第十二章 鏈路自適應(yīng)技術(shù)

第十二章

鏈路自適應(yīng)技術(shù)

§12.1引言12.1.1自適應(yīng)傳輸?shù)谋匾员M管有很多信號(hào)處理技術(shù)，但是信道是時(shí)變的，需要采取一些自適應(yīng)的方法（自適應(yīng)均衡）提高無線資源的最優(yōu)配置歸根結(jié)底：注水定理（waterfilling）傳播環(huán)境和信道特性兩個(gè)主要特點(diǎn)：慢時(shí)變性與傳播環(huán)境的差異性。1.慢時(shí)變性移動(dòng)信道的慢時(shí)變特性可分為兩個(gè)層次慢陰影衰落:受到大型建筑物和相應(yīng)障礙物阻擋造成的“陰影”效應(yīng)而引起的衰落現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)特性服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型慢平坦衰落:2

(2)慢平坦衰落：由于傳播中的多徑，亦即由于收、發(fā)天線的角度擴(kuò)散，引入多徑傳輸形成的空間選擇性衰落，然而在時(shí)、頻域上是平坦的，特別是在時(shí)域上是慢變化的。若多徑傳播模型中無直達(dá)路徑，幅度服從Rayleigh分布；若存在一個(gè)主要直達(dá)路徑，則信號(hào)衰落幅度遵從Rician分布。3

2.傳播環(huán)境的差異性上行(反向)鏈路的“遠(yuǎn)近”效應(yīng)，在上行鏈路中，若小區(qū)內(nèi)各用戶發(fā)射功率相同，則到達(dá)基站后信號(hào)強(qiáng)度不一樣，離基站近的用戶比離基站遠(yuǎn)的用戶信號(hào)強(qiáng)，這樣在基站接收端將會(huì)產(chǎn)生以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，同時(shí)由于通信系統(tǒng)中的非線性將進(jìn)一步加強(qiáng)這一過程，這就是所謂的“遠(yuǎn)近”效應(yīng)。下行(前向)鏈路的“角”效應(yīng)，在下行鏈路中，當(dāng)用戶移動(dòng)臺(tái)位于小區(qū)邊緣交界處，它接收到所屬基站的信號(hào)比較弱，但同時(shí)還會(huì)受到鄰近小區(qū)基站信號(hào)的較強(qiáng)干擾，特別是在六角形拐角邊緣地區(qū)尤為嚴(yán)重，故稱它為“角”效應(yīng)。4

12.1.2克服慢時(shí)變與傳輸信道差異性的主要措施最有效的措施是采用自適應(yīng)傳輸技術(shù)，但是它必須具備兩個(gè)附加條件：一是準(zhǔn)確的信道估計(jì)，以掌握信道狀態(tài)信息；二是具有反饋信道及時(shí)傳送信道狀態(tài)信息。根據(jù)不同類型的業(yè)務(wù)需求，自適應(yīng)技術(shù)可以分為兩大類型。適應(yīng)于電路交換型業(yè)務(wù)，特別是話音業(yè)務(wù)的功率自適應(yīng)的功率控制技術(shù)。適應(yīng)于分組交換型業(yè)務(wù)，特別是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率自適應(yīng)技術(shù)。

因?yàn)関oice和data業(yè)務(wù)本質(zhì)的不同自適應(yīng)：功率控制、速率控制、調(diào)制與編碼方式自適應(yīng)等5自適應(yīng)傳輸?shù)奈锢砟Ｐ?§12.2功率控制原理

12.2.1引入功率控制的必要性

引入功率控制的目的主要有：1、克服“陰影”效應(yīng)帶來的慢衰落；2、克服由于多徑傳播、空間選擇性衰落而引入的慢平坦衰落，它也可以稱為窄帶多徑干擾；3、克服上行鏈路中“遠(yuǎn)近”效應(yīng)；4、克服下行鏈路中“角”效應(yīng)；12.2.2功率控制準(zhǔn)則

所謂功率控制是指在移動(dòng)通信系統(tǒng)中根據(jù)信道變化情況以及接收到的信號(hào)電平通過反饋信道，按照一定準(zhǔn)則控制，調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)電平。功率控制準(zhǔn)則從原理上看，可以大致分為：功率平衡準(zhǔn)則、信噪比平衡準(zhǔn)則、混合平衡準(zhǔn)則以及誤碼率平衡準(zhǔn)則。7

1、功率平衡準(zhǔn)則功率平衡是指在接收端，對(duì)各用戶收到的信號(hào)功率應(yīng)相等。2、信號(hào)干擾比SIR平衡準(zhǔn)則SIR平衡是指接收到的信號(hào)干擾比SIR應(yīng)相等。3、功率平衡和SIR平衡混合體制為了克服SIR的正反饋而帶來的系統(tǒng)不穩(wěn)定性，將功率平衡與SIR平衡相結(jié)合的混合體制準(zhǔn)則。4、誤碼率BER平衡準(zhǔn)則以誤碼率BER平衡作為功控準(zhǔn)則，但是具體實(shí)現(xiàn)存在下列困難：BER與SIR或信號(hào)功率之間不存在簡單的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，且與信道性質(zhì)有關(guān)，所以很難建立具體分析模型；存在一定時(shí)延，與求BER平均值的時(shí)間段是相互矛盾的。8

12.2.3功率控制的分類與方法

功率控制一般可以按照上、下行鏈路來分類，若從功控的方法看，可以分為開環(huán)、閉環(huán)和外環(huán)控制。1.上行(反向)功控 在移動(dòng)通信中，上行(反向)功控是指控制用戶(移動(dòng)臺(tái))的發(fā)射頻率，使得基站接收到的小區(qū)內(nèi)所有用戶(移動(dòng)臺(tái))發(fā)射至基站的信號(hào)功率或信號(hào)干擾比SIR基本相等，它可克服“陰影”效應(yīng)。

2.下行(前向)功控 下行鏈路中的功控實(shí)質(zhì)上是根據(jù)接收不同用戶(移動(dòng)臺(tái))導(dǎo)頻信號(hào)的強(qiáng)弱，對(duì)基站發(fā)射機(jī)功率的再分配，即為自適應(yīng)(慢變化)功率分配。 下行(前向)功控是根據(jù)信道，慢變化自適應(yīng)的分配各業(yè)務(wù)信道的功率份額，使小區(qū)中所有用戶(移動(dòng)臺(tái))收到的導(dǎo)頻信號(hào)功率或信號(hào)干擾比SIR基本相等。9

3.開環(huán)功率控制用戶移動(dòng)臺(tái)(或基站)根據(jù)下行(或上行)鏈路接收到的信號(hào)強(qiáng)度或者SIR，對(duì)信道的衰落情況進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)。開環(huán)功率控制的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，對(duì)付由于“陰影”效應(yīng)引起的慢衰落很有效；主要缺點(diǎn)是對(duì)于由于空間選擇性衰落即多徑傳播引起的慢平坦衰落一般性能很差。

4.閉環(huán)功率控制利用上行基站收通過一個(gè)反饋閉合環(huán)路送至移動(dòng)臺(tái)控制移動(dòng)臺(tái)上行發(fā)送(反饋回路傳輸時(shí)延很小可忽略)，實(shí)現(xiàn)精確的功率控制。閉環(huán)功控主要優(yōu)點(diǎn)是精確度高，主要缺點(diǎn)是閉環(huán)功控比開環(huán)功控要復(fù)雜得多，且開銷大，若用于小區(qū)間硬切換時(shí)，易于產(chǎn)生“乒乓”式控制。

10§12.3功率控制在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用12.3.1IS-95系統(tǒng)中的功率控制IS-95中采用的功率控制方案，按方向可分為上行(反向)和下行(前向)功控，若按在功控過程中基站和移動(dòng)臺(tái)是否同時(shí)參與，又可分為開環(huán)(不同時(shí)參與)與閉環(huán)(同時(shí)參與)兩類。在IS-95中下行(前向)鏈路優(yōu)于上行(反向)鏈路，這是由于下行采用同步碼分體制，而上行采用的是異步碼分體制。在IS-95中下行(前向)鏈路的功率控制是非重點(diǎn)，它可以采用較簡單的慢速閉環(huán)功率控制方案。下行功控實(shí)質(zhì)上是對(duì)下行功率的最優(yōu)分配。11

在IS-95中由于上行(反向)采用的是異步碼分體制，其性能比同步碼分的差，所以在功控要求方面要高一點(diǎn)；上行(反向)功率控制方案由初控、精控與外環(huán)控制三個(gè)基本部分組成。(1)初控：由移動(dòng)臺(tái)完成開環(huán)入網(wǎng)功率控制以實(shí)現(xiàn)初控功能；(2)精控：由移動(dòng)臺(tái)與基站之間相互配合共同完成閉環(huán)功率修正的精控功能，采用精控是由于IS-95是CDMA/FDD體制，其上、下行頻段相差45MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于800MHz頻段上的相干帶寬200kHz，因此上，下行鏈路衰落是不相關(guān)的，僅僅采用單向開環(huán)是實(shí)現(xiàn)不了精確功率控制功能的；(3)外環(huán)控制：利用外環(huán)傳送在一定誤幀率質(zhì)量指標(biāo)下，閉環(huán)精控中的門限閾值。

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1.開環(huán)功率控制算法確切地說開環(huán)功控主要是完成入網(wǎng)信道的功率初控，每次用戶移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)嘗試都要通過多次入網(wǎng)探測(cè)，每次根據(jù)額定開環(huán)功率步長增加發(fā)射功率，一直到用戶移動(dòng)臺(tái)接收到基站發(fā)送認(rèn)可消息探測(cè)序列才結(jié)束發(fā)送。開環(huán)功控有兩個(gè)主要功能：其一是調(diào)整移動(dòng)臺(tái)初始接入時(shí)發(fā)射功率，其二是補(bǔ)償和彌補(bǔ)由于路徑慢時(shí)變損耗包含“陰影”與“遠(yuǎn)近”效應(yīng)引入的衰耗。開環(huán)入網(wǎng)功控主要由移動(dòng)臺(tái)完成，為了能補(bǔ)償上行傳播中的“陰影”效應(yīng)和“遠(yuǎn)近”效應(yīng)，開環(huán)需要有較大的動(dòng)態(tài)范圍：大約。

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2.閉環(huán)功率控制算法與調(diào)節(jié)步驟

閉環(huán)功控是對(duì)開環(huán)功控提供一個(gè)快速精確校正以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率自適應(yīng)。閉環(huán)功控核心思路為收端提取信道估計(jì)信息并進(jìn)行判斷給出功控指令，通過反饋信道傳送功控指令至發(fā)端，發(fā)端執(zhí)行并調(diào)整發(fā)送功率。對(duì)于閉環(huán)功控IS-95中僅定義了以下兩點(diǎn)：第一點(diǎn)定義了控制比特的含義：“0”表示增加功率，“1”表示減少功率；第二點(diǎn)控制比特速率為，其中,閉環(huán)功率控制范圍小于開環(huán)動(dòng)態(tài)范圍為：。

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Qualcomm功控方案原理

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上行(反向)功率控制比特傳輸?shù)脑硎疽鈭D16

12.3.2CDMA2000中的功率控制

CDMA20001x中，上、下行RC1與RC2由于與IS-95相互兼容，所以功控方案基本上一致。與IS-95不同的是，CDMA2000中的800bps的快速功率控制不僅可以用于上行(反向)鏈路，也可以用下行(前向)鏈路中，這樣上、下行兩個(gè)方向上的功率控制速率都可以達(dá)到快速的800bps。

當(dāng)上行(反向)鏈路采用門控發(fā)射技術(shù)時(shí)，上、下行功控速率均可減少到400bps和200bps，而且上行(反向)功率控制子信道還可以分成兩條獨(dú)立的控制流，其速率可以分別為400bps或者一條600bps另一條200bps，這樣在不同切換配置中，下行(前向)信道可以有各自獨(dú)立的功控。

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在CDMA2000中與IS-95兼容的無線配置為RC1、RC2，這種配置的基站是通過檢測(cè)用戶移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的連續(xù)6個(gè)Walsh函數(shù)來估計(jì)平均功率，或者信噪比值。若是RC3、RC4，這時(shí)基站則根據(jù)反向?qū)ьl信道R－PICH來估計(jì)或者信噪比值。CDMA2000信道結(jié)構(gòu)比IS-95復(fù)雜得多，在CDMA2000中的功率具體執(zhí)行可分為兩大類型：公用信道上的功率控制和專用信道上的功率控制。前者又可分為：下行(前向)公用信道上的功率控制和上行(反向)公用信道上的功率控制。后者也可以分為：下行(前向)專用信道上的功率控制和上行(反向)專用信道上的功率控制。在CDMA2000中，上行(反向)鏈路的功控是由下行(前向)鏈路中基本信道或?qū)Ｓ眯诺浪南滦?前向)功率子信道執(zhí)行的。下行(前向)鏈路的功控則是由上行(反向)導(dǎo)頻信道所包含的上行(反向)功率控制子信道執(zhí)行的。

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上行(反向)導(dǎo)頻信道(R-PICH)功控子信道結(jié)構(gòu)

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F/R-PCSUCH之間定時(shí)關(guān)系

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12.3.3WCDMA中的功率控制

WCDMA與IS-95以及CDMA2000系列在功率控制方面主要不同有：WCDMA功控方式包含兩種類型：非壓縮模式與壓縮模式，其中壓縮模式前面未討論過，WCDMA中功控速率由CDMA2000的800bps提高至1500bps，其抗平坦衰落能力顯著提高。WCDMA中，高層網(wǎng)絡(luò)更多的參與了功控過程。1.WCDMA的上行功率控制在WCDMA上行鏈路中僅有物理隨機(jī)接入信道(PRACH)以及上行公共分組信道(CPCH)采用開環(huán)功率控制，其余信道采用閉環(huán)功率控制。上行閉環(huán)功控同時(shí)控制一個(gè)專用物理控制信道(DPCCH)和與其相關(guān)的若干個(gè)專用物理數(shù)據(jù)信道(DPDCHs)。21

WCDMA上行功控原理

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在WCDMA中DPCCH/DPDCHs具體實(shí)現(xiàn)的功控方式含有兩種類型：非壓縮模式功率控制和壓縮模式功率控制。(1)DPCCH/DPDCHs非壓縮模式下的功控閉環(huán)控制過程原理圖如圖WCDMA上行功控原理所示小區(qū)每隔一段時(shí)隙的周期0.667ms，可以根據(jù)以下原則產(chǎn)生一組傳輸功率控制指令TPC，并通過下行鏈路傳送至移動(dòng)臺(tái)。當(dāng)SIRi<SIR0(j)時(shí)，TPC=1；當(dāng)SIRi>SIR0(j)時(shí)，TPC=0；移動(dòng)臺(tái)收到TPC指令后，調(diào)節(jié)其上行專用物理信道DPCH(含DPCCH和DPDCHs)的功率變化步長，如果TPC=1則增大，反之TPC=0則減少，而步長大小是由高層網(wǎng)絡(luò)決定。23

用戶移動(dòng)臺(tái)在一個(gè)時(shí)隙0.667ms中會(huì)接收到一個(gè)或多個(gè)TPC指令，當(dāng)用戶不處于軟切換處，移動(dòng)臺(tái)在一個(gè)時(shí)隙中只會(huì)接收一個(gè)TPC指令，當(dāng)用戶處于軟切換區(qū)且在更軟切換或接收機(jī)分集情況下，移動(dòng)臺(tái)在一個(gè)時(shí)隙0.667ms中會(huì)接收到多個(gè)相同的TPC指令(來自同一小區(qū)指令)。

當(dāng)用戶處于軟切換區(qū)的不同小區(qū)交界區(qū)域，移動(dòng)臺(tái)在一個(gè)時(shí)隙0.667ms中會(huì)接收到來自不同小區(qū)并不相同的TPC指令，如果在一個(gè)時(shí)隙0.667ms中收到多個(gè)TPC指令，用戶移動(dòng)臺(tái)可以將多個(gè)TPC指令合并成一個(gè)TPC－CMD指令。具體合并得到TPC－CMD算法包含兩種類型，采用那種類型是由用戶的特征參數(shù)決定的，并且由網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。

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(2)DPCCH/DPDCHs壓縮模式下的功控

在WCDMA中為了在功控和切換時(shí)獲得更準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息，特別是對(duì)不同的頻點(diǎn)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的信道測(cè)量。

實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信道測(cè)量主要有兩種手段：一種是采用雙接收機(jī)方案，即信息通信與信道測(cè)量各采用一套接收機(jī)，它太復(fù)雜且不經(jīng)濟(jì)；另一種方案就是采用時(shí)隙化的壓縮模式，即在傳送信息的某一段時(shí)隙將信息位時(shí)間上壓縮，功率上擴(kuò)展，以空出一時(shí)段供作對(duì)其它頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量用。

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上行鏈路中幀結(jié)構(gòu)的壓縮傳輸

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在壓縮模式中為了保證壓縮后的質(zhì)量(EBR、FBR等)，需要增大壓縮時(shí)隙的功率，且功率增大數(shù)量與傳輸時(shí)間壓縮減少量相對(duì)應(yīng)。何時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的壓縮取決于網(wǎng)絡(luò)。在壓縮模式傳輸中可能有幾個(gè)時(shí)隙內(nèi)停止發(fā)送TPC指令，所以在壓縮模式下功率控制的目標(biāo)是在經(jīng)過一段發(fā)射間隔之后，盡可能恢復(fù)信噪比SIR，使其接近目標(biāo)信噪比SIR。在下行壓縮模式中，由于壓縮期間不發(fā)送TPC指令，發(fā)射間隔中就不存在功控，所以上行DPCCH/DPDCHs的發(fā)射功率在發(fā)射間隔中保持不變。當(dāng)上、下行壓縮模式同時(shí)發(fā)生時(shí)，上行DPCCH/DPDCHs發(fā)射在發(fā)射間隔中產(chǎn)生中斷。

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在每個(gè)發(fā)射間隔之后，壓縮模式下的功率控制算法有兩種可能，采用哪種由高層信令通知。第一種算法，步長不變，且在壓縮模式中仍然采用通常的發(fā)射功率控制。第二種算法在每個(gè)發(fā)射間隔后的一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙(稱為恢復(fù)周期)中仍采用通常功控算法，但采用恢復(fù)功率控制步長而不是，取為3dB與2之間的較小值，一旦恢復(fù)周期后，就執(zhí)行以為步長的通常功率控制算法。28

2.WCDMA中的下行功率控制

下行主/輔公共物理信道P/SCCPCH不進(jìn)行功率控制。它們功率慢變化是由網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的。因此下行功控與上行一樣主要是針對(duì)DPCCH/DPDCHs。它們功控原理與上行一樣采用三環(huán)：開環(huán)、閉環(huán)、外環(huán)控制。29

WCDMA下行功控原理圖

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下行功控一般采用快速閉環(huán)功控與慢速功控交替進(jìn)行，決定兩者之間的主要參量是功控搜控速率與慢功控周期即上行鏈路發(fā)射掛起時(shí)間，它們都是通過網(wǎng)絡(luò)高層信令來設(shè)置的。站址選擇分集發(fā)射功率控制SSDT，它是在軟切換模式下一種可以選擇的宏分集方法。用戶從激活集合中選擇一個(gè)區(qū)作為“基本小區(qū)”，其它小區(qū)均為“非基本小區(qū)”，SSDT首要目標(biāo)是在下行鏈路中從最好的小區(qū)中發(fā)射信號(hào)以減少軟切換時(shí)多路發(fā)射引入的干擾，其次是在沒有網(wǎng)絡(luò)干預(yù)情況下實(shí)現(xiàn)快速站址選擇，以保證軟切換的優(yōu)點(diǎn)。

31§12.4無線資源的最優(yōu)分配

現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線資源分類1、能量資源；2、時(shí)間資源；3、頻率資源；4、空間資源；容量、覆蓋與干擾之間的矛盾關(guān)系單個(gè)利益最大化和系統(tǒng)總的利益最大化是否統(tǒng)一？32

對(duì)于迭加性、高斯白噪聲限頻信道，令高斯噪聲的功率譜為，則噪聲總功率為，其中是信道帶寬。又令輸入信號(hào)功率譜為，信號(hào)總功率受限，即為。只有當(dāng)信號(hào)功率譜與噪聲功率譜之和為常數(shù)條件時(shí)，才能達(dá)到總信道容量最大要求。物理含義：在總功率受限的情況下，噪聲較大的地方，盡量不分配功率，分配也不能帶來多大的容量。在噪聲較小的地方，盡可能分配大的功率，帶來更大的容量。充分利用功率（能者多勞，效率優(yōu)先）12.4.1注水定理33

(1)若，即，則有(2)若，即，則必須將這部分頻段剔除。（超出水面）

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假設(shè)系統(tǒng)有個(gè)子載波，每個(gè)子信道都是加性高斯信道，第個(gè)信道的信號(hào)功率為，噪聲功率，對(duì)應(yīng)的子信道容量為：。則總信道容量為：

滿足總信號(hào)功率受限條件：，采用拉格朗日乘子法可以使信道總?cè)萘窟_(dá)到最大，得到：

這是注水定理的離散化表示，也是多載波最優(yōu)功率分配方法12.4.2多載波信道下的最優(yōu)功率分配

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令功率約束條件為：

歸一化信道容量引入函數(shù)：

對(duì)函數(shù)取偏微分可得：

也是注水定理12.4.2多天線信道下的最優(yōu)功率分配36

基站接收信號(hào)可以表示為：如果是常數(shù)，則上述信道為高斯多用戶信道，其容量為：在平坦衰落信道下，可以假設(shè)服從Rayleigh分布，由此可知信噪比服從指數(shù)分布：為了補(bǔ)償衰落，調(diào)整發(fā)射功率。

12.4.3多用戶分集37

理想功率控制算法為Rayleigh衰落信道下功率控制的均值為：此時(shí)系統(tǒng)總?cè)萘繛椋?/p>

對(duì)于沒有功率控制的系統(tǒng)而言，則總?cè)萘繛椋菏撬泄β史植嫉钠骄挥挟?dāng)所有用戶的平均接收功率相等，當(dāng)用戶數(shù)=無窮，Cg=Cnpc理想功控情形12.4.3多用戶分集38

理想功控的缺陷：平均功率無窮大歸一化約束條件：，在此約束下和條件下的信道容量為：

利用拉格朗日乘子法，可以構(gòu)造如下函數(shù)：

對(duì)上式求偏微分，交換求導(dǎo)與積分的順序可得，

，如果假設(shè)，從而可得：12.4.3多用戶分集39

功率控制算法：這一算法可以描述為，當(dāng)一個(gè)用戶的信道條件好時(shí)，就給它分配更多的功率，而其信道條件差時(shí)，就少分配功率，這就是多用戶分集的思想。這種方法與傳統(tǒng)的功率控制思路完全相反。對(duì)于話音業(yè)務(wù)，由于信道接入時(shí)間不確定，這種功率分配方法不適合。但對(duì)于突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以這一方法功率分配。12.4.2多載波信道下的最優(yōu)功率分配

40§12.5速率自適應(yīng)

目的：為了優(yōu)化在鏈路中傳送業(yè)務(wù)的容量(數(shù)量)與質(zhì)量。主要特點(diǎn)：業(yè)務(wù)具有突發(fā)性的不連續(xù)傳輸，上、下信道不對(duì)稱，以及對(duì)時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)不敏感而對(duì)差錯(cuò)率要求較高的非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)。速率自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)的基本原理圖41

12.5.1速率自適應(yīng)在2G/2.5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

GPRS中無線分組數(shù)據(jù)塊信道編碼方案

信道編碼方案碼率數(shù)據(jù)速率(Kbps)

(8時(shí)隙)總數(shù)據(jù)率(Kbps)CS-11/29.0572.4CS-2≈2/312.4107.2CS-3≈3/415.6124.8CS-4121.4171.242

GPRS系統(tǒng)根據(jù)信道狀況和業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)選擇編碼類型。

EDGE(EuhancedDataRatesForGSMEvolution)是Ericsson公司提出的一種GPRS的增強(qiáng)型技術(shù)。它不同于GPRS，在鏈路自適應(yīng)中不僅編碼方式可以選擇，而且調(diào)制方式還采用了移相8PSK調(diào)制。EDGE系統(tǒng)周期性的對(duì)下行鏈路進(jìn)行測(cè)量并及時(shí)報(bào)告(反饋)給基站，根據(jù)鏈路的信道狀態(tài)，從兩種調(diào)制方式和幾種編碼方式組成的九種傳輸模式中，選擇最為適合的一種模式。傳輸模式調(diào)制方式GMSKGMSKGMSKGMSK8PSK8PSK8PSK8PSK8PSK編碼率0.530.660.81.00.370.490.760.921.043

12.5.2速率自適應(yīng)的典型實(shí)例——HDR在3GPP2發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中HDR被稱為CDMA20001xEV-DO，其中EV表示“Evolution”，即改進(jìn)型，含義為性能改善且后向兼容，而DO(DataOnly，后改為DataOptimized)。CDMA20001xEV-DO與IS-95/CDMA20001x具有相同的射頻RF特性和鏈路預(yù)算，但具有獨(dú)立的1.25MHz的載波頻段。提出CDMA20001xEV-DO主要原因在于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與話音業(yè)務(wù)很多方面差異很大。44

下行(前向)鏈路的自適應(yīng)速率控制的實(shí)現(xiàn)可以分為下列三步：1、對(duì)不同時(shí)段(針對(duì)慢衰落、平坦衰落而言)選擇最佳服務(wù)小區(qū)，即移動(dòng)臺(tái)接收來自其附近各小區(qū)發(fā)送的廣播信號(hào)，并測(cè)量和比較其信干比，移動(dòng)臺(tái)選取具有最大信干比的小區(qū)作為最佳服務(wù)小區(qū)。在時(shí)段的最佳服務(wù)小區(qū)內(nèi)，對(duì)每個(gè)不同用戶選擇在不同時(shí)隙。2、在最佳服務(wù)小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶均同時(shí)進(jìn)行上述操作。3、確定在時(shí)隙內(nèi)最佳小區(qū)向服務(wù)區(qū)內(nèi)各用戶發(fā)送分組信息

CDMA2000-1x-EV-DO系統(tǒng)的下行(前向)信道由四部分組成：導(dǎo)頻信道、媒介接入控制MAC信道、控制信道和業(yè)務(wù)信道。另外，MAC有兩個(gè)子信道，即反向激活RA信道和反向功率控制信道。

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下行(前向)鏈路時(shí)分幀結(jié)構(gòu)

46HSDPA在WCDMA中增加了一個(gè)高速下行共享信道HS-DSCH，它與原來WCDMA中的下行共享信道DSCH相比有如下技術(shù)特點(diǎn)：

可變擴(kuò)頻因子與快速功率控制在HSDPA中已不再采用。取而代之是采用自適應(yīng)編碼調(diào)和快速混合ARQ。這個(gè)高速下行共享信道HS-DSCH就相當(dāng)于3GPP2的CDMA2000CDMA20001xEV-DV中前向分組數(shù)據(jù)信道F-PDCH，用來傳送高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

可變擴(kuò)頻因子快速功率控制自適應(yīng)編碼調(diào)制多擴(kuò)頻碼操作快速混合ARQDSCH√√×√×HS－DSCH××√√√12.5.3WCDMA中增強(qiáng)型技術(shù)——高速下行分組接入HSDPA47

同樣為了支持該信道的正常工作又引入了：1、高速共享控制信道HS-SCCH；2、負(fù)責(zé)傳送CRC校驗(yàn)結(jié)果指示信息ACK/NACK；HSDPA物理層結(jié)構(gòu)

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HSDPA的基本原則是根據(jù)信道的當(dāng)前狀況選擇最合適的編碼和調(diào)制方式以達(dá)到最大化系統(tǒng)吞吐量。下面給出用戶支持15個(gè)擴(kuò)頻碼(用戶可支持?jǐn)U頻碼數(shù)目為5/10/15)時(shí)最大吞吐量。頻譜資源與碼資源對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)是非常珍貴的，鏈路自適應(yīng)技術(shù)在HSDPA的應(yīng)用大大提高了頻譜與擴(kuò)頻碼的利用效率。

編碼速率調(diào)制方式最大數(shù)據(jù)吞吐量Mbps11/4QPSK1.821/2QPSK3.633/4QPSK5.341/216QAM7.253/416QAM10.74912.6OFDM鏈路自適應(yīng)OFDM是多載波：每個(gè)載波的調(diào)制、編碼方式、功率分配都也可以不一樣有更多的自由度（載波選擇）不同的選擇，造就在每個(gè)子載波上的bit數(shù)不一樣，叫做bitload（比特裝載）5012.6.1自適應(yīng)編碼調(diào)制

AMC:Adaptivemodulationandcoding假設(shè)信號(hào)帶寬為，衰落信道下的信噪比為，概率密度函數(shù)為，發(fā)射功率為，接收瞬時(shí)信噪比為則服從平均功率約束的衰落信道的信道容量如下。注水定理求解5112.6OFDM鏈路自適應(yīng)12.6.1自適應(yīng)編碼調(diào)制1.自適應(yīng)調(diào)制模型MQAM調(diào)制下的容量界5212.6.1自適應(yīng)編碼調(diào)制2.自適應(yīng)編碼調(diào)制的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)制與信道編碼結(jié)合，分別有兩個(gè)階，組合起來就能更加精確的適配信道OFDM系統(tǒng)中，在BER性能保持近似不變的條件下，根據(jù)不同的MCS（modulationandcodingscheme）模式，將信噪比劃分為多個(gè)區(qū)間。發(fā)射端根據(jù)反饋的SINR測(cè)量值，判斷其位于哪個(gè)信噪比區(qū)間，然后選擇最優(yōu)的編碼調(diào)制方案。MCS是一個(gè)表，根據(jù)SINR的表5312.6OFDM鏈路自適應(yīng)12.6.1自適應(yīng)編碼調(diào)制2.自適應(yīng)編碼調(diào)制的實(shí)現(xiàn)圖12.16WiMax系統(tǒng)中吞吐率與信噪比性能曲線

5412.6OFDM鏈路自適應(yīng)12.6.1自適應(yīng)編碼調(diào)制2.自適應(yīng)編碼調(diào)制的實(shí)現(xiàn)歸一化頻譜效率總之，AMC需要有效控制三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：發(fā)射功率、調(diào)制階數(shù)/星座規(guī)模以及信道編碼碼率。因此需要采用合理策略對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，工程實(shí)現(xiàn)中，往往需要在各種信道條件下，通過大量仿真，確定合理的精細(xì)調(diào)整算法。

5512.6OFDM鏈路自適應(yīng)12.6.2HARQHARQ分為兩種，TypeI和TypeII。TypeIHARQ每次重傳相同編碼，接收端采用Chase合并方式，能夠有效獲得時(shí)間分集增益，但降低了傳輸效率。而TypeIIHARQ具有自適應(yīng)特性，根據(jù)信道狀態(tài)，遞增發(fā)送碼字的冗余度，以增大正確譯碼概率，因此也稱為增量冗余(IR)方式。HARQ機(jī)制能夠進(jìn)一步細(xì)化頻譜效率的調(diào)整精度，因此與AMC組合，可以獲得更精細(xì)的速率調(diào)整。5612.6OFDM鏈路自適應(yīng)OFDM系統(tǒng)采用比特分配算法，根據(jù)子載波信道狀態(tài)自適應(yīng)分配每個(gè)載波的比特?cái)?shù)目；采用功率分配算法，自適應(yīng)調(diào)整發(fā)射功率。但比特與功率分配具有緊密相關(guān)性，因此OFDM系統(tǒng)中，往往進(jìn)行兩者的聯(lián)合分配，稱為自適應(yīng)負(fù)載算法。5712.6OFDM鏈路自適應(yīng)12.6.3比特與功率分配

Hughes-Hartogs提出了迭代分配算法5812.6OFDM鏈路自適應(yīng)12.6.3比特與功率分配

59§12.7本章小結(jié)

本章我們介紹了鏈路自適應(yīng)技術(shù)的各種類型，其中重點(diǎn)介紹了功率控制原理和它在2G/3G系統(tǒng)中的應(yīng)用，速率自適應(yīng)原理及其在3G系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后簡單介紹OFDM的鏈路自適應(yīng)技術(shù)。鏈路自適應(yīng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)都是基于信息論中的注水定理。自適應(yīng)技術(shù)的工程實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)之一就是在合理代價(jià)的前提下，盡可能的逼近理論最優(yōu)，從而最大限度的挖掘系統(tǒng)