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关于数字移动通信系统中的功率控制技术研究 　　1 引言 移动通信系统从2G 的PHS、GSM、IS-95 发展到2.5G 的GPRS、CDMA2000 1x，再发展到3G 的TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000，以至于不久将来的4G 无线通信系统，功率控制始终作为其中一项关键技术，在日益先进、复杂的数字移动通信系统中扮演着越来越关键的作用。 　　作为固定网络的补充和延伸，PHS（小灵通）以其低功率、低成本、低话费等优势曾在20世纪90 年代末迅速在数字移动通信市场上占据了重要地位。PHS 遵照日本RCR-STD28 空中无线接口标准，采用微蜂窝技术，以较简单的功率不可控模式进行通信[1]。因此，在没有采用功率控制技术的情况下，为了避免网络出现大量无线号区域和通信质量差等问题，PHS主要是通过建置较密集的基站抵消远近效应和阴影效应。在受到干扰、通信质量降低的情况下，PHS 手机无法通过提高发射功率的办法保证通信质量。 　　源于欧洲的 GSM 协议规定，手机发射功率是可以被基站控制的。当手机远离基站，或者处于无线阴影区时，基站可以命令手机发出较大功率，直至33dBm（GSM900），以克服远距离传输或建筑物遮挡所造成的信号损耗。如果手机离基站很近，且无任何遮挡物时，基站可以命令手机发出较小功率，直至5dBm（GSM900），以减少手机对同信道、相邻信道的其它GSM 用户的干扰和其它无线设备的干扰，而且这样还可以有效延长手机待机时间、通话时间。 　　采用了码分多址的CDMA2000 1x 技术，其在一个小区内的所有用户，都是同时在同一个频率上通讯，因此每个用户都回受到同小区的其它用户的干扰，每个用户都会干扰同小区的其它用户（自干扰系统）。因为限制CDMA 系统容量的因素是总干扰功率，所以控制每个移动台的功率是获得最大容量的关键。在给定条件下，CDMA 移动台的功率被控制到能够保证接收话音质量的最小功率。结果是每个移动台到达基站的信号电平几乎相同。这样，每台移动台对其他移动台的干扰被控制到最小。因此，功率控制在采用了CDMA 技术的通信系统中无疑成为基本处理技术。 　　伴随着 3G 时代的到来，功率控制在3G 比在2G 更为重要，基站的功率资源是有限的，用户数的增加，必然使每用户分得的功率资源减少；另外，远近效应的原因，没有功控的情况下，往往使得近基站端的手机信号淹没在远基站端的手机信号中，导致远基站端用户无法通话。在3G 中合理功控，可以解决远近效应，降低多余干扰，解决阴影效应，补偿部分衰落，节约电池消耗。2G 和3G 的功控按链路方向分有前向和反向。2G 中前向功控和反向功控的重要性都是同等的，而在3G 中，由于反向链路的信道状况相对要恶劣得多，于是功控优化的重点更多地放在反向链路方面[2]。另外，由于3G 功控引入了开环功控、闭环功控和外环功控，技术要比2G 复杂得多，参数上的优化研究将会投入更大的精力。 　　2 功率控制技术 2.1 上、下行功率控制 上行功率控制：上行功率控制是控制用户移动台的发射功率，使得接站接收到的小区内所有用户移动台发射至基站的信号功率或SIR 基本相等，以便克服远近效应和阴影效应，以及减少干扰、提升容量、节省设备能量。 　　下行功率控制：基站根据接收不同用户移动台导频信号的强弱，对基站发射机功率再分配，即自适应分配各业务信道的功率份额，使小区中所有用户收到的导频信号功率或SIR基本相等，以便提高下行小区容量、减少基站间信号干扰、改善用户通信质量。 　　2.2 开、闭环功率控制 开环功率控制：用户移动台根据下行链路或者基站根据上行链路接收到的信号强度或SIR 对信道衰落情况进行估计[3]。若移动台接收到的来自基站的信号很强，则移动台降低自身发射功率，反之则增加发射功率。开环功控的优点是简单易行、控制速度快。缺点是开环功控建立在上下行信道具有对称性，以及上下行信道衰落特性相同的基础上，才能根据下行（上行）接收信号强度直接控制上行（下行）信号发射的功率。对于频分双工FDD 移动通信系统，其上下行频段间隔大于信号相关带宽，信道衰落不具备上下行对称性，因此开环功控不能很好的精确控制功率。而对于时分双工TDD 移动通信系统，由于上下行链路处于同一频段不同时隙，只要上下行时隙不要太大，则上下行信道衰落可以认为是对称的，开环功率控制可以提高控制精度。 　　闭环功率控制：利用上行基站接收到的来自移动台的信号，根据信号的强弱或SIR 状况，产生功控指令，通过一个反馈信道回送至移动台，控制移动台的上行发送功率，以保证同一小区内各用户发射的信号到达基站时具有相同的信号强度或SIR 值，实现精确功控。闭环功控的缺点是：在小区间硬切换时，由于边缘地带信号电平的波动性，易产生“乒乓”式控制（即两个基站同时对移动台进行功率