探索蜂窝移动通信分布式功率控制及其性能分析

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1、国内图书分类号：国际图书分类号：TN914，TN929．5621．396西南交通大学博士研究生学位论文蜂窝移动通信分布式功率控制及其性能分析年级：至QQQ级姓名：韭整苤申请学位：i蔓±专业：童通信星王猩壁撞壹9指导教师：堇垩壹麴撞2006年10月西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要在蜂窝移动通信系统中，功率控制是最重要的系统要素之一。对FDMA／TDMA系统，它的主要作用是减少共信道干扰，提供“更紧密”的频率资源复用，从而提高系统容量。在CDMA系统中，为了有效地解决“远一近”效应和小区边缘问题，功率控制对CDMA系统显得尤为重要。没有功率控制，CDMA系统的容量甚至会低于FDMA

2、系统。另外，从经济的角度考虑，功率控制还能最大限度地降低移动台发射功率，从而延长移动台电池使用寿命。本论文针对蜂窝移动通信系统的分布式功率控制以及在采用功率控制后系统的性能进行了深入地研究。分布式功率控制算法在实际系统中应用时，存在着诸如时延和信号测量困难等我们所不希望的问题。因此提高分布式功率控制算法的迭代速度一直是研究人员关注的焦点。首先，本论文提出了一种适合于FDMA或TDMA蜂窝移动通信系统的基于信干比(s瓜)平衡的新型分布式功率控制算法。研究结果表明，无论是一维蜂窝系统还是二维蜂窝系统，它都大大地减少了迭代步数，从而使迭代速度明显提高。3G和未来的4G移动通信系统将提供诸如高

3、速数据、视频、高质量图像传输等宽带数据业务。这些服务大多数是下行传输，从而使下行链路的功率控制与上行链路的功率控制变得同样重要。本文针对OVSF．cDMA和MC．CDMA蜂窝通信系统的下行链路，提出了一种基于贪心算法的速率分配方案，并从理论上证明了该方案能够以最小的基站总发射功率提供最大的系统吞吐率。在此基础上，提出了一种适合于蜂窝通信的分布式联合功率和速率控制方案。研究结果表明，实际系统中轻负荷和重负荷时系统的稳态发射功率受正交化因子影响很小，但在中负荷情况下，系统的稳态发射功率随正交化因子增大而显著上升。研究还表明，轻负荷时每个用户都可以最高数据速率传输数据，而在中负荷和重负荷情况

4、下，用户的平均数据传输速率会随着正交化因子的增大而很快下降。在CDMA系统中，为了能够得到更好的网络容量，联合功率和速率控制受到了广泛的关注。但目前发表的文献中，很难兼顾语音和数据用户各自的特点。所以本文针对综合语音和数据业务的CDMA蜂窝系统的上行链路，提出了四种基于业务优先级的联合功率和数据速率控制算法并仿真了它们的性能。这四种第1I页西南交通大学博士研究生学位论文算法为：PBCPRC(基于优先级的联合功率和速率控制)方案，PBSPC方案(基于优先级的选择性功率控制)，SIRPBCPRC方案(基于SIR和业务优先级的联合功率和速率控制方案)和改进的SIRPBCPRC方案。它们的共同

5、特点是：在进行资源分配时考虑了语音业务的实时性，给予语音用户更高的优先级。仿真表明，与不区分优先级的相应方案相比，本文提出的这四种方案都大大降低了语音业务的中断概率(甚至到O)，而代价是数据用户传输速率的降低。同时，本文还对这四种算法进行了综合评价：从各种性能综合考虑，当系统重负荷时，改进的SIRPBCPRC方案应该是这四种方案中最佳的选择。功率控制对CDMA系统的容量有很大影响。本文研究了在瑞利衰落和非理想功控条件下采用最大比合并的RAKE接收机的OVSF--CDMA多业务系统的容量，针对国外某刊物论文存在的问题给出了正确的数值结果。并对最佳接收功率比的取值为定值的数值结果给予了理论

6、说明。从理论上研究了多速率单小区CDMA系统的上行链路在AWGN环境下采用线性串行干扰消除SIC接收机的性能。对传统单用户接收机双速率系统，线性SIC双速率系统以及理想SIC双速率系统的容量极限给出了闭合表达式。关键词：蜂窝移动通信；CDMA；分布式功率控制；联合功率和速率控制；串行干扰消除西南交通大学博士研究生学位论文第1lI页AbstractForcellularmobilecommunicationsystems．powercontroliSoneofthemostessentialelements．ForFDMA／TDMAsystems．itiSusedtoreduceco-c

7、hannelinterference，allowingamore‘‘dense'’reuseoffrequencyresourcesandthushighercapacity．ForCD～从systems．inordertoeffectivelysolvethenear／fareffectandthecomerproblems，powercontrolisespeciallyimportant．Intheabsenceofpowercontr0