1、第第12章章 鏈路自適應技術鏈路自適應技術 前面我們學習了現代移動通信系統的信號前面我們學習了現代移動通信系統的信號處理技術，包括多進制數字調制、處理技術，包括多進制數字調制、CDMA、自適應均衡、自適應均衡、OFDM和和MIMO等。他們的目等。他們的目的是為了充分利用有限的通信資源、對抗的是為了充分利用有限的通信資源、對抗移動信道衰落、提高信道和系統容量。除移動信道衰落、提高信道和系統容量。除了上述這些信號處理技術外，還可以采用了上述這些信號處理技術外，還可以采用鏈路自適應技術來提高系統容量。鏈路自適應技術來提高系統容量。12.1 移動通信系統容量和影響容量的因素移動通信系統容量和影響容量的

2、因素12.1.1 移動通信系統的容量移動通信系統的容量 通信系統的容量，就是在一定信道帶寬和通信質量條通信系統的容量，就是在一定信道帶寬和通信質量條件下，可以容許的同時通信的最多用戶數。件下，可以容許的同時通信的最多用戶數。對于一個對于一個采用小區分裂和頻率再用技術的蜂窩移動通信系統來采用小區分裂和頻率再用技術的蜂窩移動通信系統來說，理論上的通信容量是無限的。說，理論上的通信容量是無限的。 對于對于蜂窩蜂窩移動通信系統移動通信系統的的某個局部，其某個局部，其容量容量有下述表有下述表示方法：示方法：a)a)每小區可用信道數每小區可用信道數( (chch/cell/cell) )。表示。表示每小區

3、允許同時每小區允許同時工作的用戶數工作的用戶數；b)b)每小區每兆赫茲每小區每兆赫茲帶寬帶寬信道數信道數ch/(cellMHz)。表示表示每每小小區區每每兆赫茲帶寬允許同時工作的用戶數兆赫茲帶寬允許同時工作的用戶數；c)c)每小區愛爾蘭每小區愛爾蘭( (ErlErl/cell)/cell)。表示。表示每小區允許的每小區允許的最高最高話話務量。務量。 話務量話務量 = = 通話次數通話次數平均每次平均每次通話通話時時長長( (分分) )/ /6060，單，單位是位是erlerl。例如，系統平均每天例如，系統平均每天有有20002000次通話，平均次通話，平均每次通話每次通話3 3分鐘，系統每天的

4、業務量為分鐘，系統每天的業務量為200020003/60=1003/60=100 （erlerl）。d)d)每平方公里用戶數每平方公里用戶數( (用戶數用戶數/km/km2 2) )。表示。表示單位面積單位面積上上的的用戶密度用戶密度；e)e)每平方公里每小時通話次數每平方公里每小時通話次數call/(hkmcall/(hkm2 2）。表示）。表示單位面積單位面積上上的用戶的通話強度。的用戶的通話強度。 雖然雖然以上方式從不同角度對以上方式從不同角度對局部蜂窩局部蜂窩系統的容量進系統的容量進行行量度，但是量度，但是它們之間它們之間相互相互聯系聯系，在一定的條件下在一定的條件下可以互相轉換。可以

5、互相轉換。l 系統的通信容量與系統的通信容量與通信質量通信質量密切相關密切相關。通信通信質量質量與與接收端的信干比接收端的信干比SIR (Signal To Interference Ratio)有直接關系。有直接關系。 在在FDMAFDMA系統中系統中，規定規定SIR=17dB SIR=17dB 作為門限值作為門限值；在在TDMATDMA系統中系統中，規定規定SIR=10dB SIR=10dB 作為門限值作為門限值；在在CDMACDMA系統中系統中，規定規定SIR=7dBSIR=7dB作為門限值。作為門限值。1、 FDMA蜂窩系統容量蜂窩系統容量 在在FDMA系統中，蜂窩小區容量系統中，蜂窩

6、小區容量m為：為： 式中式中 ，W為區群帶寬，如下表所示；為區群帶寬，如下表所示； B=200kHz為為頻道帶寬；頻道帶寬；N為區群內小區數。為區群內小區數。ceelchNBWm/ 在在FDMA系統中，幾個相鄰小區組成無線系統中，幾個相鄰小區組成無線區群區群。不同區群使用的頻道都相同，這就是不同區群使用的頻道都相同，這就是頻率再用頻率再用。區群再將這些頻道分配給區內各小區。區群再將這些頻道分配給區內各小區。2、FDMA/TDMA蜂窩系統容量蜂窩系統容量 在采用在采用FDMA/TDMA技術的技術的GSM系統中，蜂系統中，蜂窩小區容量窩小區容量m為：為： 這里，這里，M為每一頻分頻道的時分信道數。

7、為每一頻分頻道的時分信道數。 p例如例如:GSM900系統，系統，W=19MHz，B=200kHz， M=8。對于。對于N=7的區群來說，將這些數據代入的區群來說，將這些數據代入就可以計算出就可以計算出m 108(ch/ceel)。ceelchNBWMm/3、CDMA系統容量系統容量1) 理想情況下理想情況下CDMA系統同頻覆蓋區的容量系統同頻覆蓋區的容量 當區內當區內m個終端同時工作時，某終端接收到的其余個終端同時工作時，某終端接收到的其余m-1個同頻率的個同頻率的CDMA信號都是多址干擾信號。因此，信號都是多址干擾信號。因此，若不考慮其它情況，假設到達終端的所有若不考慮其它情況，假設到達終

8、端的所有m個信號強個信號強度一樣，該終端的信干比為度一樣，該終端的信干比為 ： SIR = 1/(m-1) 由上式可得到理想情況下的小區容量為：由上式可得到理想情況下的小區容量為： 這個公式說明，如果以犧牲通信質量為代價降低對這個公式說明，如果以犧牲通信質量為代價降低對SIR的要求，容量就增加。這就是的要求，容量就增加。這就是CDMA系統以通信系統以通信質量換取容量的質量換取容量的軟容量軟容量概念。概念。 在擴頻通信系統中，在擴頻通信系統中，SIR的計算式為的計算式為 這里，這里，Rb為數字信號速率（為數字信號速率（bps）；）；Eb為數字為數字信號的信號的bit能量；能量；N0為干擾功率密度

9、為干擾功率密度(Watt/Hz),大小與同時接入的終端數有關；大小與同時接入的終端數有關；W為擴頻信號為擴頻信號帶寬帶寬(Hz)。 將將SIR代人代人m計算式，得到：計算式，得到：bbbbRWNEWNERSIR/00cellchNERWSIRmbb0111 由上式可知，系統的擴頻增益由上式可知，系統的擴頻增益(W/Rb)越高，終越高，終端所需的歸一化信干比端所需的歸一化信干比Eb/ N0越小，即終端降越小，即終端降低對低對SIR的要求，都可以使容量增加。的要求，都可以使容量增加。 如果終端的如果終端的SIR門限值降低，通信質量將下降。門限值降低，通信質量將下降。同時接入的終端卻可以增加（也就是

10、同時接入的終端卻可以增加（也就是m變大），變大），通信容量得到提高。這就是通信容量得到提高。這就是CDMA系統以降低系統以降低通信質量換取容量增加的通信質量換取容量增加的軟容量軟容量概念。容量的概念。容量的提高是以犧牲通信質量為代價的。提高是以犧牲通信質量為代價的。2)增加增加 CDMA系統同頻覆蓋區容量的方法系統同頻覆蓋區容量的方法(1)采用話音激活技術提高容量采用話音激活技術提高容量 當人們在通話時，平均只有約當人們在通話時，平均只有約35%的時間在講的時間在講話，這話，這35%就是占空比。話音激活技術使發射就是占空比。話音激活技術使發射機只在用戶發話時才工作。采用話音激活技術機只在用戶發

11、話時才工作。采用話音激活技術后，占空比越低，發射機工作的時間越少，對后，占空比越低，發射機工作的時間越少，對其它用戶的干擾也越小，容量將與占空比成反其它用戶的干擾也越小，容量將與占空比成反比增加。比增加。 設占空比為設占空比為d，采用話音激活技術后的容量為，采用話音激活技術后的容量為， 一般取一般取d=0.35。 dNERWdSIRmbb1)/1 (1)11 (0(2)采用扇區劃分技采用扇區劃分技術提高容量術提高容量 若把一個小區分為若把一個小區分為G個扇區，其容量個扇區，其容量將提高接近將提高接近G倍，倍，容量為，容量為，(3)相鄰小區間的干相鄰小區間的干擾對容量的影響擾對容量的影響dGNE

12、RWmbb)/1 (0 由于相鄰小區之間的同由于相鄰小區之間的同頻干擾，容量還會有所頻干擾，容量還會有所下降，即下降，即 一般取一般取F=0.6，即容量，即容量下降到原來的下降到原來的60%。 對于對于1MHz帶寬來說，帶寬來說，CDMA容量為容量為FDMA容容量的量的12倍，為倍，為FDMA/TDMA容量的容量的5倍。倍。dFGNERWmbb)/1 (012.1.2 CDMA系統的遠近效應和邊緣問題系統的遠近效應和邊緣問題 遠近效應和邊緣問題都將降低系統容量。遠近效應和邊緣問題都將降低系統容量。1、遠近效應（、遠近效應（Near-far Problem） 如果終端發射功率都相同，基站接收的離

13、如果終端發射功率都相同，基站接收的離基站較近的用戶信號較強，而接收的離基基站較近的用戶信號較強，而接收的離基站較遠甚至在小區邊緣的用戶信號就很弱。站較遠甚至在小區邊緣的用戶信號就很弱。遠端用戶的信號被近端用戶信號淹沒掉，遠端用戶的信號被近端用戶信號淹沒掉，這將使容量嚴重下降，這就是遠近效應。這將使容量嚴重下降，這就是遠近效應。遠近效應只存在于上行鏈路，路徑衰耗總遠近效應只存在于上行鏈路，路徑衰耗總動態范圍在動態范圍在80dB以內。以內。2、邊緣問題（、邊緣問題（Coner Problem） 用戶進入小區邊緣地區時受到其它小區信用戶進入小區邊緣地區時受到其它小區信號的干擾，終端接收信噪比將下降，

14、甚至號的干擾，終端接收信噪比將下降，甚至使通信中斷，降低小區容量。解決邊緣問使通信中斷，降低小區容量。解決邊緣問題的辦法是基站增加對小區邊緣地區的發題的辦法是基站增加對小區邊緣地區的發射功率。射功率。12.2 功率控制原理功率控制原理 為了達到最大的通信容量，系統通過對上下行鏈路的為了達到最大的通信容量，系統通過對上下行鏈路的發射功率進行控制，克服上述兩個問題。發射功率進行控制，克服上述兩個問題。 為較好地了解功率控制，我們需要先了解移動通信網為較好地了解功率控制，我們需要先了解移動通信網絡的結構。絡的結構。 第三代移動通信系統第三代移動通信系統UMTS的結構如圖所示。由三大的結構如圖所示。由

15、三大部分組成：部分組成：UE、UTRAN和和CN。l ETSI：Europe Telecommunication Standard Institutel UMTS： Universal Mobile Telecommunication System l UE：User EquipmentME：Mobile EquipmentUSIM：UMTS subscriber identity modulelUTRAN： Universal Terrestrial Radio Access NetworkRNC： Radio Network ControllerRNS： Radio Network Sub

16、systeml CN： Core NetworkCS： Circuit SwitchingPS：Packet SwitchingMSC： Mobile Service Switching CenterVLR： Visitor Location RegisterGMSC：Gateway MSCOMC：Operation Maintenance CenterHLR：Home Location RegisterSGSN：Service GPRS Supporting NodeGGSN：Gateway GPRS Supporting Nodel EN：External NetworkPLMN：Publ

17、ic Lands Mobile NetworkPSTN：Public switching Telephone NetworkISDN：Integrated Service Digital Network1、上行功率控制、上行功率控制 上行功率控制是控制終端的發射功率，將每個上行功率控制是控制終端的發射功率，將每個終端的發射功率控制到基站為保證通信質量所終端的發射功率控制到基站為保證通信質量所需的最小值。這樣，基站接收到的終端信號功需的最小值。這樣，基站接收到的終端信號功率或信干比率或信干比(SIR)基本相等，達到克服遠近效基本相等，達到克服遠近效應的目的。上行功率控制有時候也稱為反向功應的目的

18、。上行功率控制有時候也稱為反向功率控制。率控制。l 上行功率控制方法有三種：上行功率控制方法有三種：1)上行開環功率控制上行開環功率控制 終端根據接收到的基站信號功率變化方向對發射功率終端根據接收到的基站信號功率變化方向對發射功率進行調整。控制效果如下圖。進行調整?？刂菩Ч缦聢D。 上行開環功率控制動態范圍至少為上行開環功率控制動態范圍至少為32dB，響應時，響應時間為幾微秒。間為幾微秒。2)上行閉環上行閉環(內環內環)功率控制功率控制 開環功率控制建立在上下行多徑衰落相開環功率控制建立在上下行多徑衰落相同的假設基礎上。然而，對于頻分雙工同的假設基礎上。然而，對于頻分雙工系統來說，上下行頻率相

19、差很大，上下系統來說，上下行頻率相差很大，上下行信道的多徑衰落是彼此獨立的，不能行信道的多徑衰落是彼此獨立的，不能認為下行信道的衰落特性與上行信道的認為下行信道的衰落特性與上行信道的衰落特性是一樣的。因此，開環功率控衰落特性是一樣的。因此，開環功率控制對于頻分雙工系統的發射功率控制效制對于頻分雙工系統的發射功率控制效果并不好。果并不好。 上行閉環（內環）功率控制是由基站對終端信上行閉環（內環）功率控制是由基站對終端信號功率或信干比進行檢測，然后將檢測結果與號功率或信干比進行檢測，然后將檢測結果與目標值相比較，再形成調整指令，通知終端調目標值相比較，再形成調整指令，通知終端調整發射功率盡可能地接

20、近預設的信干比整發射功率盡可能地接近預設的信干比SIR。 上行閉環（內環）功率控制的主要參數包括功上行閉環（內環）功率控制的主要參數包括功率控制步長、速率和動態范圍，它屬于快速功率控制步長、速率和動態范圍，它屬于快速功率控制。率控制。 例如，例如，cdma2000功率調整步長為功率調整步長為0.251.00dB，最大速率為，最大速率為800Hz，在開環功率控制，在開環功率控制基礎上的動態范圍是基礎上的動態范圍是24dB。3)上行閉環（外環）功率控制上行閉環（外環）功率控制 上行閉環（外環）功率控制是由基站控制器動上行閉環（外環）功率控制是由基站控制器動態調整上行態調整上行SIR目標值，以便保證

21、通信質量。目標值，以便保證通信質量。如果發現誤塊率（如果發現誤塊率（BLER，Block Error Rate ）高于設定門限值，就會調高上行高于設定門限值，就會調高上行SIR目標值，目標值，并通知基站用新的目標值來調整終端的發射功并通知基站用新的目標值來調整終端的發射功率?；究刂破髟谶M行上行閉環（外環）功率率。基站控制器在進行上行閉環（外環）功率控制時需要時間來積累差錯，反應速度較慢，控制時需要時間來積累差錯，反應速度較慢，一般控制速率為一般控制速率為10 100Hz。 基站對終端在靜止、低速移動和高速移動時的基站對終端在靜止、低速移動和高速移動時的上行上行SIR要求是不同的。移動速度越高

22、，要求要求是不同的。移動速度越高，要求上行上行SIR越大。不同速率和質量的業務對上行越大。不同速率和質量的業務對上行SIR的要求也不同，不同業務共用同一上行鏈的要求也不同，不同業務共用同一上行鏈路時取最大的路時取最大的SIR作為目標值。作為目標值。2、下行功率控制、下行功率控制 下行功率控制也稱為正向功率控制。如果基站下行功率控制也稱為正向功率控制。如果基站采用同步采用同步CDMA，選用完全正交的擴頻碼，理，選用完全正交的擴頻碼，理想情況下每個終端收到的信號完全正交，不存想情況下每個終端收到的信號完全正交，不存在終端間的干擾。在單小區同步狀態下，下行在終端間的干擾。在單小區同步狀態下，下行功率

23、控制可以不用考慮。但是，在實際的時變功率控制可以不用考慮。但是，在實際的時變多徑衰落中，理想同步是達不到的，特別是多多徑衰落中，理想同步是達不到的，特別是多小區情況下，存在邊緣問題，功率控制是十分小區情況下，存在邊緣問題，功率控制是十分必要的。必要的。 下行功率控制的作用是控制基站的發射功率。下行功率控制的作用是控制基站的發射功率。不論終端距離基站遠近，下行功率控制都將不論終端距離基站遠近，下行功率控制都將使它們接收到的基站信號功率或信干比保持使它們接收到的基站信號功率或信干比保持在門限值，避免處于覆蓋邊緣的終端接收信在門限值，避免處于覆蓋邊緣的終端接收信干比過低，影響正常通信，達到克服邊緣問

24、干比過低，影響正常通信，達到克服邊緣問題的目的。題的目的。 下行功率控制的三種方法：下行功率控制的三種方法：1)下行開環功率控制下行開環功率控制 基站利用接入期間收到的移動臺功率估算出基站利用接入期間收到的移動臺功率估算出下行鏈路的傳輸損耗變化方向，調節各下行下行鏈路的傳輸損耗變化方向，調節各下行信道的發射功率。信道的發射功率。2）下行閉環（內環）功率控制）下行閉環（內環）功率控制 下行閉環下行閉環(內環內環)功率控制是基站與終端結合進功率控制是基站與終端結合進行動態功率控制?；究刂破鲗γ恳粭l下行鏈行動態功率控制?；究刂破鲗γ恳粭l下行鏈路預設一個路預設一個SIR門限值。終端不斷地檢測基站門

25、限值。終端不斷地檢測基站下行信號功率，并計算下行信干比值下行信號功率，并計算下行信干比值SIR。如。如果下行果下行SIR小于預設的門限值，終端就向基站小于預設的門限值，終端就向基站發出增加發射功率的請求。基站收到調整發射發出增加發射功率的請求?；臼盏秸{整發射功率的請求后，按階距調整相應的發射功率。功率的請求后，按階距調整相應的發射功率。3）下行閉環（外環）功率控制）下行閉環（外環）功率控制 下行閉環下行閉環(外環外環)功率控制是由基站控制器動態功率控制是由基站控制器動態預設下行閉環預設下行閉環(內環內環)功率控制依據的功率控制依據的SIR門限門限值，從而控制某些下行業務的質量標準?？刂浦担瑥?/p>

26、而控制某些下行業務的質量標準。控制方法如下：方法如下： 當基站控制器調低了某一下行鏈路的當基站控制器調低了某一下行鏈路的SIR門限值后，門限值后，即使終端因為接收功率降低要求增加基站發射功率，即使終端因為接收功率降低要求增加基站發射功率，基站也可以基站也可以SIR達到降低后的門限值不增加發射功率。達到降低后的門限值不增加發射功率。采用這種拒絕方式，基站可以控制不同下行鏈路的采用這種拒絕方式，基站可以控制不同下行鏈路的連接質量。例如，當網絡下行鏈路過載時就可以降連接質量。例如，當網絡下行鏈路過載時就可以降低諸如后臺類較低優先級業務的下行低諸如后臺類較低優先級業務的下行SIR門限值來緩門限值來緩解下行鏈路的過載；當網絡的用戶增加過快時，可解下行鏈路的過載；當網絡的用戶增加過快時，可以通過降低下行以通過降低下行SIR，不增加發射功率，用降低通信，不增加發射功率，用降低通信質量換取小區容量的增加。當然，如果要減少小區質量換取小區容量的增加。當然，如果要減少小