3G移动通信中功率控制技术分析.docx
在第三代移动通信技术中，最具代表性的方案有北美的CDMA2000、欧洲日本的WCDMA及我国的TD-SCDMAo其中CDMA2000是在IS95（带宽为1.23MHZ的2GCDMA）基础上干脆演进而来；WCDMA又称宽带CDMA,其带宽为5MHz或更高；TD-SCDMA又称时分同步CDMA,其同步主要指全部终端用户上行链路的信号在到达基站接收端的解调券时完全同步。以上三大标准均以CDMA为基础技术。相比于带宽受限的FDMA和TDMA系统，CDMA系统能够供应足够大的系统容量，其主要受限制于系统所受干扰，降低干扰可以干脆增加系统的通信容量。由于对CDMA系统采纳同时同频载波，限制各移动台的功率就是实现最大容量的关键，可以通过功率限制技术将移动台之间的干扰减到最小，实现信道的最大容量。功率限制存在着两面性：从功耗、干扰及电磁辐射方面考虑，其放射功率越小，手机的耗电量就越小，待机及通话时间越长，对同系统其他手机的干扰就越小，同时扩大了小区容量。此外手机放射功率越小，对其他无线设备干扰越小，乃人体的辐射也就更小。另一方面，为了能保证通信质量又希望手机放射功率大些，如手机在小区的远端时，为了保证手机信号经过长距离传输到达基站后，信号仍能被正确解调，须要放射功率要足够大，以克服信号经过长距离传输的衰减；手机在被建筑物或其他遮挡的无线阴影区内，其放射功率也要足够大，以克服手机信号经过多次的反射、折射及长距离传输的衰减：在干扰（邻信道干扰、同信道干扰、堵塞等）比较大的状况下，放射功率也要足够大以克服噪声的干扰。所以统衣述为：手机必需有足够的放射功率以保证通信，在保证通信质量的前提下，其放射功率越小越好。I功率限制技术及分类在目前运用的移动通信系统中，PHS（PersonalHandyphoneSyStem）以其低廉的建设成本、简洁的协议标准等优势兴起时。PHS在中国常被称为小灵通，其应用微蜂窝技术，供应简洁低廉的协议标准，降低了手机制造成本，采纳RCR-STD28标准规定放射平均功率小于等于IOmW,峰值功率小于等于80mW,放射功率不行控。在其次代移动通信GSM系统中规定，手机放射功率是可以被基站限制的。基站检测接收信号的功率等级，通过下行SACCH信道发出吩咐限制手机的放射功率等级，相邻功率等级相差2dB,其移动台功率等级及最大、最小功率如表1所示。表1GSM移动台功率等级Phase1GSM900Phase2GSM900Phase1DCSl800Phase2DCS1800PCSl900MobileMax8W/8W/1W/4W/2W/Power39dBm39dBm30dBm36dBm33dBmMobileMin20mW/3mW/1mW/1mW/1mW/Power13dBm5dBm0dBm0dBm0dBmMobilePowerControlStepsU15219013015015,30,31GSM功率限制速率比较慢，对功率限制升降要求不是很精准，也不是很严格。此外，GSM对功率限制依靠程度也远远比CDMA系统低。而在CDMA技术为基础的通信系统中,就完全离不开功率限制技术。CDMA本身是一个干扰受限系统，即干扰的大小干脆影响系统容量。因此要限制干扰的大小，在不影响通信质量(QoS)的状况下，尽量使每个MS的信号到达BS时都达到最小所需的SIR,以提高系统的容量与牢靠性。而功率限制可以限制SIR并有效地克服和抑制干扰，是改善与提高3G蜂窝移动通信系统牢靠性的核心技术之一。通常从通信的上、下行链路角度考虑，功率限制分为前向功率限制和反向功率限制，前向功率限制是依据移动台测量报告，基站调整对移动台的放射功率。反向功率限制又分为开环功率限制和闭环功率限制。其中反向开环功率限制主要是移动台依据接收功率改变，调整放射功率；反向闭环功率限制是移动台依据接收到的功率限制比特调整平均输出功率。2反向及前向功率限制2.1反向开环限制开环功率限制是移动台依据它收到基站的导频信号强度，估计前向传输路径的损耗，从而确定放射功率的大小。它是移动台依据在小区中接受功率的改变，调整移动台放射功率以达到全部移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。其主要是为了补偿阴影、拐弯等效应，所以很大的动态范围，依据IS95标准，它至少应当达到±32dB的动态范围。其限制过程如图1所示。图1反向开环功率控制开环功率限制的主要特点是不须要反馈信息。在无线信道突然改变时，它可以快速响应，此外它可以对功率进行较大范围的调整。开环功率限制不够精确，这是因为开环功控的衰落估计精确度是建立在上行链路和下行链路具有一样的衰落状况下的，而在频率双工模式中，上下行链路的频段相差190MHz,远大于信号的相关带宽，所以上行和下行链路的信道衰落状况是完全不相关的，这导致开环功率限制的精确度不会很高，只能起到粗略限制的作用。在WCDMA协议中要求开环功率限制的限制方差在IOdB内就可以接受。2.2反向闭环限制反向功率限制在有基站参加的时候为闭环功率限制，其设计目标是使基站对移动台的开环功率估计快速做出订正，以使移动台保持最志向的放射功率。闭环功率限制是在移动台的帮助下完成的。基站接收移动台的信号，并测量其信噪比，然后将其与门限作为比较，若收到的信噪比大于门限值，基站就在前向传输信道上传输一个减小放射功率的吩咐；反之，就送出一个增加放射功率的吩咐。其限制过程如图2所示。图2反向闭环功率控制闭环功率限制可以修正反向传输和前向传输路径增益的改变，消退开环功率限制的不精确性。基站对接收到的用户终端反向开环功率估算值做出调整，以便运用户终端保持最志向的放射功率。功率限制的实现是在业务信道帧中插入功率限制比特，插入速率可达1.6Kb/s,可有效跟踪快衰落的影响。不过闭环功率限制的调整恒久落后于测量时的状态值，假如在这段时间内通信环境发生大的改变，有可能导致闭环的崩溃，所以功率限制的反馈延时不能太长，般由通信端某时隙产生的功率限制吩咐应当在两个时隙内回馈。闭环功率限制由内环功率限制和外环功率限制两部分组成。在内环闭环功率限制中，基站每隔1.25ms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加放射功率，使信道Eb/Io达到目标值。内环功率限制是快速闭环功率限制，主要在基站与移动台之间的物理层进行。而在外环闭环功率限制中，基站每隔20ms为接收器的每帧规定目标Eb/Io(从用户终端到基站)，当出现帧误差时，其值自动单位逐步削减。外环功率限制的周期一般为TTI(K)ms,20ms,40ms,80ms)的量级,即10700Hz。外环功率限制通过闭环限制，可以间接影响系统容量和通信质量。3前向功率限制前向功率限制指基站依据移动台的测量结果调整对每个移动台的放射功率的限制。基站周期性的发送测试,移动台检测前向传输的误帧率，并向基站报告该误帧率的统计结果。基站依据移动台报告的误帧率统计结果，确定增大或是减小前向传输功率。在基站系统缓慢削减移动台的前向链路放射功率过程中，当移动台检测到误帧率(FER)超过预定义值时，恳求基站系统增大前向链路放射功率。每隔肯定时间进行一次调整，用户终端的报告分为定期报告和门限报告。其限制过程如图3所示。图3前向功率控制示意图在前向功率限制中，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，通过在各个前向业务信道上合理的安排功率来确保各个用户的通信质量,同时使前向链路容量达到最大。4结语在第三代移动通信系统中有很多关键技术，如多载波技术、智能天线技术、软件无线电技术、多用户检测技术等。功率限制技术是CDMA系统的核心技术之一，它使系统能维护高质量通信，显著提高系统通信容量，同时可以延长手机电池运用寿命，并减低建网成本。本文分析目前PHS、GSM系统中的功率要求，具体阐述了在CDMA系统中的功率限制，针对其中的前向功率限制和反向功率限制技术，分析其限制过程及优缺点，对于3G系统的设计具有肯定指导意义。功率限制的实力和性能很大程度上依靠于功率测量的精度和功率限制吩咐产生和传输处理时延。由于信号在移动通信传输中呈瑞利衰落，功率限制系统无法补偿由快衰落引起的信号功率的改变，特殊是当移动台的运动速度很快时，功率限制技术会失效。要提高CDMA系统中的功率限制技术，最终须要多种关键技术的有机结合，才能够实现3G的高质量通信。此外，在CDMA中除了功率限制以外，还包括功率的安排，它们共同构成了功率管理。对于功率限制技术，更深化地探讨是结合功率和速率限制技术进行联合限制，达到系统的最大优化。
