(完整版)cdma系统的功率控制

CDMA通信的基本原理功率控制CDMA通信与传统的通信系统像比较,发端多了扩频调制,收端多了扩频解调CDMA通信在发端将待传入的话音,通过A/D转换将模拟语音转变成了二进制数据信息,通过高速率的伪随机扩频调制,从原理上讲,两者相乘,扩展到一个很宽的频带,因而在信道中传输信号的带宽远大于信息带宽。

在接受端，接受机不仅接受到有用的信号，同时还接受到各种干扰信号和噪声。

利用本地产生的伪随机序列进行相关解扩。

本地伪码与接受到的扩频信号中伪码一致，通过相关运算可还原成原始窄带信号，顺利通过窄道滤波器，恢复原始数据，再通过数/模(D/A)转换，恢复原始语音。

接收机接收到的干扰和噪声，由于和本地伪随机序列不相关，经过接收扩解，将干扰和噪声频谱大大扩展，频谱功率密度大大下降，落入窄带滤波器的干扰和噪声分量大大下降，因此在窄带滤波器输出端的信噪比或信干比得到极大改善，其改善程度就是扩频的处理增益。

CDMA蜂窝网的关键技术--功率控制CDMA蜂窝移动通信系统中，所以的用户使用相同的频带发送信息,如果各移动台以相同的功率发射信号,则信号到达基站时,因为传输路程不同,基站接受到到的靠近基站的用户发送的信号比在小区边缘用户发射的信号强度大,因此远端的用户信号被近端的用户信号湮没,这时间所谓的"远近效应"。

通常，路径损耗的总动态范围在80dB的范围内。

为了获得高质量和高的容量，所有的信号不管离基站的远近，到达基站的信号功率都应该相同，这就是功率控制的目的：使每个用户到达基站的功率相同。

从不同的角度考虑有不同的功率控制方法。

比如若从通信的正向、反向链路角度来考虑,一般可以分为反向功率控制和正向功率控制；若从实现功控的方式则可划分为集中式功率控制和分布式控制；还可以从功率控制环路的类型来划分，有可分为开环功控、闭环功控(外环功控和内环功控)。

1.反向功控CDMA系统的通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大小。

第5章功率控制5.1 概述功率控制技术是WCDMA系统中一项非常重要的技术。

WCDMA 系统的频率复用系数为1，是一个自干扰系统，远近效应的影响很突出，如果没有功率控制，那么整个系统的容量将大大降低。

引入功率控制后，通过调整发射功率，保持上下行链路的通信质量，克服阴影衰落和快衰落，有助于降低网络干扰，提高系统质量和容量。

按移动台和基站是否同时参与又分为开环功率控制和闭环功率控制两大类。

闭环功控是指发射端根据接收端送来的反馈信息对发射功率进行控制的过程。

而开环功控不需要接收端的反馈，发射端根据自身测量得到的信息对发射功率进行控制。

开环功率控制又可以分为上行开环功率控制和下行开环功率控制。

闭环功率控制则是通过内环功率控制和外环功率控制一起来实现的。

5.2 开环功控与闭环功控本节介绍功率控制的大致流程，包括闭环功控和开环功控的区别，以及内环功控和外环功控如何协调工作的问题。

开环功控提供初始发射功率的粗略估计。

它是根据测量结果对路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初始发射功率的过程。

同时，由于开环功控是采用下行链路的路径损耗来估计上行链路损耗，但实际上WCDMA系统中上下行链路的频段相隔190M，快衰落特性不相关，因此这种估算的准确度有限，只能起到粗略控制的作用。

适用场合包括：●决定接入初期发射功率的时候●切换时，决定切换后初期发射功率的时候闭环功率控制是通过内环功率控制和外环功率控制一起来实现的。

内环功控通过测量信道的实际SIR值SIRest，并将测量值SIRest与目标值SIRtar比较，根据比较结果发出功率调整的指令。

内环功控算法包括上行内环功控算法和下行内环功控算法。

上行内环功控算法在基站内实现，基站比较上行信道SIR测量值SIRest和目标值SIRtar，根据比较结果设置相应的功控指令（TPC，Transmit Power Control）通知手机调整上行发射功率。

下行内环功控算法在手机内实现，手机比较下行信道SIR测量值SIRest和目标值SIRtar，根据比较结果设置相应的功控指令（TPC，Transmit Power Control）通知基站调整下行发射功率。

CDMA系统中的功率控制技术1. 引言：在常见的多址通信技术中，CDMA（码分多址接入）通信技术采用同频率复用方式实现更大的系统容量，并且有发射功率低、保密性能强、覆盖范围大等优点，CDMA个人通信将成为今后个人通信的主流和发展方向。

功率控制技术、PN码技术、RAKE接收技术、软切换技术、话音编码技术等称为IS-95CDMA蜂窝移动通信系统中的关键技术。

由于CDMA是一个自干扰系统，所有移动用户和周围小区中的其他用户所造成的自干扰成为限制系统容量的主要因素，功率控制被认为是所有关键技术的核心。

如果不采用功率控制，所有用户就会以相同的功率发射信号，这样离基站较近的移动台就会对较远的移动台造成相当大的干扰，这种现象称为远近效应。

因此设计一种良好的功率控制方案对于CDMA系统的正常运行是非常重要的。

研究表明，不采用功率控制技术的CDMA系统容量很小，甚至会小于FDMA 系统的容量。

在CDMA系统中采用功率控制的另一个原因，尽可能利用最小的发射功率获得所需的传输质量，以延长用户终端中电池的寿命。

在功率控制中需要移动台(MS)和基站(BS)共同协调进行动态的功率控制才能够实现。

本文主要介绍CDMA系统中现有的常用的功率控制技术，并在此基础上提出了一些理论上的改进的功率控制算法，加以说明和比较。

2．CDMA系统中现有的功率控制技术：2．1 功率控制技术的分类：功率控制技术可按多种方式进行分类，如图1所示：图1 功率控制技术的分类从通信的上、下行链路考虑，功率控制可以分为前向功率控制和反向功率控制，前向和反向功率控制是独立进行的。

所谓的反向功率控制，就是对手机的发射功率进行控制，而前向功率控制，就是对基站的发射功率进行控制。

从功控的环路类型来划分，功率控制算法还可分成开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制。

开环功率控制仅是一种对移动台平均发射功率的调节；闭环功率控制式MS根据BS发送的功率控制指令（功率控制比特TPCbit携带的信息）来调节MS发射功率；外环功率控制是为了适应无线信道的衰耗变化，达到系统所要求的误帧率而动态调整反向闭环功控中的信噪比门限。

功率控制技术（7人）阐述功率控制在移动通信系统中的作用，总结并阐述功率控制的类型、实现原理、以及在移动作者列表（按项目排列）指导教师签字：年月日第一章功率控制技术1概述1.1 CDMA系统功率控制技术功率控制（power control）技术用于动态地调整发射机的发射功率，它是CDMA系统的关键技术之一，精确和稳定的功率控制对于提高CDMA系统的容量和保证服务质量有着至关重要的作用。

CDMA系统是一个自干扰系统，CDMA系统中的用户在同样的频率和时间上发送信号，不同的用户采用不同的扩频码来区分。

由于扩频码之间的互相关性不为零，使得每个用户的信号都成为其他用户的干扰，即多址干扰。

同时CDMA系统是一个干扰受限系统，即干扰对系统的容量直接影响。

当干扰达到一定程度后，每个用户都无法正确解调自己的信号，此时系统的容量也达到了极限。

因此，如何克服和降低多址干扰就成为CDMA系统中的主要问题之一。

通过功率控制，使发射功率尽可能的小，从而有效地限制多址干扰。

由于用户的移动性，不同的移动台和基站之间的距离是不同的。

而在无线通信系统中，信号的强度随传输距离而成指数衰减。

因此，在反向链路上，如果所有的移动台的功率发射都相同，则离基站近的移动台的接受信号强，离基站远的移动台的接收信号弱。

这样就会产生以强压若的现象，即远处用户的信号会被近处用户的信号淹没，以至于不能正确解调，这种现象称为“远近效应”。

为了克服这种现象，对移动台的发射功率进行调整时非常有必要的，使得基站接收到的所有移动台的信号功率基本相等。

在前向链路上，同一基站所有的信道经历的无线环境是相同的，因次不存在远近效应。

前向链路中的干扰主要来自于其它基站的前向信号和服务基站内其他用户的前向信号，尽管不存在远近效应，但是当移动台位于相邻小区的交界处时，收到的服务基站的有用信号很低，同时还会收到相邻小区基站的较强干扰。

如果要保证各个移动台的通信质量，则在小区边缘的移动台比距离基站近的移动台需要更高的功率。

针对CDMA系统功率控制算法进行分析CDMA移动通信系统具有抗干扰能力强，保密性好，容量大等优点，受到广泛的关注。

CDMA是利用码序列的正交性和准正交性区分不同用户，它是在同频、同时的条件下，各个接收机根据信号码型之间的差异分离出需要的信号。

由于CDMA系统中同一频率在所有的小区重复使用，CDMA中的干扰特别严重，若没有先进的功率控制技术，尽可能减小用户的背景干扰，就会产生严重的误码现象。

随着用户数的增加，信号的信噪比急剧下降。

当低于一定门限时，就可能发生通信中断。

由于CDMA系统存在传输衰减、多址干扰、远近效应等问题，系统容量受限于用户间的相互干扰，因此，必须对功率进行控制。

本文主要针对CDMA系统中的功率控制算法进行研究。

1、功率与容量的关系在CDMA系统中，由于发射功率的制约或系统自身的干扰，CDMA系统的容量受到限制。

在反向链路上，当一个移动台的功率不足以克服其他移动台的干扰时，系统达到容量极限。

在前向链路上，当基站的总功率没有多余的部分分配给一个新的用户时，系统达到昂大容量。

即当一个基站为使其全部用户正常的运行而发射的总功率超过基站的额定功率时，前向链路就达到受功率限制的容量。

为了接入一个呼叫，CDMA移动台的功率必须大到足以克服带宽内其他CDMA移动台产生的干扰，即必须达到一定的信号干扰比。

在任意给定时刻，移动台所需要的发射功率取决于从移动台到基站的路径损耗和所有反向链路总的干扰电平。

后者取决于其他CDMA 移动台的数量和位置。

所有的移动台每建立一个新呼叫就提高了干扰电平，每一移动台也就必须相应地增加发射功率以保持呼叫的完整性。

这个过程随着移动台的增加而反复进行，直到达到一个极限值。

达到这个极限时，任何一个新的移动台，无论其位置在哪，都无法以足够的功率来克服，而现有的移动台也没有足够的功率来克服新呼叫产生的附加干扰。

小区内所有呼叫都要具有相同的Eb／I0要求，这个限制表现为要求小区基站接收到的信号强度都等于一个相同的值。

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蠹霎Ⅵ盟斟I ll*；C D M A系统中的闭环功率控制方法张海波12李方伟2刘开健1(1．长江大学电子与信息学院湖北荆州434023；2．重庆邮电大学移动通信技术重点实验室重庆400065)[摘要】介绍cD姒系统中常见的闭环功率控制方法，对传统和优化的功率控制算法进行比较，着重分析闭环功率控制中的几个关键要素及其相关算法的实现。

[关键词】CD M A系统闭环功率控制优化算法中圈分类号，T N91文献标识码：^文章编号：1671--7597(2008)1120130--01在C D M A系统中，多址干扰、远近效应和阴影效应的存在严重影响了系统的性能。

通过功率控制，一方面可以减少干扰，使系统内用户满足服务质量(qoS)的要求：另一方面能有效地降低系统中各用户的发射功率，从而提高系统的容量和优化系统的性能以及提高电池的使用寿命。

所以功率控制被认为是C D M A系统中的一项核心技术。

一、向环功率控一闭环功率控制包括内环功率控制和外环功率控制。

内环功控是指移动台根据基站台发送的功率控制指令T PC来调节移动台的发射功率的过程。

基站测量所接收到的每个移动台的信噪比SI R，并与SI R目标值相比较，确定发给移动台的T PC来决定是增大还是减小其发射功率。

而外环功控指基站实时测量反向链路的帧质量，并据此修i F内环功控中的目标值SI R。

从而克服由于多径效应和移动台速度等引起的控制偏差。

闭环功率控制是对开环功率控制的快速调整。

：、簟见的闭环功率控■算往(--)传统算法传统的闭环功率控制算法是单比特固定步长功率控制算法，它通过接收端测量接收到的SI R，与门限值相比较，产生并发送T PC命令，发射端根据接收到控制命令，按照固定步长调整发射功率，如图l所示(以反向链路为例)：若SIR e st<SI R t a r，则TPC=I；若SI R es t>S I R t ar，则TPC=O．移动台接收到T PC指令以后，调节其发送功率，若TP C=I，则增加l dB；反之，T Pc=0，则减小l dB。

前向功控就是基站调整分配给每个业务信道的功率，使处于不同传播环境下的各个移动台都得到足够的信号能量。

对前向链路误帧率的报告来决定是增加发射功率还是减小发射功率。

切换整个软切换过程包括以下几步：１）当导频强度达到Ｔ＿ＡＤＤ，移动台发送一个导频强度测量消息，并将该导频转到候选导频集。

２）基站发送一个切换指示消息。

３）移动台将此导频转到有效导频集并发送一个切换完成消息。

４）导频强度掉到Ｔ＿ＤＲＯＰ以下，移动台启动切换去掉计时器。

５）切换去掉计时器到期，移动台发送一个导频强度测量消息。

６）基站发送一个切换指示消息。

７）移动台把导频从有效导频移到相邻导频集并发送切换完成消息。

软切换（Soft Hand-off）是指在导频信道的载波频率相同时小区之间的信道切换。

更软切换（More Softer Hand-Off）：在同小区（BTS）两条不同的信号之间进行的切换，叫做更软切换。

的连续性提高用户的主观满意度。

硬切换是指在导频信道的载波频率不相同时小区之间的信道切换。

硬切换是在不同频率的小区之间的切换CDMA通信系统中的跨频切换、跨BSC切换也或不同的帧偏置）切换的分类(1)软切换软切换采用先通后断的方式，在这种切换过程中，当移动台开始与目标基站进行通信时并不立即切断与原基站的通而是先与新的基站连通再与原基站切断联系，切换过程中移动台可能同时占用两条和两条以上的信道进行通信。

软切换是由MSC完成的，将来自不同基站的信号都送至MSC的选择器，由选择器选择最好的一路，再进行话音的软切换允许移动台在通话过程中与多个基站同时保持通信，所以，软切换提供了宏分集的作用，提高了接收信号的(2)更软切换在CDMA系统中，移动台在扇区化小区的同一小区的不同扇区之间进行的软切换称为更软切换。

这种切换是由BSC完成的，并不通知MSC。

对于移动台来说，不同的扇区天线相当于不同的多径分量，被合并成一个话音帧送至选择器，作为此基(3)硬切换硬切换采用先断后通的方式，在这种切换过程中，移动台先中断与原基站的通信，再与目标基站取得联系。

CDMA系统开环功率控制与死循环功率控制的区别1. 开环功率控制开环方法是利用移动台接收器的功率水平PRX来估计前向链路损耗，然后指定移动台的初始发射功率PTX，这样基于不同用户终端选择(如蜂窝、PCS或是3G)，前向和反向链路的功率之和保持为一个常量，即PTX+PRX为常数。

PRX通过Eb/Io计算得到，它由移动台的数字信号处理器(DSP)测量。

得到了初始的PTX之后，移动台和基站均开始死循环控制。

根据所执行的CDMA标准，基站给移动台发送一个误差信号，指示移动台增加或减少一个单位的能量。

2. 死循环功率控制死循环功率控制包含两个步骤：外环(仅基站进行)和内环(移动台和基站同时进行)，在IS-9 5和CDMA 1X中死循环控制可以达到800Hz的功率控制速率。

死循环功率控制的主要目的是为了根据基站的测量结果，最小化信号多径传播损耗所造成的快速衰减效应。

结合使用外环和内环两个死循环功率控制过程，可以在20毫秒的帧间间隔中做到20-35dB 的衰减补偿，动态范围可达80dB2. 死循环功率控制死循环功率控制包含两个步骤：外环(仅基站进行)和内环(移动台和基站同时进行)，在IS-9 5和CDMA 1X中死循环控制可以达到800Hz的功率控制速率。

死循环功率控制的主要目的是为了根据基站的测量结果，最小化信号多径传播损耗所造成的快速衰减效应。

结合使用外环和内环两个死循环功率控制过程，可以在20毫秒的帧间间隔中做到20~35dB的衰减补偿，动态范围可达80dB。

a. 外环死循环功率控制在外环中，基站每20毫秒为接收器的每一个帧规定一个目标Eb/Io(从移动台到基站)。

出现帧误差时，该Eb/Io值自动按0.2~0.3为单位逐步减少，或增加到3~5dB。

整个外环死循环控制步骤只与基站有关，而与移动台无关。

b. 内环死循环功率控制在内环，基站每1.25毫秒比较一次反向信道的Eb/Io和目标Eb/Io，然后指示移动台降低或增大发射功率，这样就可以达到目标Eb/Io。