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CDMA功率控制的SystemView仿真

来源：飒榕旅游知识分享网

第17卷第3期2004年9月

宁波大学学报(理工版)

JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)

Vol.17No.3

Sept.2004

文章编号:100125132(2004)0320295204

CDMA功率控制的SystemView仿真

曾兴斌,胡乾苗,何加铭,宣海星

(宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211)

摘要:功率控制是CDMA系统中的关键技术之一.本文利用SystemView软件对CDMA系统反向闭环功率控制进行了仿真.结果表明,通过适当的功率控制算法可以在保证一定误帧率的基础上降低移动台的发射功率,增加系统容量,并延长移动台电池的使用时间.关键词:CDMA;　功率控制;　仿真中图分类号:TP39　　　　　文献标识码:A

CDMAPowerControlSimulationbySystemView

ZENGXing2bin,HUQian2miao,HEJia2ming,XUANHai2xing

(FacultyofInformationScienceandEngineering,NingboUniversity,Ningbo315211,China)

Abstract:PowerControlisoneofthekeytechniquesofCDMAsystem.UsingSystemView.Thesimulationofreversechannelclose2looppowercontrolforCDMAsystemispresented.Itisshownthat,theappropriatepowercontrolalgorithmcaneffectivelydecreasethemobileemissionpowerwiththedesiredFrameErrorRate,thusitcontributetosystemcapaci2tyexpansionandlongerthemobilebattery.operationtimeKeywords:CDMA;　PowerControl;　emulationCLCnumber:TP39　　　　Documentcode:A

　　自20世纪70年代出现蜂窝网通信以来,世界各地的移动通信行业发展迅猛,蜂窝网的技术本身也得到了长足的进步.20世纪80年代出现了时分多址数字蜂窝网,以GSM(GlobalSystemforMobileCommunication,全球移动通信系统)为代表的数字蜂窝网移动通信系统在全球获得了极为广泛的应用.第三代移动通信系统最早于1985年由国际电信联盟(InternationalTelecommunicationUnion,ITU)提出,当时被称为未来公众陆地移动通信系统(FuturePublicLandMobileTelecommunicationsSystem,

FPLMTS);考虑到该系统预计在2000年左右商用,

且工作于2000MHz频段,故在1996年更名为IMT22000(InternationalMobileTelecommunications22000).第三代移动通信的标准化工作从1997年开始进入实质阶段.2000年5月,在ITU2R的全会上,通过了第三代移动通信的无线传输技术(RadioTransmissionTechnique,RTT)标准———ITU2RM1457,正式揭开了IMT22000标准的序幕.IMT22000是一个全球性的标准,其空中接口部分全部使用了码分多址(CodeDi2visionMultipleAccess,CDMA)技术.

　收稿日期:2004-06-28.　基金项目:国家自然基金项目(60372026),浙江省高校青年教师资助计划(003643),宁波市科技攻关项目(2003B10012),宁波大学基金项目

(Z0110014).　第一作者简介:曾兴斌(1968-),男,汉族,江西赣州人,讲师,博士研究生.

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码分多址利用码序列的正交性和准正交性区分不同用户,它是在同频、同时的条件下,各个接收机根据信号码型之间的差异分离出需要的信号.由于CDMA系统固有的远近效应和系统内其他用户的背景干扰,所有CDMA系统都必须采用功率控制技术.本文利用SystemView软件仿真设计了CDMA系统的反向闭环功率控制系统并进行了仿真.

旦移动台开始与基站建立通信,闭环功率控制即开始起作用.基站不断测量反向链路的Eb/N0,并将测量值与根据外环功率控制得到的Eb/N0目标值进行比较.如果测量值更大,基站通过PCB命令移动台发射功率减小1dB.如果测量值更小,基站通过PCB命令移动台发射功率增加1dB.移动台根据基站发送的功率控制指令(功率控制比特携带的信息)

来调节移动台的发射功率.

1　仿真模型

针对不同的CDMA系统,功率控制有不同的要求:

窄带CDMA系统:反向链路的功率控制使本小区的各移动台到达基站的功率相等,且刚好满足系统的性能要求.前向链路的功率控制使移动台处的信干比刚好足以达到系统性能的要求.

宽带CDMA系统:未来的多媒体CDMA系统的目标是追求高的系统容量和通信质量,应根据不同的业务的不同速率以及服务质量要求,给用户分配功率.

对于目前已投入实际应用的窄带CDMA系统,有3种功率控制:(1)前向功率控制:根据移动台测量报告,基站调整对移动台的发射功率.(2)反向开环功率控制:移动台根据接收功率变化,调整发射功率.(3)反向闭环功率控制:移动台根据接收到的功率控制比特调整平均输出功率.

本文主要研究了窄带CDMA系统中最复杂的反向闭环功率控制.

反向闭环功率控制包括内环功率控制和外环功率控制两部分.内环功率控制的目标是使移动台发送信号的Eb/N0尽可能地接近它的目标值Eb/N0

(Eb是位比特能量,N0是噪声功率谱密度),而外环

图1　CDMA系统的反向业务信道闭环功率控制框图　Fig.1　Thearchitectureofreversetrafficchannel

close2looppowercontrol

移动台将接收到的功率控制指令与移动台的开环功率控制相结合,最终确定移动台应发射的功率值.

由上可见,即使第二代标准的CDMA系统,其功率控制就已经非常复杂了.

2　仿真系统的设计

SystemView是一个信号级的系统仿真软件,主

功率控制为一个给定的移动台调整基站接收信号的

Eb/N0目标值.

CDMA反向内环功率控制用前向链路的业务信

道发送,以PCB(PowerControlBit,功率控制比特)的形式发送给移动台.移动台每接收到一个PCB,会以

1dB的大小调整发射功率.PCB是夹在业务信道中传输的,速率为800bps,形成前向业务信道中的一条功率控制子信道.

反向业务信道闭环功率控制的框图如图1所示.在闭环功率控制中,移动台和基站共同参与,一

要用于通信系统的设计、仿真,是一个强有力的动态分析工具,能满足从数字信号处理、滤波器设计,到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求.使用SystemView时,用户只需要关心项目的设计思路和过程,通过点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试,而不必花费太多的时间和精力通过编程来建立系统仿真模型.

CDMA系统是一个多速率系统,本设计只研究数据速率为9600bps时的情形.根据前面的分析,

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反向业务信道闭环功率控制的SystemView设计如图

2所示.图2左上角区域为移动台端数据编码、调制部分;图2右上角区域为基站端解调、解码部分;图2右下角为基站端数据编码、调制部分,其中包括功率控制比特的产生、插入等;图2左下角区域为移动台端接收基站信号后的解调、解码部分,主要是提取基站发送数据中的PCB,并根据PCB立即调整移动台的发射功率.在反向链路,移动台的调制信号经过高斯噪声信道后再由基站解调,以模拟真实信道的随机性;在前向链路,由于只关心移动台解调提取的PCB信息,因此基站发射信号直接进入移动台进行

Eb/N0的目标值(本仿真中Eb/N0降低0.03dB),

另一方面通过PCB指示移动台降低发射功率;当移动台发射功率太低从而使基站不能正确解码,出现误帧时,帧质量指示输出为1,基站立即大幅度增大Eb/N0的目标值(本仿真中Eb/N0增大3dB),并通过PCB指示移动台增大发射功率.

仔细观察图3(b)和图3(d)中基站接收功率与帧质量指示2曲线可发现,当出现误帧时,基站接收功率基本相同.经认真分析,当出现误帧时,基站接收的功率达到最小值,该最小值与信道的噪声功率基本相同.此外,在功率控制下移动台的发射功率有约20dB的动态范围,而基站的接收功率只有约10dB的动态范围,且接收功率在信道噪声功率附近波动,这说明功率控制确实能够减小远近效应的影响.

解调,没有增加噪声干扰.

3　仿真结果与分析根据图2的设计,适当增加输出数据观察图标,经过长时间的仿真计算后,得到了如图3所示的结果.

由于系统初始值设置不恰当,从图3可见,在开始的500ms系统时间内,各项输出数据均有大幅度的变化,随后的变化反映移动台的发射功率有效地受到了基站的控制.当基站正确解调、解码时,帧质量指示输出为0,基站判定信道质量好,一方面降低

4　结束语

上述仿真结果表明,通过有效的功率控制方法

可以在保证一定误帧率的基础上极大降低移动台的发射功率,从而降低对其他移动台用户的干扰,提高CDMA系统的容量,并且还可延长移动台电池的使用时间.

图2　CDMA反向业务信道闭环功率控制的SystemView设计

Fig.2　TheSystemViewdesignforCDMAreversetrafficchannelclose2looppowercontrol

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　　　　　　　　(a)Eb/N0随时间的变化　　　　　　　　　　　　　　　　(b)帧质量指示　　　　　　　　(a)TimevariationforEb/N0　　　　　　　　　　　　　(b)Framequalityindicator　　　　　　　　　(c)移动台的发射功率　　　　　　　　　　　　　　　(d)基站天线接收到的功率　　　　　　(c)Mobilestation’stransmissionpower　　　　　　　　　(d)Powerreceivedatbasestationantena

图3　CDMA反向业务信息道闭环功率控制仿真结果

Fig.3　ThesimulationresultsforCDMAreversetrafficchannelclose2looppowercontrol

参考文献:

[1]　郭梯云,杨家玮,李建东.数字移动通信[M].北京:人

[M].电子工业出版社.

[3]　杨大成.cdma2000技术[M].北京:北京邮电大学出版

民邮电出版社,2001.

[2]　竺南直,肖辉,刘景波.码分多址(CDMA)移动通信系统

社,2000.

(责任编辑　史小丽)

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