CDMA系统中的一种自适应功率控制算法

吕文渊

（太原学院，山西 太原030032）

1 引言

在 CDMA （Code Division Multiple Access） 系统中，所有用户都共用相同的频段，而为了区分不同的用户，只能使用不同的地址码，但如果有多个用户的存在，这些用户的信号在频域上就会产生一定的同频以及邻频干扰，即 “多址干扰”；而在通信过程中，由于用户的位置是随机变化的，因此每个用户到基站的距离也是不固定的，在这种情况下，就会存在 “远近效应”。多址干扰、远近效应的存在，成为制约CDMA系统性能提高的主要瓶颈。为了解决CDMA系统中存在的多址干扰、远近效应等问题，采用功率控制技术是一个比较有效的方法。

2 系统模型

如果假定某一个通信系统里包含K个基站，M个移动台，选取其中的任何一个基站作为目标基站，假设基站k为用户i服务，则基站k接收到的来自用户i的信号的信噪比为：

式中：用户i的发射功率用Pi来表示，该发射功率一般情况下不能超过规定的最大发射功率，即Pi≤Pimax；Gki为用户i和基站k之间的链路增益，ηi为接收端的背景噪声功率，我们可以将此噪声功率看作是高斯白噪声；表示用户j对用户i所产生的多址干扰，我们可以认为该变量为一个随机变量，而且服从正态分布。

功率控制的目标就是找到一个非负的功率矢量P＝［P1，P2，…PM］T，它满足功率限制条件，且 γi≥γ＊，1≤i≤M，其中，γ＊是所需的信噪比目标值。

3 传统功率控制的缺点

我们选取传统的反向闭环功率控制算法作为参考算法，其系统模型如图1所示。

图1 传统闭环功率控制模型

该算法可以看作是一种采用增量调制 （DM）模式的闭环控制算法，算法中选取的步长为固定步长。由于功率与信噪比 （SIR）存在一种线性的比例关系，所以为了便于对功率进行测量和控制，在日常应用当中，使用该算法时，并不是直接对功率进行测量，而是对与功率成线性比例关系的信噪比进行测量，然后根据测量所得的信噪比的大小，反过来对功率进行控制。基于信噪比的DM TPC可以写成如下的形式：

式中：Δ为所选取的固定的步长，sgn为符号函数，D是闭环回路所产生的延时。该式中，由于所采用的步长是固定的，功率每一次进行更新的时间间隔也是固定的，所以，在CDMA系统中，在一个控制周期的时间内，系统只能发送一个功率控制命令。由于在通信中信道的变化是随机的，由此所造成的下一次发射功率的增加或减少也是随机的，因而对于快衰落情况下的功率控制，固定步长的功率控制满足不了信道变化的需要，不能跟踪快衰落，所以必须对其进行改进。

4 改进的变步长功率控制算法

4.1 改进的变步长功率控制方法

改进的变步长功率控制算法是在上一节所提到的采用增量调制 （DM）模式的基础上，采用如下的公式所进行的优化：

式中：k＝（SIRk-1-D）／Δ，Δ为调节发射功率所采用的最小步长。在一个系统中，接收端需要取不同的误差值以及符合系统特性的不同特征值来对控制命令做出判断，保证发射端对发射功率的每一次调整都能参考多个Δ值，从而使发射功率能够有更大的调整区域，以便能够更快速地跟踪反向功率控制过程中的信道衰落，这样便实现了对反向闭环功率控制算法的初步优化。

4.2 自适应变步长功率控制算法

采用自适应变步长功率控制算法时，移动台可以自己确定调整所需要的步长，而不依赖于基站，因此采用该算法可以提高上行链路的性能。

当移动台接收到基站所发送的功率控制命令时，便对其发射功率按如下公式进行调整：

其中

式中：n表示在当前的时刻，移动台的发射功率按固定的时间间隔进行更新，ΔP（n＋1）表示移动台在下一次发射功率的时候所采用的调整量；ΔS表示调整量进行改变时所采用的固定步长；ΔPReset表示调整量的复位值；ΔP表示调整量的初始步长，且是一个固定值；β是一个常量，且 β＜1；Ccmd（n）、Ccmd（n－1）、Ccmd（n－2）分别是基站向移动台发射的当前功率控制命令、上一次功率控制命令和上上一次功率控制命令。

通过对基站向移动台发射的3条连续的功率控制命令取不同的值，我们可以估计信道衰落的变化趋势，以便确定当前是需要增大发射功率的控制步长，或者复位发射功率的控制步长，或者减小发射功率的控制步长，使发射功率能够快速跟踪信道衰落。

7.举例说明绿色植物光合作用原理在生产上的应用（理解）。2017、2018两年均考查了提高农作物产量所采取的措施：合理密植、合理施肥、延长光照等，要注意它们也都是增强植物光合作用的办法。

5 算法仿真

5.1 算法的仿真流程图

算法的仿真流程图如图2。

图2 功率控制算法仿真流程图

5.2 仿真过程如下

1）仿真时对各个参数进行初始化；

2）假设移动台发送相应的输出信号给一个特定的功率控制组所需要的时间为0.625ms；

3）系统产生衰减信号的样本估计；

4）确定基站接收并提供给功率控制组的采样信号；

5）基站获得的来自信道采样的自动纠错向量，更新为下一组预测信道所能达到的 SIR（n＋1）；

6）基站通过应用来自步骤5）的预测信道估计值来预测接收信号功率 P（n＋1）；

7）移动台产生发射功率；

8）监测所接收到的发射功率，并用该功率来控制下一级的移动台发射功率；

9）重复执行步骤3至8，直到某一帧能够满足所有的要求。

5.3 仿真时的假设条件

仿真时对系统参数和用户定义假设如下：

1） 控制周期 TP：TP=0.625ms；

2）小区半径R：R=15km；

3）多普勒频移fD：fD=400Hz；

4）目标信噪比：6dB；

5）系统的处理增益：68；

6）系统里的用户数：10。

5.4 仿真结果

图3 信噪比性能比较

图4 用户发送功率比较

6 结束语

通过系统仿真，我们能够得知，我们提出的功率控制算法的信噪比更大，而且能够更快地趋于稳定，而用户发射功率能够更小，这说明本文所提出的变步长功率控制是有效的。