宽带CDMA系统中的功控技术

闭环功率控制的目标是把接收信号的实际信干比控制在目标值上，因此衡量算法性能的最直接的方法就是考察实际信干比与目标信干比的一臻性，为此定义功控误差（PCE）如下：

PCE=SIResti-SIRtanget (10)

用其衡量各个功控算法性能的好坏。文献证明了在理想功控情况下，PCE的对数值呈正态分布，其均值为零，而均方差的大小反映了功控算法的优劣，均方差越小功控算法越好。

图2给出相干估计情况、不同车速条件、不同功控调节步长的PCE性能。可以看到，在低速情况下，1dB步长的算法比较好，算法二次之，而中速情况下2dB步长的算法比较好，高速情况下三者的性能都比较差。图2中也给出了没有功控时的PCE均方差，在车速80km/h以下，功控能够带来好处，而在这个车速以上，从PCE的角度来看，功控就不能带来增益了。由此可以得出，在固定步长算法中，低速时采用1dB步长，中速时采用2dB或1db步长，而高速时虽然不能补偿快衰落，但考虑到补偿路径损耗和减少对其他用户的影响，此时应采用算法二进行慢速功率调整。

图3给出了非相干估计时不同车速条件下不同功控调节步长的PCE性能。这里非相干估计的长度为整个时隙，所以采用了延时一个时隙进行功控的方法。为了进行比较，也画出了同样估计长度，但是没有延时的非相干估计的性能。可以看出：在采用非相干估计方法时，车速与最佳步长之间的关系和采用相干估计方法时类似。值得注意的是，仅在低车速20km/h左右时，PCE的性能就比关闭功控时差，而在采用相干估计方法时，这个临界车速达到了80km/h以上。由此，可以得出结论：非相干估计算法的性能差于相干估计。因此，后面的仿真都采用相干SIR估计算法。
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
    从以上的仿真结果可以看出：不同车速条件下，若想功率控制性能最优，需要不同的调整步长。因此为了提高功控的性能，一个很自然的想法就是通过估计车速选择对应该车速下最优的功控步长进行功控。文献讨论了这方面的问题，仿真了构造新变量，电平通过率和盲估计变步长等算法，能取得一定的性能增益。

图4给出了不同车速条件下SIR估计长度对功控性能的影响。显然，相干估计长度越大，性能越好。由图4可见，估计长度在3～5 pilot bits,即768～1280chips的情况下，功控的性能差异不大；如果估计长度只有2bits，即512chips时，性能变化比较大；若只有1bits，即256chips的估计长度，性能劣化很厉害，甚至不如关闭功控时的性能。从图4中还可以看到，若小区半径太大，在一个时隙内不可能完成SIR相干估计和一次闭环功率调整，这时可以降低功控频率。这样虽然功率调整有一个时隙延时，但是由此获得的高精度SIR估计可以在一定程序上抵消延时带来的性能损失。从图4中可看到，这种方案与没延时、估计长度512chips时性能差不多。所以，当小区半径较小时，应采用1.5kHz功控方案且采用尽可能长的SIR估计长度，当小区半径较大且移动台在小区边缘时，可以采用750Hz功控方案。

另外，功控比特延时带来的性能损失也可以采用延时补偿（TDC）方法进行补偿，文献详细研究了这个问题。这里给出一点有用结论。在功控延时一个时隙的情况下，中低车速时，功控比特延时带来的影响并不大，高车速时影响比较明显，这是因为在高车速时750Hz功控频率已经不能跟踪快速信道变化，但此时应该还能补偿路径损耗。因此，当需采用750Hz功控方案时，若移动台处于高速运动状态，此时最好用算法二进进慢速功率调整。
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
    图5给出了3km/h，三径衰落信道时，TPC传输错误率从0.001～0.1情况下的误传输块率（BLER）性能。从图5中可以看到，TPC错误率较低，例如0.01以下时，性能并没有明显的劣化，而若TPC错误率不断上升，例如达到0.1时，性能将劣化0.3～0.5dB。若考虑典型情况，即前向链路的误符号率为0.05时，可以看到，性能劣化较大，达0.2dB左右，此时前向链路质量已经对反向闭环功控性能产生较大影响。由此可见，闭环功控的性能要同时受两个链路影响，改善某条链路的性能会给另一条链路带来增益，反之亦然。

3 WCDMA系统功控的FPGA实现

在上一节仿真了影响功控性能几个主要因素，为设计WCDMA系统控制方案提供了有益的帮助。根据前面的仿真结构笔者选择了合理的参数，设计出了基于FPGA平台的WCDMA系统前向、反向闭环功控模块。本设计采用Verilog代码作硬件描述语言，采用Cadence公司的NC-SIM仿真器进行验证，最后采用Xilinx公司ISE6.1i集成环境进行综合布线，下载到Xilinx公司Virtex II-6000E系列FPGA器件平台，实现了WCDMA系统反向和前向链路的闭环功控功能。本设计在WCDMA系统移动台和基站的联调测试中验证了设计的正确性，在进行语音和数据通信时都能很好地控制前反向链路的发送功率，同时本设计还和Anritsu公司WCDMA信令测试仪MD8480B进行了联合调试，也验证了设计功能的正确性。