專利名稱：Cdma蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CDMA蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法，適用于通 信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
CDMA系統(tǒng)是一種自干擾系統(tǒng)，容量受到系統(tǒng)自身干擾水平的影響。有效地控制發(fā) 射功率可以很好地克服遠(yuǎn)近效應(yīng)和多址干擾，進(jìn)而提高系統(tǒng)容量。另外，功率是通信系統(tǒng)的 有限資源，如何在滿足更多用戶QoS條件下，盡可能地降低發(fā)射端的發(fā)射功率就是功率控 制的核心問題。近十幾年來，功率控制問題引起人們的廣泛關(guān)注，研究者從不同的角度解決 功率控制問題。隨著3G時(shí)代的到來，CDMA技術(shù)已普遍應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中，因此一個(gè)性能好 的算法需要收斂速度快、實(shí)現(xiàn)簡單，更重要的是魯棒性好，能夠適應(yīng)復(fù)雜的、時(shí)變的通信環(huán) 境。本文的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)這樣的功率控制算法。 J.M.Aein在研究衛(wèi)星通信系統(tǒng)公道干擾的管理問題中，提出了信干比均衡的 概念，將功率控制問題轉(zhuǎn)化為求一個(gè)非負(fù)矩陣的最大特征值和對應(yīng)特征向量的問題。 J. Zander將信干比均衡方法應(yīng)用于無噪聲窄帶CDMA系統(tǒng)，提出了最小化中斷概率的集中 式功率控制算法。集中式功控算法需要大量系統(tǒng)信令信息，難以應(yīng)用于實(shí)際，因此，分布式 功率控制算法成為研究的重點(diǎn)。J. Zander在忽略系統(tǒng)背景噪聲前提下提出分布式信干比 均衡算法(DBA) 。 Foschini和Miljanic在中給出背景噪聲為正值的CDMA系統(tǒng)模型，模型 更接近于實(shí)際，提出一種分布式的功率控制算法(FMA)，證明了在系統(tǒng)可行條件下，不論系 統(tǒng)中發(fā)射功率同步或異步更新，接收信干比都收斂到固定點(diǎn)。在FMA算法基礎(chǔ)上，Grandhi 考慮最大發(fā)射功率受限，提出分布式受限功率控制算法(DCPC)。同時(shí)，Yates在中給出了上 行鏈路功率控制收斂性分析的理論框架。隨后，根據(jù)數(shù)值線性代數(shù)中迭代求解線性方程的 方法，研究者們提出了一系列功率控制算法代表性的有Jantti R的受限二階功率控制算 法(CS0PC)、 Lelic D的高斯塞德爾迭代算法(CGS)等等，相比DCPC算法，這些算法收斂性 都有所提高。 以上算法的實(shí)行都是基于兩個(gè)條件1、鏈路增益是固定不變的；2、功率控制指令 可以取實(shí)域的任意值。這在實(shí)際系統(tǒng)中是過于理想化的，在無線系統(tǒng)中，復(fù)雜的通信環(huán)境使 鏈路增益時(shí)變，而且功率控制指令必須通過容量受限信道傳輸。因此給出的算法在實(shí)際應(yīng) 用中無法保證收斂性，既定的優(yōu)化性能指標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)。 假設(shè)系統(tǒng)中鏈路增益是隨機(jī)、時(shí)變的情況下，接收信干比、信道干擾等是服從一定 分布的隨機(jī)變量，根據(jù)隨機(jī)逼近理論，S. Ulukus， R. D. Yates得到基于匹配濾波器輸出的隨 機(jī)功率控制算法；Lijun Qian提出基于卡爾曼濾波器估計(jì)并預(yù)測信道變量的隨機(jī)功率控制 算法。 近年，控制理論也被應(yīng)用于功率控制問題的解決。鏈路增益是隨機(jī)、時(shí)變的，CDMA 閉環(huán)功率控制可認(rèn)為是"帶延遲的反饋功率控制系統(tǒng)"(DFPC)，因此控制理論在各個(gè)領(lǐng)域中 的相關(guān)分析和設(shè)計(jì)技術(shù)都可以用來進(jìn)行CDMA功率控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。隨著博弈論的成熟，越來越多的相關(guān)算法也相繼出現(xiàn)。 上述功率控制算法雖然是在鏈路增益隨機(jī)時(shí)變的情形下給出的，但是僅從單個(gè)用 戶的角度分析功控環(huán)路，實(shí)現(xiàn)過程繁瑣，需要附加較復(fù)雜的預(yù)測、估計(jì)算法，算法的實(shí)時(shí)性 不好，而且需要精確的反饋信息，占用信道容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出的基于誤差估計(jì)的比例功率控制算 法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案 該比例功率控制方法包括以下步驟 St印l :移動用戶撥通電話，向基站發(fā)射信號； St印2:基站接收到信號后，根據(jù)不同類型計(jì)算用戶的目標(biāo)信干比和信干比的差 值，并將所述的差值的量化信息回傳給移動用戶；移動用戶接收到差值的量化信息，根據(jù)估 計(jì)算法估計(jì)信干比誤差； St印3 :將信干比誤差代入比例功率控制算法中，得到新的比例功率控制算法；
St印4:移動用戶根據(jù)新的比例功率控制算法計(jì)算出新的下一次的信號發(fā)射功率。
在所述的St印2中，基站根據(jù)兩種不同類型計(jì)算用戶的目標(biāo)信干比和信干比的差 值，這兩種類型包括單比特回傳信令以及多比特回傳信令，利用估計(jì)算法估計(jì)信干比誤差； 在所述的St印3中，基站根據(jù)兩種不同類型將信干比誤差代入比例功率控制算法中，得到 新的比例功率控制算法。
當(dāng)基站選擇單比特回傳信令時(shí)，基站采用以下估計(jì)算法估計(jì)信干比誤差 =丄[l + w(A0m(A; —1)] — 1) +《m(A:),
2:(》io;,， 其中，k表示k時(shí)刻，k-l表示k-l時(shí)亥lj， u(k) = sign(E(k))，￡(" = rf — r,.(A:)，
r^t， rjk)分別為分貝形式的目標(biāo)信干比和移動用戶信干比，E(k)為信干比誤差，左(t)，
g("為信干比誤差的估計(jì)值，Se是信干比誤差調(diào)整步長，為常數(shù)，取值與信干比誤差范圍有
關(guān)，這里取56 = 0.5;^) = ^，其中，Y,為給定的門限值，Yi的計(jì)算遵循如下公式 K ' M,…,y' 其中，Q表示共有Q個(gè)激活移動用戶，Pi表示移動用戶i的發(fā)射功率，gij表示移動 用戶j到基站i的鏈路增益，u i表示在基站i的接收背景噪聲。 當(dāng)基站選擇多比特回傳信令時(shí)，對單比特回傳信令采用的信干比誤差估計(jì)算法進(jìn) 行改進(jìn)，基站采用以下改進(jìn)后的估計(jì)算法估計(jì)信干比誤差 _L =會[1 + "(""(A —1)] ^ (" 1) + + "(""(A: — +《}, :m(A:) = 10^W/10，
5
其中，k表示k時(shí)刻，k-l表示k-l時(shí)刻，w("w/g"(rf' -r,(A:)),s(k)為使用多比特
信息對差值進(jìn)行量化后得到的信息，i^w ，l("為使用改進(jìn)后的估計(jì)算法得到信干比誤差
估計(jì)值，r^t， rjk)分別為分貝形式的目標(biāo)信干比和移動用戶信干比，s，、為常數(shù)，是
信干比誤差調(diào)整步長，取值與信干比誤差范圍有關(guān)，這里取S =0.1， 、 = 0.5;"*) = 4，
其中，Y,為給定的門限值，Yi的計(jì)算遵循如下公式 其中，Q表示共有Q個(gè)激活移動用戶，Pi表示移動用戶i的發(fā)射功率，gij表示移動 用戶j到基站i的鏈路增益，u i表示在基站i的接收背景噪聲。 在所述的St印3中，當(dāng)基站選擇單比特回傳信令時(shí)，信干比誤差為^:) = 10^)/1()， 比例功率控制算法為乃("1)=滿-^^)/ ,(",/ = 1，".，2，
洲 函數(shù)f(x)為有上下界的奇函數(shù)，為/W = -l + :^u，"〉0;將信干比誤差代入
比例功率控制算法中，得到新的功率控制算法 A(A: + l) = P/("-eW)A(A)， ，. = 1,...，2 。 其中，Q表示共有Q個(gè)激活移動用戶，a表示每次迭代傳輸功率值改變的幅度參 數(shù)，O < a《1 ;Pi(k)表示移動用戶i在k時(shí)刻的功率，Pi(k+l)表示移動用戶i在k+l時(shí) 刻的功率；《A)為信干比誤差的估計(jì)值。 在所述的St印3中，當(dāng)基站選擇多比特回傳信令時(shí)，信干比誤差為 ("=10"*，，比例功率控制算法為 A("1):乃W —"/(l-^")A(A:), "1,…，G，
洲 函數(shù)f(x)為有上下界的奇函數(shù)，為/(>) = -1 + :
-，OO;將信干比誤差代入
1 +
比例功率控制算法中，得到新的功率控制算法a^ +1) = a (" — — e a(a), / = 1, .。， q 。 其中，Q表示共有Q個(gè)激活移動用戶，a表示每次迭代傳輸功率值改變的幅度參 數(shù)，O < a《1 ;Pi(k)表示移動用戶i在k時(shí)刻的功率，Pi(k+l)表示移動用戶i在k+l時(shí) 刻的功率AW為信干比誤差的估計(jì)值。 在所述的St印4中，移動用戶根據(jù)新的比例功率控制算法計(jì)算出新的下一次的信 號發(fā)射功率Pi(k+l)。 本發(fā)明的有益效果是相比于傳統(tǒng)的DCPC算法，新算法使用非線性比例函數(shù)—— Sigmoid函數(shù)，能夠自適應(yīng)地改變功率調(diào)整步長，收斂速度更快，尤其在時(shí)變鏈路增益條件 下，新算法能夠?qū)崟r(shí)地跟蹤鏈路增益的變化，算法穩(wěn)定性好、魯棒性高，因此更加適用于隨 機(jī)時(shí)變通信環(huán)境。新算法在估計(jì)誤差過程中只需要lbit或2bit反饋信息，而DCPC算法和
6基于隨機(jī)理論和控制理論的各種算法需要反饋精確的檢測或預(yù)測信息，因此，新算法實(shí)現(xiàn) 簡單，所占信道容量少。當(dāng)應(yīng)用于實(shí)際CDMA蜂窩系統(tǒng)中時(shí)，反饋信道有噪聲，新算法性能明 顯優(yōu)勝于其他算法。


圖1為固定鏈路增益條件下ProPC算法a取不同值時(shí)用戶信干比變化曲線，o =
0. 5 ; 圖2為固定鏈路增益條件下ProPC算法中o取不同值時(shí)用戶信干比變化曲線，a
=0. 3 ; 圖3為固定鏈路增益條件下DCPC算法、FSPC算法、ProPC算法用戶信干比變化曲 線； 圖4為時(shí)變鏈路增益條件下DCPC算法、ProPC算法用戶信干比變化曲線； 圖5為固定鏈路增益條件下EProPC算法、MEProPC算法用戶信干比變化曲線； 圖6為DS-CDMA蜂窩系統(tǒng)； 圖7為EProPC算法中信干比誤差估計(jì)值與真實(shí)值； 圖8為用戶信干比值的累積分布函數(shù)曲線(CDF) ， Vmax = 5km/h ; 圖9為多比特信息回傳下用戶信干比值的累積分布函數(shù)曲線(CDF) ， Vmax = 5km/
h ; 圖10為誤差情況下用戶信干比值的累積分布函數(shù)曲線(CDF) ， Vmax = 5km/h。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 考慮一個(gè)CDMA蜂窩通信系統(tǒng)，系統(tǒng)中有N個(gè)小區(qū)，共有Q個(gè)激活移動用戶。對于 每一通信鏈路，從移動用戶到基站(上行鏈路)、基站到移動用戶(下行鏈路)均匹配一對 正交信道。由于系統(tǒng)上行鏈路與下行鏈路之間沒有干擾，僅考慮上行鏈路信道功率控制問 題，所得結(jié)論完全可以應(yīng)用到下行鏈路。 在CDMA系統(tǒng)中，所有用戶共用同一信道且不同用戶可以被連接到相同的基站。定 義t時(shí)刻由第k個(gè)小區(qū)內(nèi)第m個(gè)用戶到第i個(gè)小區(qū)所屬基站的鏈路增益為gikm(t)，三維 矩陣G^(t) = {gikm(t)}被稱為CDMA系統(tǒng)的上行鏈路增益矩陣。定義映射(k， m) — j， (1《j《Q)，
A-ly' = Z r + w， 1S w s 7; (11) 其中T。二0，Tn(n二 1，2，…，N)是小區(qū)n內(nèi)移動用戶數(shù)。這樣鏈路增益gikm(t)映 射為gij (t) ， (1《i《N， 1《j《Q)，所有的gij (t)組成二維矩陣G (t)，即G (t) = {gij (t)}。 通過以上映射，CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的鏈路增益矩陣簡化為二維矩陣。
在模型中，假設(shè)移動用戶i屬于第i個(gè)基站，用戶的接收信干比表示為 "、0 g"A——，hi"."2 (2'2) 其中Pi表示移動用戶i的發(fā)射功率，gij表示移動用戶j到基站i的鏈路增益，包
7括路徑衰落、陰影衰落、多徑衰落和CDMA系統(tǒng)擴(kuò)頻增益；Ui表示在基站i的接收背景噪聲。
當(dāng)移動用戶的信干比(SIR)不小于給定的門限值Y^t時(shí)，才認(rèn)為其信號被正常接 收，即
K = " ——W， ^1"."2 (2.3) 不失一般性，定義歸一化鏈路增益矩陣H為A-[^fW，，hii = 0，；定義
化=#'i 。對于時(shí)變鏈路增益系統(tǒng)，可假設(shè)H隨時(shí)間在均值附近變化，在時(shí)刻k有
H(k) = Hav+AH(k) (2. 4) 其中Hav(已知或可估計(jì)的)是矩陣H的均值，AH(k)(未知)按照給定的分布隨 著迭代隨機(jī)變化。用元素形式表示為hij(k) 二hi/v+Ahij(k)。定義Ahij(k)在時(shí)刻k的 最大值為A k = max | A (k) | 。 從一種簡化的、時(shí)間連續(xù)的角度考慮功率控制問題，由式(2. 3)可以得到以下矩 陣形式 (I-H)P = n (2. 5) 其中Q維列矢量P = {Pi}表示發(fā)射功率矢量；H為歸一化鏈路增益矩陣，不考慮其 時(shí)變性；n為噪聲矢量，I為單位矩陣。求解功率控制問題就是通過觀測Yitgt， Yi，Pi求解 式(2. 5)，使功率矢量P收斂于最佳發(fā)射功率矢量P°pt，即P。p'=(/ —、o幾= ^， z- = l"..,2 (2.6) 在隨機(jī)時(shí)變的鏈路增益條件下，提出一種完全分布式的、非線性比例功率控制算
法模型。算法通式如下每個(gè)移動用戶i在k+l時(shí)刻按如下規(guī)則調(diào)節(jié)傳輸功率 凡(* + 1)=凡(^ —"/(l —"^)A("， / = 1,...,2 (3丄1)
溯 其中，a表示每次迭代傳輸功率值改變的幅度參數(shù)，O < a《1 ;函數(shù)f(x)為有 上下界的奇函數(shù)，可以為
1 — <formula>formula see original document page 8</formula>
也可以為sigmoid函數(shù)<formula>formula see original document page 8</formula>考慮(3. 1. 3)的情形，將(3. 1. 3)帶入(3. 1. 1)得到功率控制算法迭代式:
<formula>formula see original document page 8</formula> 稱為ProPC算法，其中，o > 0，隨著o取值增大，函數(shù)f (x)變陡峭，算法收斂速 度變快；但是當(dāng)o取值超過某一數(shù)值時(shí)，函數(shù)f (x)太過陡峭，每次迭代功率值變化太大，算 法不再收斂，因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)獲取o的取值。 考慮到發(fā)射功率的上下界限 條件，ProPC算法的迭代式可以表示為
<formula>formula see original document page 9</formula>其中pmax表示最大發(fā)射功率。該算法應(yīng)用于上行鏈路，基站將檢測到的移動用戶
信干比值Yi回傳至移動用戶，移動臺根據(jù)算法迭代更新發(fā)射功率。 上行鏈路功率控制算法收斂性問題提出一個(gè)框架，即功率迭代函數(shù)必須為標(biāo)準(zhǔn)函 數(shù)，滿足非負(fù)性、單調(diào)性、可擴(kuò)展性三個(gè)條件。 為了驗(yàn)證基于sigmoid函數(shù)的比例功率控制算法是收斂的，設(shè)函數(shù)
g(A.W) = A("l) = AW-"/(1-1)AW
洲
一1<一1 + -
=; ,(A;) —a(—1+-
2
7刷，H,…,e
l + e 洲
若g(x)為標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，需要滿足以下三個(gè)條件
1) 非負(fù)性，即g(X)
2) 單調(diào)性，Vx^;c2,都有g(shù)(x》> g(x2);
3) 可擴(kuò)展性，對常數(shù)P > l，有P g(x) > g(Px)
2
結(jié)論函數(shù)g(X)為標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。 )x,0<a^l由0 < a《1，
1 + e
"，可直接得出g(X) X)，i!g(X) ^g(yX)，即g(X)滿足非負(fù)性、可擴(kuò)展性c
下面證明其單調(diào)性 對函數(shù)求導(dǎo)得gO) = l-a(-l +
是單調(diào)遞增的，因而滿足單調(diào)性。
2
2e
，上。；)+ aw「 -。W有g(shù)' (x) X)，這說明g(x) 在(3. 1. 4)中，令e(^^
洲
，其分貝形式表示為 r州 (3.2.1) 其中r^t， rjk)分別為分貝形式的目標(biāo)信干比和移動用戶信干比，E(k)稱為信 干比誤差。由于功率控制指令在有限容量信道上傳輸，基站需要大量信息比特回傳移動用
戶信干比的精確值Yi，因此，在移動用戶端，如何利用簡單回傳信息得到信干比誤差估計(jì)
值&(W是我們需要解決的問題。 在基站處計(jì)算用戶目標(biāo)信干比和信干比差值，并將其符號回傳給移動用戶，需要 lbit，稱為up-down指令u(k) = sign(E(k)) (3.2.2) 移動用戶接收到up-down指令，根據(jù)以下估計(jì)算法估計(jì)信干比誤差 =會[l + "(""(A —1)] ^(A; -1) + :(" = 10柳/10
(3,2.3) (3.2.4)
=0. 5'

其中Se為常數(shù)，是信干比誤差調(diào)整步長，取值與信干比誤差范圍有關(guān)，這里取S
在ProPC算法中對信干比誤差進(jìn)行估計(jì)，得到新的功率控制算法(EProPC): /7,^ + 1) = /7,詢-^:))/7,詢，/ = (3.2.5)
對單比特回傳誤差估計(jì)功率控制算法進(jìn)行改進(jìn)，在基站處計(jì)算用戶目標(biāo)信干比和 信干比差值E(k)，使用多位比特信息對差值進(jìn)行量化，得到的量化信息u(k)、s(k) (u(k)所 需比特?cái)?shù)為l，s(k)所需比特?cái)?shù)為大于等于1的常數(shù))，經(jīng)過前向信道回傳給移動臺。移動
用戶利用量化信息，按照改進(jìn)的估計(jì)算法得到信干比誤差估計(jì)值iw(W 。定義柳-rf'-r,(A:) (3.2,6) = Wg"(rf - r, = Wg"(血(rf' — r, (") > a)
化)(3. 2. 8)
(2bit量化)
(3.2.7)
(3.2.8) (2bit
煩必—"("必I^A
,頃必
.洲
必
-洲
必
(3bit量化)
(3.2。9) (3bit:
、必
"2 < |K
化)(3. 2. 9) 其中a ， Ql， a2， ci3為常數(shù)，表示〗 改進(jìn)的估計(jì)算法表示為
t化級'
(A:)=會[l + —1)]5m(A: — 1) + j會[l + — l)]琳)厶+《}"(A)
(3.2.10)
:w(;t) = 10￡ w/1。 (3.2.11) 其中S ， Se為常數(shù)，是信干比誤差調(diào)整步長，取值與信干比誤差范圍有關(guān)，這里取
S = 0. 1， S e = 0. 5。 在ProPC算法中采用改進(jìn)的估計(jì)算法對信干比誤差進(jìn)行估計(jì)，得到新的功率控制 算法——改進(jìn)的功率控制算法(MEProPC)，表示為A(A: + 1) = A(A:) ——"(")p,說，/ = 1，.,.，2 (3'2,12)
實(shí)例1.考慮一個(gè)單小區(qū)CDMA系統(tǒng)，給出基于sigmoid函數(shù)的比例功率控制算 法(ProPC)的一些仿真結(jié)果。全向基站位于小區(qū)中心，有Q， (Q= 10)個(gè)激活移動用戶， 用戶均勻分布在小區(qū)中且共用同一信道。擴(kuò)頻帶寬為1. 2288MHz，用戶數(shù)據(jù)傳輸速率為 9.6kbps(擴(kuò)頻增益等于21dB)。用戶i到基站的鏈路增益包括路徑衰落和陰影衰落，定義 為g,.",.^ (4,1)
di為第i個(gè)用戶到基站的距離；|3為路徑衰落指數(shù)，這里取13 =4;陰影衰落因子
Si服從對數(shù)正態(tài)分布[E(Si) =0dB， q (Si) =8dB]。所有用戶目標(biāo)信干比值取6dB，基站接 收背景噪聲取10—12W。固定鏈路增益條件下，Ahij(k) = 0 ;對于時(shí)變鏈路增益，Ahij(k)建 模為服從在區(qū)間[-A， A]上均勻分布的隨機(jī)變量。用戶初始發(fā)射功率為區(qū)間[O，l]上的 隨機(jī)值。 圖l、圖2分別給出了ProPC算法在不同參數(shù)設(shè)置下收斂性能比較，a是迭代過程 中傳輸功率值改變的幅度參數(shù)，從圖l可以看出若a取值過小(a =0. 1)，每次迭代功率 改變值小，需要多次迭代才能收斂到最優(yōu)發(fā)射功率；若a取值過大(a = 1)，每次迭代功 率改變值較大，迭代初期處于振蕩狀態(tài)，同樣需要多次迭代才能收斂到最有發(fā)射功率功率； a =0.3是合適的。參數(shù)。代表函數(shù)f(x)的陡峭程度，。越大，f(x)越陡峭，每次迭代 功率變化值越大，c越小，f(x)越平緩，每次迭代功率變化值越??；從圖中可以看出，o = 0.5是合適的。 圖3采用DCPC算法、FSPC算法作為對比算法，給出了 ProPC算法在固定鏈路增益 條件下(Ak = 0)用戶的信干比變化曲線，圖4采用DCPC算法作為對比算法，給出了 ProPC 算法在時(shí)變鏈路增益條件下(Ak = 0. 1)用戶的信干比變換曲線。曲線表明ProPC算法有 更好的收斂性，并且在時(shí)變情況下魯棒性更好。 圖5給出EProPC算法、MEProPC算法中用戶信干比變化曲線，由圖可知，本文提出 的算法是收斂的，其中MEProPC算法所需迭代次數(shù)比EProPC算法更少。
實(shí)例2 :考慮一個(gè)多小區(qū)DS-CDMA蜂窩通信系統(tǒng)，給出基于誤差估計(jì)的比例功率控 制算法(EProPC)及其改進(jìn)算法(MEProPC算法)的一些仿真結(jié)果。系統(tǒng)(圖6所示)中共 有19個(gè)小區(qū)，全向基站位于小區(qū)的中心，有Q， (Q = 190)個(gè)激活移動用戶均勻分布在系統(tǒng) 中，擴(kuò)頻帶寬為1.2288MHz，用戶數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbps(擴(kuò)頻增益等于21dB)。傳播鏈路 功率衰減建模為包括大尺度路徑衰落、陰影衰落和瑞利衰落。路徑衰落與用戶到基站的距 離有關(guān)，路徑衰落指數(shù)為13 = 4 ;陰影衰落因子si服從對數(shù)正態(tài)分布[E(Si) = 0dB， o (Si) =8dB];瑞利衰落按照J(rèn)akes模型產(chǎn)生，載頻為1950MHz，用戶行進(jìn)速度(km/h)在區(qū)間
上隨機(jī)取值，V^為用戶最大行進(jìn)速度，假定在功率控制期間，用戶行進(jìn)速度不變。功率 控制頻率為1500Hz。不考慮軟切換問題，用戶與被接收到的最大信干比值對應(yīng)的基站進(jìn)行 通信。為了正確接收用戶信息，所有用戶目標(biāo)信干比值取6dB，基站接收背景噪聲取10—12W。 用戶初始發(fā)射功率為區(qū)間
上的隨機(jī)值。 使用Monte Carlo方法計(jì)算中心小區(qū)用戶信干比值的累積分布函數(shù)(CDF)，進(jìn)行 200次獨(dú)立的運(yùn)行仿真，每次持續(xù)時(shí)間為Is (1500個(gè)功率控制周期)。 圖7是基于誤差估計(jì)的比例功率控制算法(EProPC)中，信干比誤差真實(shí)值與估計(jì) 值比較曲線，由圖可以看出，該估計(jì)算法可以較好地跟蹤信干比誤差的變化。
圖8給出在Vmax = 5km/h時(shí)采用EProPC算法得到的中心小區(qū)用戶信干比的累積 分布函數(shù)曲線，同時(shí)給出FSPC算法的對比曲線。從圖8可以看到，相比FSPC算法，同樣使 用lbit回傳信息，EProPC算法的性能有大大提高。圖8還給出ProPC算法與DCPC算法的 對比曲線，ProPC算法的收斂性高于DCPC算法。 圖9給出EProPC算法及其改進(jìn)算法——MEProPC算法的性能。EProPC算法使用 lbit回傳信息，MEProPC算法使用至少2bit回傳信息，圖中仿真了回傳信息比特為2bit和3bit的情形。由圖中曲線可知，多比特MEProPC算法對EProPC算法性能有了較大改進(jìn)，但 是當(dāng)信息比特超過2bit后，性能增強(qiáng)不多。 圖10給出在功率控制指令誤碼的情況下(誤碼率取5% ) ，EProPC算法、MEProPC 算法的性能。對比算法為FSPC算法、DCPC算法。FSPC算法中同樣有誤碼率二 5X;DCPC算 法需要基站向移動用戶發(fā)送信干比的準(zhǔn)確值，在傳輸過程中引入噪聲，建模為方差為2的 高斯白噪聲。由圖像可知，噪聲環(huán)境下DCPC算法性能降低較多；FSPC算法、EProPC算法性 能變化不大；新算法魯棒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于DCPC算法，在實(shí)際系統(tǒng)中，EProPC算法因其容易實(shí)現(xiàn)、 收斂性好而有很大優(yōu)勢。
權(quán)利要求
CDMA蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法，其特征在于該比例功率控制方法包括以下步驟Step1移動用戶撥通電話，向基站發(fā)射信號；Step2基站接收到信號后，根據(jù)不同類型計(jì)算用戶的目標(biāo)信干比和信干比的差值，并將所述的差值的量化信息回傳給移動用戶；移動用戶接收到差值的量化信息，根據(jù)估計(jì)算法估計(jì)信干比誤差；Step3將信干比誤差代入比例功率控制算法中，得到新的比例功率控制算法；Step4移動用戶根據(jù)新的比例功率控制算法計(jì)算出新的下一次的信號發(fā)射功率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDMA蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法，其特征在于在所述的St印2中，基站根據(jù)兩種不同類型計(jì)算用戶的目標(biāo)信干比和信干比的差值，這兩種類型包括單比特回傳信令以及多比特回傳信令，利用估計(jì)算法估計(jì)信干比誤差；在所述的St印3中，基站根據(jù)兩種不同類型將信干比誤差代入比例功率控制算法中，得到新的比例功率控制算法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的CDMA蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法，其特征在于當(dāng)基站選擇單比特回傳信令時(shí)，基站采用以下估計(jì)算法估計(jì)信干比誤差= + -1)]一 1) +《,，:("=10如0,其中，k表示k時(shí)刻，k-i表示k-i時(shí)刻，u(k) = sign(E(k))，￡(" = rf-r,.("， r^t， rjk)分別為分貝形式的目標(biāo)信干比和移動用戶信干比，E(k)為信干比誤差，f(",為信干比誤差的估計(jì)值，Se是信干比誤差調(diào)整步長，為常數(shù)，取值與信干比誤差范圍有關(guān)，這里取56 = 0.5;《"=^，其中，Y^t為給定的門限值，Yi的計(jì)算遵循如下公式X 0 ——，M,…,G，其中，Q表示共有Q個(gè)激活移動用戶，Pi表示移動用戶i的發(fā)射功率，gij表示移動用戶j到基站i的鏈路增益，u i表示在基站i的接收背景噪聲。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的C匿A蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法，其特征 在于；當(dāng)基站選擇多比特回傳信令時(shí)，對單比特回傳信令采用的信干比誤差估計(jì)算法進(jìn)行 改進(jìn)，基站采用以下改進(jìn)后的估計(jì)算法估計(jì)信干比誤差=丄[l + —1)] L (A: — 1) + j+[1 + w("w(A: — 1)]s(A^ + &'其中，k表示k時(shí)刻，k-i表示k-i時(shí)刻，= wg"(rf -r,(A)) ，s (k)為使用多比特信息對差值進(jìn)行量化后得到的信息，EmOt) ， ^(A:)為使用改進(jìn)后的估計(jì)算法得到信干比誤差估計(jì)值，r^t， rjk)分別為分貝形式的目標(biāo)信干比和移動用戶信干比，s，、為常數(shù)，是信干比誤差調(diào)整步長，取值與信干比誤差范圍有關(guān)，這里取S =0.1， 、 = 0.5;"" = "^，幾(w其中，Y,為給定的門限值，Yi的計(jì)算遵循如下公式 X o ——，"1"'"2，其中，Q表示共有Q個(gè)激活移動用戶，Pi表示移動用戶i的發(fā)射功率，gij表示移動用戶 j到基站i的鏈路增益，u ,表示在基站i的接收背景噪聲。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的C匿A蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法，其特征在于在所述的St印3中，當(dāng)基站選擇單比特回傳信令時(shí)，信干比誤差為^:) = 10&)/1()，比 例功率控制算法為p, +1) - a W - -A / = 1,…,G '函數(shù)f(x)為有上下界的奇函數(shù)，為/W = -l + 7^,o0將信干比誤差代入比例功率控制算法中，得到新的功率控制算法A("l)",("-"/(l-e("旨)，/ = 1"。"2 。其中，Q表示共有Q個(gè)激活移動用戶，a表示每次迭代傳輸功率值改變的幅度參數(shù)，O < a《1 ;pi(k)表示移動用戶i在k時(shí)刻的功率，pjk+l)表示移動用戶i在k+l時(shí)刻的 功率；g("為信干比誤差的估計(jì)值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的CDMA蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法，其特征在于在所述的St印3中，當(dāng)基站選擇多比特回傳信令時(shí)，信干比誤差為"^)^10"挙G ，比 例功率控制算法為洲函數(shù)f(x)為有上下界的奇函數(shù)，為/0) = -l+7"^7,o0;將信干比誤差代入比例功率控制算法中，得到新的功率控制算法A +1) = ;7,- - e(", " 1，…,2 。其中，Q表示共有Q個(gè)激活移動用戶，a表示每次迭代傳輸功率值改變的幅度參數(shù)，O < a《1 ;pi(k)表示移動用戶i在k時(shí)刻的功率，pjk+l)表示移動用戶i在k+l時(shí)刻的 功率A("為信干比誤差的估計(jì)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CDMA蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法，其特征 在于在所述的St印4中，移動用戶根據(jù)新的比例功率控制算法計(jì)算出新的下一次的信號 發(fā)射功率Pi(k+l)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CDMA蜂窩系統(tǒng)中基于誤差估計(jì)的比例功率控制方法，其包括如下步驟移動用戶撥通電話，向基站發(fā)射信號；基站接收到信號后，根據(jù)不同類型計(jì)算用戶的目標(biāo)信干比和信干比的差值，并將其符號回傳給移動用戶；移動用戶接受到回傳的符號，根據(jù)估計(jì)算法估計(jì)信干比誤差；將信干比誤差代入比例功率控制算法中，得到新的比例功率控制算法；移動用戶根據(jù)新的比例功率控制算法計(jì)算出新的下一次的信號發(fā)射功率。可以應(yīng)用于實(shí)際CDMA蜂窩通信系統(tǒng)。在上行鏈路中，移動用戶根據(jù)基站回傳的1比特或2比特信令估計(jì)信干比誤差，使用于自適應(yīng)變步長功控算法，對發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整。
文檔編號H04W52/36GK101778465SQ20101011989
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者劉倩, 曹葉文 申請人:山東大學(xué)