基于Matlab的CDMA系統(tǒng)功率控制算法研究
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1功率與容量的關(guān)系
在CDMA系統(tǒng)中，由于發(fā)射功率的制約或系統(tǒng)自身的干擾，CDMA系統(tǒng)的容量受到限制。在反向鏈路上，當(dāng)一個(gè)移動(dòng)臺(tái)的功率不足以克服其他移動(dòng)臺(tái)的干擾時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到容量極限。在前向鏈路上，當(dāng)基站的總功率沒(méi)有多余的部分分配給一個(gè)新的用戶時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到昂大容量。即當(dāng)一個(gè)基站為使其全部用戶正常的運(yùn)行而發(fā)射的總功率超過(guò)基站的額定功率時(shí)，前向鏈路就達(dá)到受功率限制的容量。
為了接入一個(gè)呼叫，CDMA移動(dòng)臺(tái)的功率必須大到足以克服帶寬內(nèi)其他CDMA移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生的干擾，即必須達(dá)到一定的信號(hào)干擾比。在任意給定時(shí)刻，移動(dòng)臺(tái)所需要的發(fā)射功率取決于從移動(dòng)臺(tái)到基站的路徑損耗和所有反向鏈路總的干擾電平。后者取決于其他CDMA移動(dòng)臺(tái)的數(shù)量和位置。
所有的移動(dòng)臺(tái)每建立一個(gè)新呼叫就提高了干擾電平，每一移動(dòng)臺(tái)也就必須相應(yīng)地增加發(fā)射功率以保持呼叫的完整性。這個(gè)過(guò)程隨著移動(dòng)臺(tái)的增加而反復(fù)進(jìn)行，直到達(dá)到一個(gè)極限值。達(dá)到這個(gè)極限時(shí)，任何一個(gè)新的移動(dòng)臺(tái)，無(wú)論其位置在哪，都無(wú)法以足夠的功率來(lái)克服，而現(xiàn)有的移動(dòng)臺(tái)也沒(méi)有足夠的功率來(lái)克服新呼叫產(chǎn)生的附加干擾。小區(qū)內(nèi)所有呼叫都要具有相同的Eb／I0要求，這個(gè)限制表現(xiàn)為要求小區(qū)基站接收到的信號(hào)強(qiáng)度都等于一個(gè)相同的值。對(duì)于任何一個(gè)移動(dòng)臺(tái)，小區(qū)內(nèi)的干擾即為(N-1)S，N為小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)的數(shù)目。來(lái)自小區(qū)外移動(dòng)臺(tái)的共道干擾是一個(gè)次級(jí)的干擾源，它的大小可以取為小區(qū)內(nèi)干擾的部分值(β倍)。由于周?chē)苿?dòng)臺(tái)的發(fā)送強(qiáng)度相對(duì)較低，且路徑損耗距離更遠(yuǎn)，由此產(chǎn)生的干擾電平通常可以由β1來(lái)表征，這個(gè)值小于小區(qū)基站的噪聲電平。與小區(qū)干擾不同，小區(qū)外的移動(dòng)臺(tái)的干擾不是通過(guò)本小區(qū)基站的接收機(jī)進(jìn)行功率控制，所以干擾大小更難確定，然而僅需要知道外部移動(dòng)臺(tái)的總體影響即可。
由于共道干擾電平相對(duì)較小，對(duì)于周?chē)鷿M負(fù)載的小區(qū)也可采用相同的β值，對(duì)于大的N值，所有的干擾可以由話音激活因子來(lái)減小。
式中：Eb為比特能量；I0為熱噪聲加干擾的功率譜密度；F為基站噪聲指數(shù)；Nth為熱噪聲的功率譜密度；S為接收信號(hào)強(qiáng)度；R為比特速率；α為話音激活因子；β為干擾因子；N為小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的數(shù)目；W為系統(tǒng)帶寬；G=W／R為處理增益。熱噪聲密度Nth，CDMA帶寬W和基站噪聲指數(shù)F之積稱為基站噪聲。
小區(qū)基站接收機(jī)所要求的Eb／I0取值的范圍是關(guān)于移動(dòng)臺(tái)速度和多徑條件的慢衰落，不同的類型的用戶為保持一定的FER就有不同的Eb／I0要求。高速移動(dòng)用戶與低速和靜止情況相比EB／I0也不相同。
式中：d為所需的Eb／Ib。當(dāng)使用13 Kb／s聲碼器時(shí)，對(duì)于一個(gè)扇區(qū)大約為24。重寫(xiě)表達(dá)式(1)得每個(gè)用戶平均需要的信號(hào)功率為：
從圖1可知，每個(gè)用戶所需的小區(qū)基站的信噪比隨小區(qū)負(fù)載的加重而非線性增加，負(fù)載越大，斜率越陡，小區(qū)付出的平均功率代價(jià)要大的多。因此，每增加一個(gè)移動(dòng)用戶，一個(gè)高負(fù)載的小區(qū)比一個(gè)低負(fù)載的小區(qū)付出的代價(jià)大，另外，負(fù)載過(guò)重的小區(qū)將不能響應(yīng)其用戶話音
激活的統(tǒng)計(jì)波動(dòng)。進(jìn)一步調(diào)整式(1)以反映總的接受干擾Prec=α(1+β)NS。Prec與基站噪聲之比可以由小區(qū)負(fù)載u=N／Nmax完全表示出來(lái)，從圖2可看出干擾是隨小區(qū)負(fù)載非線性增加的。
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