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cdma系统的功率控制2004-07-23    市电信规划** 王珏    ----?通信世界?    点击: 118cdma系统的功率控制功率控制是cdma系统的一项关键技术cdma系统是干扰受限的系统，移动台的发射功率对小区内通话的其他用户而言就是干扰，所以要限制移动台的发射功率，使系统的总功率电平保持最小功率控制能保证每个用户所发射功率到达基站础保持最小，既能符合最低的通信要求，同时又防止对其他用户信号产生不必要的干扰功率控制的作用是减少系统内的相互干扰，使系统容量最大化 　　1.1功率控制的时间响应 　　在cdma系统中，对发射的功率和输出信号功率的响应时间有一定要求因为cdma系统中移动台的输出信号功率是在功率控制组时间内突发的，为了保证可靠传输，要求输出信号功率的时间响应特性应是快速上升、保持平稳及快速下降 　　变数据传输方式时，输出功率应满足以下图所示的时间响应要求图中1.25ms为用于变速率传输的一个功率控制时隙内的时间在时隙内，功率波动应小于3db，功率电屏应比背景噪声高20db，功率上升和下降的时间应小于6μs如图1所示 　　移动台发射机的平均输出功率应小于-50dbm/1.23MHz，即-110dbm/Hz；移动台发射机背景噪声应小于-60dbm/1.23MHz，即-54dbm/Hz。

　　1.2IS-95及cdma20001*系统前向及反向功率控制 　　cdma系统功率控制类型包括： 　　反向开环功率控制 　　移动台根据接收功率变化，调整发射功率 　　反向闭环功率控制 　　移动台根据接收到的功率控制比特调整平均输出功率 　　前向功率控制 　　根据移动台测量报告，基站调整对移动台的发射功率 反向开环功率控制 　　移动台的开环功率控制是指移动台根据接收的基站信号强度来调节移动台发射功率的过程其目的是使所有移动台到达基站的信号功率相等，以免因“远近效应〞影响扩频cdma系统对码分信号的接收，降低系统容量 　　1、IS-95A中的开环功率控制 　　IS-95A系统内，只要开机，开环就起作用移动台根据前向链路信号强度来判断路径损耗功率变化过程中，只有移动台参与移动台不知道基站实际的有效发射功率〔ERP〕，只能通过接收到的信号来估计前向链路损耗移动台通过对接收信号强度的测量，调整发射功率接收的信号越强，移动台的发射功率越小 　　应当指出的是，移动台的开环功率控制的响应时间大约为30ms，只能抑制由于阴影效应引起的慢衰落移动台对接收信号测量和调整是基于认为前向信道和反向信道的衰落特性是一致的，这种依前向信道信号电平来调节移动台发射功率的开环调节是不完善的。

需要采用闭环控制加以补充 　　移动台在接入过程中的功率控制过程是通过接入探针实现的接入过程中移动台的发初始发射功率不能太大，会干扰小区内其他用户；同时发射功率也不能太小，基站会接收不到因此，移动台参用通过接入探针缓慢增加发射功率的方式 　　移动台接入前，先发送一个低强度请求接入信号，假设基站没有应答，则以PWR_STEP为步长一点一点的增加发射功率初始接入功率计算公式如下： 　　Pt,initial=-Pr-73+NOM_PWR+INIT_PWR〔单位dbm〕 　　其中：Pr平均输入功率 　　INIT_PWR初始功率值 　　NOM_PWR额定功率偏移 　　PWR_STEP功率增加量 　　接入后的开环功控作用下发射功率： 　　Pt=-Pr-73+NOM_PWR+INIT_PWR+接入探针增加功率总和 　　移动台一旦与基站建立连接以后，移动台仍然会根据接收信号电平的变化，估计前向信道的衰落特性，调整自己的发射功率 　　2、IS-95B/2000中的开环功率控制 　　IS-95B/2000系统除采用IS-95A的开环功率控制方法外，还引入功率控制因子，以求对反向发射功率的进一步准确控制 　　IS-95A中的开环功率控制仍然有缺乏之处。

当移动台接收到基站信号强度高时，有两种可能，一是传输路径损耗小，二是基站处于大负荷状态当基站处于大负荷状态时，如果移动台通过接入探针减少发射功率的话，可能无法被基站接收因此单纯通过接入探针调整移动台发射功率还不完善，在IS-95和20001*系统中，还要考虑到一个开环功控纠正因子=min(ma*(-7-ECIO,0),7)此时，开环作用下的发射功率为 　　Pt=-Pr-73+NOM_PWR+INIT_PWR+接入探针增加功率总和+开环功控纠正因子 　　1.2.2反向闭环功率控制 　　开环功率控制中，移动台的发射功率的调节是基于前向信道的信号强度，但是当前向和反向信道的衰落特性不一致时，基于前向信道的信号测量是不能反映反向信道传播特性的开环功率控制不能估算出瑞利衰落信道下的对移动台发射功率的调节量 　　此外，在反向开环功率控制系统中，移动台的开环功率控制的响应时间大约为30ms，只能抑制由于阴影效应引起的慢衰落要到达更准确的功率控制时间，就需要通过闭环功率控制加以解决 　　1、IS-95A/B中的闭环功率控制 　　闭环功率控制中移动台和基站共同参与，一旦移动台开场和基站建立通信，闭环功率控制即开场起作用。

基站不停地监测反向链路质量误诊率〔FER〕误诊率〔FER〕是表示链路质量最好的参数，但测量FER需要花较长的时间收集足够的bit数，实际使用Eb/No基站不断测量反向链路的Eb/No给Eb/No设一个门限值，如果Eb/No值太大了，基站会命令移动台减小发射功率如果Eb/No值太小了，基站会命令移动台增加发射功率移动台根据基站发送的功率控制指令〔功率控制比特携带的信息〕来调节移动台的发射功率 　　移动台将接收到的功率控制指令与移动台的开环功率相结合，来确定移动台闭环控制应发射的功率值 　　反向闭环功率控制包括内环功控〔RILPC〕和外环功控〔ROLPC〕，如图2所示： 　　外环：调整基站的接收信号的目标Eb/No设置值，以满足FER要求 　　内环：使移动台发送信号的Eb/No与目标Eb/No接近 　　IS-95中的反向内环功率控制〔RILPC〕 　　IS-95中反向内环功控用前向链路的业务信道发送，以PowerControlBit(PCB)形式发送给基站移动台每接收到一个PCB，会以1dB的大小调整发射功率PCB是夹在业务信道中传输的，速率为800bps，形成一条功率控制子信道功率控制帧格式如图3所示： 　　前向帧和反向帧的长度都是20ms，每1.25ms有一个功控比特，业务信道被划分为16〔20/1.25〕个功率控制组〔PCG〕。

对反向PCG中Eb/No的估算测量将在前向业务信道的PCG+2中的PCB中反映出来，图中为前向帧德PCG9而反向帧在PCG7时段，当测量值>门限值时，在PCG9中的PCB=1，移动台将使发射功率降低1dB；反之，当PCG7时段，测量值<门限值，在PCG9中的PCB=0，移动台将使发射功率增加1dB 　　功率控制比特〔PCB〕是直接加到速率为19.2kbps的基带中的，速率为800bps，因此没有任何的错误保护这是因为闭环功率控制是用于抑制快速瑞利衰落的，这样不加任何保护措施，可以使移动台以更快速度恢复PCB，进展发射功率的调整如图4： 　　IS-95中的反向外环功率控制〔ROLPC〕 　　如反向功率控制图所示，IS-95的反向外环功控根据接收到的帧的类型、当前反向功率控制算法，得到目标Eb/No的设置值反向外环功控〔ROLPC〕初始设有一个固定值pnom目标Eb/No的目标值在pmin~pma*之间变化如果反向外环功率控制不起作用，反向内环功率控制就使用固定的pnom 　　软切换中的闭环功率控制 　　IS-95中定义当移动台在两个或三个小区之间移动时会发生软切换，在切换过程中，移动台同时接收到两个或三个基站发送来的业务信道帧。

在接收到的业务信到帧中，各自包含的功控比特〔PCB〕有可能产生冲突根据体制规定：当有PCB一个要求减小，移动台就减小发射功率；每个PCB都要求增加，移动台才增加发射功率 　　2、20001*中的闭环功率控制 　　cdma20001*中的闭环功率控制原理与IS-95中的一样，因为cdma2000有反向导频信道〔R-PICH〕，所以反向导频信道的功率分配和业务信道的功率分配有直接的联系，直接读取反向导频信道中的Ec/Io，就可以反映出前向误帧率〔FFER〕如图5： 　　cdma2000中的反向内环功率控制〔RILPC〕 　　cdma2000中不考虑业务帧速率的变化只是对不同的帧速率，连续发送的功率控值比特〔PCB〕的发射功率不一样帧速率高，则连续发送的功率控值比特功率高；帧速率低，则连续发送的功率控值比特功率低 　　cdma2000中的反向外环功率控制〔ROLPC〕 　　如反向功率控制图所示，cdma2000的反向外环功控调整目标Eb/No以获得目标反向误帧率〔RFER〕如果接收到错误的帧，需要调整Eb/No，就调整参数vrpf_stepup_sp；如果接收到的帧无误，调整要根据stepdn_sp=〔vrpc_stepup_sp〕/〔100*vrpc_fer〕。

此外，cdma2000的无线设置RC3、RC4的参数设置值不采用此算法 IS-95及cdma20001*系统前向功率控制 　　功率控制的目的就是使移动台和基站接收到的误帧率〔FER〕接近一个目标值，例如对于语音业务，该目标值为1%，对于数据业务目标值为5%系统容量的增加可以通过选择一个更高的目标FER值而仍能满足话音质量更高的目标FER意味着更低的平均发射功率，这样可以保证系统容纳更多的用户 　　前向链路中，如果使各移动台的话音质量一样，则在小区边缘附近的移动台所需要的功率比距离基站近的移动台要高在移动台的帮助下，基站不断调整分配给每一个业务信道的功率以使每一个移动台的信噪比〔S/N〕一样，典型的S/N=-15dB 　　前向链路的小区内信号的发射是同步的移动台对前向链路解调时，干扰主要来自于临区干扰和多径引入的干扰但是前向链路中，因为小区内信号的同步性和移动台相干解调带来的增益使得前向链路的质量要好于反向链路在前向链路中，只引入一个慢速的功率控制就可以控制每个信道的发送功率 　　1、IS-95A的前向功率控制 　　IS-95A〔RC1〕的前向功率控制基于移动台对接收到的误帧率的统计一旦移动台在pwr_rep_frames时间内接收到2个误帧，移动台就向基站发送功率测量报告〔PMRM〕，等4次pwr_rep_delay后开场新的测量过程。

如果在pwr_rep_frames内收到缺乏2个误帧，则不向基站发送消息，本次测量周期完毕后就开场下一次测量 　　前向链路功率控制调整速率为0.5Hz，足够解决长期阴影效应造成的影响，但不能解决多径效应引起的快衰落问题 　　基站调整的相关参数作用如下： 　　基站接收到功率测量报告〔PMRM〕 　　fer_small—FER下限 　　fer_big— FER上限 　　假设fer_small 　　假设fer_big 　　假设FER 　　基站未接收到功率测量报告〔PMRM〕 　　一旦基站中值为fpc_step的计。