個(gè)人通信課件第四章

個(gè)人通信課件第四章第一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六24.1動(dòng)態(tài)功率控制技術(shù)4.2動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)4.3越區(qū)切換4.4支持多媒體業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)資源分配

第二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六3為何需要功率控制

CDMA系統(tǒng)的干擾受限特點(diǎn)（根本原因）原因：擴(kuò)頻碼得非理想相關(guān)特性；無線信道多經(jīng)效應(yīng)；蜂窩結(jié)構(gòu)和大用戶量；通過功控減少：符號(hào)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)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(dòng)臺(tái)無謂電磁輻射改善時(shí)變信道傳輸質(zhì)量根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度探測(cè)，改變發(fā)送功率，保證無線鏈路質(zhì)量

第三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六4上世紀(jì)80年代中期IEEE文章：CDMA用于蜂窩系統(tǒng)不可行；1989.2高通（Qualcomm）造訪李建業(yè)：CDMA蜂窩系統(tǒng)商用必須解決功率控制；1989.4高通再訪李建業(yè)：6個(gè)月內(nèi)演示CDMA功控，太平洋電話公司將支付100萬美元；1993年高通基于功率控制、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(xiàng)專利，專利費(fèi)已成為高通公司的重要經(jīng)濟(jì)支柱。功率控制技術(shù)的誕生第四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六5功率控制技術(shù)的作用遠(yuǎn)近效應(yīng)若d2/d1=100，則S1/S2將達(dá)近80dB!強(qiáng)抑弱！反向d2d1前向S1S2MS2MS1①遠(yuǎn)近效應(yīng)只有采用功率控制才能很好地解決CDMA蜂窩系統(tǒng)面臨的問題。這些問題包括：①遠(yuǎn)近效應(yīng)；②快衰落與陰影衰落；③多址干擾第五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六6

②快衰落與陰影衰落衰落速率：可達(dá)100次/秒（900MHz、60km/h時(shí)）衰落深度：可達(dá)30dB距離接收功率(dBm)慢衰落快衰落功率控制技術(shù)的作用第六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六7（a）基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的正向多址干擾（b）移動(dòng)臺(tái)對(duì)基站的反向多址干擾MS1MS1BS1BS1多址干擾功率控制技術(shù)的作用第七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六8功率控制的目標(biāo)核心目的：降低干擾，減少功耗保證一定質(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的發(fā)射功率，使所有MS在保證通信質(zhì)量的條件下，BS的發(fā)射功率為最小。反向功控——限制MS的發(fā)射功率，使所有MS到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)度一樣。多：多的部分是干擾；少：通信質(zhì)量達(dá)不到第八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六9功率控制的方法開環(huán)功控——基于路徑損耗的功率控制，補(bǔ)償信道中平均路徑衰落及慢衰落（陰影衰落）

根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度（質(zhì)量），調(diào)整自身的發(fā)射功率，以達(dá)到期望的通信質(zhì)量。

閉環(huán)功控——降低信道快衰落的影響根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度（質(zhì)量），調(diào)整對(duì)方的發(fā)射功率，對(duì)開環(huán)功率控制提供校正。內(nèi)環(huán)功控——調(diào)整信號(hào)強(qiáng)度外環(huán)功控——調(diào)整功控門限第九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六104.1.1蜂窩系統(tǒng)中的最佳功率控制4.1動(dòng)態(tài)功率控制技術(shù)功率控制準(zhǔn)則：基于路徑損耗的功率控制基于質(zhì)量的功率控制功率控制的步長(zhǎng)：0.25-1dB下行鏈路功率控制的目的：

減小對(duì)鄰近小區(qū)的干擾第十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六11圖例：某小區(qū)移動(dòng)臺(tái)I接收到的信干比G

iiGij第十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六12令Г為任一移動(dòng)臺(tái)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)保護(hù)比)，F(xiàn)(γ0)被稱為干擾概率或中斷概率，則功率控制算法應(yīng)使F(γ0)最小。第十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六13定義功率控制矢量P={Pj}；鏈路增益矩陣Z={Zij}。如果有一個(gè)功率矢量P≥0，使所有移動(dòng)臺(tái)的Гi≥γ

，則認(rèn)為C／I電平是可以達(dá)到的。定理1：以概率為1，存在一個(gè)唯一的可達(dá)的最大C／I：該最大值為：

第十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六14算法設(shè)計(jì)思想對(duì)于一個(gè)給定的功率控制算法，其可達(dá)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?cái)?shù)目。為使Γ(γ0)最小，則對(duì)于每一個(gè)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(gè)最佳功率矢量P具有下列形式：第十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六15求解最佳功率矢量的步驟

①對(duì)于原始Z矩陣，如果為可達(dá)的C／I，則最佳功率矢量即為Z的特征矢量；②如果不可達(dá)，則移去一個(gè)小區(qū)，計(jì)算矩陣Z*，及Z*對(duì)應(yīng)的特征值γ*

，看是否存在一個(gè)γ*滿足γ*

≥γ0要求。③如果移去一個(gè)小區(qū)后，C／I仍達(dá)不到的要求，則移去兩個(gè)小區(qū)，并分別求解此時(shí)的最佳功率矢量。如果所對(duì)應(yīng)的C／I仍都達(dá)不到要求，可繼續(xù)移去更多的小區(qū)，直至移去Q-1小區(qū)，此時(shí)無任何干擾小區(qū)。第十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六16分步移去算法SRA①令Z對(duì)應(yīng)的可達(dá)C／I為γ*。如果γ*≥γ0

，則最佳功率矢量就采用特征矢量尸P*，否則令Q'=Q。②令，，對(duì)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(duì)應(yīng)的C／I比為γ*。若γ*≥γ0

，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(fù)步驟②。第十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六17SRA算法性能仿真條件：設(shè)系統(tǒng)含16個(gè)共道干擾小區(qū)，采用7個(gè)小區(qū)的復(fù)用圖樣，α=4，σ=6dB

。第十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六18SRA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(gè)共道干擾小區(qū)，采用7個(gè)小區(qū)的復(fù)用圖樣，α=4，σ=6dB，分別采用k=3、

5、7、9、13的小區(qū)的復(fù)用圖樣。

第十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六194.1.2CDMA功率控制干擾用戶Mi對(duì)Bj的干擾為：

rmr0第十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六20IS-95系統(tǒng)的功控實(shí)現(xiàn)前向鏈路功率控制機(jī)制：通過響應(yīng)移動(dòng)臺(tái)提供的測(cè)試來調(diào)整各用戶鏈路信號(hào)的前向鏈路功率組成：開環(huán)功率控制＋閉環(huán)功率控制。其中開環(huán)功控是基站通過接入程序期所接收的移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)相配合而動(dòng)態(tài)地改變功率。調(diào)節(jié)步長(zhǎng)：約0.5dB，動(dòng)態(tài)范圍限制在標(biāo)稱功率的±

6dB，調(diào)節(jié)速率：緩慢，每秒2次（30ms）第二十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六21反向鏈路的功率控制開環(huán)功控——MS在接入過程中進(jìn)行MS通過估算接收信道的路徑損耗，來決定自身的發(fā)射功率調(diào)節(jié)步長(zhǎng)：每次0.5dB動(dòng)態(tài)范圍：32dBIS-95系統(tǒng)的功控實(shí)現(xiàn)第二十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六22IS-95系統(tǒng)的功控實(shí)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(hào)強(qiáng)度外環(huán)功控——調(diào)整功控門限第二十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六23IS-95系統(tǒng)的功控實(shí)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)節(jié)發(fā)射功率，保持MS盡可能地接近信干比目標(biāo)值BS測(cè)量反向信道的信干比，與目標(biāo)值比較后調(diào)整MS的發(fā)射功率。調(diào)節(jié)步長(zhǎng)：1dB調(diào)節(jié)速率：800次/S（1.25ms）動(dòng)態(tài)范圍：48dB（+/-24dB）外環(huán)功控：計(jì)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)節(jié)速率：20ms第二十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六24Eb/It目標(biāo)值（≥5dB話音質(zhì)量良好）MS發(fā)射功率時(shí)間ItEb/ItEb/It設(shè)定值下一個(gè)Eb/It設(shè)定值1.25msEbEbi幀i＋1幀閉環(huán)功控示意圖第二十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六25IS-95閉環(huán)反向功率控制方案總結(jié)將20ms的幀分成16個(gè)1.25ms的功率控制段，基站每隔1.25ms測(cè)量接收到的SIR，與目標(biāo)SIR相比較，決定增加移動(dòng)臺(tái)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(diào)整幅度：0.25、0.5、1dB，閉環(huán)功控動(dòng)態(tài)范圍是±24dB。采用插入技術(shù)，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(dòng)臺(tái)連續(xù)發(fā)射的情況下，其功率可以得到連續(xù)的調(diào)整。第二十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六264.2動(dòng)態(tài)信道分配（DCA）中心思想：系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的業(yè)務(wù)負(fù)載和干擾情況，動(dòng)態(tài)將信道(頻率或時(shí)隙)分配給所需的用戶，以達(dá)到最大的系統(tǒng)容量和最佳的通信質(zhì)量。動(dòng)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)第二十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六274.2.1信道借用法信道集Z僅在熱點(diǎn)小區(qū)4的A扇區(qū)中使用；干擾小區(qū)8和9的A扇區(qū)使用Y信道集，它們的B和C扇區(qū)首先使用信道集Z，然后再使用信道集Y。信道集使用規(guī)則一、采用扇區(qū)化的信道借用法第二十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六28①扇區(qū)A中的呼叫，首先使用信道集Z，用完之后，再使用信道集X；

②扇區(qū)B和C中的呼叫僅使用信道集X。

熱點(diǎn)小區(qū)信道指配規(guī)則第二十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六29呼損率與出租信道數(shù)|Z|的關(guān)系曲線

第二十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六30熱點(diǎn)小區(qū)不同到達(dá)率λH條件下|Z|和呼損率曲線

第三十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六31二、動(dòng)態(tài)共享式信道借用法信道集Z在熱點(diǎn)小區(qū)和出租小區(qū)之間共享

①出租小區(qū)中的呼叫首先使用信道集Y，然后再使用信道集Z②熱點(diǎn)小區(qū)B扇區(qū)和C扇區(qū)中的呼叫僅使用信道集X③熱點(diǎn)小區(qū)A扇區(qū)中的呼叫使用信道集X或Z，但要使得在熱點(diǎn)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)+△第三十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六32設(shè)i，j，k分別為X，Y，Z中已使用的信道數(shù)，

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(gè)信道；b)如果(i<|X|，且k<|Z|，指配X或Z中的信道按下列規(guī)則：熱點(diǎn)小區(qū)的剩余信道出租小區(qū)的剩余信道熱點(diǎn)小區(qū)A扇區(qū)使用X或Z的原則第三十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六33三、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(diǎn)小區(qū)和干擾小區(qū)中心的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)使用。如何確定重疊面積？第三十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六344.2.2平衡雙向性能的動(dòng)態(tài)信道分配法

一、動(dòng)態(tài)信道分配算法的實(shí)現(xiàn)問題

①無線基站必須提供一個(gè)信標(biāo)(Beacon)信號(hào)；

系統(tǒng)提供信標(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(shí)同步。第三十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六35二、平衡雙向性能的DCA算法第三十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六36三、平衡雙向性能DCA算法的性能表4—3移動(dòng)臺(tái)獨(dú)立進(jìn)行DCA算法的性能表4—4平衡雙向性能的DCA算法的性能

第三十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六374.2.3信道分離法

信道分離法的核心思想是：每個(gè)小區(qū)根據(jù)信道使用情況，自動(dòng)形成一個(gè)信道優(yōu)先級(jí)表，在呼叫到達(dá)時(shí)，首先嘗試使用具有最高優(yōu)先級(jí)的信道。信道的優(yōu)先級(jí)是根據(jù)其使用情況動(dòng)態(tài)改變的。每小區(qū)不需要滿配置收發(fā)信機(jī)和有線鏈路，但會(huì)有“不可接入信道”的情況。

第三十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六38信道分離法流圖

第三十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六39信道分離法的性能

第三十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六404.3越區(qū)切換

越區(qū)切換是指將當(dāng)前正在進(jìn)行的移動(dòng)臺(tái)與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站的過程。也稱自動(dòng)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(yùn)營(yíng)商之間的切換。第四十頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六41越區(qū)切換的研究包括三個(gè)方面的問題：①越區(qū)切換的準(zhǔn)則②越區(qū)切換如何控制③越區(qū)切換時(shí)信道分配越區(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(shí)間間隔，以及越區(qū)切換發(fā)生的時(shí)延等。

切換過程：測(cè)量、決策、執(zhí)行第四十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六424.3.1越區(qū)切換的準(zhǔn)則①相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則1)②具有門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則2)③具有滯后余量的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則3)④具有滯后余量和門限規(guī)定的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則(準(zhǔn)則4)第四十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六切換種類--硬切換硬切換最主要的特點(diǎn)就是在切換情況下，同一時(shí)刻占用一個(gè)無線信道，它必須在一個(gè)指定時(shí)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(huì)發(fā)生通信短時(shí)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(shí)，會(huì)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。43第四十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六切換種類—軟切換在軟切換過程中，兩條鏈路及相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)數(shù)據(jù)流在一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)同時(shí)被激活，一直到進(jìn)入新基站并測(cè)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(dòng)臺(tái)只有在取得了與新基站的鏈接之后，才會(huì)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(dòng)臺(tái)和基站均采用分集技術(shù)和反向功率控制，能很好地提高系統(tǒng)的性能。軟切換主要用于CDMA系統(tǒng)中。44第四十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六切換種類—更軟切換在CDMA

系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)在扇區(qū)化小區(qū)的同一小區(qū)的不同扇區(qū)之間進(jìn)行的軟切換稱為更軟切換。實(shí)際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。45第四十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六切換種類—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，終端可迅速由原小區(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中采用了接力切換。46第四十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六474.3.2越區(qū)切換控制1．移動(dòng)臺(tái)控制的越區(qū)切換移動(dòng)臺(tái)連續(xù)監(jiān)測(cè)當(dāng)前基站和幾個(gè)越區(qū)時(shí)的候選基站的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量。在需要切換時(shí)，移動(dòng)臺(tái)選擇最佳基站。2．網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換基站監(jiān)測(cè)來自移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量，當(dāng)信號(hào)低于某個(gè)門限后，網(wǎng)絡(luò)開始安