个人通信课件第四章

14.1动态功率限制技术4.2动态信道支配(DCA)4.3越区切换4.4支持多媒体业务的动态资源支配2为何须要功率限制CDMA系统的干扰受限特点（根本缘由）缘由：扩频码得非志向相关特性；无线信道多经效应；蜂窝结构和大用户量；通过功控削减：符号间干扰（ICI）、用户间干扰（MAI）、邻小区干扰（ACI）；CDMA蜂窝系统容量主要受限于干扰。节约功耗通过功率限制削减无谓功率消耗削减电磁辐射根通过功率限制，削减基站和移动台无谓电磁辐射改善时变信道传输质量依据信号强度探测，变更发送功率，保证无线链路质量3上世纪80年头中期IEEE文章：CDMA用于蜂窝系统不行行；1989.2高通（Qualcomm）造访李建业：CDMA蜂窝系统商用必需解决功率限制；1989.4高通再访李建业：6个月内演示CDMA功控，太平洋电话公司将支付100万美元；1993年高通基于功率限制、软切换等核心专利技术的IS-95标准通过，CDMA蜂窝系统商用；目前，1400多项专利，专利费已成为高通公司的重要经济支柱。功率限制技术的诞生4功率限制技术的作用远近效应若d2/d1=100，则S1/S2将达近80dB!强抑弱！反向d2d1前向S1S2MS2MS1①远近效应只有接受功率限制才能很好地解决CDMA蜂窝系统面临的问题。这些问题包括：①远近效应；②快衰落与阴影衰落；③多址干扰5

②快衰落与阴影衰落衰落速率：可达100次/秒（900MHz、60km/h时）衰落深度：可达30dB距离接收功率(dBm)慢衰落快衰落功率限制技术的作用6（a）基站对移动台的正向多址干扰（b）移动台对基站的反向多址干扰MS1MS1BS1BS1多址干扰功率限制技术的作用7功率限制的目标核心目的：降低干扰，削减功耗保证确定质量的前提下，尽可能降低功率，使接收功率始终刚刚够用！前向功控——限制BS的放射功率，使全部MS在保证通信质量的条件下，BS的放射功率为最小。反向功控——限制MS的放射功率，使全部MS到达基站的信号强度一样。多：多的部分是干扰；少：通信质量达不到8功率限制的方法开环功控——基于路径损耗的功率限制，补偿信道中平均路径衰落及慢衰落（阴影衰落）依据接收信号强度（质量），调整自身的放射功率，以达到期望的通信质量。闭环功控——降低信道快衰落的影响依据接收信号强度（质量），调整对方的放射功率，对开环功率限制供应校正。内环功控——调整信号强度外环功控——调整功控门限94.1.1蜂窝系统中的最佳功率限制4.1动态功率限制技术功率限制准则：基于路径损耗的功率限制基于质量的功率限制功率限制的步长：0.25-1dB下行链路功率限制的目的：减小对邻近小区的干扰10图例：某小区移动台I接收到的信干比G

iiGij11令Г为任一移动台的C／I，则Г的分布为：

若系统要求的最小(门限)C／I为γ0(被称为系统疼惜比)，F(γ0)被称为干扰概率或中断概率，则功率限制算法应使F(γ0)最小。12定义功率限制矢量P={Pj}；链路增益矩阵Z={Zij}。假如有一个功率矢量P≥0，使全部移动台的Гi≥γ，则认为C／I电平是可以达到的。定理1：以概率为1，存在一个唯一的可达的最大C／I：该最大值为：

13算法设计思想对于一个给定的功率限制算法，其可达到的C／I矢量可表示为，是P和Z的函数，。B(Z，)表示Γ中小于γ0的元素数目。为使Γ(γ0)最小，则对于每一个Z，应使B最小。该最小值用B*(Z)表示。定理2：令R=，|R|=B*(Z)则至少有一个最佳功率矢量P具有下列形式：14求解最佳功率矢量的步骤

①对于原始Z矩阵，假如为可达的C／I，则最佳功率矢量即为Z的特征矢量；②假如不行达，则移去一个小区，计算矩阵Z*，及Z*对应的特征值γ*，看是否存在一个γ*满足γ*≥γ0要求。③假如移去一个小区后，C／I仍达不到的要求，则移去两个小区，并分别求解此时的最佳功率矢量。假如所对应的C／I仍都达不到要求，可接着移去更多的小区，直至移去Q-1小区，此时无任何干扰小区。15分步移去算法SRA①令Z对应的可达C／I为γ*。假如γ*≥γ0，则最佳功率矢量就接受特征矢量尸P*，否则令Q'=Q。②令，，对应的小区为l，移去小区l，形成(Q'-1)×(Q'-1)矩阵Z’。又令Z'对应的C／I比为γ*。若γ*≥γ0，则运用特征矢量P'*作为最佳功率矢量，否则令Q'=Q'-1，并且重复步骤②。16SRA算法性能仿真条件：设系统含16个共道干扰小区，接受7个小区的复用图样，α=4，σ=6dB。17SRA算法与固定功率法的性能比较

仿真条件：设系统含16个共道干扰小区，接受7个小区的复用图样，α=4，σ=6dB，分别接受k=3、5、7、9、13的小区的复用图样。184.1.2CDMA功率限制干扰用户Mi对Bj的干扰为：

rmr019IS-95系统的功控实现前向链路功率限制机制：通过响应移动台供应的测试来调整各用户链路信号的前向链路功率组成：开环功率限制＋闭环功率限制。其中开环功控是基站通过接入程序期所接收的移动台功率，估算出传输损耗来调整各业务信道的起始功率；闭环功控是基站和移动台相协作而动态地变更功率。调整步长：约0.5dB，动态范围限制在标称功率的±6dB，调整速率：缓慢，每秒2次（30ms）20反向链路的功率限制开环功控——MS在接入过程中进行MS通过估算接收信道的路径损耗，来确定自身的放射功率调整步长：每次0.5dB动态范围：32dBIS-95系统的功控实现21IS-95系统的功控实现反向链路闭环功控——MS获得业务信道后内环功控——调整信号强度外环功控——调整功控门限22IS-95系统的功控实现反向链路闭环功控——MS获得业务信道后内环功控：调整放射功率，保持MS尽可能地接近信干比目标值BS测量反向信道的信干比，与目标值比较后调整MS的放射功率。调整步长：1dB调整速率：800次/S（1.25ms）动态范围：48dB（+/-24dB）外环功控：计算FER（误帧率），调整信干比目标值，平衡FER与系统容量的关系。调整速率：20ms23Eb/It目标值（≥5dB话音质量良好）MS发射功率时间ItEb/ItEb/It设定值下一个Eb/It设定值1.25msEbEbi幀i＋1幀闭环功控示意图24IS-95闭环反向功率限制方案总结将20ms的帧分成16个1.25ms的功率限制段，基站每隔1.25ms测量接收到的SIR，与目标SIR相比较，确定增加移动台功率还是降低（0增1降）。功率限制叮嘱误码率较高。功率限制调整幅度：0.25、0.5、1dB，闭环功控动态范围是±24dB。接受插入技术，功率限制比特每1.25ms(800Hz传输速率）在下行链路上传输。在移动台连续放射的状况下，其功率可以得到连续的调整。254.2动态信道支配（DCA）中心思想：系统依据当前的业务负载和干扰状况，动态将信道(频率或时隙)支配给所需的用户，以达到最大的系统容量和最佳的通信质量。动态信道分配方法：1、业务自适应系统2、干扰自适应系统264.2.1信道借用法信道集Z仅在热点小区4的A扇区中运用；干扰小区8和9的A扇区运用Y信道集，它们的B和C扇区首先运用信道集Z，然后再运用信道集Y。信道集运用规则一、接受扇区化的信道借用法27①扇区A中的呼叫，首先运用信道集Z，用完之后，再运用信道集X；②扇区B和C中的呼叫仅运用信道集X。

热点小区信道指配规则28呼损率与出租信道数|Z|的关系曲线

29热点小区不同到达率λH条件下|Z|和呼损率曲线

30二、动态共享式信道借用法信道集Z在热点小区和出租小区之间共享

①出租小区中的呼叫首先运用信道集Y，然后再运用信道集Z②热点小区B扇区和C扇区中的呼叫仅运用信道集X③热点小区A扇区中的呼叫运用信道集X或Z，但要使得在热点小区中的剩余信道数尽可能地接近出租小区中的剩余信道数+△31设i，j，k分别为X，Y，Z中已运用的信道数，a)假如(i=|X|且k<|Z|)或(i<|X|，且k=|Z|)，则在非堵塞的信道集中指定一个信道；b)假如(i<|X|，且k<|Z|，指配X或Z中的信道按下列规则：热点小区的剩余信道出租小区的剩余信道热点小区A扇区运用X或Z的原则32三、重叠小区结构中的信道借用法被借用的信道仅在热点小区和干扰小区中心的一个小区域内运用。如何确定重叠面积？334.2.2平衡双向性能的动态信道支配法一、动态信道支配算法的实现问题①无线基站必需供应一个信标(Beacon)信号；系统供应信标两种方法②频率合成器的转换速度应足够快；③系统范围内的定时同步。34二、平衡双向性能的DCA算法35三、平衡双向性能DCA算法的性能表4—3移动台独立进行DCA算法的性能表4—4平衡双向性能的DCA算法的性能

364.2.3信道分别法信道分别法的核心思想是：每个小区依据信道运用状况，自动形成一个信道优先级表，在呼叫到达时，首先尝试运用具有最高优先级的信道。信道的优先级是依据其运用状况动态变更的。每小区不须要满配置收发信机和有线链路，但会有“不行接入信道”的状况。37信道分别法流图38信道分别法的性能394.3越区切换

越区切换是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。也称自动链路转移。越区切换从小区的性质上可分的类型：同一交换中心基站之间的越区切换同一BSC之间的切换不同BSC之间的切换不同交换中心之间基站的越区切换同基站内不同扇区的切换不同运营商之间的切换。40越区切换的探讨包括三个方面的问题：①越区切换的准则②越区切换如何限制③越区切换时信道支配越区切换总体概念越区切换分类：硬切换软切换越区切换算法性能指标包括：越区切换的失败概率、因越区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的时间间隔，以及越区切换发生的时延等。

切换过程：测量、决策、执行414.3.1越区切换的准则①相对信号强度准则(准则1)②具有门限规定的相对信号强度准则(准则2)③具有滞后余量的相对信号强度准则(准则3)④具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则(准则4)切换种类--硬切换硬切换最主要的特点就是在切换状况下，同一时刻占用一个无线信道，它必需在一个指定时间内，先中断与原基站的联系，调谐到新的频率上，再与新基站取得联系，在切换过程中可能会发生通信短时中断(200ms)。硬切换主要是不同频率的基站和扇区之间的切换。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。硬切换主要用于GSM系统中。42切换种类—软切换在软切换过程中，两条链路及相对应的两个数据流在一个相对较长的时间内同时被激活，始终到进入新基站并测量到新基站的传输质量满足指标要求后，才断开与原基站的连接。软切换是同一频率下不同基站之间的切换。在软切换中，移动台只有在取得了与新基站的链接之后，才会中断与原基站的联系，因此在切换过程中没有中断。软切换中移动台和基站均接受分集技术和反向功率限制，能很好地提高系统的性能。软切换主要用于CDMA系统中。43切换种类—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。事实上是相同信道上的导频之间的切换。这种切换是由BSC完成的，并不通知MSC。44切换种类—接力切换接力切换是一种基于智能天线的切换方案。利用终端上行预同步技术，预先取得与目标小区的同步参数，并通过开环方式保持与目标小区的同步，一旦网络判决切换，终端可快速由原小区切换到目标小区，在切换过程中，终端从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区。TD-SCDMA中接受了接力切换。45464.3.2越区切换限制1．移动台限制的越区切换移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量。在须要切换时，移动台选择最佳基站。2．网络限制的越区切换基站监测来自移动台的信号强度和质量，当信号低于某个门限后