当前课程知识点：移动通信原理 > 第十二章 链路自适应技术 > 12.3 功率控制在移动通信中的应用 > 12.3 功率控制在移动通信中的应用
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
-1.1 前言
--1.1 前言
-1.2 移动通信发展的回顾
-1.3 第四代移动通信技术
-1.4 第五代移动通信技术
-1.5 未来移动通信技术
-第一章 作业
--第一章 作业
-2.1 移动信道的特点
-2.2 三类主要快衰落
-2.3 传播类型与信道模型的定量分析
-2.4 无线信道模型
-第二章 作业
--第二章 作业
-3.1 多址技术的基本概念
-3.2 移动通信中的典型多址接入方式
-3.3 码分多址CDMA中的地址码
-3.4 伪随机序列(PN)和扩频码的理论基础与分析
-第三章 作业
--第三章 作业
-4.1 语音压缩编码
-4.2 移动通信中的语音编码
-4.3 图像压缩编码
-4.4 我国音视频标准
-第四章 作业
--第四章 作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 保密学的基本原理
-5.3 GSM系统的鉴权与加密
-5.4 IS-95系统的鉴权与加密
-5.5 3G系统的信息安全
-5.6 B3G与4G系统的信息安全
-第五章 作业
--第五章 作业
-6.1 移动通信系统的物理模型
-6.2 调制/调解的基本功能与要求
-6.3 MSK/GMSK调制
-6.4 π/4-DQPSK调制
-6.5 3π/8-8PSK调制
-6.6 用于CDMA的调制方式
-6.7 MQAM调制
-第六章 作业
--第六章 作业
-7.1 信道编码的基本概念
-7.2 线性分组码
-7.3 卷积码
--7.3 卷积码
-7.4 级联码
--7.4 级联码
-7.5 Turbo码
-7.6 交织编码
--7.6 交织编码
-7.7 ARQ与HARQ简介
-7.8 信道编码理论上的潜在能力与最大编码增益
-7.9 GSM系统的信道编码
-7.10 IS-95系统中的信道编码
-7.11 CDMA2000系统的信道编码
-7.12 WCDMA系统的信道编码
-第七章 作业
--第七章 作业
-8.1 分集技术的基本原理
-8.2 RAKE接收与多径分集
-8.3 均衡技术
--8.3 均衡技术
-8.4 增强技术与应用
-第八章 作业
--第八章 作业
-9.1 多用户检测的基本原理
-9.2 最优多用户检测技术
-9.3 线性多用户检测技术
-9.4 干扰抵消多用户检测器
-第九章 作业
--第九章 作业
-10.1 OFDM基本原理
-10.2 OFDM中的信道估计
-10.3 OFDM中的同步技术
-10.4 峰平比(PAPR)抑制
-第十章 作业
--第十章 作业
-11.1 多天线信息论简介
-11.2 空时块编码（STBC）
-11.3 分层时空码
-11.4 空时格码（STTC）
-11.5 空时预编码
-11.6 MIMO技术在宽带移动通信系统中的应用
-第十一章 作业
--第十一章 作业
-12.1 引言
--12.1 引言
-12.2 多功率控制原理
-12.3 功率控制在移动通信中的应用
-12.4 无限资源的最优分配
-12.5 速率自适应
-第十二章 作业
--第十二章 作业
-13.1 标准化进程
-13.2 HSPA系统
-13.3 EVDO系统
-13.4 LTE系统
-13.5 WiMax系统
-第十三章 作业
--第十三章 作业
-14.1 TDD原理
-14.2 TD-SCDMA
-14.3 UTRA TDD
-14.4 TD-HSPA
-第十四章 作业
--第十四章 作业
-15.1 移动网络的概念与特点
-15.2 从GSM/GPRS至WCDMA网络演讲
-15.3 第三代（3G）移动通信与3GPP网络
-15.4 从IS-95至CDMA2000网络演讲
-15.5 B3G与4G移动通信网络
-第十五章 作业
--第十五章 作业
-16.1 移动通信中的业务类型
-16.2 呼叫建立与接续
-16.3 移动性管理
-16.4 无线资源管理RRM
-16.5 跨层优化
-第十六章 作业
--第十六章 作业
