功率控制技术及其应用场景分析

CDMA系统是一个自干扰系统，它的通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大小。若基站接收到移动台的信号功率太低，则误比特率太大而无法保证高质量通信；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通信质量，却对其他移动台增加了干扰，导致整个系统的通信质量恶化、容量减小。只有当每个移动台的发射功率控制达到基站所需信噪比的最小值时，通信系统的容量才达到最大值。

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。如果移动台发射功率固定不变，那么离基站距离近时，过大的发射功率不仅浪费，而且会造成对其他用户的干扰，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接收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，则距基站近的移动台将对距离基站远的另一移动台信号产生严重干扰。在CDMA蜂窝系统中，为了解决远近效应问题，同时避免对其他用户过大的干扰，必须采用严格的功率控制（Power Control，PC）。

功率控制除了反向链路的开环功率控制和闭环功率控制外，还有前向链路（有时也称正向链路）功率控制。功率控制示意图如图2-3-23所示。

图2-3-23 功率控制示意图

1.反向链路功率控制

CDMA系统的通信质量和容量主要受限于收到干扰功率的大小。若基站接收到移动台的信号功率太低，则误比特率太大而无法保证高质量通信；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通信质量，却对其他移动台增加了干扰，导致整个系统质量恶化和容量减小。只有当每个移动台的发射功率控制达到基站所需信噪比的最小值时，通信系统的容量才达到最大值。反向链路功率控制就是控制各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。

①反向开环功率控制

它的前提条件是假设反向与前向传输损耗相同，移动台接收并测量基站发来的信号强度，并估计前向传输损耗，然后根据这种估计，移动台会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。开环功率控制的响应约为毫秒级，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控制信息，因而不仅控制速度快而且节省开销。它对付慢衰落是比较有效的[即对车载移动台快速驶入（或驶出）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，采用频分双工通信方式，收发频率相差45MHz，已远远超过信道的相干带宽。因而反向或前向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。不能认为移动台在前向信道上测得的衰落特性就等于反向信道上的衰落特性。为了解决这个问题，可采用闭环功率控制方法。(www.xing528.com)

②反向闭环功率控制

所谓闭环功率控制，实际上，前、反向链路的衰落特性是相互独立的，即开环功率控制的前提条件并不成立，开环只能是一种粗略的功率控制。反向闭环功率控制是由基站检测移动台的信号强度或信噪比，根据测得结果与预定值比较，产生功率调整指令，并通知移动台调整其发射功率。在反向闭环功率控制中，基站起着很重要的作用。闭环控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速作出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。这种对开环的迅速纠正，解决了前向链路和反向链路间增益允许度和传输损耗不一样的问题。

在对反向业务信道进行闭环功率控制时，移动台将根据在前向业务信道上收到的有效功率控制比特来调整其平均输出功率。功率控制比特（“0”或“1”）是连续发送的，其速率为800bit/s。“0”指示移动台增加平均输出功率，“1”指示移动台减少平均输出功率，每个功率控制比特使移动台增加或减小功率的大小为1dB。

一个功率控制比特的长度正好等于前向业务信道两个调制符号的长度（即104.166_μs）。每个功率控制比特将替代两个连续的前向业务信道调制符号，这个技术就是通常所说的符号抽取技术。在这种情况下，功率控制比特将按E_b的能量发送，E_b为在9600bit/s速度时前向业务信道每个信息比特的能量，基站接收机应测量所有移动台的信号强度，测量周期为1.25ms。基站接收机利用测量结果，分别确定对各个移动台的功率控制比特值（“0”或“1”），然后，基站在相应的前向业务信道上将功率控制比特发送出去，因此，基站发送功率控制比特比反向业务信道延迟2×1.25ms。因此，反向闭环功率控制中，只有在紧随移动台发射时隙后的第二个1.25ms时隙内收到的功率控制比特才被认为是有效的。另外，在非连续发射过程中，当发射机关掉时移动台将忽略收到的功率控制比特。

在开环功率控制的基础上，移动台将提供±24dB的闭环调整范围。在软切换时，移动台可获得两个或两个以上基站提供的服务，因此，移动台可能同时收到两个或两个以上的功率控制指令，如果既有上调又有下降的功率控制指令，则执行功率下降的指令。

2.前向链路功率控制

前向链路也称作正向链路，所以前向链路的功率控制也称为正向功率控制。它通过调整基站向移动台发射的功率，使任一移动台无论处于蜂窝小区中的任何位置上，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。做到这一点，就可以避免基站向距离近的移动台辐射过大的信号功率，也可以防止或减小由于移动台进入传播条件恶劣或背景干扰过强的地区而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，正向功率控制可以由移动台检测基站发来信号的强度，并不断地比较信号电平和干扰电平的比值。如果此比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属于闭环方式。正向功率控制也可以采用开环方式，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发给该移动台的功率。