Rayleigh衰落实验补充说明 1. sig_num: 信号长度，设为300 2. N: Rayleigh包络采样点数目，设为64 3. fm: 最大多普勒频移，设为1000或10，单位: Hz 4. Rs: 符号速率，设为1或0.1，单位: MSymbpls/s 注：如果运行中，reshape函数出错，将第三个参 数改为[]，即reshape(rayleigh1,1,[])，但程 序须在Matlab 6.0以上版本中运行 移动通信---第六课 平坦衰落对策 内容 ?分集技术 ?分集的概念与分集 合并 ?隐分集技术 ?信道编码与交织技 术 ?卷积编码 ?交织 ? TURBO编码 ?自适应技术 ?功率控制技术 ?自适应编码调制 技术 分集技术 ?分集概念：多路不相关的衰落路径传送相 同的信号并合并 ?目标：对抗多径信道造成的衰落和延时串 扰 ?技术---两方面 ?如何获得独立多路信号 ?如何合并独立多路信号 ?本质：对同一信号在不同时间/频率/空间 /极化方向的过采样 分集的基础 ?各独立的信号传播路径同时经历深度衰落 的概率很低。 同时发生两个深度衰落的机会很少 0 0 -20 -40 -60 -80 -100 4 8 12 16 d 接收信号功率 (dBm) 分集技术分类 常用分集技术 ?空间分集技术——用2个以上的天线收同一个信号 ?频率分集技术——用2个以上的载波频率传输 ?时间分集技术——在不同时间接收同一个信号 ?极化分集——接收垂直和水平极化信号 时间分集技术 ?针对多径的每一径 时延不同，进行多 径分离合并—— RAKE接收机。 ?重发时间大于信道 的相关时间—— ARQ。 ?用信道相关时间设 计交织编码的深 度。 空间位置分集 ?多天线阵 元分集 ?多天线发 射分集 ?多天线接 收分集 ?条件： d>>dc， dc为空间 相关距 离。 角度扩展---空间角度分集 频率分集技术 ?两个频 率成分 具有相 互独立 的衰落 特性 ?条件： f2-f1 >> Bc 现有的主要分集技术 ? Rake接收---时间分集 ?智能天线---空间角度分集 ?多天线阵---空间位置分集 ? ARQ重传---时间分集 ?跳扩频---频率分集+时间(隐分集) ?直接序列扩频---频率分集(隐分 集) 分集合并 合并器 输出 α 1 α 2 α 3 α M ??? 分集合并技术 ?信号合并准则 ?最大信噪比准则 ?眼图最大张开度准则 ?误字率最小准则 ?分类 ?选择合并(Selective Combining)：选择具有最 大SNR的分枝 ?等增益合并(Equal-Gain Combining)：所有分 枝等权重相干合并 ?最大比合并(maximal Ratio Combining)：所有 分枝依其SNR进行加权相干合并 合并的性能比较 ?合并方法的比较 ?合并准则的比较 分集重数和数字传输性能 5 2 10 -6 10 -5 5 2 10 -4 5 2 10 -3 5 2 10 -2 5 2 10 -1 5 10 15 20 25 30 35 40 P b γ b , SNR/bit, dB M = 4 M = 2 M = 1 最大比合并 ( ) 1 限度 P out -40 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 99.99 99.9 99.5 98.0 90.0 80.0 70.0 -30 -20 -10 0 10 最大比 等增益 选择 M = 1 10log M = 2 分集合并性能说明 ?即使只有两路分集信号进行选择合并，性 能改善也很显著。 ?在1％差错率时，所需SNR减小约10dB。因 而可以降低发射功率或增大覆盖范围或提高 数据传输速率 ?最大比合并输出SNR随合并分枝数M线性 提高。 ?复杂度成为限制因素 多径信号的分离与合并 ?多径的分离与合并 ?原因无线传输信道是一个多径信道 ?目标分离+合并多径信号矢量和→标量和 ?增强信号、减小干扰、减轻衰落 ?分离方法：特征码、扩频/解扩 ?合并：RAKE接收技术 ?关键技术 ?特征码的设计和信号带宽的设计。要求直扩 序列信号的自相关性能和互相关性能要好， Bs>>Bc ?合并方法和准则，有：第一路径方法、最强 隐分集技术 ?概念：隐含在信号传输方式中的分集 技术 ?接收端通过信号处理技术实现分集 ?包括 ?交织编码技术，抗深衰落、抗突发干扰 ?跳频技术，抗多径、抗衰落、抗干扰 ?直接序列扩频技术，抗多径、抗衰落和 干扰 跳频技术 ?概念 ?跳频：隐分集 ?跳频抗多径 ?跳频抗同信道干扰 ?跳频抗频率选择性衰落 ?跳频应用 ? GSM慢跳频 ? Bluetooth 快跳频，每秒1600次 GSM慢跳频 直接序列扩频(DSSS) ?扩频/解扩过程实现频率分集和抗干扰 ? RAKE抗多径效应和衰落 内容 ?分集技术 ?分集的概念与分集 合并 ?隐分集技术 ?信道编码与交织技 术 ?卷积编码 ?交织 ? TURBO编码 ?自适应技术 ?功率控制技术 ?自适应编码调制 技术 信道编码的基本原理 ?根据一定的规律，在待发送的信息码元中加入 一些冗余的码元，以换取信息码元在传输中的 可靠性。 ?称信源待发送的码元为信息码元； ?称加入的冗余码元为监督（校验）码元。 ?信道编码的目的是以加入最少的冗余码元为代 价，换取提高最大的可靠性。 ?按照加入冗余码元的规律，信道编码可以分为 线性和非线性两大类，分别称为线性码和非线 性码。 ?按照监督位完成的功能可划分为仅具发现差错 功能的检错码和具有纠正差错功能的纠错码两 类。 信道编码的几种类型 ?线性分组码：按照代数规律构造，故又称为代数编码。 一般可记为（n, k）码，其中k为信息码长度，n为码 组长度，而监督位长度为n-k。编译码时按每k个信息 码元一组进行。它包括汉明码、BCH码、Fire码、和RS 码等。 ?卷积码：一种非分组的有记忆编码，是以编码规则遵从 卷积运算而得名。可记为（n, k, m）码，其中k 表示 输入信息的路数，n 表示码元输出的路数，码表示编码 器中寄存器得节数。输出码元n不仅与输入信息位k 有关，而且与编码器中记忆的m位有关，通常称l = m+1为约束长度（记忆长度）。其译码既可采用传统 的代数方法，也可采用概率方法，而常用的是概率方 法。 ?在数字移动通信中，GSM和IS-95主要采用卷积码，在 第三代移动通信中，话音采用卷积码，数据则既可采用 卷积码也可采用TURBO码。 卷积码的优缺点 ?优点： ?编码直接了当 ?输出增加了冗余（时间域扩展），因 而具有抗噪声能力 ?缺点 ?解码复杂 卷积编码器 时间 卷积编码 ?举例说明： ?编码采用两个“响应” ?可用多项式表达“输入”和“冲击”响应， 然后把它们相乘得到卷积结果。 ?设输入序列为[1 1 0 1 0] ?多项式表达式为1 + x + x 3 ?设冲击响应为[1 1 1] ?多项式表达式为1 + x + x 2 ? Conv ( [1 1 0 1 0] , [1 1 1] ) = (1 + x + x 3 )(1 + x + x 2 ) = 1 + x + x 2 x + x 2 + x 3 x 3 + x 4 + x 5 -------------------------------------------------------------------- 1 + 2x + 2x 2 +2x 3 +x 4 + x 5 [然后取mod-2系数] 1 + x 4 + x 5 . 可记为[1 0 0 0 1 1] 卷积编码（续1） ?可将此转变成分组码 ? (即k bits 输入, n-bits 输出) 通过输入填充 一些零“哑元”。 ?例如： ? Conv( [1 1 0 1 0 0 0], [1 1 1] ) = [1 0 0 0 1 1 0] ?此编码比率（码率）k/n = 1 ?为减轻信道差错影响，降低编码比率，使 k/n = ?。可通过采用另一个“冲击”响应 达此目的！ 卷积编码（续2） ?第二个冲击响应采用[1 0 1]* ? Conv( [1 1 0 1 0 0 0], [1 0 1] ) = [1 1 1 0 0 1 0] ?把此结果与前面的结果交织在一起，得： [1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0] ?称[1 1 1], [1 0 1]对为用于码率?的卷积码的 “known good”对。 ?选择冲击响应 是一个研究领域。 注：交织使信道造成的 突发错误分散开来 卷积编码（续3） 编码器实质探讨 ?编码器可表达为一个状态机， 其状态完全由其记忆单元的内 容描述。 ?一个输入bit 仅影响m+1 个 输出bits，这里m = 编码器 中的记忆单元数（这对解码来 说非常重要） 卷积码的译码 ?若编码以分组码形式表示，解码可用 一个LUT…但会缺少纠错能力。 ?解码采用“合成逼近分析”法，尝试仿 真编码器，由此确定编码器的输入！ ? 卷积译码器 [1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0] [1 1 0 1 0] 译码设想 ?有用的假设：编码器初始状态 为’00’. ?输入比特将导致编码器发生状态转 移，并输出相应的值。 ?输入序列[1101000]将产生输 Viterbi译码基本原理 ? Viterbi译码的基本思想： ?取一段接收的码字字块与最类似的转移输出 映射进行比较。 状态机+ 定时信息= 网格 Viterbi译码网格路径 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 起始 接收：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ Viterbi译码网格路径1 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 1/11 接收：’11’’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ 起始 Viterbi译码网格路径2 起始 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 接收：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ 1/01 1 Viterbi译码网格路径3 起始 接收：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 1 1 0/01 Viterbi译码网格路径4 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 接收：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ 1 1 0 1/00 起始 Viterbi译码网格路径5 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 1 1 0 1 0/10 接收：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ 起始 Viterbi译码网格路径6 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 1 1 0 1 0 0/11 起始 接收：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ Viterbi译码网格路径7 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 1 1 0 1 0 ’00’ 0 0/00 起始 接收：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ Viterbi译码网格路径8 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 1 1 0 1 0 ’00’ 0 0 结果：11 10000 [零哑元] 注：为了下k 个比特数据编码，编码器采用零哑元回复状 态’00’。 起始 接收：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ 上例中接收序列无差错！ ?若有差错发生，该选哪条转移分枝？ ?答案是：选择与接收字节汉明距离最小 的分枝。 ?但若存在多条具有等汉明距离的分枝 又该当如何？ ?答案是：做猜测。猜错的影响（截断差 错）会被后来接收的比特慢慢消除。 不管差错的Viterbi译码 ?采用Viterbi 量度(最大似然量度) 选择最 佳网格路径 ?量度越低，网格路径约可靠 ?已知编码器起始状态是’00’ ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 0 inf inf inf 起始 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 0 inf inf inf 应收到：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ ’00’ 有错在此! h(11, 00) = 2 h(11, 11) = 0 2 0 inf inf 实际收到： ’11’ ’11’ max(2,0) + 2 4 2 1 1 不管差错的Viterbi译码网格路径 起始 数步之后… ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 0 inf inf inf 2 0 inf inf 4 2 1 1 2 2 1 3 3 1 3 3 4 4 1 3 1 3 4 4 起始 应收到：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ ’00’ ’11’ ’11’ ’01’ ’00’ ’10’ ’11’ ’00’实际收到： 通过最大似然状态转移路径回溯0 ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 0 inf inf inf 2 0 inf inf 4 2 1 1 2 2 1 3 3 1 3 3 4 4 1 3 1 3 4 4 起始 应收到：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ ’00’ ’11’ ’11’ ’01’ ’00’ ’10’ ’11’ ’00’ 实际收到： ’01’ ’11’ ’10’ ’00’ 0 inf inf inf 2 0 inf inf 4 2 1 1 2 2 1 3 3 1 3 3 4 4 1 3 1 3 4 4 1 1 010 通过最大似然状态转移路径回溯1 起始 应收到：’11’ ’01’’01’ ’00’ ’10’ ’11’ ’00’ ’11’ ’11’ ’01’ ’00’ ’10’ ’11’ ’00’ 实际收到： 注 ?通常，编码器倒逆是不可实现的，因为它 需要能预测出将来的值才能实现实时译 码。 ?但是，对于(2,1,2) (5,7) 码，存在器倒 逆编码器，而这也是为何以此为例的原 因： 鲁棒性 ?差错鲁棒性 ? d free： 是卷积编码器d min 翻版 ?所用的译码深度（例如译码所用的网格级 数） ?编码器的转移函数（源和码字重量为时间的函 数） ? d free 度量了码字之间的汉明距离 ?为使译码器截断差错最小，译码深度需 <(5.8)*m (m= 记忆单元数) 本课中的举例 ? (2,1,2) 卷积码： ? 2 比特输出 ? 1 比特输入 ? 2 编码器中有两个记忆单元 ?其生成多项式称为(5,7)；用二进制 表示为[1 0 1] 和[1 1 1] ?此码的d free 为5 性能 ?水平轴是E b /N 0 ，为比特波形能量与白噪声功率 谱密度之比。 ?该参数在通信系统的差错概率公式中经常出现， 并且可被认为是信噪比（尽管准确的讲它不 是）。 不可实现区域 差错几率更高 差错几率更低 更多差错 强信号 Viterbi译码的实际应用限制 ? Viterbi 译码一般可用于具有 最多10 个寄存器记忆单元的 卷积码(例如10 bits)。超过 此限制和状态爆炸会使译码延 时大到不可接收的地步。 Viterbi译码总结 ?维特比译码是1967年维特比提出的一种概率译码法， 实质上就是最大似然译码。 ?译码准则： ?在数字与数据通信中，通信的可靠性一般用平均误码率Pe来度 量。 ?由概率论知，最小的Pe等效于最大后验概率。 ?在信源先验等概的条件下，最大后验概率等效于最大似然概 率。 ?对于无记忆二进制对称信道（BSC），最大似然概率又等效于 最小汉明距离。因此硬判决维特比译码的判决度量值是汉明距 离，判决准则是最小汉明距离准则。 ?软判决维特比译码基于离散无记忆信道（DMC）模型，其判决 度量值是似然概率值，判决准则是最大似然准则。 ?软判决比硬判决的复杂性增加不多，但性能提高 1.5~2dB。故目前的维特比算法中常采用软判决。 交织技术 交织器原理 1 2 3 9 10 11 5 6 7 1 2 3 9 10 11 5 6 7 按行读入交织器按列读出 按行读出 按列读入 1,5,9,2,6,10,3,7, 11,4,8,12 1,5,9, 2 , 6 ,10 ,3,7,11, 4,8,12 1, 2 ,3,4,5, 6 ,7,8, 9, 10 ,11,12 信道 时延大、复杂度高 4 12 8 4 12 8 1 个码字 ?慢衰落时所需交织深度要深些因为通常此时传输高速率数据 例如，f D = 10 Hz, 比特速率= 10 Mb/s, 突发差错长度= 330,000 bits。 先进编码技术 ?网格码 ?通过信道编码和信号星座的联合设计，不增 大传输带宽而减小P b ?可设计成具有“内在”时间分集 ? Turbo 码 ?具有极大的编码增益 ?编码设计具有内在的交织 ?非常复杂且具有较大时延 ?在衰落信道中的性能尚不是很清楚 Turbo码及其关键技术 ?在ICC’93由C. Berrou等人提出 ?具有接近仙农极限的编码性能 ?关键技术 ?递归系统卷积码 ?非均匀交织器 ?软输出译码算法 ?迭代译码 Turbo码编码器 分量码 编码器 穿孔及 复用 分量码 编码器 交织器 信息比特 编码输出 ?并行级联分量编码器，编码器之间通过一个交织器连接； ?能达到最佳性能，但交织短→编码增益小。 递归系统卷积码（RSC） U X U X 非系统卷积码 递归系统卷积码 Turbo码译码器的流水线结构 模块1模块2模块P () 0Z = 0 () 0 X () 0 Y ( ) 1 Z ( ) 1 X ( ) 1 Y ( ) 2 Z ( ) 2 X ( ) 2 Y ( ) 1?P Z ( ) 1?P X ( ) 1?P Y ( ) 1 ? d ( ) 2 ? d ( ) P d ? 译码输出 L L L Turbo码译码器（单个模块） 解交织 软译 输码 出器 1 解交织 交织器 交织器 软译 输码 出器 2 1k2 )(y ?p 校验序列 1k 似然值L k Z 1 外信息 11 )(y ?pk 校验序列 11 )(x ?pk 信息序列 pk Z )( 2 外信息 2k 似然值L 延迟线 12 )( ?pk Z外信息 p )(y k2 校验序列 pk )(x 1 信息序列 pk )(y 1 校验序列 p 译码输出d 判决器 ?内解码器和外解码器串连排列； ?采用最大对数MAP 算法解码； ?在鲁棒性、性能和解码效率之间的最佳折中。 Turbo码交织器需解决的问题 ?均匀交织器性能较差 ?非均匀交织器交织长度的限制 ?随机交织器需每一帧建立地址 表 ?编码终止的问题 任意长度的非均匀交织器的设计 ?设计思想： ?非均匀交织器将连续输入均匀分散到输出序 列，交织前尾部插入的哑元交织后均匀分 布，删除哑元基本不改变输入序列的交织特 性 ?截短非均匀交织器 ?截短比特翻转交织器 ?截短Berrou交织器 ?性能比均匀交织器好0.5-1dB 截短的非均匀交织器的性能 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 Eb/N0(dB) BE R Uniform random reverse berrou 任意长编码同时终止的交织器 ? RSC分量码编码器状态只与输 入序列的特定子序列有关 ?设计思想：保证输入信息交织 前后所处的子序列不变 ?性能比helical交织器好0.5dB 编码同时终止的交织器的性能 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 Eb/N0(dB) BER Helical Berrou Reverse 多径衰落信道Turbo码的性能 ?重点和难点： ?信道估计 ?多径信道信道信息在Turbo码译码中的应用 ?概率计算的闭合形式及简化 ?解决办法： ?将单径瑞利信道译码方法推广 ?不利用信道信息，通过高斯函数逼近接收机 输出的判决变量分布的译码方法 等增益合并时Turbo码的性能 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 Eb/N0(dB) BER EGCfad EGCconv 最大比合并时Turbo码的性能 0 2 4 6 8 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 Eb/N0(dB) BER MRCconv MRCnew 目前研究得到的结论 ?在AWGN信道中，帧长较短时，Turbo码 的性能也可优于卷积码。 ?在多径衰落信道中，Turbo码至少可以得 到与卷积码相近的性能。 ? Turbo码在衰落信道中的实际应用还需要 更好的信道估计和译码方案。 ?在短帧的条件下，非均匀交织器的性能也 显著优于均匀交织器。 内容 ?分集技术 ?分集的概念与分集 合并 ?隐分集技术 ?信道编码与交织技 术 ?卷积编码 ?交织 ? TURBO编码 ?自适应技术 ?功率控制技术 ?自适应编码调制 技术 功率控制动机 ?维持链路SIR (QOS) ?提高信道分配效率 ?提高链路吞吐量/容量 ?提高电池寿命 ?减小延时 ?提供更好的越区切换控制 功率控制准则 功率控制的方法 ?从通信链路的角度 ?反向功率控制 ?前向功率控制 ?从实现功率控制的方式 ?集中式功率控制 ?分布式功率控制 ?从功率控制的方式 ?开环功率控制 ?闭环功率控制---“乒乓”式控制 功率控制种类 ?集中式功率控制 ?分布功率控制 ?现用的链路保护 ?接纳控制 ?信道试探 ?具有信道分配的功率控制 ?最小功率路由 ?吞吐量vs. 延时vs. 功率 集中式功率控制 ?维持链路QOS ?第i 条链路的SIR上限: ?换个形式： Ni PG PG R i ji ijij iii i ,...,1=≥ + = ∑ ≠ γ η 式中G ij 为从发射机i到接收机j 的链路增益， P i 是发射机i 的发射功率，η i 是噪声 ][1 ,,, 11 11 )( ji G G F GG ii iji ij NN NN ≠= ? ? ? ? ? ? ? ? = ≥? γ ηγηγ Ku u,PFI 最佳功率解决方案 ?需要解(I-F)P>u： ? F为非负矩阵且不可约。 ? F的最大模数特征值ρ F 为单值正实数。 ?相应的特征矢量的元素均为正值。 ?若解存在，则解是唯一。 ?最佳解(最小功率) ∑ ∞ = =??< 0 1- )(I 1 k k F FFρ uF 1* )(I ? ?=P 递归运算 ?当ρ F <1 时： ?由递归叠代得： ?注： ?叠代运算使满足QOS要求的发射功率最小 ?更新方程式需已知所有用户的路径增益(via F)。 )(lim)()1( * kkk k PPuFPP ∞→ =→+=+ uFI uFPFP ik 1 1 0 )( )0(lim)(lim ? ? = ∞→∞→ ?= ? ? ? ? ? ? += ∑ k i kk k 分布式功率控制 ?可重新写出递归式如下： ?对用户i，此递归式仅取决于： ?其目标SIR γ i ?其所在位置的SIR 测量值R i (k) ?其先前功率P i (k) ?完全分布式算法 ?计算与集中式算法一样。 ?若最佳解存在，则收敛于最佳解。 )( )( )1( kP kR kP i i i i γ =+ 收敛 ?通常，步长β的取值需折中考虑收敛速度 和稳定性。 ?先前没有包括稳定性(β=1)。 ?对于6 个用户，若β=1 算法经过5-10 次叠代后收敛，若β=.5 算法经过10-20 次叠代后收敛。 ?小的β可在收敛或新加入用户时，减小 SIR 的波动。 动态 ?每当信道发生变化时，算法必须重新 循环叠代。 ?现有的用户在新的信道条件下可能不能 继续通信； ?如何“剔除”用户(收回信道)； ?信道收敛速度必须比信道变化更快。 ?每当有新的用户加入系统时，算法必 须重新循环叠代。 新用户的影响 ?新的用户加入导致算法的新一轮叠代： ?即使新的用户最后可以被接纳，现有用户的 SIR 却可能低于门限而导致“呼叫掉线”。 ?如果新的用户不能被接纳： ?所有用户的SIRs都会恶化； ?功率将不受控地逐步升高。 ?需研究出新的机制，在系统不能接纳新的 用户时，阻止用户发出新的呼叫申请： ?呼叫接纳控制和功率控制。 现用的链路保护 ?抑制不可接纳的新用户以维持所有通信中 用户的SIRs。 ?基本思想： ?提高通信中用户的SIR (即A k ) 门限至δγ， δ>1； ?缓慢提高新用户的SIR (即B k )。 ][][ 1)(1)( )( )1( kk BiiAii i i i kPkP kR kP ∈∈ +=+ δ δγ 算法特性 ?每次叠代至多增加一个新用户时，现用的 链路： ?这意味着： ?现用链路保持使用。 ?新的链路变成为保持使用的链路。 ?随着时间的推移，新的链路不断改善： iiii kRkR γγ ≥+?≥ )1()( kkkk BBAA ?? ++ 11 , kii AikPkP ∈≤+ ,)()1( δ kii BikRkR ∈+≤ ),1()( 额外的动态 ?设A 0 表示原有的通信中的用户B 0 表示新 用户。 ?若没有新的链路变成使用中的链路 ?通信中的用户将收敛于预期的SIR 门限γ i ； ?功率将呈指数爆炸性升高。 ?若集合A 0 U B 0 可行，则所有新用户在一 定时间内都会变成通信中的用户。 ?若提高后的SIR 门限(δγ i ) 不可行，则功率会 爆炸性地无限升高； ?可以动态地放宽δ直至为1。 自动退出(VDO) ?若目标SIR 不可行，则新链路自 动退出。 ?减小现用链路的功率； ?促进接纳可以被接纳的新用户； ?不应该过早地退出： ?信道动态和用户退出，可能使原来不可 接纳的用户变成可接纳用户。 基于超时的VDO ?新链路设置超时门限T； ?在时刻T 计算作为γ-R(T) 的递减函 数的退出时间D； ?若到时刻T+D 还没有达到γ ，则新 链路退出。 ?在随机等待一段时间后进行重新尝 试。 基于SIR-饱和的VDO ?每个新用户保留先前M次叠代的SIRs值。 ? M足够宽，允许信道和用户动态地改善链路；并且 M 又足够窄，以限制持续时间。 ?在每一次新的叠代中，用户应检查SIR 增加是 否显著地超过先前的M次叠代： ?如果是，则继续进行功率叠代； ?若不是，则依概率p 退出，此概率p 为γ-R(k)的递 增函数。 ?在随机等待一段时间后进行重新尝试。 强迫退出 ?新用户可能导致通信中用户违 反最大功率限制。 ?当通信中用户接近最大功率 时，强迫新用户退出。 信道试探 ?没有被接纳的新用户会引起干扰。 ?新用户可试探信道来预测其是否可能被接 纳。 ?用1-2 次低功率交互； ?若预测是不可被接纳就退出； ?不会对通信中的用户产生明显影响； ?当有多个用户尝试获取接纳时，试探变得更 加复杂。 信道分配 ?当有多个信道可用时： ?新的链接可以同时试探多个信道； ?选择需要最低功率的信道； ?通信中的用户可以间歇地试探其它信道以使功 率需求最小化； ?两个可用信道与一个可用信道相比，减小 55% 时延，节省45% 功率； ?是建模时间动态的基础。动态的应用、试探、 和切换信道会导致呼叫中断率大大增加。 Ad-Hoc 课题 ?选择最小功率路由 ?基于最小功率准则在多跳网络中选路； ?用类似Viterbi译码的网格法寻找最佳路由。 ?吞吐量vs. 延时vs. 功率 ?一个用户可通过增加功率来提高其传输的成功 机会； ?必须在延时与功率两者间折中。 ?可增加功率一个缓冲量来提高防溢出能力； ?功率最佳化可提高相应信道的吞吐量。 功率控制意义 ? CDMA中功率控制的意义 ?减小干扰，增加系统容量（CDMA干扰 受限） ?减小“远近效应”，提高QoS ?对抗“阴影效应”，消除慢衰落 ?提高电池的使用时间 ?功率控制也可以用于GSM系统 IS-95中的功率控制 ?前向功率控制方案 ?前向同步码分链路优于反向异步码分链路 ?前向功控不是重点，用简单的慢速闭环功控 ?功控依据：各移动台的误帧率 ?调节步长：一般0.5dB(12%)，接近容量时为6% ?调节范围：±4±6dB ?功控调节算法：QualComm公司专利 ?反向功率控制方案 ?是系统功控的重点，由粗控、精控和外环控制组成 ?粗控：移动台进行开环功率控制 ?精控：移动台和基站配合进行闭环功率修正 ?外环控制：确定闭环精控的门限阈值 ?动态变换范围：±32dB WCDMA中的上行功控 网络 上行通信信号 下行通信信号（含TPC指令） 外环 ett SIR arg UE 测 est SIR 比较SIR 决定TPC 改变传输功率 上行通信信号 上行功控示意图 WCDMA中的上行开环功控 ?设定用户RACH的发射功率 ?式中： P RACH ：RACH信道的传输功率，dBm； L PERCH ：测量下行pCCPCH（primary CCPCH） 的 信道损失，dB； I BTS ：BTS的干扰信号功率，在BCCH中广播， dBm； C onst ：由第三层确定的常数。 ConstILP BTSPerchRACH ++= WCDMA中的上行闭环功控 ?同时控制一个DPCCH信道和与之相关的若干个 DPDCHs信道的功率。 ?用户的服务小区必须在RAKE接收机多径合并后估计接收到的 上行DPCCH功率；同时还要估计在当前频段内的干扰强度，从 而给出估计的。 ?小区就每隔SLOT的周期（0.625 mS），根据下述原则产生 TPC指令，并在下行链路传给用户： ?用户接收到TPC指令以后，调节其上行DPCH的功率dB：如果 TPC=1，则增加；反之，TPC=-1就减小。调整的步长为Δ TPC dB。 est SIR ett SIR arg < TPC = 1； > TPC= -1。 est SIR ett SIR arg WCDMA中的上行外环功控 ?根据信道通信质量（如：误码 /帧率）来调整闭环功控的目 标信干比SNR target ，通过对 闭环功控的控制来完成。 WCDMA中的下行功控 ?下行链路和上行 链路的协议相 似，不同的在于 没有开环功控的 部分，基站广播 信道，公用控制 信道的发射功率 由基站决定，无 须移动台方的参 与。 下行通信信号 下行通信信号 BTS MS 上行通信（含TPC指令） 外环ett SIR arg 测est SIR 比较SIR 决定TPC 改变传输功率 下行功控示意图 开始传输建立下行同步 开始传输建立上行同步 决定初始传 输功率 自适应编码调制 ?结合信道编码和数字调制技术，根据信道 条件，自适应调整信道编码方式和调制技 术 ?例子：20QAM-BCM (分组编码调制)技 术 ? RS码与MPSK结合 ? Trellis编码调制技术 ? Turbo码自适应调制技术