CDMA系统功率控制技术

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。

CDMA关键技术是3G的基础。

本文从多址技术、RAKE接收机、多用户检测、功率控制、软容量、软切换、地址码的选择、分集技术共八个方面对CDMA中所采取的关键技术进行论述，目的使大家对CDMA的关键技术有一个全面的了解。

CDMA关键技术简介一、RAKE接收机RAKE接收机是用来完成时间分集的，在CDMA系统的基站和移动台中都有。

接收机能够分辨和合并时延差大于码片速率的信号，得到信噪比最大的合并接收信道。

RAKE接收机由多个相关器组成，每个相关器接收一径。

RAKE接收机完成多径合并。

多径分集接收改善了系统的性能。

二、功率控制为了克服宽带ＣＤＭＡ系统的远近效应，需要动态范围达８０ｄｂ的功率控制。

多址干扰是由远近效应产生的，快速功率控制可以减少多址干扰，保证网络容量，延长手机电池使用时间。

功率控制决定了DS-CDMA系统的容量。

功率控制的目标：所有的信号到达基站的功率相同（上行）。

1功率控制可以补偿衰落。

有三种功率控制原理：开环、闭环和外环。

v开环：开环功率控制主要用于克服距离衰减，从信道中测量干扰条件，并调制发射功率，以达到期望的误帧率（误块率）。

v闭环：闭环功率控制主要用于克服多普勒频率产生的衰减，以此保证基站接收到的所有移动台信号具有相同的功率，测量信噪比，并向移动台发送指令调整它的发射功率。

v外环：测量误帧率（误块率），调整目标信噪比。

三、软切换FDMA、 TDMA（GSM）系统中广泛采用硬切换技术，当硬切换发生时，因为原基站与新基站的载波频率不同，移动台必须在接收新基站的信号之前，中断与原基站的通信。

往往由于在与原基站链路切断后，移动台不能立即得到与新基站之间的链路，会中断通信。

另外，当硬切换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之间来回切换的“乒乓效应”，影响业务信道的传输，为了解决这个问题在CDMA 系统中提出了软切换和更软切换的概念。

软切换：发生在具有同一频率的不同基站之间，利用分集技术，在切换过程中，移动台可同时与原基站和新的基站发生联系，不立即切断与原基站之间的通信。

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。

ISSUE 2.0华为机密，未经许可不得扩散CDMA1X系统的一个目标是使它所能容纳的用户量达到最大。

如果每个移动台都调整其发射机的功率，使得基站接收到的信噪比达到可允许的最低水平，系统的容量将会达到最大。

移动台增大功率会增大干扰，容量就会损失。

功率控制可以调整移动台和基站的发射功率，其目标是在满足一定的通信质量的条件下，使整个系统的干扰最小。

参考资料q《IS2000a》协议q《CDMA系统工程手册》人民邮电出版社q《CDMA1X BSS网络规划参数配置指导书》目标学习完此课程，您将会：¦了解CDMA系统功控的重要性¦功控的分类及其算法原理¦功控的数据配置CDMA Concept: 国际鸡尾酒会q每对客人都在同一个房间里q每对通话者使用不同的语言q如果噪音上升，所有的客人都将抬升他们自己的音量q如果噪音太大，客人有可能去其他房间q如果某个用户说话太大声的话，会破坏其他用户通话从国际鸡尾酒会获得的启示q目前环境中的底噪必须足够低。

也就是说，在系统的工作频段内没有外界干扰。

q功率控制在CDMA系统中是非常重要的。

离基站距离近的移动台发射功率较小，离基站远的移动台发射功率较大。

所有移动台以尽可能小的功率发射，每一个移动台所发射的功率对其他用户来说就是噪声。

q酒会上，每对用户使用不同的语言交流，就好比使用不同的码来区分用户一样。

基本原则q控制基站、移动台的发射功率，首先保证信号经过复杂多变的无线空间传输后到达对方接收机时，能满足正确解调所需的解调门限。

q在满足上一条的原则下，尽可能降低基站、移动台的发射功率，以降低用户之间的干扰，使网络性能达到最优。

q距离基站越近的移动台比距离基站越远的或者处于衰落区的移动台发射功率要小。

问题第2章 功控的分类及算法第1节 功控的分类 第2节 反向功控算法 第3节 前向功控算法内部资料 注意保密功控的分类q根据功控方向可分为： ¦ ¦反向功率控制 前向功率控制q根据功控类型可分为： ¦反向功率控制[反向开环功率控制 [反向闭环功率控制 ¦前向功率控制 [基于测量报告的功率控制 [EIB功率控制 [前向快速功率控制内部资料 注意保密第2章 功控的分类及算法第1节 功控的分类 第2节 反向功控算法 第3 节 前向功控算法内部资料 注意保密功控的算法反向功控q反向功控的作用对象是移动台，首要目的就是通过调整移动台 的发射功率保证BTS接收机所收到的信号至少达到最小Eb/Nt 需求的值。

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。

CDMA术语小集随着无线通信技术的快速发展，CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）已经成为目前最流行、最广泛使用的移动通信技术之一。

CDMA技术在语音通信、数据传输和应用服务等方面都拥有广泛的应用。

为了更好地掌握CDMA技术的核心概念，下面列出了一些CDMA术语的解释。

1. 通信系统1.1 基站子系统（BSS）基站子系统是CDMA系统中射频部分与核心网络之间的接口。

它由两个基本组成部分组成：基站控制器（BSC）和基站传输系统（BTS）。

BSC负责管理分布式基站系统，负责信号的控制、分配和管理，提高网络的质量和容量。

BTS则负责发射和接收射频信号。

1.2 主控部分（MSC）主控部分是CDMA系统的核心。

它负责与BSS交互并处理来自其他部分的信号。

在语音通信过程中，它将语音码流和信令分离，并对信令进行解码和处理，以确保通信的可靠性。

1.3 漫游漫游指的是移动用户在不同网络之间的无间隙切换。

在CDMA系统中，当用户从一个基站覆盖范围内走入另一个覆盖范围时，系统将自动切换到新的基站。

1.4 链路预算链路预算是指在CDMA系统中计算传输路径损失的过程，它包含发射、传播和接收三个部分。

链路预算可以根据用户所处环境和距离等条件，对信号质量进行合理的预测。

2. 信号处理2.1 扩频技术扩频技术是CDMA中的核心技术之一，它利用伪随机序列将信息序列“扩散”到带宽更宽的信号中。

这种技术可缓解同频干扰和多径效应的影响，提高通信质量。

2.2 功率控制CDMA系统中的功率控制，常用于调整用户发射功率和接收灵敏度，以节省网络资源并提高网络效率。

功率控制通常被分为开环和闭环两种。

2.3 软切换软切换指的是将当前的通信信道与下一个信道平滑过渡，以达到无缝掉话的目的。

在CDMA系统中，软切换是应用场景非常广泛的一种技术。

2.4 帧结构在CDMA系统中，帧结构是维持信息流传输的重要元素。

CDMA系统中的帧由数个时间槽组成，每个时间槽都是一个指定长度的时间段。

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。

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。

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。

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系统中使用的多路复用技术
在CDMA系统中，使用了以下多路复用技术：
1. CDMA多址技术：CDMA（Code Division Multiple Access）
是一种通过编码技术实现多用户之间共用同一个频带的技术。

每个用户使用独特的扩频码来对信号进行编码和解码，使得信号能够在频带上同时传输，从而实现多用户同时通信。

2. 扩频复用：CDMA系统中的每个用户通过将其数据信号与
扩频码相乘，在宽带信道上进行传输。

这种扩宽信号带宽的方式使得多个用户的信号能够在相同的频段上同时传输。

3. 功率控制：CDMA系统中，不同用户之间共享相同的频带，因此需要对不同用户的信号进行功率控制，以确保各用户的信号能够在同一频段上同时传输且不产生干扰。

4. 随机接入：CDMA系统中的用户在发送数据之前，需要经
过一定的随机接入过程，通过随机选取某个扩频码以及时间槽的方式来实现用户之间的资源分配。

总的来说，CDMA系统通过CDMA多址技术、扩频复用、功
率控制和随机接入等多路复用技术，实现了多用户在相同频段上同时传输的能力。

这种技术使得CDMA系统具有较高的频
谱利用率和抗干扰能力。