12.3 功率控制在移动通信中的应用在线视频

一般来讲

我们把闭环功率控制

又细分为两步

也就是所谓的外环功率控制

和内环功率控制

所谓外环功率控制

我们是调整目标值

内环功率控制

我们是调整补偿

就增加一个δ

还是减少一个δ

那么具体的控制机制

那下面我们通过

移动通信体制的

功控的流程

说明我们来解释

我们先看到

IS-95系统当中的功率控制

我们举个例子

IS-95系统当中

普遍采用功率控制的方式

来调整的链路

满足化验业务的通信质量

IS-95

这套体制啊

才能够得到成功的商用

功率控制是最核心的技术

时至今日

CDMA系统能够普遍使用

其实功率控制是最关键的技术

SIS-95系统当中的功率控制

它实际上是有三个环路

我们刚才提到的

三个环路构成的

也就是所谓的开环

外环

内环这三个环路而构成

外环和内环

实际上组成是闭环

与开环是相对应的

我们看一下它的具体的控制机制

我们以下面这个图为例

来进行说明

我们先看一下 IS-95系统的开环

它的一个控制机制

开环的体制

实际上

就是我们刚才提到的那种机理

它是用一个方向的接收功率

去预估另外一个

链路方向的发射功率

所以估计的精度是比较差的

像在IS-95系统当中

开环功率控制

它的动调整的动态范围

是比较大的

它可以达到

64个db的动态范围

也就是正负32db的调整范围

它可以补偿

这种上行传输当中的

阴影效应

和远近效应

IS-95系统当中的

闭环功率控制

它是比较细的

在闭环功率控制当中

它的控制的频度

和控制的不长

都是有规定的

我们看一下它的控制频度

IS-95

功控调整频率是800赫兹

或者我们对应的一个公共周期

功控的周期

800赫兹我们取的倒数

也就是1.25毫秒

那就1.25毫秒

我们在IS-95系统当中

以20毫秒

作为一帧

也就是一个语音帧

是20毫秒

换言之

20毫秒除以1.25

我们可以计算出来

它对应的时期

实际上是16个时期

或者16个公共周期

IS-95系统当中的

它的闭环功率控制的动态范围

相对开化来讲比较小

它大概只能达到±24个db

也就一共48个db左右

我们给出来这张图来说明

高通公司在IS-95系统当中

所涉及的功率控制的整个方案

大家看它是分为两个链路

两个支路的

上支路

这是接收

也就是基站收

基战收进行链路的

信号功率的测量和估计

那么下支路是基站发

那么就产生了功控系列之后

通过下支路发出去

像从基站向移动台发送

我们看上支路

实际上分为两个环

大家观察

这是一个环

对吧

这儿还有一个环

那我们看

外面环

这就是做外环功控的

那么里面这个环

这就是做内环功控的

这上下支路合成的方案

这实际上就是闭环

功控的过程

我们观察它

外环是怎么来调

它是把接收到的信号

先经过相关

大家还记得第三章

我们讲

CDMA原理的时候

讲过相关器

把接收信号与本地序列相关

那么积分以后的结果

就变成了信号的能量

就有用信号就在相关器里面有

然后我们做哈达码变换

这个地方我们简单说一下

为什么要用哈达码变换

IS-95系统的上线

它没有导频

采用的是非相干

非相干的解调

用正交条制

来进行非相干借条

所以

为了降低解调实现的复杂度

采用了快速哈达码变换

因为它的扩编码长是64

有64个哈达码序列

那么哈达码变换之后

我们来进行数据译码

然后梳理判决

这样我们就能够得到

通过外换功率控制

设定

我的目标

信干燥比

或者目标

功率

外环

功率控制

去调整目标信干比

或者目标功率

我们再看内环

那一环通过哈达码变换之后

你做心信道估计

那我就能测出来一个

瞬时信干比

也就是当前公共周期

它所对应的

时变的

或者瞬时的信干比

我们把瞬时的信干比呢

与目标性相比

进行了比较

假如说我的当前的

瞬时信干比

比已设定外环设定的目标信干比

要大

那么就意味着链路这样比较好的

我就产生一个降低功率的

功控指令

反之

如果说

你的顺势信干比

比目标性感比较低

我就产生一个公共指令

要求下一个时期

或者下一步公共周期

应当提升发射功率

如果说是临界情况

就你测量出来的目标信干比

与那么你测量出来的

瞬时信干比

这个目标信干比

大约是相等的

这个时候

我们的发出的功控指令

就是不调整

所以功控指令

实际上是有三种组合的

增大发射功率

减少发射功率

不变

有三种组合

我们把功控之内

进行编码调制

映射到控制信道上

通过下行电路就向移动端发送

这就是整个的

功控的一个处理流程

我们给大家以这张图为示例

说明上下行

整个功率控制交互的机制

大家看

上半部分这就是上行电路

下半部分就是下行信道

我们看

总的周期长度

实际上就是20毫秒

就一个云针

20毫秒

大家数一数

这一共我们划分成了16个时期

1.25毫秒

一个时期

也就是一个公共周期

我们在每个公共周期

基站都要完成三个事儿

大家看这照片上

已经有示意了第一步

我测量的接收信号的强度

估信干比

第二步

我们把测量的值变成公共比特

应该还要比较

或者是提高发射功率

或者降低发射功率

或者不变

第三步

我们要把

产生的公共比特发出去

映射到前项信道上发出去

那么我们这举的例子

大家观察

比如说我是第5个时期

第5个公共周期

都进行了信号测量

产生了公共比特了

我们发射的时候

是在哪个下行信道上的公共周期

发射

请大家注意

因为这个处理都是有时序逻辑的

你第5个接收十七

我们估计信号强度

转换成公共比特

第5个时期的时间已经过去了

那么快也应该

在下行信道上来看

应当至少最快也是

只能在第6个时期发了

但是考虑到系统的稳定性

和处理实验

我们要加上一定的冗余

考虑到这两方面的因素

一般我们规定

从你开始进行

对接收电路

上行信道进行处理

到我在下线信道发送

功控指令

这中间至少要间隔2.5个毫秒

也就是两个功控周期

至少要经间隔2.5毫秒

所以这也就是说

第5个时期

你产生的功控比特

其实得在第7个时期内发送

这就是我们这张照片当中的

上半部分的一个基本概念

至少要延迟到两个公共周期

或者2.5毫米

同时我们在观察

第7个时期发送的时候

大家观察它

细节我们把它展开

就这张照片的下半部都展开了

每一个公共周期

其实我们按照语音编码的处理来

折算

实际上包含了24个比特

BPSK调制的

24个比特

那就要看是0~23

那也就意味着说我公共周期

在一个公共周期当中

需要确定到底是这24个比特

当中

哪一些位置承载功控的系列

我们刚才提到过

Pc的信令

实际上有三种组合

对吧

增加功率

减少功率

或者是不变

还有一种情况我们保留

所以其实我们可以用两比特

来表示

这三种情况

当然中间还有一种情况保留

对吧

所以00 01 10 11

4种比特组合两比特数据

对吧

我们把这两比特数据

到底往这24个

比特当中

哪儿承载在IS-95的标准当中

是有具体规定的

一般而言

我们是这样

干的

相邻两个时期大家观察

比如这是前第6个时期

这是第7个时期

前1个时期的最后4个比特上面

我们可以承载一个指针

这4个比特

大家想4个比特

是变成一个指针

正好可以指示

下一个时期的

16个比特位置

所以我们在下一个时期当中

第7个时期里面

就是公共比特的位置

其实就是承载在6

我们0~15

这16个比特位置上

具体是哪几个比特位置

是由前一个时期这一次

尾部的这4个比特

它的组合来决定的

所以这是具有一定随机性的

它指针取值是不确定的

通过前一个时期的指针

来指示的

而具体而言

这两个比特是怎么承载的

是摩尔加上去的

也就是说它牺牲一点

语音的质量

要占据下一个时期当中

两语音数据的两个比特位置

来承载的

功控比特

这就是它的一个基本逻辑关系

IS-95当中的这种功控

后来被进一步推广到

3GCDMA系统当中的功控

也就是直接的推广

就是CDMA2000当中的

功率控制

那么CDMA2000当中的

功率控制

和IS-95系统当中的功率控制

没有什么本质区别

它只不过在又增加了

下行功率控制

并且功率控制的速率

组合

相对于IS-95而言会更多

那么细节我们就不介绍

我们再来给大家介绍一下

另外一个案例

也就是3G WCDMA系统

当中的功率控制

前面我们已经提到过了

IS-95系统当中的功率控制

我们可以把它的特点归纳

是一种单一机制的

单参数的功率控制方式

那么它的功率控制的频率

就是800赫兹

而在每一次进行内

环功率控制调整的时候

是一个固定补偿

正负一个db

这就是 IS-95系统当中的功控

为了能够对功率控制进行扩展

进一步提升和改进功率控制的

性能

WCDMA系统相对于IS-95

做了很多的扩展和改动

从而能够提升

它功率控制的准确率

和信令

WCDMA系统当中的功率控制

它的主要改动

我们可以以这张胶片里的示意

来给大家说明

大家看这张胶片给的就是一个

WCDMA的

上行功率控制的基本原理

从原理上来讲

它与IS-95的功率控制流程

是完全一致的

也涉及到三个环路

也就是开外环闭环

那么显著的差异是在这

WCDMA系统当中的功率控制

它的频度

是1.5K赫兹

或者1500赫兹

而S95系统当中的

功率控制

我们刚才提到我是800赫兹

所以相对来讲

WCDMA系统当中的功率控制

比IS-95系统当中的功率控制

差不多要快一倍

因此 WCDMA系统

对于信到时变的适应

或者信道时变的跟踪

要比IS-95更好

所以它的链路质量的补偿

是更及时的

这是它的一个主要差别

另外一个差别

WCDMA系统当中的功率控制

它的步长是可以调整的

不像IS-95系统是定长

像WCDMA系统当中的步长

它功率控制的步长

每一次调整有三个档位

最小是0.5个db

次之是1db再次的话就是

两db 它有三个档位

0.5 1 2

它可以根据不同的地理环境

和信道状态的变化

我们来进行切换

而像IS-95就稳妥地固定

就是1db 正负1db

所以相对来讲

WCDMA对于信道状态的适应

比IS-95要快

并且它适应的效果也要更好

就既快又好

所以从整体性能上来讲

WCDMA系统的性能

在功率控制的性能

比IS-95

要更令人满意

我们看

除掉刚才我们讲的

WCDMA和IS-95在功率控制的

频度

还有步长参数之外的差异

WCDMA相对于IS-95还有一个

差异

我们作为一个重点

来给大家做一点详细的解释

我在胶片上画个图

同学们来观察

比如说这是两个基站

移动端

我们假设说移动台现在正在通话

在通话的过程当中

还要对它进行过滤控制

但是移动它还在运动

在运动的时候

它就会从A基站

切换到 B基站

也就是说

移动台他要

对A基站和B基站两个基站

它的信号都要进行监测

还要进行反馈

然后去调整

我们这儿举的例子是调整的

下行的发射功率

那么我们举这个例子

大家想一想

为了能够实现

在切换过程当中的功率控制

移动台它要对同时对A和B两个

基站的

信号质量都进行监测

机站有效链路

B基站也有电路 他都要

监测

因为我们是CDMA系统

A和B实际上是同频段的

它只不过是码行不一样

移动还要同时监测两个

甚至多个基站的话

一般我们来考虑这个问题

怎么办

实际上相当于是

我可以有两套接收机

对吧

两套接收机

或者你可以认为是两个虚拟的

基站

虚拟的移动盘

那么其中一套接收机

接收A基站的信号

来进行的

另外一套接收机

接受B基站的信号

来进行测试

这样的话

我可以同时测出

两个基站的信号

这样我们就可以进行上报

来进行功率控制

可是大家想这种操作显然是

从硬件上来讲是不合理的

因为相当于是说

我们得把硬件成本翻一倍了

才能够完成同时测量的这个目的

在IS-95和CDMA系统当中

在切换的时候

进行功率控制的调整

它具体实现的时候

机制是不一样的

虽然我们都可以满足

同时测量的目的

但是实现的手段是有差异的

IS-95是怎么实现的呢

IS-95它就这一套接收机

但是两个基站

它的码字是不一样的

比如说A基站是PN1

B基站是PN2

但这两个码字虽然不一样

但这两个码字是有关系的

IS-95系统当年在标准化的时候

它设计码形

就考虑过同时测量的问题

这两个不同的

码形

两个基站的不同码形

它其实是同一个小M序列的不同

相位来构成的

换言之

A基站

比如说它的相位是phase

phase

B基站

它的向位是face B换言之

也就意味着说

这两个基站其实是同一个

小M序列的不同相位

来进行区分的

这也就是我们所谓的

IS-95系统当中的

相位规划的问题

正因为它是用同一个序列的

不同相位来区分

不同的基站

因此

IS-95系统当中

我进行基站的同时测量

就很简单

我可以用一套接收机

对准不同的相位来进行接收

就能够对多个基站的信号呢

进行估计了

它节省了接收机的硬件实现的

成本

能够实现的同时

测量多个基站信号强度的目的

所以IS-95系统

它的组网的方案

或者标准

设计是非常巧妙的

它用的是同一个序列

进行MA序列

它的不同相位来移动区分基站

而到了WCDMA系统当中

为了规避

和IS-95的知识产权的冲突

所以在WCDMA系统当中

它的就不能再用同一个小M序列的

不同相位

来区分基站

而采用的Gold码

并且这两个Gold码

确实是不一样

就Gold码1Gold码2

确实它是完全不同的两个码

这个时候

如果我们要满足

同时测量的要求

显然我应当有两套接收机

各自去对准一个Gold序列

进行接收

但这样做的话

硬件太浪费

为了既满足

同时测量的目的

又降低了硬件实现的成本

那么在WCDMA系统当中

我们就用时间换成本

就也就采用了所谓的压缩传输

方式

就胶片给的示意

这是个什么概念呢

大家将来看

WCDMA的标准

上面就有详细的说明

所谓压缩传输指的是说

我在测量的时期当中

我们把它的扩频码的

码长

缩减一半

原来是256扩频

现在我们缩减为128扩频

这样的话

那么原来本来占满了一个十七的

时间的传输

现在我们缩减以后

就只有半个十七了

对不对

空下了这后半个时期干什么呢

空闲时间

空下来

这后半个时间

我们就可以用于测量的

另外一个基站的信号

相当于是我们把时间压缩了

压缩了时间之后

就空余

留出来时间的空余

那么在空余时间当中

我的接收机

它就可以拿来干别的事

就测量另外一个基站

相当于是说

我的一副接收机

把它分时服用了

分成两个时间段

前一个时间段测我的服务

基站

后一个时间段我们测

我的目标基站

就切换成我的目标基站

采用这种压缩模式

我们用时间换空间

也一样可以实现的

一部接收机

进行了多个基站测量的目的

只不过它略微复杂一点

但是从成本上来讲

大同小异

所以在WCDMA系统当中的

这种

功率控制的测量

与IS-95是不一样的

是有差别

以上就是我们对

CDMA系统当中的

功率控制基本机制的介绍