功率控制技術(shù)

1、功率控制技術(shù)（7人）闡述功率控制在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的作用，總結(jié)并闡述功率控制的類型、實(shí)現(xiàn)原理、以及在移動(dòng)作者列表（按項(xiàng)目排列）序號(hào)學(xué)號(hào)姓名在設(shè)計(jì)中承擔(dān)的任務(wù)成績(jī)備注1200809460廖鵬整理、畫圖組長(zhǎng)2王源找資料項(xiàng)目1負(fù)責(zé)人3李飛找資料廖鵬4滿達(dá)拉找資料5200809444閻學(xué)軍整理、畫圖6200809447劉旭升整理7楊佳偉找資料8項(xiàng)目2負(fù)責(zé)人9項(xiàng)目2成員101112131415項(xiàng)目3負(fù)責(zé)人16項(xiàng)目3成員1718192021 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日第一章 功率控制技術(shù)1概述1.1 CDMA系統(tǒng)功率控制技術(shù)功率控制（power control）技術(shù)用于動(dòng)態(tài)地調(diào)整發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，它是CDM

2、A系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，精確和穩(wěn)定的功率控制對(duì)于提高CDMA系統(tǒng)的容量和保證服務(wù)質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，CDMA系統(tǒng)中的用戶在同樣的頻率和時(shí)間上發(fā)送信號(hào)，不同的用戶采用不同的擴(kuò)頻碼來(lái)區(qū)分。由于擴(kuò)頻碼之間的互相關(guān)性不為零，使得每個(gè)用戶的信號(hào)都成為其他用戶的干擾，即多址干擾。同時(shí)CDMA系統(tǒng)是一個(gè)干擾受限系統(tǒng)，即干擾對(duì)系統(tǒng)的容量直接影響。當(dāng)干擾達(dá)到一定程度后，每個(gè)用戶都無(wú)法正確解調(diào)自己的信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)的容量也達(dá)到了極限。因此，如何克服和降低多址干擾就成為CDMA系統(tǒng)中的主要問(wèn)題之一。通過(guò)功率控制，使發(fā)射功率盡可能的小，從而有效地限制多址干擾。由于用戶的移動(dòng)性，不同的移動(dòng)

3、臺(tái)和基站之間的距離是不同的。而在無(wú)線通信系統(tǒng)中，信號(hào)的強(qiáng)度隨傳輸距離而成指數(shù)衰減。因此，在反向鏈路上，如果所有的移動(dòng)臺(tái)的功率發(fā)射都相同，則離基站近的移動(dòng)臺(tái)的接受信號(hào)強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)的接收信號(hào)弱。這樣就會(huì)產(chǎn)生以強(qiáng)壓若的現(xiàn)象，即遠(yuǎn)處用戶的信號(hào)會(huì)被近處用戶的信號(hào)淹沒(méi)，以至于不能正確解調(diào)，這種現(xiàn)象稱為“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。為了克服這種現(xiàn)象，對(duì)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整時(shí)非常有必要的，使得基站接收到的所有移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)功率基本相等。在前向鏈路上，同一基站所有的信道經(jīng)歷的無(wú)線環(huán)境是相同的，因次不存在遠(yuǎn)近效應(yīng)。前向鏈路中的干擾主要來(lái)自于其它基站的前向信號(hào)和服務(wù)基站內(nèi)其他用戶的前向信號(hào)，盡管不存在遠(yuǎn)近效應(yīng)，但是當(dāng)移動(dòng)

4、臺(tái)位于相鄰小區(qū)的交界處時(shí)，收到的服務(wù)基站的有用信號(hào)很低，同時(shí)還會(huì)收到相鄰小區(qū)基站的較強(qiáng)干擾。如果要保證各個(gè)移動(dòng)臺(tái)的通信質(zhì)量，則在小區(qū)邊緣的移動(dòng)臺(tái)比距離基站近的移動(dòng)臺(tái)需要更高的功率。因此，仍需要對(duì)前向功率進(jìn)行一定的控制，以降低干擾，保證通信質(zhì)量。在CDMA系統(tǒng)中，采用功率控制是非常有必要的，它也是CDMA走向?qū)嵱没暮诵募夹g(shù)之一。功率控制在對(duì)接受信號(hào)的能量或信噪比進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上，適時(shí)補(bǔ)償無(wú)線信道的衰落，來(lái)不斷的調(diào)整發(fā)射信號(hào)的功率，從而保證一定的通信質(zhì)量，又降低對(duì)其他用戶的干擾，保證系統(tǒng)容量。功率控制的核心目的是在保證一定通信質(zhì)量的前提下，盡可能降低發(fā)射功率，以降低干擾，減少功耗。1.2 TD-

5、SCDMA系統(tǒng)功率控制技術(shù)TD-SCMA系統(tǒng)是一個(gè)干擾受限系統(tǒng)，由于“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，系統(tǒng)的容量主要受限于系統(tǒng)內(nèi)各移動(dòng)臺(tái)和基站間的干擾，因而，若每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)到達(dá)基站時(shí)都能達(dá)到保證通信質(zhì)量所需的最小信噪比并且保持系統(tǒng)同步，TD-SCDMA系統(tǒng)的容量將會(huì)達(dá)到最大。功率控制就是為了克服“遠(yuǎn)近效應(yīng)”而采取的一項(xiàng)措施。它是在對(duì)接收機(jī)端的信號(hào)強(qiáng)度或信噪比等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上，適時(shí)改變發(fā)射功率來(lái)補(bǔ)償無(wú)線信道中的路徑損耗和衰落，從而既維持了信道的質(zhì)量，又不會(huì)對(duì)同一無(wú)線資源中其他用戶產(chǎn)生額外的干擾。另外，功率控制使得發(fā)射機(jī)功率減小，從而延長(zhǎng)電池是使用的時(shí)間。功率控制算法通常從兩個(gè)層次進(jìn)行分析和研究。若從全局的

6、層次上進(jìn)行分析，則假定內(nèi)環(huán)功率控制速率足夠快，能夠從理想地跟上信道變化，因此信道增益在一次功率控制達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)前是恒定的。從這個(gè)角度看功率控制問(wèn)題，著重考慮的問(wèn)題包括容量、全局穩(wěn)定性和系統(tǒng)負(fù)荷，以及全局控制問(wèn)題是否有解，即是否能夠滿足所有用戶的性能要求（SIR）。若從局部的層次上進(jìn)行分析鏈路通信的目標(biāo)SIR值假定不變，并且滿足所有用戶要求。從這個(gè)角度考慮問(wèn)題，則局部功率控制算法收斂性質(zhì)和收斂速度，即快速跟上信道變化能力，是功率控制算法研究的重點(diǎn)。1.3 WCDMA系統(tǒng)功率控制技術(shù)功率控制是WCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于遠(yuǎn)近效應(yīng)和自干擾問(wèn)題，功率控制是否有效直接決定了WCDMA系統(tǒng)是否可用，

7、并且很大程度上決定了WCDMA系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，對(duì)于系統(tǒng)容量、覆蓋、業(yè)務(wù)的QoS（系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量）都有重要影響。功率控制的作用首先是提高單用戶的發(fā)射功率以改善該用戶的服務(wù)質(zhì)量，但由于遠(yuǎn)近效應(yīng)和自干擾的問(wèn)題，提高單用戶發(fā)射功率會(huì)影響其他用戶的服務(wù)質(zhì)量，所以功率控制在WCDMA系統(tǒng)中呈現(xiàn)出矛盾的兩個(gè)方面。WCDMA系統(tǒng)采用寬帶擴(kuò)頻技術(shù)，所有信號(hào)共享相同頻譜，每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)能量被分配在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，這樣移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)能量對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)就成為寬帶噪聲。由于在無(wú)線電環(huán)境中存在陰影、多徑衰落和遠(yuǎn)距離損耗影響，移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi)的位置是隨機(jī)的且經(jīng)常變動(dòng)，所以信號(hào)路徑損耗變化很大。如果小區(qū)中的所有用戶均以相同的功

8、率發(fā)射，則靠近基站的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)，遠(yuǎn)離基站的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)弱，另由于在WCDMA系統(tǒng)中，所有小區(qū)均采用相同頻率，上行鏈路為不同用戶分配的地址碼是擾碼，且上行同步較難，很難保證完全正交。這將導(dǎo)致強(qiáng)信號(hào)掩蓋弱信號(hào)，即遠(yuǎn)近效應(yīng)。 因此，功率控制目的是在保證用戶要求的QoS的前提下最大程度降低發(fā)射功率，減少系統(tǒng)干擾從而增加系統(tǒng)容量。2 功率控制準(zhǔn)則功率控制是指在移動(dòng)通信系統(tǒng)中根據(jù)信道變化情況以及接收到的信號(hào)電平，通過(guò)反饋信道，按照一定準(zhǔn)則控制，調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)電平。2.1 功率平衡準(zhǔn)則功率平衡準(zhǔn)則是指通過(guò)功率控制使接收端接收到的有用信號(hào)功率相等，該準(zhǔn)則比較易實(shí)現(xiàn)，但是性能不如信噪比平衡準(zhǔn)則

9、。2.2 信噪比平衡準(zhǔn)則信噪比平衡準(zhǔn)則是指通過(guò)功率控制使接收端有用信號(hào)的信噪比相等。該準(zhǔn)則雖然能夠提供較好的性能，但是可能會(huì)產(chǎn)生正反饋，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。即當(dāng)某個(gè)移動(dòng)臺(tái)信噪比低于目標(biāo)只時(shí)，會(huì)增加發(fā)射功率，同時(shí)也就增加了對(duì)其他用戶的干擾，會(huì)導(dǎo)致其他用戶也增大發(fā)射功率，最終會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。2.3 功率平衡和SIR平衡混合體制準(zhǔn)則 功率控制準(zhǔn)則的控制方法易于實(shí)現(xiàn)，但其性能不及基于SIR平衡準(zhǔn)則的功率控制，基于SIR平衡準(zhǔn)則的功率控制也存在局限性，若某移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的SIR過(guò)低時(shí)，需增大發(fā)射功率以使SIR達(dá)到平衡，但這也相應(yīng)的增加了對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)的干擾，必然導(dǎo)致其他移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率增大，如此不斷惡性循環(huán)導(dǎo)致

10、系統(tǒng)崩潰。為了克服SIR的正反饋帶來(lái)的系統(tǒng)不穩(wěn)定性，人們又提出了將SIR平衡準(zhǔn)則與功率平衡準(zhǔn)則相結(jié)合。2.4 誤碼率（BER）平衡準(zhǔn)則 BER一般指平均誤碼率，它需要在一段時(shí)間內(nèi)求平均值。因此以它作為準(zhǔn)則存在一定的時(shí)延，這段時(shí)延與求BER平均值的時(shí)間段是相互矛盾的，平均時(shí)間長(zhǎng)時(shí)延大，延遲后執(zhí)行功率控制的時(shí)間也就長(zhǎng)，從而影響功率控制的正確性。3 功率控制的分類3.1 反向功率控制反向功率控制就是在反向鏈路進(jìn)行的功率控制，用于調(diào)整移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，使信號(hào)到達(dá)基站接收機(jī)時(shí)，信號(hào)電平剛剛達(dá)到保證通信質(zhì)量的最小信噪比門限，從而克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，降低干擾，保證系統(tǒng)容量。反向功率控制可以將移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率調(diào)整至

11、最合理的電平，從而延長(zhǎng)電池壽命。由于用戶的移動(dòng)性，不同的移動(dòng)臺(tái)到基站的距離一般不同，這導(dǎo)致不同用戶之間的路徑損耗差別很大，甚至可能相差80dB，而且不同用戶的信號(hào)所經(jīng)歷的無(wú)線信道也有很大的不同。因此反向鏈路必須采用大動(dòng)態(tài)范圍的功率控制方法，快速補(bǔ)償迅速變化的信道條件。反向功率控制包括反向開(kāi)環(huán)功率控制和反向閉環(huán)功率控制。3.1.1 反向開(kāi)環(huán)功率控制反向開(kāi)環(huán)功率控制的前提條件是假設(shè)前向和反向鏈路的衰落一致，系統(tǒng)內(nèi)的每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)接受并測(cè)量前向鏈路的信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)所接收的前向鏈路信號(hào)強(qiáng)度來(lái)估計(jì)傳播路徑損耗，然后根據(jù)這種估計(jì)，調(diào)整其發(fā)射功率。接收信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，表明信道環(huán)境較好，將降低發(fā)射功率；接收信號(hào)較弱

12、時(shí)，表明信道環(huán)境較差，將增加發(fā)射功率。開(kāi)環(huán)功率控制只是對(duì)發(fā)送電平的粗略估計(jì)，因此它的反應(yīng)時(shí)間既不應(yīng)太快，也不應(yīng)太慢。如果反應(yīng)太慢，在開(kāi)機(jī)或進(jìn)入陰影、拐彎效應(yīng)時(shí)，開(kāi)環(huán)起不到應(yīng)有的作用；而如果反應(yīng)太快，將會(huì)由于前向鏈路中的快衰落而浪費(fèi)功率。因?yàn)榍跋?、反向衰落是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程，移動(dòng)臺(tái)接收的尖峰式功率很有可能是由于干擾而形成的。（1） 反向開(kāi)環(huán)功率控制的優(yōu)缺點(diǎn) 開(kāi)環(huán)功率控制的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，不需要在基站和移動(dòng)臺(tái)之間交換信道狀態(tài)及控制信息，因而開(kāi)銷小且控制速度快。由于開(kāi)環(huán)功率控制是建立在上、下鏈路具有對(duì)稱性的基礎(chǔ)上，才能根據(jù)下行接收信號(hào)強(qiáng)度或SIR直接控制上行發(fā)射信號(hào)功率。對(duì)于慢衰落，其“陰影”效應(yīng)

13、在上、下鏈路具有位置上的對(duì)稱性，故對(duì)抗這種衰落的影響很有效。但是對(duì)于空間選擇性衰落，即多徑傳播引起的快衰落，不具備上、下鏈路的對(duì)稱性，因此開(kāi)環(huán)功率控制對(duì)抗這類衰落性能較差。對(duì)于IS-95頻分雙工（FDD）移動(dòng)通信系統(tǒng)，其上、下鏈路所占頻段相差45MHz以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)相干帶寬（200kHz左右），因此前反向鏈路的快衰落是完全獨(dú)立和不相關(guān)的。在這種情況下，移動(dòng)臺(tái)根據(jù)接收到的下行信號(hào)的SIR，即衰落狀況來(lái)控制移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)功率，顯然效果很差，開(kāi)環(huán)功率控制會(huì)導(dǎo)致在某些時(shí)刻出現(xiàn)較大誤差。但是對(duì)于時(shí)分雙工（TDD）移動(dòng)通信系統(tǒng)，如TD-SCDMA系統(tǒng)，由于其上、下鏈路處于同一頻段的不同時(shí)隙，只要上、下

14、行時(shí)隙間隔不要太大，此時(shí)信道衰落基本上可以被認(rèn)為是對(duì)稱的，開(kāi)環(huán)功率控制可以提高控制精度。（2） 反向開(kāi)環(huán)功率控制的方法在反向開(kāi)環(huán)功率控制中，移動(dòng)臺(tái)根據(jù)整個(gè)頻段內(nèi)接收到的前向鏈路總功率，結(jié)合已知的一些接入?yún)?shù)，采用一定的算法計(jì)算得出接入時(shí)的發(fā)射功率大小。開(kāi)環(huán)功率控制是分步計(jì)算的，其步驟如下。當(dāng)剛進(jìn)入接入狀態(tài)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)將按照下式定義的平均輸出功率來(lái)發(fā)射第一個(gè)接入探測(cè)：平均輸出功率（dBm）= -平均輸入功率（dBm）+K+NOM-PWR+INIT-PWR (3-1)式（3-1）中，平均功率是相對(duì)1.23MHz的標(biāo)準(zhǔn)CDMA信道帶寬而言的；常數(shù)K取值為-73dBm；NOR-PWR用于告知移動(dòng)臺(tái)基站標(biāo)

15、稱功率的變化信息；INIT-PWR用于調(diào)整第一個(gè)接入探測(cè)的功率。后兩個(gè)參數(shù)都需要根據(jù)具體傳播環(huán)境的當(dāng)?shù)卦肼曤娖酵ㄟ^(guò)計(jì)算得出。其后的接入探測(cè)不斷增加發(fā)射功率（增加的步長(zhǎng)為PRW-STEP）,直到收到一個(gè)響應(yīng)或序列結(jié)束。這時(shí)移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始在反向業(yè)務(wù)信道上發(fā)送信號(hào)，其平均輸出功率電平為平均輸出功率（dBm）=平均輸入功率（dBm）+K+NOM-PWR+INIT-PWR+接入探測(cè)校正 （3-2）其中，接入探測(cè)校正= PWR-LVLPWR-STEP,這里，PWR-LVL是接入探測(cè)功率電平調(diào)整， PWR-STEP是連續(xù)的兩個(gè)接入試探之間功率的增加量。移動(dòng)臺(tái)接收到確認(rèn)后，開(kāi)始在反向業(yè)務(wù)信道上發(fā)送信號(hào)，其平均輸出

16、功率為平均輸出功率（dBm）= -平均輸入功率（dBm）+K+NOM-PWR+INIT-PWR+接入探測(cè)校正之和 （3-3）移動(dòng)臺(tái)一旦從前向鏈路接收到功率控制比特，將開(kāi)始進(jìn)行閉環(huán)功率控制，即平均輸出功率（dBm）= -平均輸入功率（dBm）+K+NOM-PWR+INIT-PWR+接入探測(cè)校正之和+所有閉環(huán)功率控制校正之和 （3-4） 反向開(kāi)環(huán)功率控制是為了補(bǔ)償平均路徑損耗以及慢衰落，所以它必須要有一個(gè)很大的動(dòng)態(tài)范圍。根據(jù)空中接口標(biāo)準(zhǔn)，它至少應(yīng)該達(dá)到32dB的動(dòng)態(tài)范圍。NOM-PWR,INIT-PWR和PWR-STEP均為在接入?yún)?shù)消息中定義的參數(shù)，在移動(dòng)臺(tái)發(fā)射之前便可得到這些參數(shù)。NOM-PW

17、R參數(shù)范圍為-87dB,標(biāo)稱值為0dB。INIT-PWR參數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍為-1615dB，標(biāo)稱值為0dB。PWR-STEP 參數(shù)范圍為07dB。這些校正參數(shù)對(duì)平均輸出功率所做調(diào)整的精度為0.5dB。移動(dòng)臺(tái)平均輸出功率可調(diào)整的動(dòng)態(tài)范圍至少應(yīng)該達(dá)到32dB的動(dòng)態(tài)范圍。3.1.2 反向閉環(huán)功率控制反向閉環(huán)功率控制是指基站根據(jù)測(cè)量到的反向信道的質(zhì)量，調(diào)整移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率。其基本原則是如果測(cè)量到的反向信道質(zhì)量低于一定的門限，則命令移動(dòng)臺(tái)增加發(fā)射功率；反之命令移動(dòng)臺(tái)降低發(fā)射功率。反向閉環(huán)功率控制是反向功率控制的核心。它通過(guò)基站，對(duì)移動(dòng)臺(tái)的開(kāi)環(huán)功率估計(jì)進(jìn)行迅速糾正，從而使移動(dòng)臺(tái)保持最理想的發(fā)射功率。反向閉環(huán)功

18、率控制是對(duì)反向開(kāi)環(huán)功率控制的不準(zhǔn)確性進(jìn)行彌補(bǔ)的一種有效手段，需要基站和移動(dòng)臺(tái)的共同參與。反向閉環(huán)功率控制在開(kāi)環(huán)功率控制的基礎(chǔ)上，能夠提供24dB的動(dòng)態(tài)范圍。反向閉環(huán)功率控制包括兩部分：內(nèi)環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制，如圖3.1-1所示。內(nèi)環(huán)功率控制的目的是使移動(dòng)臺(tái)業(yè)務(wù)信道的信噪比（是每個(gè)比特的能量，是噪聲的功率譜密度）能夠盡可能地接近目標(biāo)值，而外環(huán)功率控制則對(duì)指定的移動(dòng)臺(tái)調(diào)整的目標(biāo)值。內(nèi)環(huán)功率控制在基站（BTS）完成，外環(huán)功率控制在基站控制器（BSC）完成。圖3.1-1反向閉環(huán)功率控制內(nèi)環(huán)功率控制測(cè)量反向業(yè)務(wù)信道的，將測(cè)量的結(jié)果與目標(biāo)相比較。如果實(shí)測(cè)的小于目標(biāo)值，則說(shuō)明反向信道質(zhì)量不好，因此命令移

19、動(dòng)臺(tái)增加功率。如果實(shí)測(cè)的大于目標(biāo)值，則說(shuō)明反向信道質(zhì)量較好，因此命令移動(dòng)臺(tái)降低功率，以減小干擾。外環(huán)功率控制測(cè)量反向信道的誤幀率（FER），將測(cè)量的結(jié)果與目標(biāo)FER相比較。如果實(shí)測(cè)的FER超過(guò)目標(biāo)值，說(shuō)明反向信道質(zhì)量不好，則命令提高提高內(nèi)環(huán)功率控制的目標(biāo)值；否則命令降低內(nèi)環(huán)功率控制的目標(biāo)值。外環(huán)功率控制通過(guò)動(dòng)態(tài)地調(diào)整內(nèi)環(huán)功率控制中信噪比的目標(biāo)值，來(lái)維持恒定的目標(biāo)誤幀率，以適應(yīng)無(wú)線環(huán)境的變化，保證一定的通信質(zhì)量。同時(shí)使用外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)功率控制，可以保證有足夠的信號(hào)能量，使接收接能在容許的錯(cuò)誤概率情況下解調(diào)信號(hào)，又可以將對(duì)其他用戶的干擾降至最低。反向閉環(huán)功率控制流程圖如圖3.1-2所示。圖3.

20、1-2反向閉環(huán)功率控制流程圖3.2 前向功率控制前向功率控制是為在保證一定通信質(zhì)量的前提下，盡量減少業(yè)務(wù)信道的發(fā)射功率，從而降低干擾。前向功率控制能使基站根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的測(cè)量結(jié)果（前相信道誤幀率的反饋報(bào)告），調(diào)整對(duì)每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率。對(duì)衰落小的移動(dòng)臺(tái)分配相對(duì)較小的前向發(fā)射功率，對(duì)衰落比較大的移動(dòng)臺(tái)分配較大的前向發(fā)射功率。前向功率控制采用的也是閉環(huán)形式。前相信道的質(zhì)量遠(yuǎn)好于反向信道，這是因?yàn)?，小區(qū)內(nèi)各個(gè)信道之間是同步的，移動(dòng)臺(tái)可以根據(jù)前向?qū)ьl信道進(jìn)行相干解調(diào)。前向鏈路對(duì)功率控制動(dòng)態(tài)范圍的要求也比較低。如圖3.2-1為前向功率控制3.2-1為前向功率控制IS-95中前向功率控制采用較簡(jiǎn)單的慢速功率控

21、制方案。下行功率控制實(shí)質(zhì)上是對(duì)下行功率的最優(yōu)分配。前向鏈路總功率與各信道之間功率分配：導(dǎo)頻信道約占20%，同步信道約占3%，尋呼信道約占6%，剩下的功率分配給各業(yè)務(wù)信道。如圖3.2-2，當(dāng)一個(gè)基站有12個(gè)用戶時(shí)，每個(gè)信道分配功率百分比。圖3.2-2 12個(gè)用戶時(shí)的信道分配為了克服前向鏈路的“拐彎效應(yīng)”，基站必須控制分配給每個(gè)不同用戶的發(fā)射功率，以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段最佳下行功率分配。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：移動(dòng)臺(tái)采集前相信到的統(tǒng)計(jì)信息，然后通過(guò)功率測(cè)量報(bào)告消息（PMRE）把統(tǒng)計(jì)信息發(fā)送給基站控制器（BSC）。BSC計(jì)算出前向信道的誤幀率（FER）。如果實(shí)際的FER超過(guò)了目標(biāo)FER，命令基站增加發(fā)射功率；如果實(shí)

22、際FER低于目標(biāo)FER，命令基站降低發(fā)射功率。基站的發(fā)射功率有一定的動(dòng)態(tài)范圍，既要避免發(fā)射功率過(guò)大，形成強(qiáng)干擾，也要避免發(fā)射功率過(guò)低，降低通信質(zhì)量。功率測(cè)量報(bào)告消息（PMRM）是指移動(dòng)臺(tái)測(cè)量的前向信道的幀數(shù)以及誤幀的個(gè)數(shù)。移動(dòng)臺(tái)發(fā)送PMRM的模式有兩種：周期報(bào)告和門限報(bào)告。周期報(bào)告是指隔一段時(shí)間發(fā)送一次PMRM，門限報(bào)告是指錯(cuò)誤幀數(shù)達(dá)到一定門限時(shí)，發(fā)送PMRM。這兩種功率測(cè)量報(bào)告消息的存在方式是根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的具體要求來(lái)設(shè)定的，既可以同時(shí)存在，也可以只用一種或兩種都不用。由于移動(dòng)臺(tái)的PMRM報(bào)告發(fā)送周期較長(zhǎng)，基站控制器控制前向功率的周期也較長(zhǎng)，這樣前向閉環(huán)功率控制的速度比較慢，不能適應(yīng)信道環(huán)境的快

23、速變化。圖3.2-3為IS-95系統(tǒng)中前向慢速功率控制的過(guò)程，該圖中移動(dòng)臺(tái)的報(bào)告方式為門限方式，移動(dòng)臺(tái)接收到兩個(gè)壞幀后，發(fā)送PMRM。圖3.2-3前向慢速功率控制3.3 軟切換中的功率控制與單條鏈路不同的是，軟切換中的快速功率控制有兩個(gè)主要問(wèn)題：一個(gè)是下行鏈路中Node B功率的功率漂移：另一個(gè)是UE中上行鏈路功率控制指令的可靠檢測(cè)。以下詳細(xì)介紹這種現(xiàn)象，并且提供一個(gè)改善功率控制信令質(zhì)量的解決方案。3.3.1 下行鏈路功率漂移 UE發(fā)送一條指令來(lái)控制下行鏈路發(fā)射功率，激活集中的所有Node B都會(huì)接收到該指令。為避免網(wǎng)絡(luò)中太長(zhǎng)處理時(shí)延與過(guò)多的信令開(kāi)銷，功率控制指令不能在RNC中合并，而是由激活

24、集中的Node B各自獨(dú)立地對(duì)該指令進(jìn)行檢測(cè)和接收。由于空中接口傳播會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，各Node B檢測(cè)出的功率控制指令可能不同。這就有可能引起某Node B降低對(duì)UE的發(fā)射功率，同時(shí)另一Node B卻提高對(duì)該UE的發(fā)射功率。這是個(gè)Node B的下行鏈路功率開(kāi)始出現(xiàn)分化，這種情況稱為功率漂移。 功率漂移不是我們所希望的，因?yàn)樗蟠蠼档土讼滦墟溌返能浨袚Q的性能。通過(guò)RNC可以控制功率漂移。最簡(jiǎn)單的方法是對(duì)下行鏈路功率控制的動(dòng)態(tài)范圍設(shè)置相對(duì)嚴(yán)格的限制。移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率不同，就應(yīng)該采取不同的功率控制動(dòng)態(tài)范圍。所以，允許的功率控制動(dòng)態(tài)范圍越小，最大功率漂移也越小，但另一方面，大的功率控制動(dòng)態(tài)范圍通?？梢蕴岣?/p>

25、功率控制的性能。 減小功率漂移的另一方法為：RNC可以從各Node B接收到關(guān)于軟切換進(jìn)程中發(fā)射功率電平的信息，然后將這些發(fā)射功率電平在多個(gè)功率控制指令期間取平均。功率漂移問(wèn)題只有在下行鏈路中應(yīng)用快速功率控制技術(shù)時(shí)才會(huì)發(fā)生。在IS-95的下行鏈路只有慢速功率控制，因此不需要采取抑制功率漂移的措施。3.3.2 上行鏈路功率控制指令的可靠性 激活集中的所有Node B均獨(dú)立給UE發(fā)射功率控制指令以控制上行鏈路的發(fā)射功率。激活集中即使只有一個(gè)Node B正確接收上行鏈路的信號(hào)就足夠了。因此，如果其中一個(gè)Node B發(fā)送降低功率的指令，UE就會(huì)降低它的發(fā)射功率。在軟切換過(guò)程中，因?yàn)樗袇⑴c軟切換的No

26、de B發(fā)送相同的數(shù)據(jù)比特，所以UE對(duì)軟切換中的數(shù)據(jù)比特采用最大比合并。但各Node B發(fā)來(lái)的功率控制指令包含著不同的信息，所以UE對(duì)功率控制比特不能采用最大比合并接收，因此功率控制比特的可靠性低于數(shù)據(jù)比特的可靠性。UE用一個(gè)門限值來(lái)檢測(cè)各功率控制指令的可靠性。因?yàn)楦蓴_可能破壞功率控制指令，因而UE會(huì)丟棄哪些非常不可靠的功率控制指令。3.3.3功率控制信令質(zhì)量的改善 當(dāng)UE處于軟切換時(shí)，為下行鏈路專用物理控制信道（DPCCH）設(shè)置高于專用物理數(shù)據(jù)信道（DPDCH）的功率可以改善信令的傳輸質(zhì)量。如圖3.3-1所示，對(duì)于不同的DPCCH域（功率控制比特域、導(dǎo)頻比特域和TFCI域），DPCCH與DP

27、DCH之間的功率偏移量不同。圖3.3-1為改善下行鏈路信令質(zhì)量的功率偏移 因?yàn)椴捎霉β势屏浚訳E發(fā)射功率一般可以減小多達(dá)0.5dB。之所以有這樣的結(jié)果，是因?yàn)楣β士刂菩帕畹馁|(zhì)量得以改善。4 對(duì)功率控制算法的要求一個(gè)功率控制算法要以固定的或可變的增量功率步長(zhǎng)和固定的或可變的時(shí)間步長(zhǎng)更新發(fā)射功率。移動(dòng)通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)使用分布式異步功率更新算法的要求是明顯的。也就是說(shuō)，每一個(gè)信道中的發(fā)射機(jī)應(yīng)當(dāng)僅使用本地的測(cè)量信息和本地時(shí)鐘更新自己的發(fā)射功率。只有在下行鏈路中，才可以使用一些同步算法。另一個(gè)要求是控制過(guò)程的穩(wěn)定性。隨機(jī)變換環(huán)境中功率控制算法穩(wěn)定的關(guān)鍵是更新功率的誤差分布。信號(hào)的傳播和干擾的變化是

28、隨時(shí)間變化的隨機(jī)過(guò)程。這些隨機(jī)過(guò)程的采樣值被用于解碼、糾錯(cuò)和估計(jì)，而采樣統(tǒng)計(jì)受到隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)誤差的影響。總之，穩(wěn)定性僅僅視作SIR以預(yù)先規(guī)定的范圍內(nèi)波動(dòng)。這個(gè)概率解釋為糾錯(cuò)的能力，控制函數(shù)應(yīng)綜合考慮估計(jì)分布和功率控制算法。對(duì)功率控制算法的最后要求是實(shí)現(xiàn)的容易性和魯棒性。影響功率控制算法的因素包括：（1）容量和系統(tǒng)負(fù)載：蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)在任意時(shí)刻只能夠服務(wù)有限的用戶，因此在特定狀態(tài)下需要定量的分析系統(tǒng)負(fù)載，并和網(wǎng)絡(luò)最大理論容量聯(lián)系起來(lái)。 （2）全局穩(wěn)定性和系統(tǒng)性能：每條獨(dú)立鏈路所對(duì)應(yīng)的分布功率控制算法相互之間的內(nèi)在關(guān)系，即相關(guān)性會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的全局性質(zhì)，例如穩(wěn)定性和系統(tǒng)性能。因此，局部性能和

29、全局性能之間需要一定的機(jī)制進(jìn)行管理。（3）通信質(zhì)量測(cè)量：語(yǔ)音業(yè)務(wù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)非常主觀的測(cè)量指標(biāo)，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)客觀，因此質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)基于各種業(yè)務(wù)性質(zhì)而不相同。（4）功率限制：發(fā)射機(jī)由于硬件限制，其輸出功率是一些給定的離散值的集合，這包括了量化的過(guò)程和上、下限制約。（5）時(shí)延：測(cè)量和控制信令的傳輸造成了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，它主要包括兩個(gè)方面：第一是測(cè)量過(guò)程和將測(cè)量結(jié)果報(bào)告給功率控制算法模塊產(chǎn)生時(shí)延；第二是通過(guò)功率控制算法計(jì)算得到的功率在發(fā)射機(jī)使用前造成的時(shí)延。5 未來(lái)功率控制的研究趨勢(shì) 傳統(tǒng)的功率控制技術(shù)以話音業(yè)務(wù)為主，主要有集中式和分布式功率控制、開(kāi)環(huán)和閉環(huán)功率控制、基于恒定接收和基于質(zhì)量功

30、率控制。 目前的功率控制的研究集中在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)方面，多為聯(lián)合考慮功率控制和速率控制研究。功率控制和速率控制兩者的目標(biāo)是相互抵觸的，功率控制的目標(biāo)是讓更多的用戶同時(shí)享有更多的服務(wù)。速率控制則是以增加系統(tǒng)吞吐量為目標(biāo)，使得個(gè)別用戶或業(yè)務(wù)具有更高的傳輸速率，同時(shí)達(dá)到公平性和吞吐量的雙重目標(biāo)。 更深入的研究將結(jié)合功率和速率控制技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合控制，達(dá)到系統(tǒng)的最大優(yōu)化。對(duì)于非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，要求對(duì)用戶的傳輸速率進(jìn)行有效控制，以充分利用頻譜資源。不同的多媒體業(yè)務(wù)可以有不同的QoS來(lái)描述，只有設(shè)計(jì)合理的速率控制方案，才能有效地利用頻譜資源。在無(wú)線信道中，傳輸速率和信干比之間關(guān)系密切。而功率控制是調(diào)節(jié)信干比最有效地手段，因此將速率控制和功率控制相結(jié)合是很自然地。在功率和速率聯(lián)合控制中，不同的速率以不同的處理增益或不同的調(diào)制編碼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且每個(gè)用戶都有一個(gè)最小速率要求。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，可用的傳輸速率是一組離散的數(shù)值，鏈路控制的目的即在于使通信系統(tǒng)吞吐量最大。由于速率的離散性，存在多種速率組合可以得到相同的系統(tǒng)吞吐量，但消耗的總發(fā)射功率卻不同，而保證發(fā)射功率最小可以減小對(duì)相鄰小區(qū)的干擾，提高整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量。因此，功率控制和速率控制的問(wèn)題可