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Ｖ½． ５ Ｎ½
Ｉ２
１
Ｒ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½
½ ½ Ｃ½
½ ½ ½ ½ Ｔ½ ½ ½ ½ ½
½
１ ９
９ ９
Ｃ
ＤＭＡ 反 向 闭环 功 率 控 制 仿 真 研 究
１ 概 述
在Ｃ
ＤＭＡ 通 信 系统 中， 向功 率 控 制 的 目 的是
反
基站周期性地 检测反 向业务信道 的信噪 比。 ½信噪
比高于门限值 时， 前 向业务信 道指示 移动 台 降½
从
发射功率 ，
½信噪 比½ 于门限值 时指示 移动 台增 加
发 射 功 率 。移 动 台 从前 向业 务信 道 中提 取 基 站 的功
率 控 制 ½ 令 ， 应 地 调 节 发 射 功 率 。 图 １为 典 型 的
相
反 向闭 环 功 率 控 制 的 方框 图 。
・
½每个 移动 台 的发 射 功率 接 近 所 需信 噪 比的最 小
值，
各移动 台到达基 站的信号有大致相 同的强 度，
以
克服“
远近 效 应 ”
。
目前 ． 向功率 控制采 用 了开 环与闭环功 率控
反
制 相 结 台 的 措 ½ 。 开 环 功 率 控 制 是 指 移 动 台通 过 测
量从基站发 来的信 号功率 ，
估计 出前 向链路 中的路
径 损耗 ．
以此 来 确 定 移 动 台 自身 发 射 信 号 的 平 均 功
率 。依照 Ｉ 一９
½ ５标准 ， Ｄ
Ｃ ＭＡ 蜂窝 系 统的前 、 向
反
链 路 间存 在 着 ４ ＭＨ½的频 道 间 隔 ， 衰 ½ 过 程 是 相
５
其
互 独 立 的 ， 者 的 慢 衰 ½ 特 性 大 致相 同 ， 衰 ½ 特 性
两
快
却差 别 很 大 。 这就 要 求 采 用 闭环 功 率控 制对 其 做 进
一
移 动 台 发 射 信 号 功 率 Ｍ （ ） 信 道 增 益
½受
基 站 在 每 １Ｐ时 间段 内 测 试 接 收 到 的平 均 功
１
Ｏ ½，
（ ） 噪声 ½ ½ ， 扰 Ｉ½½ 响 ，
（ ）干
（）
到达 基 站 。
・
率 百或平均 信噪 比百 ，
承 其值为
－去Ｍ ㈤½
－』½ ½
½
』（・ ½
Ｍ½Ｇ）
） （½
½
—
㈣
（）
２
步 的调 整 。 闭 环 功 率 控 制 的 效 果 将 直 接 ½ 响 系统
的用 户容量和通信 质量。
本 文 着 重 对 ＤＭ 和 Ｐ
½Ｍ 两 种 反 向 闭 环 功 率 控
制方 法 进 行 分 析 研 究 ， 其 中 存 在 的 环 路 时 延 问 题
对
提 出 了初 步 的 改 进 方 案 ， 进 行 了 计 算 机仿 真分 析 。
并
Ｓ
Ｉ
Ｒ＝≠————一
Ｉ Ｉ½ ＋½ ½）½
（（） （）½
Ｃ
ＤＭＡ反 向 闭 环 功 率 控 制 又 分 为 基 于 平 均 功 率
（½ ½ ½
½ ½½½—½½½ 和 基 于 平 均 信 噪 比 （ Ｉ
½
½½）
ＳＲ—½½½）
½½
两 种。
・
２ 反 向 闭环 功率 控 制 的方 法
反 向闭 环 功 率 控 制是 由 基 站 协 助 移 动 台完 成 。
…
…
…
…
．
基 站 将 每 Ｔ 内 测 出 的 结 果 与 期 望 值 Ｄ 比
段
较，
将产生 的误差 ½ 进行 判决，
½
½
产生功 率控 制½ 令
（½½ ， 前 向 业 务 信 道 进 出 。
½ ）由
・
￡
赋 … …… … ……
移动台从前 向业务信道提取 出功率控制½令
后，
按½ 令 调 节 发 射 功 率 （½½＊△ ）
½
½。
几种有代表性 的方法 ：
① Ｄ 方 法 ： 是 最 简单 的方 法 ， 站 发 出 的功
Ｍ
这
基
率控制½令 ：
…
…
…
…
Ｃ … …… … ……½
舅
½
½½＝
½
一
Ｉ
。
这 种 方 法 的 缺 点 是 每 次 改 变 的步 长 固 定 （ △ ） 因
Ｐ，
囤 １ 应 向 闭 环 功 率 控 制 方 框 固
此 不 ½ 及 时 跟 踪 快 衰 ½ 的 急速 变 化 部 分 。
②Ｐ Ｍ 方 法 … ： 种 方 法 是 在 ＤＭ 方 法 基 础
Ｃ
这
上 ， 弥 补 ＤＭ 方 法 缺 点而 提 出的 ：
为
１９
９ ８年 ９ 月 ８ 日 收 稿
—
—
４
６ —
—
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第２
½卷
第 １期
½½ ½ （
½ ½ ∈ ½—Ｏ ５ ∞ ）
，
½½ ½ （
½ ½ Ｃ ½一１ ５ Ｉ½０ ５
＂
－
． ，１ ½
无
线
电
通
信
技
术
１９
９９
测结 果的方法 。如 上例 ，
则基站每发 一个 ½令，
砌将
随 后两 个 ½ 令 强 制 为 零 发 出 ， 除 重 复 过 量 调 整 。
消
½
１
½½ ½－（ ． ． ½
½ ½ Ｃ Ｏ ５ １ ５
½½
½
（一０ ５ ０ ５
．，． 】
½ ½ ½ （ １５ 一０ ５
½ ½∈ 一 ．． ½
这种方法 实 际上 就是 ½ Ｔ 增 加 了两倍 ， Ｔ 。
Ｐ
以 Ｐ 表
示 ， 系 统 的 Ｔ Ｔ½
½
½½
½ ½＝
０
１
½ ½ ½∈ （
½½
一½＋０ ５ 一½ ． 】
． ． ＋１ ５
½½½ （ ０
½ ½ ∈ 一½ ，一½＋０ ５
．½
３ 反 向闭 环功 率控 制 的仿 真 模 型
・
信道仿真 模型 ： 向链路 的信道 增益 Ｇ（）
反
½可
． ３
（）
其 中 ， ½￣ ½½△ ， Ｐ是功 率 调 节 的 最 小 步 长 。
½ ½ ½， Ｐ△
表示 为 ： ½ ＝Ｌ ½ ・ （）
Ｏ（ ） （ ） Ｓ ½ 。
Ｐ Ｍ 方法½弥 补 Ｄ 方法不足 ，
Ｃ
Ｍ
因为它有 更大
的动态调节 范 围，
½及时跟上快衰½ 。½是 ，
随着环
路时延 增 大 ， Ｃ 方 法 的 中断 率 上 升 很 快 ，
ＰＭ
在
＝２
ＴＰ时 ， 到 甚 至 比 Ｄ 方 法 的 中 断 率 更 大 。
达
Ｍ
这 是 因 为功 率 控 制 ½ 令 是 有 延 时 的，
增大后，
式 中 Ｌ ½为信道 的长 期衰 ½， 称为 慢衰 ½，
（）
也
由移
动 台所 处 的½ ½ 和 环 境 决 定 ：
Ｌ（）
½ ＝½ ½ ・０½
・½ １½
。
（）
４
式 中 ½是 一个 常 数 ，
½是 移 动 台 与 基 站 的距 离 ，
½称
为路径损耗指 数。 是一个 正 态分布 的随机 变量 ，
－
Ｐ Ｍ 方法的大动态调整范 围会带 来更 大的错误。
Ｃ
下 面举 例 说 明 ： △ ＝½Ｂ．½ ＝３ Ｂ。从 图 ２
取 Ｐ ½ ½½ ½
，
在 理 想 情 况 （ ＝ＴＰ下 ， Ｃ 方 法 一 次调 整就 可½
Ｔ½
） Ｐ Ｍ
½Ｔ ， Ｄ 方 法 则 需 三 次 ， Ｐ Ｍ 方 法 ½ 快 速
½＝０ 而 Ｍ
故 Ｃ
跟 踪信 道 增 益 变 化 。 图 ３为 Ｔ½ Ｔ
＝３ 时 ， Ｃ 与
ＰＭ
ＤＭ 方 法 的 比较 。 在 移 动 台 收 到 基 站 第 一 个 ½ 令 并
按 ½ 令 调 整 发 射 功 率 前 ， 站 又 发 了 两 次 相 同 的 调
基
Ｎ（ ， ）
０ 。
Ｓ ½为信道 的短 期衰 ½，
（）
也称为快 衰½ ，
由多径
传 输 引起 。½ ½服 从 Ｎ½ ½½ 一１ 分 布 。 Ｎ ½ ½ 。
（）
½½½½ ＂
½
２
￣ ½½
½卜 ½分布 是用 来描 述 无线信道 的 ½数口 ，
】它的概
率 密 度方 程 为 ：
１
½）
（ 志 （）½ ½ （½½ ＞ （
½
½ ½½½ 一 ’，½ ０ ５
½
）
）
Ｎ½ ½½ ½½ 分 布 即 是 Ｆ ½， 的分 布 。
½½½½
（ ½）
Ｎ½ ½½ 一１的衰 ½ 即 是 瑞 利衰 ½ 。 ½ 两 路 具
½½½½
整½令 ，
显然 后两½ 令是多½ 的，
造成移动 台发射功
率 的重 复 过 量 调 整 。 由 于 Ｐ Ｍ 方 法 的 一 次 调 整 量
Ｃ
较 大 ， 成 的错 误 也 就 更 大 。
造
有相同平均功率 的独立 的 Ｎ½ ½½ 一１衰 ½（
½½½½
瑞利
衰½ ）
的信 号 合 成， 合 成 信号 服 从 Ｎ ½½ ½ 一２
则
½ ½½ ½
分布 …。一般基站 ½ 用多支 分集 天线，
½接 牧 信 号
的 短 衰 ½ 服 从 Ｎ½ ½½ 一１ ½≥２ 分 布 。
½½½½ ＂
½
２（
）
另 外 ， 移 动 台 以 一定 速 度 移 动 时 ． 号 受 多 普
½
信
勒 效 应 的½ 响 。 把 最 大 多 普 勒 频 率 由½ 样 率 １ １
／－
Ｐ
（ ） ＣＭ 方 挂
½Ｐ
（）
½ ＤＭ 方 挂
来½一化 ， ½１ 来表示 ：
甩 ’
Ｐ
图 ２ 理 想 情 况 下 调 整 特 性
● ）
邮
½ ½ ÷ Ｐ Ｔ
￣ ＝ Ｔ＝
，
Ｔ
信号 的中 心 频 率 ，
½为光 速 。
（
６
）
式 中，
½是 移 动 台 的 速 度 ， 是 信 号 中 ， 长 ， 是
½波
Ｌ
小 区仿真 ：
一般是 建立一个包括 中心 小区（
叉
称本 地 小 区 ） 及 环 绕 该 小 区 的两 层 （ １
以
有 ８个 小 区 ）
・
（）Ｐ
自 ＣＭ方 ½
盅
蜂窝系统模型 ． 外层的干扰½略不计。
更
・
½３ １
＝３
Ｔ½时 调 整 特 性
仿真分析 及性½判断标准：
一般将系统 中断率
③ 自适 应 模 糊 比倒 积 分 方 法 口】把 模 糊 控 制 理
：
论 应 用于 功 率 控 制 ， 基 站 ½ 预 测快 衰 ½ 的波 ½ ，
½
从
（½½½½ ½½½½ ½ 为 衡 量 系 统 性 ½ 的 标 准 。记 通
½ ½ ½ ½½ ）
½ ½
½
½
信链路 ½
的中断率为： ） ½ 匾 ＜½ ½
；Ｐ½
§
½½。
（）
７
式中，蕊 为第 ½
吾
路的 ＳＲ的平均值，Ｉ 是为达到
Ｉ
½
一
而½移动 台自动调 节功率 调整步长。这 种方法是 目
前较 为理 想 的方法 ，
缺点则是控制 较复 杂。
④Ｐ Ｍ 方 法 的改 进 方 案 】从 上 面 Ｐ Ｍ 方 法
Ｃ
：
Ｃ
的分 析 ，
为了消除环路延时造成 的不 良½ 响，
应保证
Ｔ
：Ｔ 。故 此 我 们 提 出 了 基 站 可 采 用 丢 掉 部 分 检
定 的误 比 特 率 ½ 要 求 的 最 小 ＳＲ 值 。 系 统 的 中
Ｉ
断率 Ｐ ， 义为 中一 ￣ 区内的所有链 路的 中断率 的
０定
½½
Ｌ，
－
平 均值 ：
蕊 ½
・
—
—
㈤
４７ ——
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Ｖ ½ ． ５ ＮＯ．
１２
１
Ｒ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½½Ｔ½ ½ ½ ½ ½
½ ½ Ｃ½
½½ ½
½ ½ ½ ½½
１９
９ ９
式 中， Ｋ是 中心 小区 内所 有链路 的集 合， Ｌ 『 该
Ｌ
『 Ｋ是
集 合 的大 小 。
・
增大，
将½响通信质量。从表 １ 图 ５
与
可见． 的½
响是相 ½ 大 的 。
・ 与 ½的½ 响 ： 表征 环 路 时 延的 大 小 。随 着
Ｋ
Ｋ
Ｋ 增大 ，
系统性 ½ 下降 。 ½ Ｉ½ 大 ， 率控 制无 意义。
（过
功
仿 真步骤如下所示（ 图 ４ ：
见
）
由仿 真 数据 可 见． Ｋ ＝１时， Ｃ 方法 明显
在
ＰＭ
优 于 ＤＭ 方法 ， ½越 大 ， ½ 越 ½ 。 ½ 在 Ｋ 增 大
且
性
后 ， Ｃ 方 法 性 ½ 下 降 明显 ．
ＰＭ
½越 大 ， ½ 越 差 。
性
可见，
功率控制过程，
减少环路时延是十分重要的。
囊 １ 紊统中断率 ½ ＝ ． 力法＇ 衰 ２ 蔫撬中一 率 ½ ４ ＝½ ）
Ｋ １蹦
½ ½＝ ．
½
厦 ４ 反 向闭环 功 率控． 进程 仿真 流 程 囤
１
薹
亘
图５
Ｋ ＝１Ｄ
． Ｍ方 法 拳蟪中首 田 ６
½½４／ ＝１
． ． ０时亲炷 中½丰
½
½
‘
４ 仿 真结 果 分 析
我 们对 ＤＭ、 Ｃ 及 其 改 进 方 案 ½ 仿 真 。 采 用
ＰＭ
了基 于平均功率 的 系统 中断 率 ½为 判断准 则 ， 论
讨
１
９个 小 区 的 蜂 窝 系 统 ， 站 采 用 双 支 分 集 天 线 ；
基
长
期衰 ½ Ｌ ½的参数选 ：
（）
Ｋ＝１ ½ ， ＝８ 移 动台速
， ＝４
；
率 ½为 ６½６ ½ ／ ； ½ ０ Ｍ½½ ＝２ ； Ｉ ＝
０ ½ ½ Ｆ ；９ ０ － ；
½
Ｉ
½½½Ｒ½
一
巷
½
改 进 方 案 的 结 果 分
衰 ３ 系统 中断率
析 ： 对 Ｐ Ｍ 方 法 的 缺 （
针
Ｃ
：４Ｋ ： ， － ０
． ． ３Ｎ ：１）
仉 仉
一
陷½
我们提出了改进方案，— —
仿真结果表 明改进方 案达 ½
方法性½优越 。
： ：
！
坚
磊
½一
½
：
到 了预 期 效 果 ， 原 Ｐ Ｍ ½ ０２６ ００７
比
Ｃ
＝５ ．Ｏ ．３
½ ½ 移 动 台 发 射 功 率 范 围 ５ ½ ， 景 噪 声 比 最
４ Ｂ；
ＯＢ 背
小发射功率½ ５ ½ ，
０ Ｂ 由于距 离 引起 的路径 传输 损耗
½
范 围设 为 ４ ½
Ｏ Ｂ数 量级 ；
每个 循环 周 期 内的 观 察 周
期 为 ６ ０个 ， 环 周 期 为 ２ ０ 。 主 要 讨 论 以 下 参 数
０
循
００
５ 结论
功率控制是 Ｃ ＭＡ系统十分 重要的 一项 技术 ，
Ｄ
本文对 目前 几 种反 向 闭环功 率 控 制方 法½ 理论 分
析，
针对 环路时 延提 出了初步改进方 案 ，
进行 了计算
机 仿 真 ， 对 结 果进 行 分 析 。
并
参 考文 献
½ ½ ½ ½— Ｊ
½
½
．½
Ｊ ½一
Ｌ ½½½ Ｆ ½
½ ． ½ ½ ½一 ０
Ｒ½ ． －
½ Ｄ½
½½½ ½
½ ½
．啦
在功 率 控 制 过 程 中的½ 响 ：
①½： ½ ½½ —½ 参
Ｎ ½½½½
数 ； ½ 每 小 区 中均 匀 分 布 的 移
嘴嘴哺嗍
③ Ｋ。
＠Ｎ ：
动 台效 ；
＝
Ｔ½ＴＦ④ ½：ＣＭ 级 数 。
／ ；
Ｐ
Ｋ 仉½
；仉 仉
½
哪啷½抛
½½½
昌
½
・ 的½响 ：
½
接收的快 衰½信号 按 Ｎ½½ ½ —
½ 分 布 。 在 没 有 ½ 用 多 径 ＲＡＫ 接 收 机 或 空 间 分
Ｅ
½ ½ ½ ½ ½½ ½½½½ ½ ½½￣ ½½ Ｐ
½ ½ ½½ ½ ½½ ½½ ½ ½½
½
½
½ ＣＭ Ｋ
½
½ 嗣
½ １６ 一 ½ ） Ａ ½½½½½
½½ ３
Ｍ
½½ ½
½
½
蛐
集技 术时 ，
½＝½ 即接 收信号 是瑞 利 衰½ 的。在 ½
，
用了 Ｒ
ＡＫＥ接 收 机 或 分 集 天 线 后 ， ２
½≥ 。
Ｔ½ ．
½½ ½出． ½½ ½．１ ９ ． ；５ ３ ：２ ½５ ９
Ｔ ½½ １．９ ６ ８ ４ （ ） ５ ２ ２
２ Ｃ½ ½½ ½ ½Ｃ． ½ ½ ½ Ｎ½ ½½ Ｂ鼬 ½½ ． ½½½½½ ½½
½
½ ½ ½ ½ Ｔ½ ½ ½ ½ Ｃ．
Ｉ创 Ｉ½ ½ ½ ½
½
½
￣
½½ ½
½ ½ ½ ½ ½½½ ½½½ Ｓ½ ½ ½ ½ ½ Ｎ½ ￣ ½ —½
½
½ ½½½½ ½½½ ½ ½
½½
从表 １
及图 ５
可见， 在 ½ ½２时的值 比在 １＝
½
＂
１
１
１
时明显下 降， 且随着 ½增 大， 口
并
Ｐ 的值 不断减 少。
同时． ½达到 一定值后 ， ０
½
Ｐ 的改善 不明显 了， ½
如
＝４与 ½＝８时 ， 别 不大 。从 仿 真 数据 ， 以看 到分
差
可
集技术对 Ｏ３
ＭＡ系统具 有十分 重 要的 意义， 有效
½
减少 信道 衰½½响。½分 集过多是没有太大意义的。
・
Ｎ 的 ½ 响 ： 是 小 区 内 平 均 移 动 台 数 。Ｃ
Ｎ½
Ｄ．
ＭＡ 系统 的 干 扰 主 要 是 同频 干 扰 ， 户 密度 大 ， 扰
用
干
—
—
½½½½½ ½ Ｉ Ｅ ½½ ． ½ ½½ ． ９ ７ １ ； ５ １ ）
½ ½ ½ ￣ Ｅ Ｅ Ｔ ½½ Ｃ ½
½½ ½
½ ½ ，½ ９ ． ０ ４ （ ０ ：
½ ９½ ½ ６１
１
１
３ Ｐ½—Ｒ½ ½Ｃ½ ½ ½ ½Ｂ½ —Ｃ ½ Ｗ ½ ½． ½ ½½ ½． ½ －
½
½½ ½
½ ½ ½
½ Ａ½ ½½½½ ½½ ½½
½
½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½
½ ½½½ ½½½½½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½½
½
½ ½∞ Ｍ Ａ ￣ ½½
½ ½
½½ ½ ½½ Ｉ
½ ½
½ ½½½ ½½．ＥＥＥ Ｊ Ｓ ½½ ． ½½ Ｇ ½∞
． ½½ ½ Ａ½ ½ Ｉ
Ｉ
．１９ １
， ９ ６． ２；
½ （ ） ½ １ ½ ½２
４ ９ ：８ ８
８９
４ 王恒辉 ， 东＃ ， 捂 ． ＭＡ 亲兢 功 率控 制 中的 时 延 问
杨
叶
∞
题及 改进 方 击 广 州 ：
华南 理工 大 学 学报 ， ９ ８ ½
½９ 。Ｏ
４８
—
—
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