個人通信課件第四章

14.1動態(tài)功率限制技術(shù)4.2動態(tài)信道支配(DCA)4.3越區(qū)切換4.4支持多媒體業(yè)務(wù)的動態(tài)資源支配2為何須要功率限制CDMA系統(tǒng)的干擾受限特點（根本緣由）緣由：擴頻碼得非志向相關(guān)特性；無線信道多經(jīng)效應(yīng)；蜂窩結(jié)構(gòu)和大用戶量；通過功控削減：符號間干擾（ICI）、用戶間干擾（MAI）、鄰小區(qū)干擾（ACI）；CDMA蜂窩系統(tǒng)容量主要受限于干擾。節(jié)約功耗通過功率限制削減無謂功率消耗削減電磁輻射根通過功率限制，削減基站和移動臺無謂電磁輻射改善時變信道傳輸質(zhì)量依據(jù)信號強度探測，變更發(fā)送功率，保證無線鏈路質(zhì)量3上世紀(jì)80年頭中期IEEE文章：CDMA用于蜂窩系統(tǒng)不行行；1989.2高通（Qualcomm）造訪李建業(yè)：CDMA蜂窩系統(tǒng)商用必需解決功率限制；1989.4高通再訪李建業(yè)：6個月內(nèi)演示CDMA功控，太平洋電話公司將支付100萬美元；1993年高通基于功率限制、軟切換等核心專利技術(shù)的IS-95標(biāo)準(zhǔn)通過，CDMA蜂窩系統(tǒng)商用；目前，1400多項專利，專利費已成為高通公司的重要經(jīng)濟支柱。功率限制技術(shù)的誕生4功率限制技術(shù)的作用遠近效應(yīng)若d2/d1=100，則S1/S2將達近80dB!強抑弱！反向d2d1前向S1S2MS2MS1①遠近效應(yīng)只有接受功率限制才能很好地解決CDMA蜂窩系統(tǒng)面臨的問題。這些問題包括：①遠近效應(yīng)；②快衰落與陰影衰落；③多址干擾5

②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)慢衰落快衰落功率限制技術(shù)的作用6（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MS1MS1BS1BS1多址干擾功率限制技術(shù)的作用7功率限制的目標(biāo)核心目的：降低干擾，削減功耗保證確定質(zhì)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的放射功率，使全部MS在保證通信質(zhì)量的條件下，BS的放射功率為最小。反向功控——限制MS的放射功率，使全部MS到達基站的信號強度一樣。多：多的部分是干擾；少：通信質(zhì)量達不到8功率限制的方法開環(huán)功控——基于路徑損耗的功率限制，補償信道中平均路徑衰落及慢衰落（陰影衰落）依據(jù)接收信號強度（質(zhì)量），調(diào)整自身的放射功率，以達到期望的通信質(zhì)量。閉環(huán)功控——降低信道快衰落的影響依據(jù)接收信號強度（質(zhì)量），調(diào)整對方的放射功率，對開環(huán)功率限制供應(yīng)校正。內(nèi)環(huán)功控——調(diào)整信號強度外環(huán)功控——調(diào)整功控門限94.1.1蜂窩系統(tǒng)中的最佳功率限制4.1動態(tài)功率限制技術(shù)功率限制準(zhǔn)則：基于路徑損耗的功率限制基于質(zhì)量的功率限制功率限制的步長：0.25-1dB下行鏈路功率限制的目的：減小對鄰近小區(qū)的干擾10圖例：某小區(qū)移動臺I接收到的信干比G

iiGij11令Г為任一移動臺的C／I，則Г的分布為：

若系統(tǒng)要求的最小(門限)C／I為γ0(被稱為系統(tǒng)疼惜比)，F(xiàn)(γ0)被稱為干擾概率或中斷概率，則功率限制算法應(yīng)使F(γ0)最小。12定義功率限制矢量P={Pj}；鏈路增益矩陣Z={Zij}。假如有一個功率矢量P≥0，使全部移動臺的Гi≥γ，則認(rèn)為C／I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C／I：該最大值為：

13算法設(shè)計思想對于一個給定的功率限制算法，其可達到的C／I矢量可表示為，是P和Z的函數(shù)，。B(Z，)表示Γ中小于γ0的元素數(shù)目。為使Γ(γ0)最小，則對于每一個Z，應(yīng)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：14求解最佳功率矢量的步驟

①對于原始Z矩陣，假如為可達的C／I，則最佳功率矢量即為Z的特征矢量；②假如不行達，則移去一個小區(qū)，計算矩陣Z*，及Z*對應(yīng)的特征值γ*，看是否存在一個γ*滿足γ*≥γ0要求。③假如移去一個小區(qū)后，C／I仍達不到的要求，則移去兩個小區(qū)，并分別求解此時的最佳功率矢量。假如所對應(yīng)的C／I仍都達不到要求，可接著移去更多的小區(qū)，直至移去Q-1小區(qū)，此時無任何干擾小區(qū)。15分步移去算法SRA①令Z對應(yīng)的可達C／I為γ*。假如γ*≥γ0，則最佳功率矢量就接受特征矢量尸P*，否則令Q'=Q。②令，，對應(yīng)的小區(qū)為l，移去小區(qū)l，形成(Q'-1)×(Q'-1)矩陣Z’。又令Z'對應(yīng)的C／I比為γ*。若γ*≥γ0，則運用特征矢量P'*作為最佳功率矢量，否則令Q'=Q'-1，并且重復(fù)步驟②。16SRA算法性能仿真條件：設(shè)系統(tǒng)含16個共道干擾小區(qū)，接受7個小區(qū)的復(fù)用圖樣，α=4，σ=6dB。17SRA算法與固定功率法的性能比較

仿真條件：設(shè)系統(tǒng)含16個共道干擾小區(qū)，接受7個小區(qū)的復(fù)用圖樣，α=4，σ=6dB，分別接受k=3、5、7、9、13的小區(qū)的復(fù)用圖樣。184.1.2CDMA功率限制干擾用戶Mi對Bj的干擾為：

rmr019IS-95系統(tǒng)的功控實現(xiàn)前向鏈路功率限制機制：通過響應(yīng)移動臺供應(yīng)的測試來調(diào)整各用戶鏈路信號的前向鏈路功率組成：開環(huán)功率限制＋閉環(huán)功率限制。其中開環(huán)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(diào)整各業(yè)務(wù)信道的起始功率；閉環(huán)功控是基站和移動臺相協(xié)作而動態(tài)地變更功率。調(diào)整步長：約0.5dB，動態(tài)范圍限制在標(biāo)稱功率的±6dB，調(diào)整速率：緩慢，每秒2次（30ms）20反向鏈路的功率限制開環(huán)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，來確定自身的放射功率調(diào)整步長：每次0.5dB動態(tài)范圍：32dBIS-95系統(tǒng)的功控實現(xiàn)21IS-95系統(tǒng)的功控實現(xiàn)反向鏈路閉環(huán)功控——MS獲得業(yè)務(wù)信道后內(nèi)環(huán)功控——調(diào)整信號強度外環(huán)功控——調(diào)整功控門限22IS-95系統(tǒng)的功控實現(xiàn)反向鏈路閉環(huán)功控——MS獲得業(yè)務(wù)信道后內(nèi)環(huán)功控：調(diào)整放射功率，保持MS盡可能地接近信干比目標(biāo)值BS測量反向信道的信干比，與目標(biāo)值比較后調(diào)整MS的放射功率。調(diào)整步長：1dB調(diào)整速率：800次/S（1.25ms）動態(tài)范圍：48dB（+/-24dB）外環(huán)功控：計算FER（誤幀率），調(diào)整信干比目標(biāo)值，平衡FER與系統(tǒng)容量的關(guān)系。調(diào)整速率：20ms23Eb/It目標(biāo)值（≥5dB話音質(zhì)量良好）MS發(fā)射功率時間ItEb/ItEb/It設(shè)定值下一個Eb/It設(shè)定值1.25msEbEbi幀i＋1幀閉環(huán)功控示意圖24IS-95閉環(huán)反向功率限制方案總結(jié)將20ms的幀分成16個1.25ms的功率限制段，基站每隔1.25ms測量接收到的SIR，與目標(biāo)SIR相比較，確定增加移動臺功率還是降低（0增1降）。功率限制叮囑誤碼率較高。功率限制調(diào)整幅度：0.25、0.5、1dB，閉環(huán)功控動態(tài)范圍是±24dB。接受插入技術(shù)，功率限制比特每1.25ms(800Hz傳輸速率）在下行鏈路上傳輸。在移動臺連續(xù)放射的狀況下，其功率可以得到連續(xù)的調(diào)整。254.2動態(tài)信道支配（DCA）中心思想：系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)前的業(yè)務(wù)負(fù)載和干擾狀況，動態(tài)將信道(頻率或時隙)支配給所需的用戶，以達到最大的系統(tǒng)容量和最佳的通信質(zhì)量。動態(tài)信道分配方法：1、業(yè)務(wù)自適應(yīng)系統(tǒng)2、干擾自適應(yīng)系統(tǒng)264.2.1信道借用法信道集Z僅在熱點小區(qū)4的A扇區(qū)中運用；干擾小區(qū)8和9的A扇區(qū)運用Y信道集，它們的B和C扇區(qū)首先運用信道集Z，然后再運用信道集Y。信道集運用規(guī)則一、接受扇區(qū)化的信道借用法27①扇區(qū)A中的呼叫，首先運用信道集Z，用完之后，再運用信道集X；②扇區(qū)B和C中的呼叫僅運用信道集X。

熱點小區(qū)信道指配規(guī)則28呼損率與出租信道數(shù)|Z|的關(guān)系曲線

29熱點小區(qū)不同到達率λH條件下|Z|和呼損率曲線

30二、動態(tài)共享式信道借用法信道集Z在熱點小區(qū)和出租小區(qū)之間共享

①出租小區(qū)中的呼叫首先運用信道集Y，然后再運用信道集Z②熱點小區(qū)B扇區(qū)和C扇區(qū)中的呼叫僅運用信道集X③熱點小區(qū)A扇區(qū)中的呼叫運用信道集X或Z，但要使得在熱點小區(qū)中的剩余信道數(shù)盡可能地接近出租小區(qū)中的剩余信道數(shù)+△31設(shè)i，j，k分別為X，Y，Z中已運用的信道數(shù)，a)假如(i=|X|且k<|Z|)或(i<|X|，且k=|Z|)，則在非堵塞的信道集中指定一個信道；b)假如(i<|X|，且k<|Z|，指配X或Z中的信道按下列規(guī)則：熱點小區(qū)的剩余信道出租小區(qū)的剩余信道熱點小區(qū)A扇區(qū)運用X或Z的原則32三、重疊小區(qū)結(jié)構(gòu)中的信道借用法被借用的信道僅在熱點小區(qū)和干擾小區(qū)中心的一個小區(qū)域內(nèi)運用。如何確定重疊面積？334.2.2平衡雙向性能的動態(tài)信道支配法一、動態(tài)信道支配算法的實現(xiàn)問題①無線基站必需供應(yīng)一個信標(biāo)(Beacon)信號；系統(tǒng)供應(yīng)信標(biāo)兩種方法②頻率合成器的轉(zhuǎn)換速度應(yīng)足夠快；③系統(tǒng)范圍內(nèi)的定時同步。34二、平衡雙向性能的DCA算法35三、平衡雙向性能DCA算法的性能表4—3移動臺獨立進行DCA算法的性能表4—4平衡雙向性能的DCA算法的性能

364.2.3信道分別法信道分別法的核心思想是：每個小區(qū)依據(jù)信道運用狀況，自動形成一個信道優(yōu)先級表，在呼叫到達時，首先嘗試運用具有最高優(yōu)先級的信道。信道的優(yōu)先級是依據(jù)其運用狀況動態(tài)變更的。每小區(qū)不須要滿配置收發(fā)信機和有線鏈路，但會有“不行接入信道”的狀況。37信道分別法流圖38信道分別法的性能394.3越區(qū)切換

越區(qū)切換是指將當(dāng)前正在進行的移動臺與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個基站的過程。也稱自動鏈路轉(zhuǎn)移。越區(qū)切換從小區(qū)的性質(zhì)上可分的類型：同一交換中心基站之間的越區(qū)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(qū)切換同基站內(nèi)不同扇區(qū)的切換不同運營商之間的切換。40越區(qū)切換的探討包括三個方面的問題：①越區(qū)切換的準(zhǔn)則②越區(qū)切換如何限制③越區(qū)切換時信道支配越區(qū)切換總體概念越區(qū)切換分類：硬切換軟切換越區(qū)切換算法性能指標(biāo)包括：越區(qū)切換的失敗概率、因越區(qū)失敗而使通信中斷的概率、越區(qū)切換的速率、越區(qū)切換引起的通信中斷的時間間隔，以及越區(qū)切換發(fā)生的時延等。

切換過程：測量、決策、執(zhí)行414.3.1越區(qū)切換的準(zhǔn)則①相對信號強度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則1)②具有門限規(guī)定的相對信號強度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則2)③具有滯后余量的相對信號強度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則3)④具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則4)切換種類--硬切換硬切換最主要的特點就是在切換狀況下，同一時刻占用一個無線信道，它必需在一個指定時間內(nèi)，先中斷與原基站的聯(lián)系，調(diào)諧到新的頻率上，再與新基站取得聯(lián)系，在切換過程中可能會發(fā)生通信短時中斷(200ms)。硬切換主要是不同頻率的基站和扇區(qū)之間的切換。當(dāng)硬切換區(qū)域面積狹窄時，會出現(xiàn)新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應(yīng)”，影響業(yè)務(wù)信道的傳輸。硬切換主要用于GSM系統(tǒng)中。42切換種類—軟切換在軟切換過程中，兩條鏈路及相對應(yīng)的兩個數(shù)據(jù)流在一個相對較長的時間內(nèi)同時被激活，始終到進入新基站并測量到新基站的傳輸質(zhì)量滿足指標(biāo)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(lián)系，因此在切換過程中沒有中斷。軟切換中移動臺和基站均接受分集技術(shù)和反向功率限制，能很好地提高系統(tǒng)的性能。軟切換主要用于CDMA系統(tǒng)中。43切換種類—更軟切換在CDMA系統(tǒng)中，移動臺在扇區(qū)化小區(qū)的同一小區(qū)的不同扇區(qū)之間進行的軟切換稱為更軟切換。事實上是相同信道上的導(dǎo)頻之間的切換。這種切換是由BSC完成的，并不通知MSC。44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(yù)同步技術(shù)，預(yù)先取得與目標(biāo)小區(qū)的同步參數(shù)，并通過開環(huán)方式保持與目標(biāo)小區(qū)的同步，一旦網(wǎng)絡(luò)判決切換，終端可快速由原小區(qū)切換到目標(biāo)小區(qū)，在切換過程中，終端從源小區(qū)接收下行數(shù)據(jù)，向目標(biāo)小區(qū)發(fā)送上行數(shù)據(jù)，即上下行通信鏈路先后轉(zhuǎn)移到目標(biāo)小區(qū)。TD-SCDMA中接受了接力切換。45464.3.2越區(qū)切換限制1．移動臺限制的越區(qū)切換移動臺連續(xù)監(jiān)測當(dāng)前基站和幾個越區(qū)時的候選基站的信號強度和質(zhì)量。在須要切換時，移動臺選擇最佳基站。2．網(wǎng)絡(luò)限制的越區(qū)切換基站監(jiān)測來自移動臺的信號強度和質(zhì)量，當(dāng)信號低于某個門限后