??? SIR估計(jì)單元采用某種SIR估計(jì)算法" title="估計(jì)算法">估計(jì)算法對(duì)接收專用數(shù)據(jù)信道（DPDCH）的SIR進(jìn)行估計(jì)，然后將估計(jì)值送給TPC產(chǎn)生單元。WCDMA協(xié)議并沒(méi)有規(guī)定SIR估計(jì)的算法，主要有兩種算法：相干SIR估計(jì)和非相干SIR估計(jì)，后面將分析這兩種方法的性能差異。另外，限制SIR估計(jì)精度的另一主要因素是SIR估計(jì)的長(zhǎng)度，即可以用來(lái)估計(jì)樣本數(shù)的多少，對(duì)于非相干估計(jì)樣本數(shù)較多、相干估計(jì)樣本數(shù)較少，它主要受前、反向功控的定時(shí)關(guān)系限制。TPC產(chǎn)生單元將SIR估計(jì)值SIR_esti和外環(huán)功控所產(chǎn)生的SIR參考門限SIR_target相減，根據(jù)其差值的符號(hào)，即sign(SIR_esti-SIR_target)，產(chǎn)生TPC比特。TPC判決單元根據(jù)本地接收的TPC比特重新生成本地TPC命令送給功控調(diào)整單元，用于調(diào)整前向或反向信道的發(fā)射功率。文獻(xiàn)[2]給出了WCDMA系統(tǒng)本地TPC命令生成的幾種算法，其中在非宏分集狀態(tài)下有兩種算法。
??? 算法一，針對(duì)當(dāng)前時(shí)隙接收到的TPC指令，每個(gè)時(shí)隙產(chǎn)生一個(gè)TPC_cmd。
??? 如果接收到的TPC命令等于0，那么該時(shí)隙的TPC_cmd為-1。
??? 如果接收到的TPC命令等于1，那么該時(shí)隙的TPC_cmd為1。
??? 算法二，在5個(gè)時(shí)隙中的前4個(gè)時(shí)隙，TPC_cmd=0，即不改變發(fā)送功率。在第5個(gè)時(shí)隙，對(duì)收到的5個(gè)TPC命令采用如下硬判決：
??? 如果所有5個(gè)TPC命令的硬判決都為1，那么第5個(gè)時(shí)隙的TPC_cmd = 1
??? 如果所有5個(gè)TPC命令的硬判決都為0，那么第5個(gè)時(shí)隙的TPC_cmd = -1
??? 否則，在第5個(gè)時(shí)隙的TPC_cmd=0。
??? 可以看到算法一在每個(gè)時(shí)隙都產(chǎn)生一次功控命令（±1），功率調(diào)整的頻率為1.5kHz。算法二每5個(gè)時(shí)隙產(chǎn)生一次功控命令（±1），功率調(diào)整的最快頻率為300Hz，它具有近似0.2dB（1dB/5）功控步長(zhǎng)的性能。算法二還具有防止功控誤調(diào)的功能，當(dāng)接收的功控比特交錯(cuò)±1時(shí)，產(chǎn)生的功控命令始終為0,從而不進(jìn)行功率調(diào)整。功率調(diào)整單元在前一次發(fā)射功率p[k-1]基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前第k個(gè)TPC命令按照如下公式調(diào)整當(dāng)前發(fā)射功率p[k][dB]：
??? p[k]=p[k-1]+β.TPC_cmd?????????????????? (1)
??? 其中, β為功控步長(zhǎng)，WCDMA系統(tǒng)采用固定步長(zhǎng)，前向功控采用0.5、1、1.5或2db四種步長(zhǎng)，反向功控采用1 或2dB兩種步長(zhǎng)，而TPC_cmd 就是本地產(chǎn)生的TPC命令。
??? WCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定功控速率為1.5kHz，即一個(gè)時(shí)隙內(nèi)必須完成一次閉環(huán)功率調(diào)整，這就要求上述功控所有操作要在一定時(shí)間內(nèi)完成。文獻(xiàn)[2]圖B.1列出了WCDMA功控定時(shí)關(guān)系，經(jīng)分析得出可用于SIR估計(jì)的時(shí)間為：
??? T_SIR=2560+T_data1-1024-2×T_prop-T_process???? (2)
??? T_process為接收機(jī)處理延時(shí), 2×T_prop是雙程路徑延時(shí)，而處理延時(shí)一般等于總路徑延時(shí)，若忽略data1數(shù)據(jù)處理延時(shí)T_data1，得出SIR估計(jì)時(shí)間大致為：
??? T_SIR=1536-4×T_{prop????????????????????????????} (3)
?? ?所以小區(qū)半徑和相干估計(jì)的最大長(zhǎng)度可以用表1表示。

?

??? 當(dāng)單程延時(shí)T_prop≥384chips，對(duì)應(yīng)小區(qū)半徑大于30km時(shí)，基站沒(méi)有時(shí)間在當(dāng)前時(shí)隙完成SIR估計(jì)并發(fā)送功控比特。此時(shí)必須采用延時(shí)一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行SIR估計(jì)的750Hz功控方案。
2 WCDMA系統(tǒng)的功控性能仿真
??? 本節(jié)將通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方法，說(shuō)明SIR估計(jì)方法、估計(jì)精度、步長(zhǎng)選擇、功控比特傳輸錯(cuò)誤以及功控比特時(shí)延等主要因素對(duì)功控性能的影響，給出反向閉環(huán)功控的仿真曲線并對(duì)結(jié)果做出一定的分析和解釋。
??? 首先分析SIR估計(jì)的兩種方法，相干估計(jì)和非相干估計(jì)的原理。對(duì)于相干估計(jì)，由于導(dǎo)頻信號(hào)已知，假設(shè)導(dǎo)頻序列數(shù)值固定為1，則接收信號(hào)y(i)近似為一個(gè)高斯平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，可以用其時(shí)間平均代替集平均。假設(shè)接收信號(hào)y(i)的N個(gè)采樣點(diǎn)為{y₁,y₂,y₃,…,y_N}，則接收信號(hào)功率、噪聲功率和信干比估計(jì)值可分別表示如下：
???

??? 當(dāng)采用非相干估計(jì)時(shí)，處理的數(shù)據(jù)不再是已知的導(dǎo)頻信號(hào)，而是數(shù)據(jù)信道上的數(shù)據(jù)，其數(shù)值未知。可以采用如下方法進(jìn)行信干比的估計(jì)：
???

??? 當(dāng)相干估計(jì)和非相干估計(jì)具有相同的估計(jì)樣本數(shù)目時(shí)，相干估計(jì)的性能要優(yōu)于非相干估計(jì)。從上一節(jié)的定時(shí)約束分析可知,相干估計(jì)的樣本數(shù)受小區(qū)半徑等因素的限制，而樣本數(shù)太少時(shí)相干估計(jì)的性能惡化很嚴(yán)重。而非相干估計(jì)雖然能夠獲得較多的估計(jì)樣本，但它的性能也受很多因素的制約，文獻(xiàn)[3]詳細(xì)研究了非相干估計(jì)算法的問(wèn)題，并得出相干SIR估計(jì)算法在多數(shù)情況下具有比非相干估計(jì)更為優(yōu)良的性能，后面的仿真結(jié)果也會(huì)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。
??? 閉環(huán)功率控制的目標(biāo)是把接收信號(hào)的實(shí)際信干比控制在目標(biāo)值上，因此衡量算法性能的最直接的方法就是考察實(shí)際信干比與目標(biāo)信干比的一致性，為此定義功控誤差（PCE）如下：
??? PCE=SIR_esti-SIR_{target?????????????????????????????????????????????} (10)
??? 用其衡量各個(gè)功控算法性能的好壞。文獻(xiàn)[4]證明了在理想功控情況下， PCE的對(duì)數(shù)值呈正態(tài)分布，其均值為零，而均方差的大小反映了功控算法的優(yōu)劣，均方差越小功控算法越好。
??? 圖2給出相干估計(jì)情況、不同車速條件、不同功控調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的PCE性能。可以看到，在低速情況下，1dB步長(zhǎng)的算法比較好，算法二次之，而中速情況下2dB步長(zhǎng)的算法比較好，高速情況下三者的性能都比較差。圖2中也給出了沒(méi)有功控時(shí)的PCE均方差，在車速80km/h以下，功控能夠帶來(lái)好處，而在這個(gè)車速以上，從PCE的角度來(lái)看，功控就不能帶來(lái)增益了。由此可以得出，在固定步長(zhǎng)算法中，低速時(shí)采用1dB步長(zhǎng)，中速時(shí)采用2dB或1dB步長(zhǎng)，而高速時(shí)雖然不能補(bǔ)償快衰落，但考慮到補(bǔ)償路徑損耗和減少對(duì)其他用戶的影響，此時(shí)應(yīng)采用算法二進(jìn)行慢速功率調(diào)整。

?

??? 圖3給出了非相干估計(jì)時(shí)不同車速條件下不同功控調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的PCE性能。這里非相干估計(jì)的長(zhǎng)度為整個(gè)時(shí)隙，所以采用了延時(shí)一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行功控的方法。為了進(jìn)行比較，也畫出了同樣估計(jì)長(zhǎng)度，但是沒(méi)有延時(shí)的非相干估計(jì)的性能。可以看出：在采用非相干估計(jì)方法時(shí)，車速與最佳步長(zhǎng)之間的關(guān)系和采用相干估計(jì)方法時(shí)類似。值得注意的是，僅在低車速20km/h左右時(shí)，PCE的性能就比關(guān)閉功控時(shí)差，而在采用相干估計(jì)方法時(shí)，這個(gè)臨界車速達(dá)到了80km/h以上。由此，可以得出結(jié)論：非相干估計(jì)算法的性能差于相干估計(jì)。因此，后面的仿真都采用相干SIR估計(jì)算法。

?

??? 從以上的仿真結(jié)果可以看出：不同車速條件下，若想功率控制性能最優(yōu)，需要不同的調(diào)整步長(zhǎng)。因此為了提高功控的性能，一個(gè)很自然的想法就是通過(guò)估計(jì)車速選擇對(duì)應(yīng)該車速下最優(yōu)的功控步長(zhǎng)進(jìn)行功控。文獻(xiàn)[5]討論了這方面的問(wèn)題，仿真了構(gòu)造新變量，電平通過(guò)率和盲估計(jì)變步長(zhǎng)等算法，能取得一定的性能增益。
??? 圖4給出了不同車速條件下SIR估計(jì)長(zhǎng)度對(duì)功控性能的影響。顯然，相干估計(jì)長(zhǎng)度越大，性能越好。由圖4可見，估計(jì)長(zhǎng)度在3~5 pilot bits,即768~1280chips的情況下，功控的性能差異不大；如果估計(jì)長(zhǎng)度只有2bits,即512chips時(shí)，性能變化比較大；若只有1bits,即256chips的估計(jì)長(zhǎng)度，性能劣化很厲害，甚至不如關(guān)閉功控時(shí)的性能。從圖4中還可以看到，若小區(qū)半徑太大，在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)不可能完成SIR相干估計(jì)和一次閉環(huán)功率調(diào)整，這時(shí)可以降低功控頻率。這樣雖然功率調(diào)整有一個(gè)時(shí)隙延時(shí)，但是由此獲得的高精度SIR估計(jì)可以在一定程度上抵消延時(shí)帶來(lái)的性能損失。從圖4中可看到，這種方案與沒(méi)延時(shí)、估計(jì)長(zhǎng)度512chips時(shí)性能差不多。所以，當(dāng)小區(qū)半徑較小時(shí)，應(yīng)采用1.5kHz功控方案且采用盡可能長(zhǎng)的SIR估計(jì)長(zhǎng)度，當(dāng)小區(qū)半徑較大且移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)邊緣時(shí)，可以采用750Hz功控方案。

?

??? 另外，功控比特延時(shí)帶來(lái)的性能損失也可以采用延時(shí)補(bǔ)償（TDC）方法進(jìn)行補(bǔ)償，文獻(xiàn)[6]詳細(xì)研究了這個(gè)問(wèn)題。這里給出一點(diǎn)有用結(jié)論。在功控延時(shí)一個(gè)時(shí)隙的情況下，中低車速時(shí)，功控比特延時(shí)帶來(lái)的影響并不大，高車速時(shí)影響比較明顯，這是因?yàn)樵诟哕囁贂r(shí)750Hz功控頻率已經(jīng)不能跟蹤快速信道變化，但此時(shí)應(yīng)該還能補(bǔ)償路徑損耗。因此，當(dāng)需采用750Hz功控方案時(shí)，若移動(dòng)臺(tái)處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)最好用算法二進(jìn)行慢速功率調(diào)整。

??? 圖5給出了3km/h,三徑衰落信道時(shí)，TPC傳輸錯(cuò)誤率從0.001～0.1情況下的誤傳輸塊率(BLER)性能。從圖5中可以看到，TPC錯(cuò)誤率較低，例如0.01以下時(shí)，性能并沒(méi)有明顯的劣化，而若TPC錯(cuò)誤率不斷上升，例如達(dá)到0.1時(shí)，性能將劣化0.3～0.5dB。若考慮典型情況，即前向鏈路的誤符號(hào)率為0.05時(shí)，可以看到，性能劣化較大，達(dá)0.2dB左右，此時(shí)前向鏈路質(zhì)量已經(jīng)對(duì)反向閉環(huán)功控性能產(chǎn)生較大影響。由此可見，閉環(huán)功控的性能要同時(shí)受兩個(gè)鏈路影響，改善某條鏈路的性能會(huì)給另一條鏈路帶來(lái)增益，反之亦然。

?