1 3G中的CDMA技術

3G的三大技術體系標準分別是UMTS的WCDMA、IMT2000的CDMA2000和我國擁有自主知識產權的TD-SCDMA。WCDMA又稱為寬帶CDMA(帶寬為5MHz或更高)，CDNA2000是在IS95(帶寬為1．23MHz的2G CDMA)基礎上直接演進而來，TD—SCDMA又稱為時分同步CDMA，這里的同步指的是所有終端用戶上行鏈路的信號在到達基站接收端的解調器時完全同步。總之，3G的三大標準均以CDMA為基礎技術。

CDMA技術是1949年由Claude Shannon首先提出來的。CDMA碼分多址技術實質上是基于擴頻通信的技術，其擴頻通信原理可用傳輸速率、帶寬和信噪比之間關系的數學公式：Csh=Brf*LOG2(1+Eb/Io)來表示。CDMA提出后一直只應用在軍事領域中的抗干擾通信。

1978年Cooper等人提出了在蜂窩移動通信中使用CDMA擴頻技術的設想，但并未引起業界的重視，只有美國Qullcomm(高通)公司投入了一定力量進行商用化研究，并于1989年成功地進行了第一次商用化測試。兩年之后，高通公司全面掌握了CDMA系統商用化的核心技術，從而使CDMA蜂窩移動電話商用系統于1996年1月在世界上首次成功推出。鑒于CDMA技術有光明的發展前景，因此，3G技術體系紛紛采用了以CDMA技術為基礎的技術體系標準。

與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨特的優點，歸納起來，CDMA應用于數字移動通信的優點有：

·系統容量大。在CDMA系統中所有用戶共用一個無線信道，當用戶不講話時，該信道內的所有其他用戶會由于干擾減小而得益。因此利用人類話音特點的CDMA系統可大幅降低相互干擾，增大其實際容量近3倍。CDMA數字移動通信網的系統容量理論上比模擬網大20倍，實際上比模擬網大10倍，比GSM大4-5倍。

·系統通信質量更佳。軟切換技術(先連接再斷開)可克服硬切換容易掉話的缺點，CDMA系統工作在相同的頻率和帶寬上，比TDMA系統更容易實現軟切換技術，從而提高通信質量，CDMA系統采用確定聲碼器速率的自適應閾值技術，強有力的誤碼糾錯，軟切換技術和分離分多徑分集接收機，可提供TDMA系統不能比擬的，極高的數據質量。頻率規劃靈活，用戶按不同的序列碼區分，不同CDMA載波可在相鄰的小區內使用，因此CDMA網絡的頻率規劃靈活，擴展簡單。CDMA網絡同時還具有建造運行費用低，基站設備費用低的特點，因而用戶費用也較低。

·頻帶利用率高。CDMA是一種擴頻通信技術，盡管擴頻通信系統抗干擾性能的提高是以占用頻帶帶寬為代價的，但CDMA允許單一頻率在整個系統區域內重復使用(即復用系數為1)，即多用戶共用這一頻帶同時通話，大大提高了頻帶利用率。這種擴頻CDMA方式，雖要占用較寬的頻帶，但按每個用戶占用的平均頻帶來計算，其頻帶利用率是很高的。CDMA系統還可以根據不同信號速率的情況，提供不同的信道頻帶動態利用，使給定頻帶得到更有效的利用。

·適用于多媒體通信系統。CDMA系統能方便地使用多CDMA信道方式和多CDMA幀方式，傳送不同速率要求的多媒體業務信息，處理方式和合成方式都比TDMA方式和FDMA方式靈活、簡便、有利于多媒體通信系統的應用，比如可以在提供話音服務的同時提供數據服務，使得用戶在通話時也可以接收尋呼信息。

·CDMA手機的備用時間更長。低平均功率、高效的超大規模集成電路設計和先進的鋰電池的結合顯示了CDMA在便攜式電話應用中的突破。用戶可長時間地使用手機接收電話，也可在不掛機情況下接收短消息。然而，寬帶CDMA系統的應用也還面臨著一些技術困難，多址干擾的降低和抵消是CDMA的基本課題，也是提高寬帶CDMA系統容量，發揮其系統特長的重要課題。其中最重要的問題之一就是功率控制問題。

2 功率控制問題的由來

CDMA技術構建的蜂窩移動通信系統，終端用戶都采用相同的頻譜進行上下行鏈路的數據傳輸，每一個頻譜信道都不是完全正交而是近似正交的，因而用戶與用戶之間存在干擾。每一個用戶都是本小區內及相鄰小區內同時進行通信的用戶的干擾源。以寬帶CDMA即WCDMA技術標準為例，基站覆蓋的小區存在“遠近效應”，這與通信用戶進行通信時的信道功率有關。”遠近效應”的具體描述是離基站遠的用戶到達基站的信號較弱，離基站近的用戶到達基站的信號強，假定終端用戶以相同的上行功率進行通信，則由于信號在信道中傳輸距離的遠近差異，基站處收到的信號強度的差別可以達到30-70db，信號弱的用戶的信號完全有可能被信號強的用戶信號淹沒，從而造成較遠距離的用戶完不成通信過程，嚴重時有可造成整個系統的崩潰。因此，有必要采取措施對用戶終端的信號功率進行控制。另外，為了使基站發射的功率在到達每個用戶終端時有個合理的值，也有必要優化基站的發射功率，換言之，基站也要加入到功率控制的框架中來。

3 功率控制的分類及具體實現

功率控制分為前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又分為開環功率控制和閉環功率控制，閉環功率控制再細分為外環功率控制和內環功率控制。現分別描述如下。

前向功率控制指基站周期性地調低其發射到用戶終端的功率值，用戶終端測量誤幀率，當誤幀率超過預定義值時，用戶終端要求基站對它的發射功率增加1％。每隔一定時間進行一次調整，用戶終端的報告分為定期報告和門限報告。

反向功率控制在沒有基站參與的時候為開環功率控制。用戶終端根據它接收到的基站發射功率，用其內置的DSP數據信號處理器計算Eb/Io，進而估算出下行鏈路的損耗以調整自己的發射功率。開環功率控制的主要特點是不需要反饋信息，因此在無線信道突然變化時，它可以快速響應變化，此外，它可以對功率進行較大范圍的調整。開環功率控制不夠精確，這是因為開環功控的衰落估計準確度是建立在上行鏈路和下行鏈路具有一致的衰落情況下的，但是由于頻率雙工FDD模式中，上下行鏈路的頻段相差190MHz，遠遠大于信號的相關帶寬，所以上行和下行鏈路的信道衰落情況是完全不相關的，這導致開環功率控制的準確度不會很高，只能起到粗略控制的作用。WCDMA協議中要求開環功率控制的控制方差在10dB內就可以接受。

反向功率控制在有基站參與的時候為閉環功率控制。其過程是基站對接收到的用戶終端反向開環功率估算值作出調整，以便使用戶終端保持最理想的發射功率。功率控制的實現是在業務信道幀中插入功率控制比特，插入速率可達1．6Kb／s，這樣可有效跟蹤快衰落的影響。其中“0”比特指示用戶終端增加發射功率；“1”比特指示用戶終端減少發射功率。閉環功率控制的調整永遠落后于測量時的狀態值，如果在這段時問內通信環境發生大的變化，有可能導致閉環的崩潰，所以功率控制的反饋延時不能太長，一般的意見是由通信本端的某一時隙產生的功率控制命令應該在兩個時隙內回饋。

閉環功率控制由內環功率控制和外環功率控制兩部分組成。在信噪比測量中，很難精確測量信噪比的絕對值。且信噪比與誤碼率(誤塊率)的關系隨環境的變化而變化，是非線性的。比如，在一種多徑傳播環境時，要求百分之一的誤塊率(BLER)，信噪比(SIR) 是5dB，在另一種多徑環境下，同樣要求百分之一的誤塊率，可能需要5．5dB信噪比。而最終接入網提供給NAS的服務中QoS表征量為BLER，而非SIR，業務質量主要通過誤塊率來確定的，二者是直接的關系，而業務質量與信噪比之間則是間接的關系。所以在采用內環功控的同時還需要外環功控。

在外環閉環功率控制中，基站每隔20ms 為接收器的每一個幀規定一個目標 Eb／Io(從用戶終端到基站)，當出現幀誤差時，該Eb／Io值自動按0．2～0．3為單位逐步減少，或增加3～5db。在這里只有基站參與。外環功率控制的周期一般為TTI(10ms、20ms、 40ms、80ms)的量級，即10-100Hz。外環功率控制通過閉環控制，可以間接影響系統容量和通信質量，所以不可小視。

在內環閉環功率控制中，基站每隔1．25ms 比較一次反向信道的Eb／Io和目標Eb／Io，然后指示移動臺降低或增加發射功率，這樣就可達到目標Eb／Io。內環功率控制是快速閉環功率控制，在基站與移動臺之間的物理層進行。

下面給出具體的說明：

·剛進入接入信道時(閉環校正尚未激活)

平均輸出功率(dbm)=-平均輸入功率(dbm)-Pcon+NOM_PWR(db)+INIT_PWR(db)，

其中：平均功率是相對于寬帶CDMA(5MHz)的標稱信道帶寬而言。

INIT_PWR是對第一個接入信道序列所需作的調整；NOM_PWR是為了補償由于前向 CDMA信道和反向CDMA信道之間不相關造成的路徑損耗。

·其后的試探序列不斷增加發射功率 (步長為PWR_STEP)，直到收到一個效應或序列結束。輸出的功率電平為：

平均輸出功率(dbm)=-平均輸入功率(dbm)Pcon+NOM_PWR(db)+INIT_PWR+PWR_ST EP之和(db)。

·在反向業務信道開始發送之后一旦收到一個功率控制比特，移動臺的平均輸出功率變為：

平均輸出功率(dbm)=-平均輸入功率(dbm)-Pcon+NOM_PWR(db)+INIT_PWR+PWR_ST EP之和(db)+所有閉環功率校正之和(db)：

其中：Pcon為一個常數修正值，這由多種系統參數決定。NOM_PWR與INIT_PWR以及PWR_STEP也有一定的數值限定范圍。

4 總結

針對3G移動技術體系標準普遍使用 CDMA作為基礎技術，要想在3G系統中真正發揮3G容量大、服務質量好、傳輸速率高等優勢，就必須根據CDMA技術的特點，做好3G正反向的功率控制系統的優化建設。