分集合并技术课件.ppt

1、第4章 抗衰落技术第第4 4章章 抗衰落技术抗衰落技术4.1 分集接收分集接收 4.2功率控制技术功率控制技术4.3天线阵列与空时联合处理技术天线阵列与空时联合处理技术4.4 均衡技术均衡技术 4.5多用户检测与联合检测技术多用户检测与联合检测技术4.6动态信道分配与资源管理动态信道分配与资源管理思考题与习题思考题与习题 第4章 抗衰落技术4.1 分集接收分集接收第4章 抗衰落技术为什么采用分集接收？为什么采用分集接收？对抗多径效应造成的快衰落对抗多径效应造成的快衰落第4章 抗衰落技术4.1 分分 集集 接接 收收 4.1.1 分集接收原理分集接收原理 1.什么是什么是分集接收分集接收 所谓分

2、集接收是指 接收端对它收到的接收端对它收到的多个多个衰落特性衰落特性互相独立互相独立(携带同一信息携带同一信息)的信号进行的信号进行特定的处理特定的处理，以降，以降低信号电平起伏的办法低信号电平起伏的办法。第4章 抗衰落技术图 4 1 选择式分集合并示意 第4章 抗衰落技术分集的含义分集的含义分散传输分散传输：使接收端能获得多个统计独立的、携使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号带同一信息的衰落信号；集中处理集中处理：接收机把收到的多个统计独立的衰落接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落的影响。的影响。第4

3、章 抗衰落技术 2.分集方式分集方式 在移动通信系统中可能用到两类分集方式：一类称为“宏分集宏分集”；另一类称为“微分集微分集”。“宏分集”主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集。这是一种减小慢衰落影响的分集技术，其作法是把多个基站设置在不同的地理位置上(如蜂窝小区的对角上)和在不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行通信(可以选用其中信号最好的一个基站进行通信)。第4章 抗衰落技术 显然，只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效应或地形的影响而出现严重的慢衰落(基站天线的架设可以防止这种情况发生)，这种办法就能保持通信不会中断。“微分集微分集”是一种减小是一种减小快衰落快衰落影响的

4、分集技术影响的分集技术，在各种无线通信系统中都经常使用。理论和实践都表明，在空间、频率、极化、场分量、角度及时间在空间、频率、极化、场分量、角度及时间 等方面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性互相独立的衰落特性。据此，微分集又可分为下列六种：第4章 抗衰落技术 (1)空间分集空间分集。空间分集的依据在于快衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信号的衰落是不相关的。为此，空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为d的天线，间隔距离d与工作波长、地物及天线高度有关，在移动信道中，通常取：市区 d=0.5郊区 d=0.8在满足上式的条件

5、下，两信号的衰落相关性已很弱；d越大，相关性就越弱。由上式可知，在900MHz的频段工作时，两副天线的间隔也只需0.27m.第4章 抗衰落技术 (2)频率分集频率分集。由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的，因此可以用两个以上不同的频率传输同一信息，以实现频率分集。根据相关带宽的定义，即式中，为延时扩展。例如，市区中=3s,Bc约为53kHz。这样频率分集需要用两部以上的发射机(频率相隔53kHz以上)同时发送同一信号，并用两部以上的独立接收机来接收信号。它不仅使设备复杂，而且在频谱利用方面也很不经济。21cB第4章 抗衰落技术 (3)极化分集极化分集。由于两个不同极

6、化的电磁波具有独立的衰落特性，所以发送端和接收端可以用两个位置很近但为不同极化的天线分别发送和接收信号，以获得分集效果。极化分集可以看成空间分集的一种特殊情况，它也要用两副天线(二重分集情况)，但仅仅是利用不同极化的电磁波所具有的不相关衰落特性，因而缩短了天线间的距离。在极化分集中，由于射频功率分给两个不同的极化天线，因此发射功率要损失 3 dB。第4章 抗衰落技术 (4)场分量分集场分量分集。由电磁场理论可知，电磁波的E场和H场载有相同的消息，而反射机理是不同的。例如，一个散射体反射E波和H波的驻波图形相位差90，即当E波为最大时，H波为最小。在移动信道中，多个E波和H波叠加，结果表明EZ、

7、HX和HY的分量是互不相关的，因此，通过接收三个场分量，也可以获得分集的效果。场分量分集不要求天线间有实体上的间隔，因此适用于较低工作频段(例如低于100MHz)。当工作频率较高时(800900MHz)，空间分集在结构上容易实现。场分量分集和空间分集的优点是这两种方式不像极化分集那样要损失3 dB的辐射功率。第4章 抗衰落技术 (5)角度分集角度分集。角度分集的作法是使电波通过几个不同路径，并以不同角度到达接收端，而接收端利用多个方向性尖锐的接收天线能分离出不同方向来的信号分量；由于这些分量具有互相独立的衰落特性，因而可以实现角度分集并获得抗衰落的效果。显然，角度分集在较高频率时容易实现。第4

8、章 抗衰落技术 (6)时间分集时间分集。同一信号在不同的时间区间多次重发，只要各次发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的，接收机将重复收到的同一信号进行合并，就能减小衰落的影响。时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信号。此外，时间分集也有利于克服移动信道中由多普勒效应引起的信号衰落现象。由于它的衰落速率与移动台的运动速度及工作波长有关，为了使重复传输的数字信号具有独立的特性，必须保证数字信号的重发时间间隔满足以下关系：)/(2121mfT第4章 抗衰落技术3.合并方式合并方式 假设M个输入信号电压为r1(t)，r2(t),，rM(t)，则合并器输出电压r(t)为 Mk

9、kkMMtratratratratr12211)()()()()(式中，ak为第k个信号的加权系数。(1)选择式合并选择式合并。选择式合并是检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。由上式可见，在选择式合并器中，加权系数只有一项为1，其余均为0。第4章 抗衰落技术图4 2 二重分集选择式合并 接收机 1接收机 2第4章 抗衰落技术 (2)最大比值合并最大比值合并。最大比值合并是一种最佳合并方式，其方框图如图 4-3 所示。为了书写简便，每一支路信号包络rk(t)用rk表示。每一支路的加权系数ak与信号包络rk成正比而与噪声功率Nk成反比，即 kbkNra

10、由此可得最大比值合并器输出的信号包络为 MkkkMkkkRNrrar121式中，下标R是表征最大比值合并方式。第4章 抗衰落技术图 4 3 最大比值合并方式 2第4章 抗衰落技术 (3)等增益合并等增益合并。等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加的，其方框图如图4-4。等增益合并器输出的信号包络为 MkkErr1式中，下标E表征等增益合并。第4章 抗衰落技术图 4 4 等增益合并 接收机 1接收机 1Mk=1rk2第4章 抗衰落技术4.1.2 分集合并性能的分析与比较分集合并性能的分析与比较 1.选择式合并的性能选择式合并的性能 设第设第k个支路的信号功率为个支路的信号功率为 ，噪

11、声功率为，噪声功率为Nk,可得第k支路的信噪比为 2/2krkkkNr22 通常，一支路的信噪比必须达到某一门限值一支路的信噪比必须达到某一门限值t，才能保证接收机输出的话音质量(或者误码率)达到要求。如果此信噪比因为衰落而低于这一门限时，则认为这个支路的信号必须舍弃不用。显然，在选择式合并的分集接收机中，第4章 抗衰落技术只有全部M个支路的信噪比都达不到要求，才会出现通信中断。若第k个支路中kt的概率为Pk(kt)，则在M个支路情况下中断概率以PM(st)表示时，可得)()(1tkkMktsMPPkt，即 ，或 tkkNr2/2tkkNr2因此)2()(1tkkMkktsMNrPP第4章 抗

12、衰落技术设rk的起伏服从瑞利分布，即)2/(222)(kkrkkkkerrp可得 tkktkNNkkktkkkedrrPNrP20/21)()2(则 MkNtsMktkeP1/)1()(2如果各支路的信号具有相同的方差，即 22221 第4章 抗衰落技术各支路的噪声功率也相同，即 NNN 21并令平均信噪比为2/N=0，则 MtsMteP)1()(0/由此可得M重选择式分集的可通率为 MtsMtePT)1(1)(0/由于 的值小于1，因而在t/0一定时，分集重数M增大，可通率T随之增大。)1(0/te(4-15)第4章 抗衰落技术图 4 5 选择式合并输出载噪比累积概率分布曲线 第4章 抗衰落

13、技术 其中：M=1表示无分集，M=2为二重分集，M=3为三重分集，等等。由图可知，当超过纵坐标的概率为99%时，用二重分集(M=2)和三重分集(M=3)的信噪比与无分集(M=1)的情况相比，分别有10 dB和14 dB的增益。但是，当分集重数M3时，随着M的增加，所得信噪比增益的增大越来越缓慢。因此，为了简化设备，实际中常用二重分集或三重分集。第4章 抗衰落技术2.最大比值合并的性能最大比值合并的性能最大比值合并器输出的信号包络如式(4-6)所示，即 MkkkMkkkRNrrar121 假设各支路的平均噪声功率是相互独立的，合并器输出的平均噪声功率是各支路的噪声功率之和，即为 。因此合并器输出

14、信噪比 MkkkNa12MkkkMkkkRNara12212/(4-17)第4章 抗衰落技术由于各支路信噪比为 kkkNr22即 kkkNr2代入式(4-17),可得 MkkkMkkkkRNaNa1221(4-18)第4章 抗衰落技术根据许瓦尔兹不等式 MkMkMkqppq121221现令 kkNap kq则有 MkkMkkkMkkkkNaNa11221第4章 抗衰落技术利用上述关系式，代入式(4-18)得 MkkMkkkMkkMkkkRNaNa112112由上式可知，最大比值合并器输出可能得到的最大信最大比值合并器输出可能得到的最大信噪比为各支路信噪比之和噪比为各支路信噪比之和，即 MkkR

15、1max(4-20)第4章 抗衰落技术 综上所述，最大比值合并时各支路加权系数与本路信最大比值合并时各支路加权系数与本路信号幅度成正比，而与本路的噪声功率成反比，合并后可获号幅度成正比，而与本路的噪声功率成反比，合并后可获得最大信噪比输出得最大信噪比输出。若各路噪声功率相同，则加权系数仅随本路的信号振幅而变化，信噪比大的支路加权系数就大，信噪比小的支路加权系数就小。最大比值合并的信噪比R的概率密度函数为 MkkRRRMkP1100)!1(/exp1)(第4章 抗衰落技术由上式画出的最大比值合并分集系统的累积概率分布曲线如图 4-6 所示。不难得知，在同样条件下，与图 4-5选择式合并分集系统相

16、比，它具有较强的抗衰落性能。例如，二重分集二重分集(M=2)与无分集与无分集(M=1)相比，在超过纵相比，在超过纵坐标概率为坐标概率为99%情况下有情况下有13 dB增益，优于选择式合并增益，优于选择式合并(10 dB增益增益)。第4章 抗衰落技术图 4-6 最大比值合并分集系统输出载噪比的累积概率分布曲线 第4章 抗衰落技术 3.等增益合并的性能等增益合并的性能 等增益合并意为各支路的加权系数ak(k=1,2,M)都等于1，因此等增益合并器输出的信号包络rE如式(4-7)所示，即 MkkErr1若各支路的噪声功率均等于N，则 NMrNMrMkkEE2)2/(212(4-24)第4章 抗衰落技

17、术图 4-7 等增益合并分集系统载噪比累积概率分布曲线 第4章 抗衰落技术 4.平均信噪比的改善平均信噪比的改善 所谓平均信噪比的改善，是指分集接收机合并器输出的指分集接收机合并器输出的平均信噪比较无分集接收机的平均信噪比改善的分贝数平均信噪比较无分集接收机的平均信噪比改善的分贝数。(1)选择式合并的改善因子选择式合并的改善因子 。在选择式合并方式中，由信噪比S的概率密度p(S)可求得平均信噪比为)(MDSSSSSdp)(0式中，p(S)可由式(4-15)求得，即)/exp()/exp(1)()(0100SMSSMSSMPddp(4-25)第4章 抗衰落技术将上式代入式(4-25)，得选择式合

18、并器输出的平均信噪比为 MkSk101因而平均信噪比的改善因子为 MkSSkMD101)(4-28)由上式可见，选择式合并的平均信噪比改善因子随分集选择式合并的平均信噪比改善因子随分集重数重数(M)增大而增大，但增大速率较小增大而增大，但增大速率较小。改善因子常以dB计，即式(3-99)可写成 )(1lg10)(10dBkMDMkSS第4章 抗衰落技术(2)最大比值合并的改善因子最大比值合并的改善因子 。由式(4-20)可知)(MDR01MMkkR即得最大比值合并的信噪比改善因子为 MMDRR0)(由上式可知，最大比值合并的信噪比改善因子随分集重数最大比值合并的信噪比改善因子随分集重数的增大而

19、成正比地增大的增大而成正比地增大。以 dB计时可写成 )(lg10)(0dBMMDRR第4章 抗衰落技术 (3)等增益合并的改善因子等增益合并的改善因子 。等增益合并时，由式(4-24)可知 MkjkjkjMkkErrNMrNM1,12)(2121)(MDE因为已假定各支路信号不相关，即有 kjrrrrkjkj以及瑞利分布性质确定的 及 ，可得出平均信噪比为 4)1(1 2)1(221022MMMMNME222kr2/kr第4章 抗衰落技术式中,0=2/N。最后得出等增益合并的信噪比改善因子为 4)1(1)(0MMDEE或 )(4)1(1lg10)(0dBMMDEE第4章 抗衰落技术 例例 4

20、-1 在二重分集情况，试分别求出三种合并方式的信噪比改善因子。解 由式(4-28)可知 5.1211)2()(SSDMD或)(76.15.1lg10)2()(dBDMDSS由式(4-31)可知 2)2()(RRDMD或 dBDMDRR3)2()(第4章 抗衰落技术由式(4-35)可知 78.141)2()(EEDMD或 dBMDE5.2)(图 4-8 给出了三种合并方式的 与M的关系曲线。由图 4-8 可见，在相同分集重数在相同分集重数(即即M相同相同)情况下，以情况下，以最大比值合并方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之；最大比值合并方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之；在分集重数在分集重

21、数M较小时，等增益合并的信噪比改善接近最大较小时，等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并。选择式合并所得到的信噪比改善量最少比值合并。选择式合并所得到的信噪比改善量最少，其原因在前面已指出过，在于合并器输出只利用了最强一路信号，而其它各支路都没有被利用。)(MD第4章 抗衰落技术图 4-8 三种合并方式的 与M关系曲线)(MD第4章 抗衰落技术4.1.3 数字化移动通信系统的分集性能数字化移动通信系统的分集性能 1.NFSK二重分集系统平均误码率二重分集系统平均误码率 在加性高斯噪声情况下，NFSK的误码率公式为2exp21)(EP式中，为信噪比(或载噪比)。在瑞利衰落信道中，需用平均误码率表

22、征，记作 ，即 ePdpPe)(2exp210式中，p()为载噪比的概率密度函数。第4章 抗衰落技术在选择式合并方式中，p()即为p(S),由式(4-26)可知，)/exp()/exp(1)(0100SMSSMp二重分集时，M=2,此时平均误码率用 表示，则有 2,eP)4)(2(4)/exp()/exp(1 2)2/exp(210000002,SSSSedP无分集时(即M=1)的平均误码率 为 1,eP00001,21)/exp(1)2/exp(21SSSedP第4章 抗衰落技术如果平均载噪比01,则由上述两式可得 21,202,424eePP例如，无分集时，平均误码率 ；采用二重分集后，即

23、平均误码率下降为无分集时的1/25。同理，可以求得最大比值合并方式的平均误码率。当采用二重分集时，载噪比R的概率密度p(R)为 21,101eP42,104eP200)/exp()(RRRp第4章 抗衰落技术由此可得平均误码率为 21,2002002,2)2(2)/exp()2exp(21eRRRRePdP 由上述分析可知，从平均误码率来看，最大比值从平均误码率来看，最大比值合并也是最佳的。在二重分集情况下，较选择式合并合并也是最佳的。在二重分集情况下，较选择式合并有有3 dB增益。增益。第4章 抗衰落技术2.DPSK多重分集系统平均误码率多重分集系统平均误码率已知在恒参信道下，DPSK的误码

24、率为 ePe21)(而在瑞利衰落信道下，平均误码率为 dpPPee)()(0式中，p()为的概率密度函数，选择式合并的p()用p(S)表示，由前面分析已知p(S)为)/exp()/exp(1)(0100SMSSMp第4章 抗衰落技术由此可得出，无分集时(M=1)的平均误码率 为 1,eP0/001,2211210SSSdeeeP同理，可求得二重分集(M=2)时的平均误码率 为 2,eP)2)(1(1)/exp()/exp(1 2210000002,SSSedePS当平均载噪比01时，则 21,20202,)(44141eePP第4章 抗衰落技术当M=3时，有 31,3,)(24eePP当M=4

25、时，有 41,4,)(192eePP 由以上所导出的不同分集重数时的平均误码率计算式可知，由无分集改用分集后，误码率获得明显改由无分集改用分集后，误码率获得明显改善善。第4章 抗衰落技术3.三种合并方式的误码率比较三种合并方式的误码率比较 表 4-1 三种合并方式平均误码率的比较 第4章 抗衰落技术 综上所述，等增益合并的各种性能与最大比值合等增益合并的各种性能与最大比值合并相比，低得不多，但从电路实现上看，较最大比值并相比，低得不多，但从电路实现上看，较最大比值合并简单，尤其是加权系数的调整，前者远较后者简合并简单，尤其是加权系数的调整，前者远较后者简单，因此等增益合并是一种较实用的方式，而

26、当分集单，因此等增益合并是一种较实用的方式，而当分集重数不多时，选择式合并方式仍然是可取的重数不多时，选择式合并方式仍然是可取的。第4章 抗衰落技术分集技术分集技术概念：接收接收多路多路 不相干不相干信号并合并。信号并合并。目标：对抗多径效应造成的快衰落对抗多径效应造成的快衰落技术-两方面 如何如何获得获得独立多路信号独立多路信号 如何如何合并合并独立多路信号独立多路信号 本质：对同一信号在不同对同一信号在不同 时间时间/空间空间/频率频率 的的过采样过采样。t第4章 抗衰落技术分集技术分类分集技术分类极化分集调频或频率分集时间分集智能天线空间角度分集多天线，宏分集空间位置分集获得多路信号的方

27、式直接序列扩频技术调频技术交织和编码技术隐分集显分集信号传输方式抗短期衰落微观分集抗长期衰落宏观分集分集的目的分集技术)()()()()()(DSSSTTc跳频跳频第4章 抗衰落技术分集技术的实质对传输信号进行分集技术的实质对传输信号进行过采样过采样空间分集技术空间分集技术用用2个以上的天线收同一个信号个以上的天线收同一个信号频率分集技术频率分集技术用用2个以上的载波频率传输个以上的载波频率传输时间分集技术时间分集技术在不同时间接收同一个信号在不同时间接收同一个信号极化分集极化分集接收垂直和水平极化信号接收垂直和水平极化信号Ad/f/t/p常用分集技术常用分集技术第4章 抗衰落技术时间分集技术

28、时间分集技术重发时间大于信道的相关重发时间大于信道的相关时间时间-ARQ技术技术用信道相关时间设计交织用信道相关时间设计交织编码的深度编码的深度。信号强度时间t0t1t2 t3.信号强度时间快衰落慢衰落第4章 抗衰落技术频率分集技术频率分集技术两个频率成分具有相互独立的衰落特性条件：条件：f2-f1 Bc信号谱密度频率 Rake接收是什么分集技术？多径的每一径时延不同，进行多径分离合并第4章 抗衰落技术空间位置分集空间位置分集多天线阵元分集多天线阵元分集 多天线发射分集 多天线接收分集条件：ddcdc为空间相关距离信号强度地理位置第4章 抗衰落技术角度扩展角度扩展-空间角度分集空间角度分集相关

29、天线阵列：d c0360信号强度第4章 抗衰落技术分集合并技术分集合并技术合并信号的表达式信号信号合并准则 最大信噪比准则 眼图最大张开度准则 误字率最小准则分类：选择性合并选择性合并(Selective Combining)等增益合并等增益合并(Equal-Gain Combining)最大比合并最大比合并(maximal Ratio Combining)11)()(LllltsktS接收信号强度t信号1信号2第4章 抗衰落技术合并方法的性能比较合并方法的性能比较第4章 抗衰落技术分集技术分集技术抗衰落抗衰落 多径效应导致的“快衰落”抗多径传输导致的其它衰落 频率选择性衰落?时间选择性衰落?

30、空间选择性衰落?抗干扰 其它信源产生的干扰？CCI，ISI，MAI？第4章 抗衰落技术现有的主要分集技术现有的主要分集技术Rake接收接收-？智能天线智能天线-空间角度分集空间角度分集多天线阵多天线阵-空间位置分集空间位置分集ARQ重传重传-时间分集时间分集跳扩频跳扩频-频率分集频率分集+时间时间(隐分集隐分集)直接序列扩频直接序列扩频-频率分集频率分集(隐分集隐分集)第4章 抗衰落技术a、隐分集技术、隐分集技术第4章 抗衰落技术隐分集技术隐分集技术概念：隐含在信号传输方式中的分集技术，隐含在信号传输方式中的分集技术，接收端通过信号处理技术实现分集接收端通过信号处理技术实现分集包括：交织编码技

31、术交织编码技术，抗深衰落、抗突发干扰 跳频技术跳频技术，抗多径ISI，抗衰落、抗干扰 直接序列扩频技术直接序列扩频技术，抗多径，抗衰落和干扰第4章 抗衰落技术a.1 跳频技术跳频技术概念跳频隐分集 跳频抗多径ISI 跳频抗同信道干扰 跳频抗频率选择性衰落跳频应用 GSM慢跳频 Bluetooth 快跳频，每秒1600次 高速快调频，每比特调频一次第4章 抗衰落技术a.2 直接序列扩频直接序列扩频(DSSS)扩频/解扩过程实现频率分集和抗干扰RAKE抗多径效应和衰落信号谱密度频率接收信号功率不变第4章 抗衰落技术b、Rake接收技术接收技术第4章 抗衰落技术b.1 多径信号分离与合并多径信号分离

32、与合并多径的分离与合并多径的分离与合并 原因：无线传输信道是一个多径信道 目标：分离+合并多径，信号矢量和标量和 增强信号，减小干扰，减轻衰落 方法：分离：特征码扩频/解扩 合并：RAKE接收技术关键技术关键技术 特征码的设计和信号带宽的设计。要求直扩序列信号的自相关性能和互相关性能要好。BsBc 合并方法和准则有：第一路径方法，最强路径法，等增益合并法，最大比合并法，自适应合并法等等第4章 抗衰落技术R.Price和P.E.Green在1958年提出通过RAKE接收机实现时间分集主信号扩频码时延扩展信号本地相关信号相关输出信号延时后合成输出3Tc信道的时延扩展发脉冲收主信号时延扩展+接收信号

33、接收信号b.2 Rake接收机原理接收机原理第4章 抗衰落技术b.3 Rake接收机结构接收机结构-匹配滤波器匹配滤波器基本概念：finger，路径搜索，信道估计，合并，路径搜索，信道估计，合并匹配滤波(S2(t)包络检波x2(t)匹配滤波(S1(t)包络检波x1(t)匹配滤波(SL(t)包络检波xL(t)合并第4章 抗衰落技术b.4 Rake接收机设计接收机设计第4章 抗衰落技术b.5 QualComm的的Rake接收机接收机并行相关器结构移动台：3个并行相关器+多径搜索器 相关接收最大比合并基站：4个并行相关器+多径搜索器 非相关接收最大比合并相关器 1相关器 2相关器 3搜索器合并第4章

34、 抗衰落技术4.2 功率控制技术功率控制技术第4章 抗衰落技术4.2.1 功率控制技术功率控制技术功率控制技术的意义功率控制技术的意义 对抗“阴影效应”，减小慢衰落 减小同信道干扰(CCI)，增加蜂窝系统容量。如同频网，如adhoc 网络(802.11b无功率控制)合理的调整功耗，延长电池的使用时间。对于CDMA，减小“远近效应”，提高QoS。功率控制主要因功率控制主要因CDMA技术的发展而提出的技术的发展而提出的(Qualcomm），），也可用于也可用于GSM系统系统第4章 抗衰落技术4.2.2 功率控制的方法功率控制的方法从通信链路的角度：从通信链路的角度：反向功率控制反向功率控制 前向功

35、率控制前向功率控制从实现功率控制的方式：从实现功率控制的方式：集中式功率控制，复杂集中式功率控制，复杂 分布式功率控制，简单，性能非最佳分布式功率控制，简单，性能非最佳从功率控制的方式：从功率控制的方式：开环功率控制开环功率控制 闭环功率控制闭环功率控制-“乒乓乒乓”式控制式控制第4章 抗衰落技术4.2.3 CDMA功率控制准则功率控制准则【主流准则主流准则】功率平衡准则功率平衡准则 指在接收端收到的有用信号指在接收端收到的有用信号功率相等功率相等 上行：各个移动台到达基站上行：各个移动台到达基站的信号功率相等的信号功率相等 下行：各个移动台接收到基下行：各个移动台接收到基站的有用信号相等站的

36、有用信号相等 信干比信干比SIR平衡准则平衡准则 指接收到的信干比相等指接收到的信干比相等 上行：基站收到的各移动台上行：基站收到的各移动台信干比相等信干比相等 下行：各个移动台接收到基下行：各个移动台接收到基站的信干比相等站的信干比相等 比较比较 功率平衡准则容易实现，性功率平衡准则容易实现，性能不如能不如SIR平衡准则平衡准则 单小区上行，功率平衡准则单小区上行，功率平衡准则与与SIR平衡准则等效平衡准则等效 下行链路两准则意义不同下行链路两准则意义不同 SIR准则可能导致正反馈，准则可能导致正反馈，功率控制不稳定功率控制不稳定 其它准则其它准则 功率平衡和功率平衡和SIR相结合相结合 误

37、码率误码率BER平衡准则平衡准则 WCDMA采用采用SIR平衡准则平衡准则与误帧率与误帧率FER相结合相结合第4章 抗衰落技术4.2.4 CDMA中的功率控制中的功率控制 前向功率控制方案前向功率控制方案：前向同步前向同步CDMA链路优于反向异步链路优于反向异步CDMA链路链路 前向功控不是重点，用简单的慢速闭环功控前向功控不是重点，用简单的慢速闭环功控 功控依据：各移动台的误帧率 调节步长：一般0.5dB(12%)调节范围：4 6dB 功控调节算法：QualComm公司专利 反向功率控制方案反向功率控制方案 是系统功控的重点，由粗控、精控和外环控制组成是系统功控的重点，由粗控、精控和外环控制

38、组成 粗控：移动台进行开环功率控制 精控：移动台和基站配合进行闭环功率修正 外环控制：确定闭环精控的门限阈值 动态变化范围：动态变化范围：32dB第4章 抗衰落技术1 前向功率控制前向功率控制 基站根据移动台提供的信号功率测量基站根据移动台提供的信号功率测量结果，调整基站对每个移动台发射的功率结果，调整基站对每个移动台发射的功率。它又可分为两种：一种为它又可分为两种：一种为开环控制开环控制，是基，是基站利用接收移动台功率，估算正向信道传站利用接收移动台功率，估算正向信道传输损耗，从而控制基站业务信道发送功率输损耗，从而控制基站业务信道发送功率大小；另一种为大小；另一种为闭环控制闭环控制，是基站

39、与移动，是基站与移动台相结合进行的动态功率控制。台相结合进行的动态功率控制。第4章 抗衰落技术2 反向功率控制反向功率控制 反向开环功率控制是反向开环功率控制是移动台根移动台根据在小区中所接收功率的变化，据在小区中所接收功率的变化，迅迅速调节移动台发射功率速调节移动台发射功率。开环功率。开环功率控制的目的，是使所有移动台（不控制的目的，是使所有移动台（不管远、近情况）发出的信号在到达管远、近情况）发出的信号在到达基站时都有相同的标称功率。它是基站时都有相同的标称功率。它是一种一种移动台自己的功率控制移动台自己的功率控制。第4章 抗衰落技术目标目标:使基站对移动台的开环功率进行迅速使基站对移动台

40、的开环功率进行迅速估算或纠正，并使移动台始终保持最理想估算或纠正，并使移动台始终保持最理想的发射功率。这解决了正向链路和反向链的发射功率。这解决了正向链路和反向链路间增益容许度和传输损耗不一致的问题，路间增益容许度和传输损耗不一致的问题，保证了在基站收到每个移动台的信号功率保证了在基站收到每个移动台的信号功率足够大，同时对其他移动台的干扰又最小。足够大，同时对其他移动台的干扰又最小。2 反向功率控制反向功率控制 第4章 抗衰落技术IS-95A中的功率控制中的功率控制 在在IS-95A中，中，只有基站对上行链路移动台只有基站对上行链路移动台进行反向功率控制时，支持频率为进行反向功率控制时，支持频

41、率为800Hz的快速的快速功率控制。功率控制。快速功率控制对移动速度较低的用户的控快速功率控制对移动速度较低的用户的控制效果比对高速移动用户的控制效果要好。这制效果比对高速移动用户的控制效果要好。这是因为功率控制存在一定的时延，在进行快速是因为功率控制存在一定的时延，在进行快速功率控制时，由于时延的存在使功控速度跟不功率控制时，由于时延的存在使功控速度跟不上高速用户快衰落的变化时，功率控制的结果上高速用户快衰落的变化时，功率控制的结果就很不理想。就很不理想。第4章 抗衰落技术WCDMA系统中的功率控制系统中的功率控制 在在WCDMA系统中，功率控制是一项重要的无线资系统中，功率控制是一项重要的

42、无线资源管理控制方法。由于源管理控制方法。由于WCDMA系统是一个干扰受限系系统是一个干扰受限系统，为了达到最大的容量，在统，为了达到最大的容量，在上行链路，需要减小由每上行链路，需要减小由每个移动台引起的干扰功率，避免所谓的远近效应个移动台引起的干扰功率，避免所谓的远近效应。如果。如果在上行链路不进行功率控制，一个离基站较近的移动台在上行链路不进行功率控制，一个离基站较近的移动台就可能阻塞整个小区，引起小区内部通信障碍。而在就可能阻塞整个小区，引起小区内部通信障碍。而在下下行链路，通过对基站的发射功率的调整，使其能够满足行链路，通过对基站的发射功率的调整，使其能够满足下行链路下行链路QOS，

43、达到顺畅通信所要求的，达到顺畅通信所要求的SIR值值。开环功控、闭环功控和外环功控开环功控、闭环功控和外环功控第4章 抗衰落技术开环功控（开环功控（Open loop Power Control）开环功率控制主要是开环功率控制主要是发生在当一个移动台第发生在当一个移动台第一次接入一次接入WCDMA系统时，实现功率的初始设置系统时，实现功率的初始设置。移动台通过对路径损耗估计，测量下行移动台通过对路径损耗估计，测量下行CPICH的的Ec/Io值，然后根据所测量的值，然后根据所测量的Ec/Io来设置上行发射来设置上行发射功率的大小。由于所测量到的功率的大小。由于所测量到的Ec/Io值受到传播环值受

44、到传播环境，主要是路径损耗和阴影衰落的影响，因此，境，主要是路径损耗和阴影衰落的影响，因此，当当测量到的路径损耗大、导频信号值小时，移动测量到的路径损耗大、导频信号值小时，移动台就会通过功控命令增大发射功率台就会通过功控命令增大发射功率。反之，。反之，当导当导频信号值大，路径损耗小的时候，移动台就通过频信号值大，路径损耗小的时候，移动台就通过功控命令减小发射功率功控命令减小发射功率。通过开环功控，移动台。通过开环功控，移动台能够自动调节发射功率来适应这种无线环境的变能够自动调节发射功率来适应这种无线环境的变化。化。第4章 抗衰落技术闭环功控（闭环功控（Closed loop Power Con

45、trol）闭环功控闭环功控必须快到足以跟踪瑞利变化必须快到足以跟踪瑞利变化，由，由于移动台是在不断的运行当中，当移动台移动于移动台是在不断的运行当中，当移动台移动时，多径效应将会导致在通话过程中接收信号时，多径效应将会导致在通话过程中接收信号的功率突然下降，这种效应称为快衰落（瑞利的功率突然下降，这种效应称为快衰落（瑞利衰落）。通过闭环功控，可以快速地控制移动衰落）。通过闭环功控，可以快速地控制移动台和基站的发射功率，用于补偿快衰落造成的台和基站的发射功率，用于补偿快衰落造成的信号的衰减信号的衰减。第4章 抗衰落技术WCDMA中的功控模型中的功控模型 SIRtarget和BERtarget分别

46、表示目标SIR和BER（Bit Error Ratio）值 WCDMA系统中的功控命令可以分为：增加功率、保持功率和降低功率，一般的功控步长为1dB。在上行链路中，基站会比较接收到的移动台信号的在上行链路中，基站会比较接收到的移动台信号的SIR值和值和目的目的SIR值，当值，当SIRBSrSIRBSt时，基站会通过功控命令将功控比特位置时，基站会通过功控命令将功控比特位置0，命令移动台减小发射功率。命令移动台减小发射功率。第4章 抗衰落技术外环功控（外环功控（Outer Loop Power Control）外环功控外环功控目的目的在于在于调整闭环功控的目标调整闭环功控的目标SIR值，值，使移

47、动台接收到的使移动台接收到的SIR值能够满足接收质量的要值能够满足接收质量的要求求.在通常情况下，如果当时移动台所接收到信号的在通常情况下，如果当时移动台所接收到信号的质量不错，则意味着不需要高的目标质量不错，则意味着不需要高的目标SIR值来保值来保证现在的证现在的QoS，因此通过外环功控指令可以降，因此通过外环功控指令可以降低移动台的目标低移动台的目标SIR值。反之，则需要提高移动值。反之，则需要提高移动台的目标台的目标SIR值。值。第4章 抗衰落技术4.2.5 功率控制技术小结功率控制技术小结抗衰落抗衰落 抗阴影效应导致的“慢衰落”是否可以抗多径效应导致的“快衰落”？是否可以对抗多径传播导致的选择性衰落？频率选择性衰落？时间选择性衰落？空间选择性衰落？抗干扰抗干扰 其它信号源产生的干扰 CCI，MAI，ISI