《电子技术应用》

一种改进的WCDMA下行软切换功率分配方案

作者:史 丹, 赵新建, 姜玲玲
2008/8/5 11:55:40

  摘 要: 通过分析WCDMA系统下行软切换状态下的功率分配" title="功率分配">功率分配,在分析平衡和非平衡功率分配性能基础上,进行算法改进,并通过算法仿真阐述不同功率分配下产生的性能变化。
  关键词: WCDMA 软切换 功率分配


  1G和2G系统的主要任务是处理语音业务。随着移动通信业务的发展,文件传输、视频业务将成为将来业务的主流。为了稳定地处理多种业务,UMTS提出WCDMA技术。软切换是WCDMA的一项重要技术,它首先是在IS-95上提出。处在软切换的用户,移动台" title="移动台">移动台同时保持与两个以上激活集中基站通信。功率分配在WCDMA系统中有非常重要的意义,其目的是使系统能维持高质量的通信。本文通过分析WCDMA下行软切换的基于发射功率" title="发射功率">发射功率平衡的功率分配和非平衡的功率分配方法,在保证各自的QoS下,分析它们带来的性能变化,进而提出一种改进的下行软切换功率分配算法。
1 系统建模
  小区模型如图1所示,参考3GPP[4]的规定,仿真小区需要达到或超过19个,因此笔者用19个小区作为系统仿真的初始条件。基站位于各个六边形仿真小区的中心,假设各小区基站总发射功率相同。


  系统下行的路径损耗和阴影衰落采用文献[1]提出的模型,由式(1)给出
  
  其中:r为移动台到基站的距离;μ为路径损耗系数,一般取值为4;ζ为阴影衰落,服从均值为0,均方差为σ的高斯分布。
2 平衡功率控制算法" title="控制算法">控制算法
  文献[2]提出了关于平衡的功率控制算法,所谓平衡的功率控制,就是激活集中基站分配给下行软切换移动台的功率比例相同。处在软切换状态的移动台,它同时接收两个激活集中基站的信号,并且通过rake接收机分集来自两个基站的信号,达到系统所要求的SIR值,移动台接收到的Eb/No可以由(2)式得出:
  
3 非平衡功率控制算法
  文献[3]提出了非平衡功率控制算法。所谓不平衡功率控制算法,就是在软切换状态下,两个激活集中基站分配给下行移动台的功率比例不同,性能最好的基站分配较大的功率给软切换用户,其他基站分配相对较小的功率。对于处于软切换用户的Eb/No的值也可以由(3)式表示,其中α,β为功率修正因子。
  
4 两种算法的比较
  通过算法仿真,得到在(Ec/No)target=7dB, μ=4, 服从均值ζ为0,均方差σ=6dB的高斯分布条件下两种功率分配的性能比较。图2显示了在不同功率分配算法下,激活集中基站分配给软切换移动台的功率占基站总发射功率的比例表示为移动台用户位置的函数。从图2中可以看出,在保证移动台的QoS前提下,当软切换移动台离基站位置较近时,非平衡功率分配相比于平衡功率分配,其分配的功率占基站发射总功率相对要小,有利于基站把更多的功率分配给其他用户,从而提高系统的容量;一旦移动台处在小区边缘时,平衡的功率分配要优于非平衡功率分配。其原因在于,软切换过程中其他激活集中基站的信号必然为目标基站的干扰。


  若在小区内部发起切换,软切换移动台离基站位置较远,采用非平衡功率分配的算法,使其目标基站分配给移动台的功率大于原通信基站" title="通信基站">通信基站的信号功率,一方面使目标基站的功率对于移动台来说更加明显,那么就更能保证向目标基站切换。另一个方面,随着原通信基站功率的减小,对于移动台的干扰也随之减小,因此非平衡的功率分配算法要优于平衡功率分配。
  若在小区边缘发起切换,原通信基站和目标基站的路径损耗几乎相同。如果此时采用非平衡功率分配算法,固然有利于切换,但是需要目标基站分配更大的功率,不利于基站功率的利用。可以利用原通信基站路径损耗的增大,适当增加原通信基站的功率,增加宏分集效果。这样不仅能够保持移动台通话的QoS,又保证基站功率不过载,因此平衡的功率分配要优于非平衡功率分配。
5 算法的改进
  基于上述分析,笔者改进软切换下行功率分配算法。链路条件直接关系到移动台接收的Eb/No值,也影响到采用功率分配的效果,因此笔者根据软切换用户所处的链路条件进行功率的分配,具体如图3所示。


6 仿真结果分析
  图4给出了改进的功率分配方法的仿真结果,仿真参数同上设置。在保证用户的QoS前提下,基于链路条件的功率分配方法,分配给软切换移动台的功率比例相对要小于平衡和非平衡功率分配方法。同时仿真图也给出了不同门限值下改进的功率分配方法与传统功率分配方法的比较。可以看出,门限值的设定对于基站的功率分配也有较大的影响。门限设置高,当用户处于小区中间时,分配效果要优于平衡功率分配;但如果用户处在小区边缘时,分配效果要劣于非平衡功率分配。如果门限设置过低,其分配效果将近似于非平衡功率分配曲线。


  功率分配的目的是减少干扰,提高小区的容量。本文中提出的改进的软切换功率分配方法,相比于平衡和非平衡功率分配算法,基站分配给指定移动台功率比例要占优势。通过这种算法,能够减少基站处的功率消耗,更有利于基站把更多剩余的功率分配给其他用户,从而提高系统的容量。

参考文献
1 A. Viterbi, A. M. Viterbi, K. S. Gilhousen, E. Zehavi.Soft handoffs extends CDMA coverage and increase reverse link capacity.IEEE J. Select. Areas Commun.,1994;4(8)1281~1288
2 K. Hamabe. Ajustment Loop Transmit Power Control during Soft Handover in CDMA Cellular Systems. Proceedings of VTC′2000,IEEE VTS 52nd, Fall 2000;4:1519~1523
3 F. Blaise, L. Elicegui, F. Goeusse,G. Vivier. Power control algorithms for soft handoff users in UMTS. VTC′02-Fall:Veh-icular Technology Conference, Vancouver, Canada, September 2002
4 3GPP TR25.942. RF System Scenario. V6.2.0, 2004-3
5 H. Holma and A. Toskala, ed., WCDMA for UMTS, John Wiley and Sons, England, John Wiley & Sons,Ltd. 2001

继续阅读>>