CDMA 移动通信系统功率控制.docx

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CDMA移动通信系统功率控制

长　沙学院ＣＨANGＳHAUＮIVＥRSIＴY毕业设计（论文）资料设计（论文）题目：

设计（论文）题目:

ＣDＭA移动通信系统功率控制　算法的研究与仿真　算法的研究与仿真　系　专部：

业：

　电子与通信工程系通信工程周薇　０5通信　3陈威兵学号2０05043３03职称副教授学生姓名：

班级：

指导教师姓名：

指导教师姓名：

最终评定成绩：

最终评定成绩:

长沙学院教务处二○○七年十月制○○七年十月制目录第一部分一、毕业论文毕业论文第二部分一、外文资料原文　二、外文资料翻译外文资料翻译第三部分过程管理资料一、毕业设计（论文）课题任务书二、本科毕业设计（论文）开题报告三、本科毕业设计（论文）中期报告四、毕业设计（论文）指导教师评阅表五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表　六、毕业设计（论文）答辩评审表2009届本科生毕业设计（论文）本科生毕业设计（论文）资料毕业设计第一部分毕业论文（200９届）本科生毕业论文本科生毕业论文CＤMA　移动通信系统功率控制的研究与仿真系　专部：

业：

电子与通信工程系电子与通信工程系　通信工程周薇0５通信3陈威兵学号２005０43303　职称副教授　学生姓名:

　班级：

　指导教师姓名:

指导教师姓名:

　最终评定成绩　20０9年　6　月　长沙学院本科生毕业论文　ＣDＭA移动通信系统功率控制的研究与仿真　系　专　学（部）：

电子与通信工程系业:

　号:

通信工程2００5０４3303周薇陈威兵副教授学生姓名：

　指导　教师：

　2009　年６月长沙学院毕业设计（论文）摘要　本文通过分析CDMA　移动通信的关键技术之一：

功率控制技术;设计了一个自适　应变步长仿真控制模块，该模块是基于信噪比ＳIR（SiｇnalInteｒferenceRaｔｉｏ）的测量的反向链路自适应步长开环闭环功率控制,并在　ＩS-95移动通信系统链路上进行仿真,检验其对接收功率平稳性的影响,利用MATLAB仿真，得出结果并分析。

　由于CDMA系统为一干扰受限系统,即干扰大小影响系统容量,“远近效应”和　“多址干扰”将会导致系统容量的下降。

所以如果每个移动台的信号到达基站时都达到最小所需的信干比,系统容量将会达到最大值，解决这些问题的一个有效方法是采用自动功率控制技术。

自适应变步长功率控制进一步克服了传统固定步长功率控制算法的缺点,移动台对　接收到的功率控制比特可进行线性预测,线性预测能够减小功控命令的传输错误和时延　对系统性能的影响,补偿了信道衰落，减小了功率控制差错；另外，自适应变步长控制方案的信噪比波形稳定，因此该算法可以作为移动台一个附加的功能而提高上行链路的TPＣ性能，有效减小ＭAI，消除远近效应,保证通信质量的通知最大化系统容量。

最后,通仿真结果表明:

自适应变步长功率控制方案具有更好的控制效果,使得发　射功率能够快速并准确的补偿信道的多径快衰落。

关键词:

码分多址,功率控制,基于SIR测量，自适应变步长I长沙学院毕业设计（论文）ABSTＲACTThrouｇh　theａnalｙsis　ｏｆ　oneｏfthｅ　ｋeｙtｅcｈnologiesinCDMAｍobile　coｍmunｉｃａｔiｏn:

Pｏweｒ　Conｔrｏl;Ｉ　design　ａnadaｐtivestｅp－size　ｃloseｄ-loｏｐpｏwercontroｌalgoritｈminＣDMAmｏｂilesｙsｔeｍ.Striｃtlｙspｅakinｇ，ｔhisalgｏritｈｍisaStepaｄapｔive　rｅveｒsｅ　ｌinkclosed-loｏpoｐeｎ－ｌoｏp　poｗercontrolwhicｈ　basedoｎSIR（SignalInterferenceRatiｏ　）and　，siｍulａｔedonｔｈeIＳ-９５　mobiｌe　sysｔemlinｋ，ｄｅmoｎｓtrａｔingｔhesmooth　ｏftherｅceｉｖedpowｅｒ.　Ｕｓing　ＭＡTLＡBｓiｍuｌaｔｉon,and　ａｎalyzｉngｔherｅsｕｌts．Thecapacityｏｆcｏｄｅ　ｄivisionmuｌtipleacceｓs（CDＭA）systems　iｓlimitｅｄbｙｉｎtｅrfｅrｅnce.Ａnyｍethｏd　toｄeｃｒease　transmiｔtｉnｇｐｏweｒaｎｄinｔeｒferenceｔootheｒusers　wｉｌlｉncｒeasｅｔhe　sysｔemcapacity　anｄｃommunｉcationｑuaｌiｔy.　Ａｔpｒeseｎt,hｏｗ　to　ａdｏｐtaｐｐropｒiatepｏwｅrcontrolteｃhnoloｇｙｔｏeffecｔivｅlｙrｅducemultipｌe　acｃesｓ　interfｅｒencｅａndimprove　tｈeqｕａｌiｔｙof　communicationaｎd　maximizethe　ｓystemｃapaciｔyis　onｅoftｈehotｐointsthereｓeaｒchoｆCDMAcelｌulａrsystems．Adaptiｖesｔeｐ－ｓｉzeｄpowercontrol　algoｒｉthm　ｏverｗhelmｅｄthefａultsoｆtｈe　trａdｉｔｉonalfixeｄ－ｓtｅppｏwer　ｃoｎｔroｌ　algorithm．　Ｔheｍobilｅsｔａtｉon　caｎpreｃedethｅｌinｅar　pｒediｃtion　fortｈｅ　ｒeceiveｄpower　cｏntrolbｉt.The　linearpredicｔion　canreduce　tｈetrａnsformatiｏｎal　eｒｒorsfｏrｔhepｏwercoｎtroｌbiｔ　anｄ　thenｅｇatｉveimpａｃtofthetransｍiｓｓiｏndeｌay，comｐensaｔｉngthecｈannelfadiｎｇ,redｕcingthe　errors　of　ｔｈepowerｃontrol;beｓideｓ，the　SＩＲ’sｗavｅｆoｒm　canbeａsｓureｄｔobe　sｔeａdyintｈe　adaptive－sｉzedpoweｒconｔrolalgorｉthm.　Thus，thealgoriｔhｍ　ｃanbeｕｓedａsanaddiｔｉonalmｏbilｅstａtioｎ　toimprovethe　functionoftｈeｐerforｍance　oｆｕplinkTPC，rｅｄuｃingtheＭAＩeffeｃtively，elimiｎａtiｎｇtｈｅneaｒ－farｅffｅｃｔ,　ａｎｄensｕriｎgtｈe　qualｉty　ofｔhenotｉficatｉoncommｕｎicaｔiontｏmａximiｚｅsystemcａｐａｃity．　Atｌaｓt,thesiｍulation　isdoneand　ｔheresultｓhｏwsthepropｏｓedｓchｅme　hasbｅｔterｐerfｏｒmａnceandｃancoｍｐensatethechannｅl　fａst　fａdｉngquicｋlyandｅxactly.Keyｗｏrds:

CDMA,Powercontrｏl,ａdaｐtｉｖe　ｓtep-siｚeｐowｅrcｏntrolＩI长沙学院毕业设计（论文）　目摘录要　．.．．.．....．.............．...．................．.．..．...．.．.................．．.......．.．..．..．...．......．.．.．..．．．..．.IＡBSTRＡCT.....．................．..．......．....．....．......．..．....．.．.．．.......．.．.．.......................．..．．..IＩ　第1章绪论　..．.......．.......．...．．.....．．..．．.．．.............．..．.......．．．..．.．..............．...．．.......．.....1　1.1　课题的背景及目的　.．．.....．..．．．....．.．．.......．．..........．.．......．．.．...．......．..．.....．．.．．.....．..．．.．．..........11.2国内外的研究现状...．.．．．..．．.........．........．........．．...．．....．．．.....．...．.．.．....．．......．............．．.．..．.11.３　课题研究方法　......．...．...．.．．..．．.．．.．........．．．......．．...．..．.......．．.．........．.........．.．..．...........．．.．.．.．..21.４论文的构成及研究成果.........．.．．．....．............．．．...........．....．....．.．.....．．..．.．..．.．．...．.．．...．．.．...3第2章ＣDＭＡ移动通信系统的功率控制技术............．.........．.．．.．.............．......42.1CDＭＡ　移动通信系统的特点及现状.....．..．..．.......．.．....．....．．．．.............．.....．...．..．..........４　２.2　CDMA移动通信系统的功率控制技术原理分析　.．．......．...．.....．.．..................．．.．..．．．...5　2.2．1功率控制的必要性　．.．.．....．.．.．......．..．..．..．...．.......．.........．.．...．........．...．..........．．..．...．　５２．２.2功率控制的基本依据............．..．....．..．.．．..．.．..．．.....．..．.....．.............．...．...．.....．.．.....　6　2．2.３功率控制的分类　．..．．．....．.．.......．.......．......．..．.......．.．．....．．..........．．.．..．.．..．.........．......72．3CＤMA移动通信系统的功率控制方案.．............．．.．.......．.．．...．.........．.．........．.．．．．....．...．.8　2.3.1　ＩS-95中的功率控制方案．......．．．.．．.．....．...．.....．..．.........．.......．．....．....．...............．．.８　2.３.２第三代移动通信系统中的功率控制方案　.．．..．..．.．.......．..．．..．.．...．.......．.．....．..．...．9第3章CDMA移动通信的自适应变步长功率控制算法.．．.．.......．.......．．.．.．.．..123．1传统的固定步长功率控制算法　.．...．．．．.．.．..．.．...．．.....．.....．....．．..．.．......．..．..．...．..．.....．．.......123.2　变步长功率控制算法的发展历程.....．..........．....．..．．....．...．．.....．.．..............．.．.....．...．．．...　133.3自适应变步长功率控制算法.．........．．....．....．.......．.....．...．....．..．..．．．......．.．．.．........．....．....．１５　第4章功率控制的MATLAＢ　仿真　.．．...．...．..............．．...．．．.．．..．..．......．....．....．．．...1７４.1仿真软件介绍.．..．.．.．．.........．......．.．．.....．..．...．．.......．．.....．.．........．..．...．.．...．.........．．..．....．．.．．..　17　4.2仿真系统介绍...．.．．..．........．．....．.．.....．.......．.．．.....．....．．..．...．..．..．....．..．．．....．.．．...．...．.．..．..．.....184.2.１反向链路开环闭环功率控制仿真模型..............．.....．..........．．.．．．．..．........．....．.184.2.２反向信道的组成.．.．....．.．..........．.．..．.．.．．.......．..．．........．.........．..．．..．．...．．..........．..．.．19　4.２．３反向链路仿真模块的实现.......．．．......．．．.....．........．.................．..．．......．..．......．...20　4．3功率控制模块的仿真实现...............．....．.．．．..．．....．．.......．..．.．．．.........．.．．.......．......．．.．..．....224.３.１　反向开环功率控制...．．.．..........．.．..．.．.......．..．.．.......．..．........．.......．．.．...........．.....．.　224.3.2　反向闭环功率控制...．......．...．.....．.....．．....．...．.．....．.．．.．.....．．．..．.....．...．....．....．.．....．．24４.4仿真结果分析.．．.........．...．......．．..．....．．．................．..．.....．.........．....．．..．.....．......．.．.....．.．．....　２7结论　．.....．.....．.............．．......．..．.．........．.............．．....．.．．...．...．．.．...．．．.........．...．.．...．....3５参考文献　...．...．...．........．...．．........．..．.....．．．.．.．.．.．．.....．．．．..．......．.．...．.．....．....．..．.．.......．．..．３6IIＩ长沙学院毕业设计（论文）致　谢.．.....．..．.....．.........．.．...........．．．...．....．......．.．.........．..．.............．...．．...．....．..．...．...．　37　IＶ　长沙学院毕业设计（论文）第1章　绪论1.1　课题的背景及目的ＣＤＭA移动通信系统是干扰受限系统，同步干扰决定了系统容量。

而功率控制是有　效降低同频干扰的方法，是CDMA移动通信系统重要的手段。

目前常用的功率控制算法分为两种：

一种是基于优化;一种是基于反馈;两者均是以传统的固定步长功率控制算法为基础的,这种固定步长的“乒乓式”控制方法存在不少问题,比如：

稳定性差,过调量大，上升时间短等。

在CDMA　系统中,用户信号在　到达基站时必须满足传输业务的　SIR要求，同时尽量降低发射机　的发射功率，否则会降低整个系统的容量,由于基站与本小区各个用户之间的距离不同,信号传输的路径不同，存在严重的远近效应，同时在CDＭA上行链路中存在路径损耗和慢速的阴影衰落，还存在快速的多径衰落,为了解决这些问题,在传统功率控制算法上加以改进的自适应　变步长功率控制算法无疑起到了决定性的作用。

简而言之,自适应变步长方案信噪比稳定,能够根据信道预测来改变步长，从而很快补偿信道衰落对接收信噪比的影响；因此针对自适应变步长功率控制算法的这些优点，本课题要求设计一个自适应功率控制模块,能够及时的补偿信道的快衰落,保持基站接收功率的平稳，最后在CＤMA　移动通信系统上进行仿真，得出仿真结果并分析。

　1.2　国内外的研究现状自１997年以来，国内外有关第三代移动通信的研究逐渐成为移动通信领域的热点,考虑到移动通信在未来的信息产业中占有举足轻重的作用,欧洲许多发达国家的政府部门、电信运营及制造商不遗余力，积极参与有关第三代移动通信的科研开发工作，以期在未来的竞争中占据有利地位。

其中,第三代移动通信领域中有关CＤMA移动通信技术的发展无论是在发达国家　还是发展国家都备受关注。

由于北美在ＣDMＡ移动通信方面具有良好的研究基础和实　际运营经验，因而他们在较短时间内便推出了能与　IS-９5CDMA系统兼容的第三代移动通信你标准，cdｍａ２0００;除此之外，北美一改往日基于传统固定步长功率控制算法,采用自适应变步长功率控制算法进一步提高了系统容量,增强了通信质量。

相比之下，虽然我国的功率控制技术已取得了飞速的发展,但是现阶段采用的两种控制算法:

基于优化和机遇反馈仍旧是以传统的固定步长的功率控制算法为基础的，因此存在许多不足之　１　长沙学院毕业设计（论文）处,如稳定性差，上升时间短等。

在CDMA系统中,由于用户共用相同的频带,且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，用户发射功率的大小直接影响着系统的总容量，从而使得功率控制技术成为CDMA　系统中最为重要的核心技术之一。

而自适应功率控制算法的许多优点,如节省总功率;具有更快的收敛速度；支持更多的移动用户;信噪比稳定等，在很大程度　上拓展了通信技术在其他各领域的发展空间，因此，这种功率控制算法在近年来无疑会成为CDＭA移动通信系统中一个必然的发展方向。

1.3课题研究方法本课题主要是研究　CDＭA　移动通信中上行链路的开环和闭环变步长功率控制算法，上行链路功率控制又称反向功率控制。

在ＩＳ-９5CＤMA系统通常结合正向功率控制和反向功率控制，正向功率控制在系统中可以采用较简单的慢速功率控制,相比之下,反向功率控制是IＳ-9５系统中功率控制的重点。

反向功率控制要求使任意移动台无论处于什　么位置上,其信号在到达基站的接收机时，都具有相同的电平,而且刚刚达到信干比要求的门限。

显然，能做到这一点,既可以有效地防止“远近效应”,又可以最大限度的减小多址干扰。

本次设计中功率控制过程主要有基站、基站和移动台完成；基站控制中心通过检测来自移动台的强度,比较测量　ＳIR　和目标SIR，根据测得形成功率调整指令，通知移动台,使移动台根据此条指令来调节其发射功率;移动台控制中心接收并测量基站发来的信号强度,并估计正向传输损耗，灵活调节移动台的反向发射功率,即完成自适应变步长功率控制。

相对于传统的固定步长功率控制,当信道遇到深度衰落时，自适应便步长功率控制算法能够不受到时延的影响而增大功率控制步长，使发射功率能够大步的快速跟踪;而在信号平稳时减小功率控制步长,发射功率可以小步跟踪。

上文所提出的基站和移动台控制模块主要采用　SＴAＴEFLOW　（有限状态机的图形实现工具）来实现。

模块仿真平台是IＳ-9５CDMA系统，主要是由SＩMＵＬIＮＫ的通信工具箱中的模块搭建而成,由于SIMULINK和STＡTＥFＬOW　可以实现无缝连接,因此上述功率控制模块可以很好的接入仿真平台,如移动台的功率控制模块接入反向放大链路,　用于对调制后的信号进行幅度增益。

最后进行仿真,检测自适应步长功率控制模块是否有效,即移动台的发射功率能否很好地补偿信道的衰落，保持发射功率的平稳性。

2长沙学院毕业设计（论文）　1.4论文的构成及研究成果该论文主要有四大部分组成，首先从理论上介绍了CDMA功率控制的相关知识，然后在分析传统的固定步长功率控制方案的缺陷的基础上提出了本文的核心内容——自适应步长功率控制的算法及其实现,然后用MＡTLAB仿真工具进行仿真检测该算法的可行性,最后对仿真结果进行分析。

其具体的构成如下:

第一章，绪论,概述了课题的背景及目的,国内外的研究状况,课题的研究方法；第二章，　CDMＡ移动通信系统的功率控制技术；第三章：

自适应可变步长功率控制方案,介绍了传统的固定步长功率控制方案及其缺点，并提出了自适应可变步长功率控制的原理和算法；第四章,功率控制的MATLAＢ仿真,运用MATLＡB仿真工具对提出的功率控制算法进行仿真，并对仿真平台　ＩS-９5的相关知识进行了介绍,最后对仿真结果进行了分析，证实了该方案的可行性。

　该设计最后通过检测移动台发射功率的平稳性来检测算法的有效性。

3长沙学院毕业设计（论文）第2章ＣDMA移动通信系统的功率控制技术2.1CDＭA移动通信系统的特点及现状　1９８9年,CDMA发源于美国,最初的设计构想是为美国蜂窝电话运营商提供大容量和高质量的无线通信方案,由于其新颖的特点、优异的性能,CDMＡ　一出现马上就受到通信科研、工业、运营等方面的专家所注意,目前，该技术是最先进的数字通信技术之一。

　CDMA通信系统是一种基于扩频调制技术和码分多址接入技术的无线通信技术。

其特征如下:

（1）CＤMA蜂窝系统与模拟蜂窝系统或ＴＤMＡ蜂窝系统相比具有更大的通信容量。

①…………　

（2）CDＭA　蜂窝系统的全部用户共享一个无限信道，这种特征使系统容量与用户　数之间存在一种“软”的关系。

业务高峰期,可稍微降低系统的无码性能,以适当增多系统的用户数目。

　（3）CDMＡ蜂窝系统具有“软切换”功能，即在过去切换的起始阶段,由原小区的基站与新校区的基站同时为过区的移动台服务，直到移动台与新基站之间建立起可靠的通信链路后，原基站才中断和该移动台的联系。

（4）ＣＤMA蜂窝系统可以充分利用人类对话的不连续特性来实现话音激活技术，以提高系统的通信容量。

（5）　CＤMA　蜂窝系统以扩频技术为基础,因而它具有扩频通信系统所固有的有点，如：

抗干扰、抗多径衰落和具有保密性等。

　（6）ＣDMA蜂窝系统设备简单,建网成本低等。

在我国,1993年国家通过　863计划,组织一批大学开始重点研究ＣDMA蜂窝通信的关键技术；１9９4　年原邮电部组织了