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1、1 CDMA 功率控制的计算机仿真王 忠任苏萍雷礼平杨永祯（成都信息工程学院现代通信技术研究所，成都610041）摘 要CDMA 移动通信系统具有抗干扰能力强，保密性好，容量大等优点，受到广泛的关注。但CDMA 存在传输衰减、多址干扰、远近效应等问题，系统容量受限于用户间的相互干扰，必须进行功率控制。本文首先介绍CDMA 的关键技术功率控制的基本理论。因为功率控制的最根本的目的是增加系统容量，因此接着分析了功率与容量之间的关系。因为信号在无线中传输，因此有必要分析无线信道（特别是快衰落）对功率控制产生的负面影响。最后针对目前的窄带CDMA(IS-95) ，分析了反向链路开环+闭环的固定步长功率
2、控制方法和根据业务优先级进行的功率分配算法，并利用matlab进行了一些性能上的计算机仿真。关键字： CDMA ；功率控制算法；仿真Simulation of Power control in CDMA System Wang Zhong Ren Suping Lei Liping Yang Yongzheng (Chengdu University of Information Techlonogy, Chengdu 610041) Abstract：Code division multiple access (CDMA) system has a lot of advantage, suc
3、h as strong anti-jamming, good security and large capacity, so it is widely paid attention. But there are some questions in CDMA, such as transmission fading, multiple access interfere and far and near effect, the capacity of the system is limited by the interfere, so we must carry out power control
4、. Firstly, I introduce the fundamental theory about power control for CDMA system in this paper. Because increasing system capacity is the best essential purpose, the relation of power and system capacity is analyzed. Because signal is transmitted in wireless channel, It is necessarily to analyze th
5、e negative affect which is made to power control by wireless channel, especially quick fading. Aiming at the different power control require of narrow band CDMA (IS-95) in the current, the algorithm of reverse link based on open loop and close loop power control by fix step length and the algorithm
6、of power distribution based on service priority are analyzed. Finally, simulation about the performance of the two algorithms is done with matlab. Key words : CDMA ；Algorithm of power control ；Simulation 一、引言自 20 世纪 70 年代出现蜂窝网通信以来，世界各地的移动通信行业得到了迅猛的发展，而蜂窝网的技术本身得到的长足的进步。20 世纪 80 年代出现的时分多址数字蜂窝网，以GSM 为代
7、表的数字蜂窝网移动通信系统在国内外已获得广泛应用。20 世纪 90 年代又出现码分多址蜂窝移动通信系统，因其通信容2 量大，质量好，因此引起了人们的广泛关注，二十一世纪也必将是CDMA的世纪。码分多址利用码序列的正交性和准正交性区分不同用户，它是在同频、同时的条件下，各个接收机根据信号码型之间的差异分离出需要的信号。由于CDMA 系统中同一频率在所有的小区重复使用，CDMA 中的干扰特别严重，若没有先进的功率控制技术，尽可能减小用户的背景干扰，就会产生严重的误码现象。随着用户数的增加，信号的信噪比急剧下降。当低于一定门限时，就可能发生通信中断。因此功率控制是CDMA中最关键的技术之一。本文就是
8、针对CDMA 中功率控制展开研究。二、CDMA 系统的干扰在 CDMA 系统中，干扰来自两个方面，一方面是使用同一CDMA 无线频带的移动台和基站造成的干扰，称为自干扰；另一方面是CDMA 相邻频带或模拟系统单元所造成的干扰。其中，工作在同一CDMA无线频带的单元所造成的干扰影响最大，即CDMA 系统是一个自干扰系统。CDMA 的干扰分两种情况：一是基站在接收某一移动台的信号时，会受到本小区和邻近小区其它移动台所发信号的干扰；二是移动台在接收所属基站发来的信号时，会受到所属基站和邻近基站向其它移动台所发信号的干扰。如图1 所示。图(a)是基站对移动台产生的正向多址干扰，图(b)是移动台对基站产
9、生的反向多址干扰。因此可将多址干扰分为前向链路干扰和反向链路干扰。由于移动通信中移动用户不断地移动，有时靠近基站，有时远离基站。若移动台发射功率固定不变，那么离基站距离近时，过大的功率不仅浪费，而且会造成对其它用户干扰，尤其是对离基站较远的移动台发给基站的信号影响较大。所谓远近效应就是当基站同时收到两个距离不同的移动台发来的信号时，由于两个移动台频率相同，则据基站近的 （设为1d）移动台 MS1 将对另一移动台MS2（它距基站距离为2d） ，12dd信号产生严重干扰。如图2 所示，由于MS1 和 MS2 发射功率相同，而且移动设备相同，同样的发射机，同样的天线，因此当基站接收远距离MS2 时必
10、将受到MS1 信号的影响。图 1 3 在移动通信网络中，远近效应是普遍存在的，且十分严重，甚至影响网络的容量，故必须进行功率控制。三、功率控制的原理CDMA 蜂窝系统的远近效应主要发生在反向传输链路上。因为移动台在小区的位置是随机分布的，而且是经常变化的，同一部移动台可能处于小区的边缘，有时靠近基站。若移动台的发射机功率按照最大通信距离设计，则当移动台驶近基站时，必然会有过量而有害的功率辐射。解决这个问题的办法是根据通信距离的不同，实时地调整发射机的所需功率，即功率控制。1. 反向链路功率控制CDMA 系统的通信质量和容量主要取决于收到的干扰的大小。若基站接收到移动台的信号太低，则误码率太大而
11、无法保证质量通信，反之，若基站接收到某一移动台功率太高，虽然保证了该移动台与基站间的质量，却对其它移动台增加了干扰，导致整个系统质量恶化和容量的减小，只要当每个移动台的发射功率控制到基站所需信噪比的最小值时，通信系统的容量才能达到最大值。上行链路功率控制就是控制各个移动台的发射功率的大小，它可分为开环功率控制和闭环功率控制。上行链路开环功率控制亦称为反向链路开环功率控制，称为反向开环功率控制。其前提条件是假设上行与下行传输损耗相同，移动台接收并测量基站发来的信号强度，并估计下行传输损耗，然后根据这种估计，移动台自行调整其发射功率，即接收信号增强，就降低其发射功率；接收信号减弱，就增加其发射功率
12、。开环功率控制的响应约毫秒级，控制动态范围约有几十分贝。开环功率控制的优点是简单易行，不需要在移动台和基站之间交换信息，不仅速度快且节省开销。它对于慢衰落是比较有效的，即对车载移动台快速驶入高大建筑物遮蔽区所引起的衰落，通过开环功率控制可以减小慢衰落影响。但是对于信号因多径效应而引起的瑞利衰落，效果不佳。对于900MHZ 的 CDMA 蜂窝系统，可采用频分双工通信方式，收发频率相差45MHZ ，已远远超出信道的相干带宽。因而上行或下行无线链路的多径衰落是彼此独立的，或者说它们是不相干的。不能认为移动台在下行信道上测的衰落特性，就等于上行信道的衰落特性。为了解决这图 2 4 个问题，可采用闭环功
13、率控制方法。闭环功率控制即由基站检测来自移动台的信号强度或信噪比，根据测的结果与预定的标准值相比较，形成功率调整指令，通知移动台调整其发射功率，调整阶距为0.5dB。一般这种功率调整指令每1ms 发送一次。 上行链路功率控制有效的解决了远近效应问题，是各移动台发出的信号到达基站的功率电平几乎相等，即达到保证通信质量要求的信噪比的门限值，又可以最大限度的减少多址干扰。2.前向链路的功率控制正向链路也称为下行链路，所以正向链路的功率控制也称为正向功率控制。它是调整基站向移动台发射的功率，是任一移动台无论处于蜂窝小区的任何位置上，收到基站发来的信号电平都恰好达到信干比所要求的门限值，即可避免基站向距
14、离近的移动台辐射过大的信号功率，也可防止或减小移动台进入传输恶劣或背景干扰过强的地区发生误码率增大或通信质量下降的现象。正向功率控制方法与反向功率控制相类似，正向功率控制可由移动台检测基站发来的信号的强度，并不断的比较信号电平和干扰电平的比值。若此值小于预定的门限值，移动台就向基站发出增加功率的请求。基站收到调整功率的请求后，按0.5dB 的调整阶距改变相应的发射功率。最大的调整范围约6dB，上述的正向功率控制是属于闭环方式。正向功率控制也可采用开环功率控制方式，即可由基站检测来自移动台的信号强度，以估计反向传输的损耗并相应调整该移动台的功率。3. 功率控制的要求(1)窄带 CDMA的功率控制
15、的要求。上行链路的功率控制使本小区的各移动台到达基站的功率相等，且刚好满足系统的性能要求。下行链路的功率控制使移动台处的信干比刚好足以达到系统性能的要求。（2）宽带 CDMA的功率控制的要求。未来的多媒体CDMA 系统的目标是追求高的系统容量和通信质量，应根据不同的业务的不同速率以及服务质量要求，给用户分配功率。4.功率控制的原则当信道的传输条件突然改善时，功率控制应做出快速反应，以防止信号的突然增强而对其它用户产生附加的干扰；相反，当传输条件突然变坏，功率调整的速率可相对慢一些。即宁可单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止许多用户都增加背景干扰。四、功率与系统容量的关系由于发射功率的制约或系
16、统自身的干扰，CDMA 系统的容量受到限制。在反向链路， 当一个移动台的功率不足以克服其它移动台的干扰时，系统达到容量极限。在前向链路上，当基站的总功率没有多余的部分分配给一个新的用户时，系统达到最大容量。即当一个基站为使其全部用户正常的运行而发射的总功率超5 过基站的额定功率时，前向链路就达到受功率限制的容量。为了接入一个呼叫,CDMA 移动台的功率必须大到足以克服带宽内其它CDMA 移动台产生的干扰，即必须达到一定的信号干扰比。在任意给定时刻，移动台所需要的发射功率取决于从移动台到基站的路径损耗和所有反向链路总的干扰电平。后者取决于其它CDMA 移动台的数量和位置。所有的移动台每建立一个新呼叫就提高了干扰电平，每一移动台也就必须相应的增加发射功率以保持呼叫的完整性。这个过程随着移动台的增加而反复进行，直到达到一个极限值。达到这个极限时，任何一个新的移动台，无论其位置在哪，都无法以足够的功率来克服。而现有的移动台也没有足够的功率来克服新呼叫产生的附加干扰。小区内所有呼叫都要具有相同的0/ IEb要求，这个限制表现为要求小区基站接收到的信号强度都等于一个相同的值。对于任何一个移动台
