档。9欢迎下载选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能审题小组组长（签字） 年 月 日精品文档。10欢迎下载摘 要在 CDMA 移动通信系统中，所有移动台共用一个载波频率，近地强信号抑制远地弱信号的可能性很大，产生所谓的“远近效应” ；另一方面 CDMA 系统是干扰受限系统，干扰的大小严重影响系统容量和通信质量。功率控制是 CDMA 中的关键技术之一，其主要目的就是克服远近效应，减少干扰确保 CDMA 系统的通信质量和增大系统的容量。本文首先简要的介绍了第三代移动通信系统及 CDMA 系统的一些基本情况。对于 CDMA 系统来说，采用有效的功率控制技术是提高无线通信系统容量的主要方法之一。针对于此，本文详细介绍了 CDMA 系统中的功率控制技术，并对现有的功率控制的各种算法进行了分析。基于 MATLAB 仿真语言建立了 CDMA 通信系统的 Monte Carlo 仿真模型，并给出了四个用户在 m 扩频序列和高斯信道情况下的误码率性能曲线，在此基础上添加了简单的功率控制技术并优化其算法。通过仿真结果对其性能进行验证，结果表明 CDMA 系统的 Monte Carlo 模型的误码率-信噪比曲线与理论值较为接近，功率控制算法的优化也基本达到了预期的目标。关键词：码分多址（CDMA） ；蒙特卡罗模型；多址干扰（MAI） ；功率控制ABSTRACTABSTRACT精品文档。11欢迎下载In CDMA mobile communication system，all mobile stations share a same carrier frequency. It is possible that signal of strong near signal interfere weak distance signal. At the same time，interfere determine the capacity of CDMA and QoS. The purpose of power control is to combat the “near-far” effect，suppress system interferences and increase the system capacity. It is one of the key technologies in CDMA system.At the beginning of this paper, we introduce the basic information of the Third Generation Mobile Communication System and CDMA System. Efficient power control is of great importance in the design of high-capacity cellular radio CDMA system. So in this paper we introduce the power control technology of CDMA system in detail, and analyze the existing power control algorithms. In this paper, we set up a Monte Carlo simulation model of CDMA communication system Based on MATLAB simulation language. And the BER performance curve of four users m spreading sequence in Gaussian channel are given. On this basis, we add a simple power control technology and optimize its algorithm.The performance of algorithm is verified on simulation results, it demonstrated that it is much the same compared the BER-SNR curves of Monte Carlo model with the theoretical curve. The optimization of power control algorithm can also reach the expected purpose.KeyKey wordswords：CDMA；Monte Carlo；MAI；power control精品文档。12欢迎下载精品文档。1欢迎下载目 录第一章 绪论.11.1 移动通信的发展现状及趋势.11.2 第三代移动通信系统概述.21.3 CDMA 通信系统简介 .21.3.1 CDMA 通信系统概述 .21.3.2 CDMA 通信的主要优势 .31.3.3 国内外研究现状.41.4 课题研究背景及意义.51.5 内容安排.5第二章 CDMA 通信中功率控制的基本理论 .62.1 功率控制概述.62.2 功率控制的目的.62.3 功率控制的分类.72.3.1 按照通信链路分类.72.3.2 按照功率控制方法分类.82.3.3 按照控制方式分类.92.3.4 从体系结构上来分类.12第三章 CDMA 系统的蒙特卡罗模型 .133.1 CDMA 系统基本原理 .13精品文档。2欢迎下载3.2 蒙特卡罗模型简介.133.2.1 Monte Carlo 仿真方法的基本思想及其特点 .133.2.2 随机数的产生方法.143.3 CDMA 系统的蒙特卡罗模型 .143.3.1 m 序列原理及仿真 .143.3.2 CDMA 系统中的扩频 .163.3.3 4DPSK 的蒙特卡罗模型 .173.3.4 CDMA 系统的 MATLAB 仿真模型 .19第四章 CDMA 系统的功率控制技术 .244.1 功率控制原理.244.2 功率控制依据的基本准则.244.3 CDMA 功率控制仿真实例 .254.3.1 考虑远近效应的 CDMA 系统.254.3.2 功率控制仿真分析.26第五章 结束语.28参考文献.28附 录.29外文资料中文译文致 谢精品文档。1欢迎下载第一章 绪论1.1 移动通信的发展现状及趋势移动通信的发展，可以追溯到二十世纪 20 年代，它经历了从模拟到数字的巨大变革。早期的移动通信系统主要完成了通信实验和电波传输试验工作，侧重于开发新的频率资源以及提高频谱的使用效率，所建立的移动通信网也主要是以提高传输距离为目标的大区制通信网。从 40 年代到 60 年代，随着各种移动通信系统的相继建立，在技术上实现了移动电话系统和公众电话网的连接。70 年代中期以后，民用通信用户数量增加，业务范围扩大，频率资源和可利用频道数之间的矛盾日益尖锐。为了解决大区制中出现的频谱匮乏，系统容量小，服务质量差以及频谱利用率低等问题，美国贝尔实验室提出了蜂窝组网理论。1979 年美国在芝加哥开始进行 AMPS 蜂窝系统的试验，并在 1983 年正式开通业务。该系统属于第一代移动通信系统，其主要特点是使用频分多址(FDMA)接入技术，模拟信号调制和解调技术，在覆盖容量，通信质量和终端移动性上都有不少缺陷。作为具有现代网络特征的第一个全球数字蜂窝系统，泛欧数字蜂窝标准 GSM 于 1990 年首先在 900MHz 频带上投入商用，而且在高于 1800MHz 的个人通信服务上也具有很强的竞争力，这些移动通信系统具有典型的数字特征，被称为第二代移动通信系统。第二代移动通信系统的主要特点是采用时分多址(TDMA)或码分多址(CDMA)接入技术，数字调制技术等。它的出现使得移动终端用户不仅可以享受正常的语音业务，还可以享受到多媒体数字业务，同时通信质量，系统覆盖性和终端的移动性等都有了很大的提高但是第二代移动通信系统只提供低速率的语音服务，仅仅通话已不能满足人们对信息交流的需要，除语音外，人们还希望数据，图形，图像等各种信息都能随时获取，多媒体服务因此就变得越来越有必要了。现在，一方面各国的移动通信制造商与服务商都在为频谱资源的短缺而煞费苦心；另一方面，广大移动通信用户又要求能够进行更大范围的漫游。这一切都要求移动通信系统必然要发生另一场革命。这一次革命的标志是全球化，数字化和个人化。为了满足 21 世纪人们对通信的需求，80 年代末期，人们开始研究第三代移动通信系统。第三代移动通信系统(称 3G)以全世界范围的个人通信和多媒体通信为目标，支持多速率、多业务、宽频带的系统，满足移动性、高比特率、可变业务的需求。目前各国都投入了大量的人力，物力和财力进行了全方位的研究，虽然第三代移动通信系统仍处于不断改进和完善的过程中，但其商用系统己经投入使用，并且能够提供协议规定的高速数据业务。另外，后 3G 和第四代移动通信系统的研究也已经开始。可以预见，在用户精品文档。2欢迎下载需求的不断激励下，移动通信技术将会有迅猛的发展1。 1.2 第三代移动通信系统概述目前，移动通信市场正以前所未有的速度发展。随着移动通信用户数和Internet 用户数的急剧增长，人们期望未来的移动通信系统不仅具有更大的系统容量，而且能支持语音、数据、图像、多媒体等多种业务的有效传播。因此国际电联提出了预期在 2000 年左右投入商用的第三代移动通信系统：IMT-2000。第三代移动通信系统，简单地说就是提供覆盖全球的宽带多媒体服务的新一代移动通信系统。第三代移动通信系统不是凭空出现的，它是近 20 年来现代移动通信技术和实践的总结和发展。ITU TG8/1 早在 1985 年就提出了第三代移动通信系统的概念，最初命名为 FPLMTS（未来公共陆地移动通信系统） ，后来更名为 IMT-2000。第三代移动通信系统的目标是：世界范围内设计上的高度一致性；与固定网络各种业务的相互兼容；高服务质量；全球范围内使用的小终端；具有全球漫游能力；支持多媒体功能及广泛业务的终端。为了实现上述目标，对第三代无线传输技术（RTT）提出了支持高速多媒体业务（高速移动环境：144Kbps，室外步行环境：384Kbps，室内环境：2Mbps） 、比现有系统有更高的频谱效率等基本要求1、2。1.3 CDMA 通信系统简介1.3.1 CDMA 通信系统概述CDMA(Code Division Multiple Access)即：码分多址移动通信，是一种先进的大容量无线通信技术。CDMA 技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA 通信系统采用先进的扩频技术，实现了码分多址的应用系统。当前商用 CDMA 系统空中接口标准为 IS-95，提供 1.23MHz 的无线载频间隔；为防止干扰，不同的用户分配不同的无线信道（频率）或同一信道内的不同码；相同的无线信道能在相邻小区或扇面使用；每扇面的话务容量为软容量，不受频率或收发信机数量的严格限制。CDMA 系统中通过在给定时间内传送不同的码来区分不同的基站，即基站传精品文档。3欢迎下载送不同时间偏移的同一伪随机码。为了确保时间偏移的正确性，CDMA 基站必须对公共时间参考点保持同步。CDMA 系统借助全球定位系统（GPS）提供精确同步，在当前的技术手段下，GPS 是保证其达到预期频谱效率的最后同步手段。 CDMA 系统能够使移动台同时与两个或多个基站通信以实现小区间无缝切换，话音信道为先接后断，大大减少了掉话率。只有 Lucent 真正做到交换机之间，交换机之内所有基站实现全程软切换。CDMA 保持设定的话音质量，误帧率，同时获得最大频谱效率手段。设定和控制反向 Eb/N0以控制误帧数量；尽量减低手机发射功率（反向） ；尽量减低基站发射功率（前向） ；提供方法使运营者可以平衡系统容量与话音质量的需要。CDMA 追求更高的频谱效率和更好的通信质量，是推动一切无线蜂窝技术前进的根本之内在驱动力，从 FDMA 到 TDMA，再到 CDMA，直至要实现的第三代系统宽带 CDMA4。1.3.2 CDMA 通信的主要优势1、具有软容量。在传统的 FDMA 和 TDMA 系统中，频带、时隙等系统资源是固定分配给移动用户的。这样，当实际接入用户数处于动态变化过程时，有用信道总是存在部分浪费现象；尤其是固定分配信道的策略造成了固定的接入容量，对于一个动态变化的系统而言，这是不合理的。相比之下，CDMA 系统则具有明显的优势。在 CDMA 系统中，接入容量和通信质量是相互协调的，当接入用户数较多时，每个用户的通信质量都会在允许的范围内有不同程度的降低；否则相反，通过降低用户的通信质量，来提高系统的接入容量。 2、具有多种提高系统容量的新技术。CDMA 系统中采用了很多新技术来降低干扰，提高功率利用率，进而提高系统的容量。这些技术包括：话音激活技术、高效编码交织技术、功率控制技术、多用户检测技术、扇区划分技术、智能天线技术、软切换技术等。在上述技术的共同作用下，CDMA 系统的容量将比其它传统多址系统的容量有很大的改善。 3、抗干扰能力强，保密性好。在 CDMA 系统中，信息码元被扩频码调制到更宽的频带上，在接收端采用匹配滤波器，提取与扩频码相关性最强的信号，而其它干扰信号的频谱则被扩散，落入匹配滤波器带宽范围内的干扰大大下降。另外，由于采用了多级扰码和宽带低功率谱密度信号的传输，除非有相关匹配器，否则传输信号在信道中很难被分辨，因此难以被截获或偷听。 4、抗衰落，抗多径干扰。CDMA 系统所采用的宽带传输技术具有很强的抗频率选择性衰落的能力。即使频谱的部分频带受到频率选择性衰落的影响，也不会造成宽带信号的严重畸变。同时，由于信号频带大于信道的相干带宽，因精品文档。4欢迎下载此多径分量可以分离，从而不仅可以部分克服多径干扰，还可以利用多径分集接收技术提高接收信号的质量。 5、CDMA 系统在信道中传输中的有用信号功率比干扰信号功率低，信号频谱扩展得越宽，功率谱密度越低，信号越隐蔽，因而可以与许多现有的通信系统在同一频带上共存。 6、移动台发射功率低。由于 CDMA 系统采用 RAKE 接收等技术来提高性能，且 CDMA 系统采用连续发射功率，因此与 TDMA 系统相比，移动台所需的发射功率相对较低，电磁辐射小。而在 TDMA 系统中，支持不同传输速率的多媒体业务是靠分配不同数量的时隙实现的，这样对语音业务而言，所需要的发射功率峰值与最高速率业务时相同。7、CDMA 系统易于支持非对称的上下行链路结构，因此可以有效地支持比如 Internet 接入等的非对称通信业务。而在 TDMA 系统中，很难为某个用户分配不同的上下行时隙，在 FDMA 系统中，提供非对称业务需要改变上下行载波频段，这也是很困难的。为了充分体现 CDMA 技术的上述优异特性，在技术上通常还需采用分集技术，包括空间分集、频率分集、时间分集和路径分集，可变速率编码器，语音激活和插空技术等措施予以支持。由于 CDMA 多址技术具有以上其它系统不可比拟的优越性，目前已经被多数三代移动通信系统采纳1。1.3.3 国内外研究现状在我国，尽管 CDMA 手机技术上的优势决定了其市场开拓中有广阔的前景，但现实中仍有许多因素制约着市场的进一步发展。 从 1995 年开始商用化进入市场以来，CDMA 仅在韩国、美国和香港得到了较快的发展。在其他地方，尤其是建设了 GSM 网的地方，它的发展却是较缓慢或停顿的。其最主要的原因之一是其竞争对手 GSM 作为第二代移动通信技术商用化较早，其成熟程度和标准化程度都很高，而且比 CDMA 移动通信技术早进入市场，运营商已投入巨资，建成了强大的 GSM 通信网。而 IS95CDMA 技术尽管有优点，但它毕竟是与 GSM 一样还是第二代移动通信技术，从所提供的业务上看并没有比 GSM 有质的提高，但前期高昂的基站网络费用，却往往令网络运营商犹豫不决。因此，CDMA 要想达到目前 GSM 的水平，恐怕还要面临着需用大量的投入来铺设全国性网络和基础设施的任务。另外，CDMA 的专利也束缚着它的发展。因此，CDMA 尽管有着技术上的优势，但由于其失去了市场的先机，这就决定了它不会很快地发展起来。但是，随着第三代移动通信系统的问世，数据传输 Internet 访问将成 CDMA 网络的两个最精品文档。5欢迎下载重要应用领域。2001 年，CDMA 网上的数据传输信息在网络信息量中所占比例为23%，可见，CDMA 是移动通信的发展方向和技术基础。目前，在美国、韩国、日本等国家，CDMA 技术已获得了较大规模的应用。CDMA 成为国内的主要移动通信技术。在美国，10 个移动通信运营公司中有 7 家选用 CDMA。到今年 4 月，韩国有 60%的人口成为 CDMA 用户。在一些欧洲国家，一些运营商也建起了 CDMA 网络。CDG（CDMA Development Group ） ，表示，目前亚洲已经成为 CDMA 市场增长的主要动力，亚洲地区 CDMA 用户数量比一年前增长 88%，达到 2800 万。美国地区的增长率更是高达 143%，达到 1650 万，但用户绝对数量要低于亚洲，在亚太地区，中国香港、日本、韩国、澳大利亚、泰国、印度、菲律宾、新西兰、孟加拉国等许多国家和地区都已建有 CDMA 商用网络，用户数量已超过 2100 万3。1.4 课题研究背景及意义 CDMA 是目前第三代移动通信的关键技术，它具有许多的优点，完全适合现在移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，但是也具有一些缺点：比如其传输过程中的远近效应和多址干扰，功率控制等问题。 在 CDMA 系统中，功率控制被认为是所有关键技术的核心。如果小区中所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信号强，远离基站的移动台到达基站的信号弱，导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的“远近效应”问题。因为 CDMA 是一个自干扰系统，所有用户共同使用同一频率，所以“远近效应”问题更加突出。CDMA 功率控制的目的就是克服远近效应，使系统既能维持高质量通信，又不对占用同一频道的其它用户产生不应有的干扰。本毕业设计使用 MATLAB 就 CDMA 中的核心技术功率控制进行研究。这是可行的也是容易实现的。1.5 内容安排本论文共分五章，各章的内容安排如下:第一章为绪论，简要介绍移动通信系统发发展及其特点，然后介绍了 CDMA 系统的特点，以及本文的研究背景和主要工作。第二章就现有功率控制算法的概念进行介绍，包括功率控制的目标，意义以及功率控制方法的分类等，为后续几章的研究工作做准备。第三章建立了 CDMA 的蒙特卡罗仿真模型，并给出了四个用户在 m 扩频序列和高斯信道情况下的误码率性能曲线。第四章对仿真模型加入功率控制技术，并对其误码率进行了分析。第五章对本文的全部工作进行了总结，并展望了今后需深入研究的前景。精品文档。6欢迎下载第二章 CDMA 通信中功率控制的基本理论2.1 功率控制概述无线通信系统的目标是为移动用户提供更大容量和更好的通信质量。为有效地降低系统干扰，提高系统容量，保证通信质量，需对频带和发射功率等进行合理的动态分配，来充分利用系统资源，优化系统。在 CDMA 移动通信系统中，制约其容量的主要因素是多址干扰(简称 MAI)，减缓 MAI 的直接途径，是控制干扰源(各基站和移动台)的发射功率。功率控制技术的目标是在满足每个用户通信质量的前提下，最小化每个用户的发射功率，从而减小 MAI，同时还可以有效地克服远近效应和角效应的影响，最终增加系统容量。具体来说，对于前向链路来说，就是减小基站发射功率；而对于反向链路而言，是指调整移动台发射功率，使得基站端的接收功率达到指定水平(基于接收信号强度准则)或者使得接收端测量的信噪比达到指定水平(基于信噪比准则)。从另一个角度讲，由于 CDMA 系统是一个功率正反馈系统，任何一个信道的发射功率都会造成对其它信道的干扰。并且从整个网络看，当系统处于某个功率稳定点时，任何功率提升都会造成其他用户功率的攀比上升，造成整个网络内干扰的大幅上升。如果对发射功率进行仔细的规划和控制，使全网的发射功率处于一个有解的最小点或准最小点，从而降低系统内的干扰水平，就可最大化系统的容量和最优化系统的性能1。2.2 功率控制的目的功率控制的目的就是为了克服远近效应和多址效应对系统通信质量的影响，同时保证每个用户的接收和发射，在保证信息正确接收的条件下，有刚刚足够的能量，维持高质量的通信。克服远近效应。在蜂窝无线通信系统中，信号强度随距离变大而成指数衰减，不同移动台到基站距离可能相差很多，若移动台发射功率相同，则基站收到的不同信号的强度可能相差很大，这时远处的信号会被近处的信号淹没而不能被基站正确解调。功率控制可以克服信道衰落，维持各个移动信号在基站处的功率均匀。克服多址效应，防止功率攀比上升。CDMA 为自扰系统，多个信道同时占用相同频段，任何一个信道都会受到其他不同地址码的信道干扰，即“多址干扰” 。从全网来看，当系统处于某个功率稳定点时，任何的功率提升都会造成其他用户功率的攀比上升，从而造成全网干扰的大幅上升。功率控制通过调整信道发精品文档。7欢迎下载射功率，使全网的发射功率处于一个有解的最小点或准最小点，从而降低系统内的干扰水平，达到提高系统容量的目的。提供更好的服务质量。功率控制是一种优化技术，优化的目的是在满足通信质量要求的条件下尽可能地减少发射功率，这意味着：对每个用户而言，既减少了功耗，又获得了更干净的通信环境；对系统而言则提高了容量和稳定性。功率控制最基本的原则是，在满足系统规定的信噪比的前提下，尽可能地降低发射功率，以降低相互间的干扰，从而提高系统容量 。也就是说当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快速反应（例如在几微秒时间内)，以防止信号突然增强而对其他用户产生附加干扰；相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止许多用户都增大背景干扰4。2.3 功率控制的分类按照通信链路、功率控制方法等，功率控制可分为不同的类型。反向链路前向链路基于信号强度基于 SIR基于 BER图 2-1 功率控制技术的分类72.3.1 按照通信链路分类上行（反向）链路功率控制(从移动用户到基站) ：主要解决远近效应问题，各个移动台借助基站的功率控制指令来实时调整对基站的发射功率，以保证所有的信号到达基站时都有相同的平均功率，并且刚好达到保证通信质量的最小功率控制算法连续功率级离散功率级分布式集中式闭环开环闭环与开环结合固定步长自适应步长精品文档。8欢迎下载信噪比门限。为此，系统采用了开环功率控制和闭环功率控制相结合的措施。下行（前向）链路功率控制(从基站到移动用户)：主要是为了克服外小区用户及本小区其他用户下行信号的干扰，基站根据移动台提供的测量结果，调整对每一个移动台的发射功率，对路径衰落小的移动台分配相对较小的前向发射功率;对那些较远的和解调信噪比低的移动台分配较大的前向发射功率2。2.3.2 按照功率控制方法分类开环功率控制：主要用于移动台的接入过程，是指移动台或基站根据接收信号估计路径损耗，来决定自身的初始发射功率的功率控制过程。开环功率控制是粗控的过程，因为不需要反馈，所以实现原理简单，但由于是一步到位的功率控制，造成了不能对快变化信道进行较好的补偿。特别在 FDD 系统，由于其上下行链路是在不同的载频上，所以上下行信道衰落特性区别较大，而用上行（或下行）来补偿下行（或上行）信道衰落的方法显然不够精确。闭环功率控制：是指基站（或移动台）根据在上行（下行）链路接收到的移动台（或基站）信号的强弱，产生功率控制命令，移动台（或基站）根据命令对自身发射功率进行调整的功率控制过程。闭环功率控制方式也被称为“乒乓”式或“反馈”式功率控制。闭环功率控制可以表示为： (2-1) cpkpkptt1式中，为接收端测量得到的信噪比，为门限信噪比，为功率控c制命令，是功率控制步长，是每一个功控周期的发射功率。p kpt闭环功率控制同样可以分为：上行闭环和下行闭环。上行闭环功率控制按照实现的位置不同分为：内环功率控制和外环功率控制。外环功率控制主要通过测量误帧率，并定时地根据目标误帧率来调节设置点（setpoint） ，将该设置点调大或调小来维持恒定的目标误帧率。内环功率控制主要测量接收到的信号电平值，并将该值与设置点相比较。它通过发送功率控制命令来增加或减小功率，以使接收到的信号电平接近于设置点。内环功率控制的工作流程：1、测量接收到的能量并估计 Eb/N02、将接收比特的 Eb/N0与设置门限进行比较3、根据步骤 1 和步骤 2 来决定发送哪种功率控制比特4、产生一个功率控制命令反向外环功率控制是为了适应无线信道的衰耗变化，动态调整反向闭环功控中的信噪比门限。譬如，在话音业务中，影响服务质量的是系统误帧率FER，则在基站端，接收到的反向信道的误帧率 FER 的统计值将作为调整门限信精品文档。9欢迎下载噪比的指标，这就使得功率控制直接与通信质量相联系，而不仅仅体现在改善信噪比上。同时使用外环功控和内环功控便能满足功率控制的目标，既可以保证有足够的信号能量，使接收机能在容许的错误概率情况下解调信号，又可以使其它用户的干扰最小化8。2.3.3 按照控制方式分类集中式功率控制：集中功率控制时，控制器掌握链接的建立和信道增益等全部信息，并控制全部或部分网络的所有功率水平。集中功率控制需要网络提供额外的控制信令，因此很难在实际中应用。它的意义在于可以给出分散功率控制算法的界限。集中式功率控制模型分为前向集中式功率控制模型和反向集中式功率控制模型。以反向链路为例：系统由 J 个用户（1，2，J） ，M 个基站（1，2，M）组成。以其中一个基站 k 作为目标基站。在基站 k 接收到用户 i 的信息比特能量（Eb）与噪声功率谱密度 N0之比为： (2-2)iJijkjkjiikiibdejwpGRpGNE0其中，为用户的发射功率，表示用户 i 和基站 K 之间的链路增益，ipkiG是用户 i 发射的比特速率，w 是扩频带宽，为背景噪声，可以看作是白色iRk高斯噪声（AWGN） 。表示其他用户的干扰，可认为是随机且服从正态分JijjkjpG布。,为所需 Eb/N0门限，它依赖于用户 i 所发送的业务类型。Jiii1 ,i因此，功率控制的目标就是发现一个非负的功率矢量 P，P=（，） ，1p2pJp满足方程组：12111wpGRpGJjkjk (2-3)22, 1222wpGRpGJjjjkjk精品文档。10欢迎下载 JJjjkjJJkJwpGRpG11上述方程组写成矩阵的形式：(I-A)P=B(4-5)其中 I 是（JJ）维单位阵，A 是（JJ）维路径增益矩阵，B 是（J1）的矢量，分别定义为： (2-4)ijwGGRijAkjkiiiij0kiiiGB集中控制的问题主要在于矩阵是否有解，解存在的条件是什么，而解存在的条件就是系统最大容量的限制。但实际上，当蜂窝系统比较大时，要实时测量所有的链路增益是不实际的，因此，集中功率控制在实际应用中很少用到。分布式功率控制：分布功率控制时，控制器仅仅控制一个发射机的功率，分布功率控制算法是依靠本地得到的一些信息进行控制，这些信息包括被控制移动用户的 SIR 和信道增益等。分布功率控制算法在实际系统应用中表现出很好的性能，但也不是完美无缺的，它仍然存在着诸如时延和信号的测量困难等我们所不希望的问题。分布式功率控制的一般形式为： (2-5) ,1nnnpp其中，为用户的发射功率，为实际 Eb/N0值，为所需 Eb/N0门限值。 np n移动台调整它的发射功率与当前的发射功率、当前的信干比和本身的业务需求有关，每个用户根据具体的算法调整它的发射功率达到最优解，直到系统中所有的用户都达到最优解。由于分布式功率控制只有有限的信息，算法的关键在于算法的收敛速度，因此现有的分布式功率控制算法都在于提高算法的响应速度，包括分布式平衡算法（DBA，Distributed BalancingAlgorithm） 、分布式功率控制算法（DPS，Distributed Power Control）和参数功率控制算法（PPC，Parametric Power Control）等。分布式平衡算法（DBA）中，移动台根据下述递归关系式调节发送功率： (2-6) nininnipcp111其中，是移动台 i 在第 n 次迭代过程中的发送功率，是移动台在第 nip ni精品文档。11欢迎下载n 次迭代过程中收到的 SIR 值，是功率收敛因子，是在第 n 次 nc jnjnpc1迭代过程中所有小区中用户的发射功率和。该算法的缺点是收敛速度慢。分布式功率控制算法（DPS）中，移动台根据下述递归关系式调节发送功率： (2-7) nininnipcp11其中，是在第 n 次迭代过程中所有小区中用户的最大发射功率。 nnpcmax1该算法在第一次迭代过程中变化很快，但随后收敛速度也将变慢。参数功率控制算法（PPC）中，使用了一个预定义的参数 ，移动台根据下述递归关系式调节发送功率： (2-8) niinnnipcp1min1其中，,是移动台需要达到的 SIR 值，是在第 n 次迭代过 10nc0 nmin程中所有小区中用户的最低 SIR。在仔细选择了预定义的参数值后，PPC 算法比其它两种算法的收敛速度快。针对多媒体 CDMA 系统不同业务有不同信噪比要求的特点，定义如下的功率调节方程式： (2-9) niniinnipcp1其中，是移动台 i 在第 n 次迭代过程中的发送功率，是移动台 i 在 nip ni第