CDMA功率控制.doc

1、Cdma 功率控制技术2.1 前向功率控制 基站通过移动台对前向误帧率的报告来调整对每个移动台的发射功率，决定增加发射功率还是减少发射功率。移动台的报告分为定期报告和门限报告。其目的是对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率高的移动台分派较大的前向链路功率。2.2 反向开环功率控制 反向开环功率控制只是移动台对发送电平的粗略估计，移动台通过测量接收功率来调节移动台发射功率以达到所有移动台发出的信号在到达基站时都有相同的功率。它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应，所以它有一个很大的动态范围，根据 IS95 标准，它至少应该达到32dB 的动态范围。 2.3 反向闭环和外

2、环功率控制 在对反向业务信道进行闭环功率控制时，移动台将根据在前向业务信道上收到的有效功率控制比特（PCB）来调整其平均输出功率。闭环功率控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。在开环估计的基础上，根据 IS95 标准，反向闭环功率控制使移动台将提供24dB 的闭环调整范围。为了补偿具有相同 FER 标准的不同速率用户对 Eb/No 的要求，采用反向外环功率来动态调整反向闭环功率控制中的信噪比门限 Eb/No，使该门限值与系统要求的服务质量相一致。 不论是那种功率控制，都是通过降低发射功率，减少前向或反向干扰，同时降低移动台或基站功耗，提高整个

3、 CDMA 网络的平均通话质量，增加网络有效容量，延长移动台的电池使用时间。 3 功率控制原理 3.1 前向功率控制 基站通过移动台对前向链路误帧率的报告和临界值比较来决定是增加发射功率还是减小发射功率。移动台的报告分为定期报告和门限报告。定期报告顾名思义就是隔一段时间汇报一次，门限报告就是当 FER（误帧率）达到一定门限时才报告。这个门限是由运营者根据对话音质量的不同要求设置的。这两种报告可以同时存在，也可以只要一种，或者两种都不用，可以根据网络的具体要求来设定。移动台通过寻呼信道传送的系统参数消息（System Parameter Message）获得功率控制参数，当（PWR-PERIOD

4、-ENABLE=1）启动定期报告功能，移动台内设一个计数器（TOT_FRAME）作为记录收到的总帧数，每收到一帧该计数器加 1，当 TOT_FRAME 等于（2(PWR_REP_FRAMEs/2)5）时，移动台将向基站发送一个功率测量报告消息（PMRM）汇报周期内误帧率统计情况。该报告与误帧数不相关，每一个周期报告一次； 当（PWR_THRESH_ENABLE=1）启动门限报告功能，移动台有一个计数器（BAD_FRAME）作为记录收到的总误帧数，当误帧率超过一个指定门限PWR_REP_THRESH 时，则移动台将向基站发送一个功率测量报告消息。如果TOT_FRAME 等于 L（2(PWR_RE

5、P_FRAMEs/2)5） ，移动台将置 TOT_FRAMES 和BAD_FRAMES 为零，重新启动计数周期。移动台发送功率测量汇报消息后将设置 TOT_FRAME 和 BAD_FRAME 为零。往基站发送PMRM 以后，一定时间内（PWR-REP-DELAY*4 帧）不增加计数器值。移动台前向功率控制原理如图 2 所示。 基站系统的前向功率控制方法在 IS95 标准内没有具体的规定。一般基站最初以 NOM-TX-Gain 发送，每发送一定的帧（Power Down Time）后，发送功率减少 Power-Down-Delta 大小，当接收到移动台功率测量报告 PMRM（PowerMeasu

6、rement Report）的通话信道误帧率状态时，基站将该误帧率与设定的门限值进行比较，如果小于门限值，基站将通话信道发射功率提高 Small-Up-Delta 大小；如果大于门限值，基站将通话信道发射功率提高 Big-Up-Delta 大小；系统同时定义了每业务信道的发射功率的动态范围，从而使发射机的功率决不会超过会造成极大干扰的最大值，也不会低于保证适当服务质量所需的最小值。 3.2 反向开环功率控制 反向开环功率控制是指移动台通过测量从基站发来的信号功率，估计前向链路的路径损耗以作为判断反向链路损耗的依据，调整自己的反向发射功率，是单方面的调整。主要作用于前向或反向业务信道被激活之前的

7、接入状态。 为了防止移动台一开始发射过大的功率而增加不必要的干扰，移动台首先采用接入尝试程序。 对接入信道的开环试探（闭环校正尚未激活） ，移动台发射其第一个试探序列的平均输出功率电平：平均输出功率平均输入功率73NOM_PWRINIT_PWR (所有变量单位是 dB 或 dBm，下同) 接入试探序列的后续试探不断增加其发射功率电平（每个试探增加的步长为 PWR_STEP） ，直到收到一个响应或序列结束。在反向业务信道上初始发送的平均输出功率电平为： 平均输出功率平均输入功率73NOM_PWRINIT_PWR所有接入试探校正之和 如果接入成功，移动台进入反向业务状态，在初始反向业务信道发送测量

8、消息之后并收到第一个功率控制比特时，进行闭环功率校正，这时平均输出功率为： 平均输出功率平均输入功率73NOM_PWRINIT_PWR 所有接入试探校正之和所有闭环功率控制校正之和 反向开环功率控制的主要目的是消除平均路径损耗、阴影及拐弯效应。它的调整周期较长（几十毫秒） ，动态范围大(6080dB)。其功率控制是和基站的发送功率没有关系，移动台单独测定所有能收到的信号（包括多路径衰减） ，判断外部损失，以此为根据调节它的发送功率。这样就忽略了前向信道和反向信道并不相关的的事实，会导致在短时间内出现较大的误差，并且由于无线信道的快衰特性，开环功控还需要更快速更准确的校准，这由闭环功控来完成.。

9、当前向及反向业务信道被激活之后的功率控制为： 开环功率控制 + 闭环功率控制。 3.3 反向闭环功率控制 由于前、反向链路载频相隔 45MHz，远超过了相干带宽，因此反向链路中存在开环中没有消除的、与前向链路相独立的损耗。为实现精确的功率控制，必须采用闭环功率控制技术在开环估计的基础上进行弥补。移动台根据在前向业务信道上收到的功率控制指令快速（每 1.25ms）校正自己的发射功率，其中的功率控制指令（升或降）是由基站根据它所接收的移动台信号的质量来决定的；基站每隔 1.25ms 检测一次解调的反向业务信道信号的信噪比 SNR，然后将其与一设定的门限值作比较，以产生相应的功率控制命令，插入前向业

10、务信道发送给移动台。功率控制比特（“0”或“1” ）是连续发送的，其速率为每比特1.25ms（即 800bit/s） 。 “0”比特指示移动台增加平均输出功率， “1”比特指示移动台减少平均输出功率。每个功率控制比特使移动台增加或减少功率的大小为 1dB。这一控制过程可看图 3。由于功率控制指令由基站根据反向业务信道信号质量产生，再通过前向信道发送给移动台调整反向发射功率，形成了控制环路，这种方式为闭环校正。 闭环校正又分为内环和外环两部分，内环指上面提到的基站接收移动台的信号，将其强度与一门限相比，如果高于该门限，向移动台发送“降低发射功率”的功率控制指令；否则发送“增加发射功率”的指令。外

11、环的作用是对内环门限进行调整，以保证在信道环境不断变化的情况下，维持通信质量不变。这种调整是根据基站所接收到的反向业务信道的误帧率的变化来进行的。通常系统都有一定的服务质量目标值，该目标值设置不能太低或太高，过低将使通信链路质量不能满足业务需求，过高会造成大量资源浪费，降低整体系统容量。当实际接收的 FER 高于目标值时，基站就需要提高内环门限，以增加移动台的反向发射功率；反之，当实际接收的 FER 低于目标值时，基站就适当降低内环门限，以降低移动台的反向发射功率。最后，在基站和移动台的共同作用下，使基站能够在保证一定接收质量的前提下，让移动台以尽可能低的功率发射信号，以减小对其他用户的干扰，

12、提高容量。4 CDMA2000 功率控制技术 由于 CDMA 系统的自干扰受限的特点，系统发射功率和系统中总的干扰电平是影响系统性能和质量的决定因素。cdam2000 中引入了前向快速功率控制、前向链路发射分集、反向相干解调等功率控制新技术。其根本目标是尽可能地降低系统中的干扰电平，减小基站和移动台的发射功率，提高系统性能和容量。 4.1 前向快速功率控制技术 cdam 2000 采用前向快速功率控制（FFPC ）技术，方法是移动台测量收到业务信道的Eb/Nt，并与门限值比较，根据比较结果，向基站（BS）发出升高或降低发射功率的指令。功率控制命令比特由反向功率控制子信道传送，功率控制速率可达到

13、 800b/s。采用前向快速功率控制，可以有效的克服慢衰落的影响,降低基站发射功率和系统的总干扰电平从而降低移动台信噪比要求，最终可以增大系统容量。根据 cdam 2000 前向快速功率控制和IS-95 慢速前向功率在单径瑞利信道条件下性能仿真对比,前者性能有显著改善, 特别是在移动台运动速度较低时将获得大约 9dB 的增益。 4.2 前向链路发射分集技术 前向链路采用的发射分集方式包括多载波发射分集（MCTD）和直接扩频发射分集两种。前者用于多载波方式，每个天线发射一个载波子集。后者用于直扩方式，又可分为正交发射分集（OTD）和空时扩展分集（STS）两种。OTD 方式是先分离数据流，再用不同

14、的正交 Walsh 码对两个数据流进行扩频，并通过两个天线发射；在 STS 方式中，两个天线都发射所有的已交织数据，并使用相同的原始 Wlash 码信道。在 CDMA2000 前向链路中，有两条信道专门用于前向发射分集，即发射分集导频信道和辅助发射分集导频信道。采用前向发射分集技术能减少每个信道要求的发射功率，增加前向链路容量，改善室内单径瑞利衰落环境和慢速移动环境下的系统性能。 4.3 反向相干解调 为了提高反向链路性能，CDMA2000 采用了反向链路导频信道，它是未经编码的扩频信号（由 0 号 Walsh 函数扩频） ，基站用该导频信道完成初始捕获、时间跟踪和 RAKE 接收机相干解调，

15、并为功率控制测量链路质量。与 IS95 采用非相干解调相比，所需的信噪比显著降低提高了反向链路性能，降低了移动台发射功率，提高了系统容量。当移动台发射无线配置为 RC3-6 的反向业务信道时，在反向导频信道中插入一个反向功率控制子信道，移动台通过该子信道发送功率控制命令，实现对前向链路功率控制。为了降低反向链路对其它用户的干扰,当反向信道数据速率较低或只需保持基本控制联系无业务数据的情况下,反向导频还可以采用门控发送方式（即非连续发送） ，即在特定的功率功率控制组停止发送,这样不仅能减小对其他用户的干扰，也降低了移动台的功耗。本文对 CDMA 系统功率控制的作用种类和工作原理进行了简单描述，由于 CDMA 系统具有容量、性能、覆盖之间相互制约的特点，在实际工作中如何利用功率控制这根杠杆平衡三者关系充分发挥系统最大效能，需要在理论指导下不断实践，通过对大量仿真和实际数据的分析总结出最适合自身系统的参数设置。