CDMA移动通信系统中功率控制算法的研究

论文摘要

CDMA技术是近年在数字移动通信发展过程中被提出来的一种无线扩频通信技术,CDMA系统具有保密性好、抗干扰强、通话质量好、频带利用率高等特点。但是CDMA移动通信系统是一个干扰受限的系统,随着用户数的增多,来自其他用户的干扰会越来越大,从而导致了CDMA移动通信系统中的三个重要问题：“远近”效应、小区边缘问题以及多址干扰。为了有效地降低系统的干扰,需要对发射功率等有限的资源进行合理的动态分配。通过功率控制技术,控制发射端的功率,可以补偿无线信道衰落,有效地克服“远近”效应、边缘效应和多址干扰的影响,从而保证通信链路的服务质量。功率控制对CDMA系统显得尤为重要,现已成为第三代(3G)移动通信系统的关键技术之一。本文针对CDMA通信系统中功率控制问题进行了深入的研究,完成的主要工作和创新概括如下：首先,本文对功率控制原理进行了探讨,介绍了功率控制的分类、功率控制依据的准则、功率控制的影响因素、功率控制的基本方法和数学模型。掌握了这止匕CDMA系统功率控制技术的基本内容后,为更深入的研究提供了理论依据。其次,本文介绍了功率控制对CDMA通信系统容量影响,归纳了系统容量的影响因素。并且介绍了移动通信信道的传播特性和移动通信信道的数学模型,这些关于移动通信信道的基础知识是仿真的理论依据。最后,也是本文的功率控制技术的重点研究内容,首先研究了几种典型的分布式功率控制算法,有DBA算法、DPC算法、FDPC算法和BDPC算法。DBA算法和DPC算法是早期提出的分布式算法,但是这两个算法均需要根据通信系统中的整个链路信息来确定待定参数,否则会影响功率控制算法的正确性,因此DBA算法和DPC算法不是完全意义上的分布式功率控制算法。FDPC算法的提出解决了这两个算法的问题,该算法仅需要本链路的当前时刻的发射功率和信干比信息就能求解出下一时刻所应当的发射功率,但是FDPC算法的发射功率是逐渐无限减小的,这样可能会导致用户的发射功率趋于零,加上保护功率的限制后虽然此问题得到解决,但是会影响FDPC算法的收敛性。BDPC算法的提出解决了此问题,既可以保证发射功率能维持在一个合理的动态范围内,又不破坏算法的收敛性。但是BDPC算法迭代公式复杂,在迭代过程中还需要先对功率大小进行大小判定,以选择合适的迭代公式,这样会增加功率控制时延。本文提出的算法在FDPC算法的基础上,结合了二阶功率控制思想,二阶功率控制大体思想是在算法的迭代公式中根据当前时刻和前一时刻的两个发射功率以及当且用户的信干比来确定下一时刻的发射功率。理论分析和仿真都证实了本文提出的改进算法比传统的FDPC算法和BDPC算法具有更快的迭代收敛速度,用户信噪比增加得更加迅速,不会造成功率控制时延且新算法用户发射功率收敛的平衡值较小,没有低于系统的最小保护功率。在实际通信系统中信道传播环境以及移动用户的位置都是随机变化的,高效迅速的功率控制才能维持实际通信系统的正常工作,本文提出的算法具有很好的收敛性,比较符合实际通信系统的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 第三代移动通信系统简介
• 1.1.1 第三代移动通信系统发展综述
• 1.1.2 第三代移动通信系统的关键技术
• 1.2 论文研究背景和意义
• 1.2.1 码分多址（CDMA）通信系统概述
• 1.2.2 CDMA通信系统中的功率控制技术的研究意义
• 1.3 论文的主要研究内容及章节安排
• 第二章 CDMA移动通信系统中功率控制技术概述
• 2.1 功率控制的目的
• 2.2 功率控制的分类
• 2.2.1 前向链路功率控制
• 2.2.2 反向链路功率控制
• 2.3 功率控制的准则
• 2.4 影响功率控制的因素
• 2.5 功率控制方法及数学模型
• 2.5.1 集中式功率控制
• 2.5.2 分布式功率控制
• 2.6 本章小结
• 第三章 CDMA系统容量以及移动通信信道的分析
• 3.1 功率控制对CDMA通信系统容量的影响
• 3.1.1 理想功率控制下的系统容量
• 3.1.2 非理想功率控制下的系统容量
• 3.2 移动通信信道分析
• 3.2.1 移动通信信道传播特性
• 3.2.2 移动通信信道数学模型
• 3.3 本章小结
• 第四章 典型的分布式功率控制算法研究及对FDPC算法的改进
• 4.1 引言
• 4.2 系统模型
• 4.3 对FDPC算法的改进
• 4.3.1 典型的分布式功率控制算法
• 4.3.2 对FDPC算法的改进
• 4.4 功率控制算法的仿真分析
• 4.4.1 参数设置及流程
• 4.4.2 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表