1、個人通信課件第四章第1頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日24.1 動態功率控制技術4.2 動態信道分配(DCA) 4.3 越區切換4.4 支持多媒體業務的動態資源分配 第2頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日3為何需要功率控制 CDMA系統的干擾受限特點（根本原因）原因：擴頻碼得非理想相關特性；無線信道多經效應；蜂窩結構和大用戶量；通過功控減少：符號間干擾（ICI）、用戶間干擾（MAI）、鄰小區干擾（ACI）； CDMA蜂窩系統容量主要受限于干擾。 節省功耗通過功率控制減少無謂功率消耗 減少電磁輻射根通過功率控制，減少基站和移動臺無謂電磁輻射 改善時變

2、信道傳輸質量根據信號強度探測，改變發送功率，保證無線鏈路質量 第3頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日4上世紀80年代中期IEEE文章：CDMA用于蜂窩系統不可行；1989.2 高通（Qualcomm）造訪李建業： CDMA蜂窩系統商用必須解決功率控制；1989.4 高通再訪李建業：6個月內演示CDMA功控，太平洋電話公司將支付100萬美元；1993年高通基于功率控制、軟切換等核心專利技術的IS-95標準通過，CDMA蜂窩系統商用；目前，1400多項專利，專利費已成為高通公司的重要經濟支柱。功率控制技術的誕生第4頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日5功率

3、控制技術的作用遠近效應若d2/d1=100，則S1/S2將達近80dB ! 強抑弱！反向d2d1前向S1S2MS2MS1 遠近效應只有采用功率控制才能很好地解決CDMA蜂窩系統面臨的問題。 這些問題包括： 遠近效應； 快衰落與陰影衰落； 多址干擾第5頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日6 快衰落與陰影衰落衰落速率：可達100次/秒 （900MHz、60km/h時）衰落深度：可達30dB距離接收功率(dBm)慢衰落快衰落功率控制技術的作用第6頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日7（a）基站對移動臺的正向多址干擾（b）移動臺對基站的反向多址干擾MS1MS1B

4、S1BS1 多址干擾功率控制技術的作用第7頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日8功率控制的目標核心目的：降低干擾，減少功耗 保證一定質量的前提下，盡可能降低功率，使接收功率始終剛剛夠用！前向功控限制BS的發射功率，使所有MS在保證通信質量的條件下，BS的發射功率為最小。反向功控限制MS的發射功率，使所有MS到達基站的信號強度一樣。多：多的部分是干擾；少：通信質量達不到第8頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日9功率控制的方法開環功控基于路徑損耗的功率控制，補償信道中平均路徑衰落及慢衰落（陰影衰落） 根據接收信號強度（質量），調整自身的發射功率，以達到期望的

5、通信質量。 閉環功控降低信道快衰落的影響根據接收信號強度（質量），調整對方的發射功率，對開環功率控制提供校正。內環功控調整信號強度外環功控調整功控門限第9頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日104.1.1 蜂窩系統中的最佳功率控制4.1 動態功率控制技術功率控制準則：基于路徑損耗的功率控制基于質量的功率控制功率控制的步長：0.25-1dB下行鏈路功率控制的目的： 減小對鄰近小區的干擾第10頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日11圖例：某小區移動臺I接收到的信干比G i iGij第11頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日12令為任一移動

6、臺的CI，則的分布為： 若系統要求的最小(門限)CI為0(被稱為系統保護比) ，F(0)被稱為干擾概率或中斷概率，則功率控制算法應使F(0)最小。第12頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日13定義功率控制矢量P=Pj；鏈路增益矩陣Z=Zij。如果有一個功率矢量P0，使所有移動臺的i ，則認為CI電平是可以達到的。定理1：以概率為1，存在一個唯一的可達的最大CI：該最大值為： 第13頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日14算法設計思想對于一個給定的功率控制算法，其可達到的CI矢量可表示為 ，是P和Z的函數， 。B(Z， )表示中小于0的元素數目。為使(0)

7、最小，則對于每一個Z，應使B最小。該最小值用B *(Z)表示。定理2：令R= ，| R |= B *(Z)則至少有一個最佳功率 矢量P具有下列形式：第14頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日15求解最佳功率矢量的步驟 對于原始Z矩陣，如果為可達的CI，則最佳功率矢量即為Z的特征矢量；如果不可達，則移去一個小區，計算矩陣Z *，及Z *對應的特征值* ，看是否存在一個*滿足* 0要求。如果移去一個小區后，CI仍達不到的要求，則移去兩個小區，并分別求解此時的最佳功率矢量。如果所對應的CI仍都達不到要求，可繼續移去更多的小區，直至移去Q-1小區，此時無任何干擾小區。第15頁，共5

8、3頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日16分步移去算法SRA令Z對應的可達CI為*。如果 * 0 ，則最佳功率矢量就采用特征矢量尸P*，否則令Q=Q。令 ， ， 對應 的小區為l，移去小區l，形成(Q- 1)(Q- 1)矩陣Z。又令Z對應的CI比為 *。若 * 0 ，則使用特征矢量P*作為最佳功率矢量，否則令Q=Q- 1，并且重復步驟。第16頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日17SRA算法性能仿真條件：設系統含16個共道干擾小區，采用7個小區的 復用圖樣，=4，=6 dB 。第17頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日18 SRA算法與固定功率

9、法的性能比較 仿真條件：設系統含16個共道干擾小區，采用7個小區的 復用圖樣，=4，=6 dB ，分別采用k=3、 5、7、9、13的小區的復用圖樣。 第18頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日194.1.2 CDMA功率控制干擾用戶Mi對Bj的干擾為： rmr0第19頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日20IS-95系統的功控實現前向鏈路功率控制機制：通過響應移動臺提供的測試來調整各用戶鏈路信號的前向鏈路功率組成：開環功率控制閉環功率控制。其中開環功控是基站通過接入程序期所接收的移動臺功率，估算出傳輸損耗來調整各業務信道的起始功率；閉環功控是基站和移動

10、臺相配合而動態地改變功率。調節步長：約0.5dB，動態范圍限制在標稱功率的 6dB，調節速率：緩慢，每秒2次（30ms）第20頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日21反向鏈路的功率控制開環功控MS在接入過程中進行MS通過估算接收信道的路徑損耗，來決定自身的發射功率調節步長：每次0.5dB動態范圍：32dBIS-95系統的功控實現第21頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日22IS-95系統的功控實現反向鏈路閉環功控MS獲得業務信道后內環功控調整信號強度外環功控調整功控門限第22頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日23IS-95系統的功控

11、實現反向鏈路閉環功控MS獲得業務信道后內環功控：調節發射功率，保持MS盡可能地接近信干比目標值BS測量反向信道的信干比，與目標值比較后調整MS的發射功率。調節步長：1dB調節速率：800次/S（1.25ms）動態范圍：48dB（ +/-24dB ）外環功控：計算FER（誤幀率），調整信干比目標值 ，平衡FER與系統容量的關系。調節速率：20ms第23頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日24Eb/It目標值（5dB話音質量良好）MS發射功率時間ItEb/ItEb/It設定值下一個Eb/It設定值1.25msEbEbi 幀i1 幀閉環功控示意圖第24頁，共53頁，2022年，5

12、月20日，2點52分，星期日25IS-95閉環反向功率控制方案總結將20ms的幀分成16個1.25 ms的功率控制段，基站每隔1.25ms測量接收到的SIR，與目標SIR相比較，決定增加移動臺功率還是降低（0增1降）。功率控制命令誤碼率較高。功率控制調整幅度：0.25、0.5、1dB，閉環功控動態范圍是24dB。采用插入技術，功率控制比特每1.25ms( 800Hz傳輸速率）在下行鏈路上傳輸。在移動臺連續發射的情況下，其功率可以得到連續的調整。第25頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日264.2 動態信道分配（DCA）中心思想：系統根據當前的業務負載和干擾情況，動態將信道(

13、頻率或時隙)分配給所需的用戶，以達到最大的系統容量和最佳的通信質量。動態信道分配方法：1、業務自適應系統2、干擾自適應系統第26頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日274.2.1 信道借用法信道集Z僅在熱點小區4的A扇區中使用；干擾小區8和9的A扇區使用Y信道集，它們的B和C扇區首先使用信道集Z，然后再使用信道集Y。信道集使用規則一、采用扇區化的信道借用法第27頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日28扇區A中的呼叫，首先使用信道集Z，用完之后，再使用信道集X； 扇區B和C中的呼叫僅使用信道集X。 熱點小區信道指配規則第28頁，共53頁，2022年，5月2

14、0日，2點52分，星期日29呼損率與出租信道數|Z|的關系曲線 第29頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日30熱點小區不同到達率H條件下|Z|和呼損率曲線 第30頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日31二、動態共享式信道借用法信道集Z在熱點小區和出租小區之間共享 出租小區中的呼叫首先使用信道集Y，然后再使用信道集Z熱點小區B扇區和C扇區中的呼叫僅使用信道集X熱點小區A扇區中的呼叫使用信道集X或Z，但要使得在熱點小區中的剩余信道數盡可能地接近出租小區中的剩余信道數+第31頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日32設i，j，k分別為X，Y，

15、Z中已使用的信道數， a)如果(i=|X|且k|Z|)或(i|X|，且k=|Z|)，則在非阻塞的信道集中指定一個信道；b)如果(i|X|，且k|Z|，指配X或Z中的信道按下列規則：熱點小區的剩余信道出租小區的剩余信道熱點小區A扇區使用X或Z的原則第32頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日33三、重疊小區結構中的信道借用法 被借用的信道僅在熱點小區和干擾小區中心的一個小區域內使用。如何確定重疊面積？第33頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日344.2.2 平衡雙向性能的動態信道分配法 一、動態信道分配算法的實現問題 無線基站必須提供一個信標(Beacon)

16、信 號； 系統提供信標兩種方法頻率合成器的轉換速度應足夠快； 系統范圍內的定時同步 。第34頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日35二、平衡雙向性能的DCA算法第35頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日36三、平衡雙向性能DCA算法的性能表43 移動臺獨立進行DCA算法的性能表44 平衡雙向性能的DCA算法的性能 第36頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日374.2.3 信道分離法 信道分離法的核心思想是：每個小區根據信道使用情況，自動形成一個信道優先級表，在呼叫到達時，首先嘗試使用具有最高優先級的信道。信道的優先級是根據其使用情況動

17、態改變的。每小區不需要滿配置收發信機和有線鏈路，但會有“不可接入信道”的情況。 第37頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日38信道分離法流圖 第38頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日39信道分離法的性能 第39頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日404.3 越區切換 越區切換是指將當前正在進行的移動臺與基站之間的通信鏈路從當前基站轉移到另一個基站的過程。也稱自動鏈路轉移。 越區切換從小區的性質上可分的類型：同一交換中心基站之間的越區切換同一BSC之間的切換不同BSC之間的切換不同交換中心之間基站的越區切換同基站內不同扇區的切換不同運

18、營商之間的切換。第40頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日41越區切換的研究包括三個方面的問題：越區切換的準則越區切換如何控制越區切換時信道分配越區切換總體概念越區切換分類：硬切換 軟切換越區切換算法性能指標包括：越區切換的失敗概率、因越區失敗而使通信中斷的概率、越區切換的速率、越區切換引起的通信中斷的時間間隔，以及越區切換發生的時延等。 切換過程：測量、決策、執行第41頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日424.3.1 越區切換的準則相對信號強度準則(準則1) 具有門限規定的相對信號強度準則(準則2) 具有滯后余量的相對信號強度準則(準則3) 具有滯后

19、余量和門限規定的相對信號強度準則(準則4)第42頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日切換種類-硬切換硬切換最主要的特點就是在切換情況下，同一時刻占用一個無線信道，它必須在一個指定時間內，先中斷與原基站的聯系，調諧到新的頻率上，再與新基站取得聯系，在切換過程中可能會發生通信短時中斷(200ms)。硬切換主要是不同頻率的基站和扇區之間的切換。當硬切換區域面積狹窄時，會出現新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應”，影響業務信道的傳輸。硬切換主要用于GSM系統中。43第43頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日切換種類軟切換在軟切換過程中，兩條鏈路及相對應的兩個數

20、據流在一個相對較長的時間內同時被激活，一直到進入新基站并測量到新基站的傳輸質量滿足指標要求后，才斷開與原基站的連接。軟切換是同一頻率下不同基站之間的切換。在軟切換中，移動臺只有在取得了與新基站的鏈接之后，才會中斷與原基站的聯系，因此在切換過程中沒有中斷。軟切換中移動臺和基站均采用分集技術和反向功率控制，能很好地提高系統的性能。軟切換主要用于CDMA系統中。44第44頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日切換種類更軟切換在CDMA 系統中，移動臺在扇區化小區的同一小區的不同扇區之間進行的軟切換稱為更軟切換。實際上是相同信道上的導頻之間的切換。這種切換是由BSC 完成的，并不通知

21、MSC。45第45頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日切換種類接力切換接力切換是一種基于智能天線的切換方案。利用終端上行預同步技術，預先取得與目標小區的同步參數，并通過開環方式保持與目標小區的同步，一旦網絡判決切換，終端可迅速由原小區切換到目標小區，在切換過程中，終端從源小區接收下行數據，向目標小區發送上行數據，即上下行通信鏈路先后轉移到目標小區。TD-SCDMA中采用了接力切換。46第46頁，共53頁，2022年，5月20日，2點52分，星期日474.3.2 越區切換控制1移動臺控制的越區切換移動臺連續監測當前基站和幾個越區時的候選基站的信號強度和質量。在需要切換時，移動臺選擇最佳基站。2網絡控制的越區切換基站監測來自移動臺的信號強度和質量，當信號低于某個門限后，網絡開始安排向另一個基站的越區切換。3移動臺輔助的