CDMA组网中功率控制与扩频同步方法分析

CDMA组网中功率控制与扩频同步方法分析

荆丹

西安电子科技大学 陕西西安 710000

摘要：CDMA技术为高技术传输中重要应用技术之一，本文即是对CDMA组网应用中的功率控制方法和扩频同步技术进行分析，说明在CDMA组网中实施功率控制以及扩频同步的必要性，并分别说明了功率控制技术和扩频同步方法。

关键词：CDMA组网；功率控制；扩频同步；CDMA技术分析

前言：信息化是当前时代最主要特征之一，作为一种重要通信传输手段，CDMA技术得到专业性应用。在应用该技术时，需要重点关注的问题为功率控制问题和扩频同步问题，只有二者得到良好解决，才可以实现通信系统的良好运转。通过优化，可以消除远近效应影响，同时提升捕获速度。

1在CDMA组网中进行功率控制的意义

CDMA系统归属于干扰受限系统。CDMA的特点之一是在一定范围内，例如以小区为单位，该范围内的用户所应用的频段、时隙完全一致，对这些用户进行区分的依据是不同的正交扩频码。在这种情况下，这些用户彼此之间就会产生信号干扰，若范围内用户变得更多则用户的功率会普遍降低，此外各用户的SIR（即信干比）通常为此消彼长的关系，有时会导致某些用户出现通信异常，也就是多址干扰。用户彼此之间的干扰影响会对范围内通信容量产生限制作用。

在CDMA系统上行链路中，在发射功率一致的前提下，基站所接收到的移动台信号强弱会受到传输距离影响，传输路径越短，信号越强，反之亦然。但移动台与基站之间的距离并不存在固定关系。传输路径较短的强信号会对传输路径较长的弱信号造成压制，同时设备又具有非线性特点，导致这种压制效应变得更加严重，该种效应被称为远近效应。与之相对应的是边缘效应。在这种情况下，通信系统质量和容量都会受到负向影响，所以必须对其进行功率控制，以解决存在的以上问题。

2扩频同步的必要性

在扩频通信系统运行时，扩频同步是至关重要的部分。PN码的接收端和发送端相隔两地，为了保证接收端与发送端之间能够彼此配合，共同协作，就需要建立起完善的同步系统。同步系统与通信系统运行时状态优劣存在必然的联系，前者会对后者产生决定性作用。所谓的扩频同步包括四个方面的同步，其一为扩频码同步，其二为载波同步，其三为位同步，其四为帧同步，后三者合成数字通信系统同步。只有在码同步产生的定时偏移低于1码元，扩频信号才能被接收机准确地解扩。有用信号的功率极易发生损失，这种情况发生时，该种信号的输出功率会相应降低，处理增益也会弱于正常水平，而引发这种后果的原因可能只是同步偏差比地址码元的宽度小。与其他数字通信系统的同步相比，扩频系统在进行该项操作时较为复杂，并且有更高的同步标准。扩频系统中的同步系统通常具有一定缺陷。若是PN码的同步电路受到人为原因的影响，而无法正常发挥其功能，则不仅系统运行会受到不良影响，严重时还会造成系统彻底停止服务。对扩频通信同步性能造成干扰的主要原因为时间和频率的不确定性。

3 CDMA组网功率控制方法

3.1开环功率控制

用户端的接收功率数据和用户端的发射功率数据两个数据相乘，所得到的乘积是常数，开环功率控制就是在这个原则基础上实施控制的。功率控制是针对发射信号进行控制，通过调节发射信号，改变其运行功率，以适应通信信道。

发射功率是否需要进行调整，取决于接收信号的强弱。测试接收信号后，若功率较弱，则通信信道情况较差，应调高发射信号功率；若功率较强，则应将发射信号调整到较低的功率。使用开环功率控制方法时，应满足上下行链路中信道衰落没有差异，只有在这种情况下，才使用该种方法。

但在具体实施中，上下行链路之间的信道并不总是存在固定联系，有时二者并无关联。FDD系统内这种非关联性更加鲜明，在上行链路和下行链路的频段对比中，二者差值为45MHz，比信号的带宽要宽很多。所以使用这种方法进行功率控制时，准确率相对较低，只可使用该方法进行粗略控制，主要原因就是信道的非对称性对该方法的准确度干扰较大。由于TDD系统中上行信道和下行信道之间彼此对称，所以在该系统中运用这种方法，控制效果比较理想。

3.2闭环功率控制

上行链路负责接收移动台的信号，而基站会对信号的强弱进行监测，然后根据其强弱下达相应的功率控制命令。功率控制命令会经由下行链路，被发送到相关移动台，接收到控制指令的移动台依据控制指令的要求，采取开环方式对发射功率的强弱进行相应调整。该种控制方式的优点是较为精准，当需要进行精准功率控制时通常采用该方法。该种控制方式也存在一定的缺陷，即其并不具有良好的稳定性能，收敛过程中效率较低，而且过调量往往较大。若想应用该种方法进行有效的功率控制，则需要使用相应算法，对其进行性能优化，比如采用自适应的方式。

3.3外环功率控制

使用该方法进行功率控制时，需要计算接收的误帧率，然后对比计算结果，得出该控制执行时应设置的信干比门限。若用该方法进行功率控制，一般应用变步长手段提升信干比门限的效率。例如，WCDMA与cdma2000不同信道选择不同的功率控制方法，将闭环与外环控制应用于前向信道，而在反向信道中则应用了三种方法。它们的闭环功率控制速度存在一定差异，分别为800/s和1600/s。

4 CDMA组网扩频同步方法

在扩频通信中，必须要保证扩频信号同步，只有保证了扩频信号同步，扩频通信部分才可以良好运行。为了实现扩频信号同步，需要处理的两个问题为捕获问题和跟踪问题。在该通信方式中，可运用直接扩频同步技术，PN序列追踪是其最主要内容，此外还有跟踪，以及载波同步。

对于扩频通信而言，同步是其众多部分中不可或缺的组成部分，为了准确地完成解扩过程，PN序列在发送传输时，其在发送端的状态与其在接收端的状态要求保持一致，不可出现传输前后异常情况。发送端和接收端完全相同，也就意味着传输过程中速率和相位完全一致并无差异。除此之外，发送端和收发端部分的载波需要进行对比，确保相位和频率并无差异。自相关为PN码表现出的明显特征之一，所以将两个不同的PN码序列进行对比，假设二者相差1/2码宽，那么将发生的扩频增益损失数量应该为2个^[1]。

PN码捕获对象为扩频通信过程中出现的伪码，通过运作，追踪伪码相位的起始位置，找到起始相位之后，还应调整接收端的伪码相位或者调整发送端的伪码相位，确保二者差值低于半个码元。PN码跟踪的目的是为了尽可能降低接收端码元相位错误率和降低发送端码元的错误率，进一步保证其科学性，在此过程中，需要保证发送端和接收端二者之间所表现出的误差在1/10码元之内，与此同时，接收端还需要对发送端的码元波动情况进行跟踪^[2]。

扩频同步捕获时，可以采用串行或并行方式，也可以采用匹配滤波的方式。这几种捕获方法各有其优缺点，其中捕获速度最理想的是并行法，但其硬件的复杂程度也最高；硬件最为简单的是串行法，但该种方法的捕获效率也最慢。匹配滤波方式为其中捕获效率和硬件应用情况都处于中等水平的捕获方式。捕获与跟踪是扩频通信中PN码同步中的两个阶段，实施这两个阶段时，应保证其高质量完成，从而实现扩频同步。

结论：综上所述，功率控制与扩频同步对于CDMA组网而言都是较为关键的技术部分，其性能优劣不仅对通信质量有着十分重要的影响，而且也会对系统容量造成影响。通过对功率控制方法进行探究，并分析扩频同步的方法，可以实现两方面的质量提升，从而使CDMA组网高质量运转。

参考文献：

[1]朱华华,李兰兰.拓扑距离在CDMA网络PN规划中的应用[J].中国新通信,2018,20(13):89-90.

[2]张东.大型楼宇室内CDMA信号提升专项研究[J].通讯世界,2018(03):128-129.