手機(jī)發(fā)射功率淺析

　　cdma顧名思義是碼分多址，因此在一個(gè)小區(qū)內(nèi)的所有用戶，都是同時(shí)在同一個(gè)頻率上通訊，因此每個(gè)用戶都回受到同小區(qū)的其它用戶的干擾，每個(gè)用戶都會(huì)干擾同小區(qū)的其它用戶，因此人們也把cdma稱(chēng)之為自干擾系統(tǒng)。

　　CDMA的基本技術(shù)之一是功率控制。因?yàn)橄拗艭DMA系統(tǒng)容量的因素是總干擾功率，所以控制每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的功率是獲得最大容量的關(guān)鍵。在給定條件下，CDMA移動(dòng)臺(tái)的功率被控制到能夠保證接收話音質(zhì)量的最小功率。結(jié)果是每個(gè)移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)電平幾乎相同。這樣，每臺(tái)移動(dòng)臺(tái)對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)的干擾被控制到最小。因此CDMA系統(tǒng)容量也被稱(chēng)為“軟容量”，也就是CDMA可以通過(guò)降低通信質(zhì)量來(lái)提高系統(tǒng)容量。

　　如果移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率過(guò)大，會(huì)對(duì)其他用戶帶來(lái)干擾。它會(huì)作為其他接收者的背景噪聲存在。如果某用戶為了獲得完美的話音而沒(méi)有限制的升高發(fā)射信號(hào)功率，那么他將不僅影響到本網(wǎng)絡(luò)的其他用戶的通話，而且會(huì)影響到該頻段上其他通信系統(tǒng)用戶的使用。

　　下面以cdma2000 1x(cdma95類(lèi)似)為例，詳細(xì)介紹有關(guān)功率控制與測(cè)試。cdma2000 1x反向鏈路采用兩種形式的功率控制：開(kāi)環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制。

　　先看開(kāi)環(huán)功率控制：它是假定前向路徑損耗與反向路徑損耗是相似的鏈路為前提的。將發(fā)射功率與接收功率的總和設(shè)置為一個(gè)常數(shù)，通常為-73dB。[移動(dòng)臺(tái)根據(jù)在整個(gè)1.2288MHz頻段接收到的總信號(hào)能量(就是在導(dǎo)頻、尋呼、同步和業(yè)務(wù)信道的功率，其中含有從服務(wù)基站來(lái)的信號(hào)與相同頻率相鄰基站的信號(hào)總和來(lái))來(lái)調(diào)整它的發(fā)射功率]

　　例如：如果移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)功率為-85dBm，這時(shí)它的發(fā)射功率應(yīng)當(dāng)為：-73-(-85)=12dBm

　　閉環(huán)功率控制：基站監(jiān)視從每個(gè)移動(dòng)臺(tái)接收的功率并命令移動(dòng)臺(tái)以固定的步長(zhǎng)1dB(0.5 dB、0.25dB)增加或降低功率(不能保持不變)。這個(gè)過(guò)程每1.25ms一次(每秒鐘重復(fù)800次)

　　從以上資料不難看出，cdma2000 1x不斷精確控制手機(jī)的發(fā)射功率，以達(dá)到在能夠保證接收質(zhì)量的情況下的最小功率，下面詳細(xì)介紹 cdma2000 1x為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的所作的有關(guān)功率方面的測(cè)試規(guī)定。

　　1、Open Loop Output

　　這部分主要以基站發(fā)出大信號(hào)、中信號(hào)、小信號(hào)三種狀況下，來(lái)檢測(cè)手機(jī)是否能正確估算出開(kāi)環(huán)輸出功率，以及開(kāi)環(huán)輸出功率范圍。

　　2、Time Response of Open Loop

　　這部分主要保證，手機(jī)在不斷運(yùn)動(dòng)，或者其他原因，導(dǎo)致接受到基站的信號(hào)持續(xù)變化時(shí)，手機(jī)是否能根據(jù)這種變化能快速、持續(xù)調(diào)整開(kāi)環(huán)輸出功率。

　　3、Closed Loop Power Range

　　對(duì)于閉環(huán)功率控制，基站命令手機(jī)進(jìn)行輸出功率調(diào)整以?xún)?yōu)化功率輸出?；谑盏降碾娖?，基站命令手機(jī)增加和降低輸出功率，每1.25 ms變化 1 dB(800次/秒)。測(cè)試閉環(huán)功率性能的標(biāo)準(zhǔn)方法包括驗(yàn)證整個(gè)功率范圍及手機(jī)閉環(huán)功率控制范圍的線性。CDMA手機(jī)必須演示±24dB的閉環(huán)功率控制范圍以及定義的改變功率的速度，以確定手機(jī)是否能跟上基站的命令。

　　4、Maximum Output Power和Minimum Output Power

　　根據(jù)以上的介紹，其實(shí)基站對(duì)手機(jī)發(fā)射的絕對(duì)功率并不是很重視，它僅僅是要求手機(jī)能根據(jù)自己發(fā)出的功率上升指令或功率下降指令自動(dòng)調(diào)整輸出功率即可，且最好手機(jī)能發(fā)出無(wú)限大或無(wú)限小的功率來(lái)，但這個(gè)要求對(duì)手機(jī)制造商來(lái)說(shuō)，實(shí)在是苛刻，且會(huì)無(wú)限制的提高手機(jī)制造成本，因此折中的方案是將手機(jī)按發(fā)射功率分類(lèi)，不同類(lèi)的手機(jī)最大功率必須達(dá)到各自要求，也就是至少要大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大功率的下限，小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大功率的上限，使其在小區(qū)遠(yuǎn)端或無(wú)線陰影中也能較好通訊。同時(shí)要求手機(jī)必須能夠輸出小于最小功率的功率值來(lái)，也就是在無(wú)線環(huán)境比較好，且手機(jī)與基站很近時(shí)，手機(jī)能把自己的輸出功率降得很低，以確保對(duì)其它手機(jī)的最小干擾和對(duì)電池的最小消耗。

　　5、Standby Power

　　cdma2000 1x規(guī)定手機(jī)待機(jī)功率要小于-61 dBm，這既保證了對(duì)外干擾很小，又保證了在待機(jī)時(shí)間對(duì)電池的小消耗，延長(zhǎng)了手機(jī)的待機(jī)時(shí)間。

　　五、wcdma手機(jī)發(fā)射功率

　　GSM和wcdma雖然同為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，但wcdma畢竟是碼分多址的，它采納，也必須采納cdma中很多穩(wěn)定成熟的技術(shù)和方案，至少在對(duì)手記發(fā)射功率控制這塊，wcdma和cdma2000 1x就非常類(lèi)似，只是wcdma對(duì)手機(jī)功率控制要求更精準(zhǔn)、更嚴(yán)格。

　　筆者認(rèn)為這里的原因是wcdma畢竟是碼分多址的技術(shù)，它需要采用功率控制技術(shù)，來(lái)平衡用戶功率，以保證系統(tǒng)每個(gè)用戶的通信質(zhì)量和系統(tǒng)的最大容量。雖然 GSM和wcdma同為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，而且GSM是第二代標(biāo)準(zhǔn)，wcdma是第三代標(biāo)準(zhǔn)，GSM盡管也采用了功率控制技術(shù)，但區(qū)別還是巨大的：

　　(1) GSM功率控制速率要慢得多，對(duì)功率控制升多少、降多少要求并不是很精準(zhǔn),也不是很?chē)?yán)格;

　　(2) GSM對(duì)功率控制依賴(lài)程度要低，而CDMA沒(méi)有了功率控制將幾乎無(wú)法工作。

　　事實(shí)上在W—CDMA中，上行鏈路采用開(kāi)環(huán)功控和閉環(huán)功控兩種方式。當(dāng)上行鏈路沒(méi)有建立時(shí)，開(kāi)環(huán)功控用來(lái)調(diào)節(jié)物理隨機(jī)接入信道的發(fā)射功率。鏈路建立之后，使用閉環(huán)功控。閉環(huán)功控包括內(nèi)環(huán)功控和外環(huán)功控。外環(huán)功控以誤碼率或者誤幀率作為控制目標(biāo)，內(nèi)環(huán)功控以信干比作為控制目標(biāo)。下行鏈路只有閉環(huán)功控。

　　1、Open Loop Power

　　這部分主要以基站發(fā)出大信號(hào)、中信號(hào)、小信號(hào)三種狀況下，來(lái)檢測(cè)手機(jī)是否能正確估算出開(kāi)環(huán)輸出功率，以及開(kāi)環(huán)輸出功率范圍。具體計(jì)算公式為：PRACH Preamble Initial Power = (P- CPICH DL TX Power) - (CPICH_RSCP)+ (UL Interference) + (Constant Value)

　　2、Inner Loop Power wcdma

　　關(guān)于手機(jī)在內(nèi)環(huán)功控方面作了較好的功率控制位的形式和算法的規(guī)定，手機(jī)在內(nèi)環(huán)功控下，必須能發(fā)出–50dBm到+24 dBm范圍內(nèi)的信號(hào)，而且還要求手機(jī)能夠很好相應(yīng)基站所發(fā)出的功率控制位，當(dāng)基站發(fā)出升(或降)1dB命令時(shí)，手機(jī)必須升(或降)1dB+/-0.5dB，當(dāng)基站發(fā)出升(或降)10dB 命令時(shí)，手機(jī)必須升(或降)10dB+/-2dB。同時(shí)wcdma還規(guī)定了A,B,C,D,E,F,G,H 8段區(qū)域，來(lái)測(cè)試手機(jī)。將這部分與 cdma2000 1x 的閉環(huán)功率控制相比，可以看出雖然異曲同工，但wcdma的規(guī)定更嚴(yán)謹(jǐn)，更細(xì)致。

　　3、Maximum Output Power和Minimum Output Power

　　wcdma與cdma2000 1x在這方面非常類(lèi)似，故不再贅述。

　　通過(guò)以上的介紹，不難看出WCDMA與IS-95、CDMA 2000 1x沒(méi)有本質(zhì)不同，撇開(kāi)IPR問(wèn)題，所有的不同點(diǎn)無(wú)非是怎樣才能更好發(fā)揮CDMA的優(yōu)勢(shì)、提高系統(tǒng)的性能如系統(tǒng)容量、通信質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋等。

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　前面所述僅是把各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里對(duì)手機(jī)發(fā)射功率的有關(guān)規(guī)定拿出來(lái)羅列和對(duì)比，掛一漏萬(wàn)。但管中窺豹，足見(jiàn)技術(shù)的發(fā)展和通信協(xié)議的進(jìn)步。

　　PHS和GSM同為時(shí)分多址系統(tǒng)，協(xié)議就手機(jī)輸出功率方面的規(guī)定具有可比性，它們與cdma2000 1x、wcdma這些碼分多址系統(tǒng)，在手機(jī)輸出功率方面不具有可比性。碼分多址近似的可以認(rèn)為是在實(shí)時(shí)的(1.25ms一次)，精確的(以0.25 dB)控制手機(jī)發(fā)射功率，而手機(jī)也要實(shí)時(shí)的、精確的相應(yīng)控制(具體測(cè)試方法見(jiàn)上文)，以保證系統(tǒng)的需要。由于多址方式的不同，這就決定了GSM沒(méi)有必要搞碼分多址哪種實(shí)時(shí)的、精確的、很復(fù)雜的功率控制(以節(jié)省制造、測(cè)試成本)，當(dāng)然也不能像PHS那樣，不控制手機(jī)輸出功率，即便是在微蜂窩內(nèi)。

　　在上文中，也是簡(jiǎn)單介紹了碼分多址技術(shù)對(duì)手機(jī)發(fā)射功率的控制，事實(shí)上碼分多址技術(shù)對(duì)基站和手機(jī)的發(fā)射功率的規(guī)定遠(yuǎn)不止這些，如接入試探功率、發(fā)射開(kāi)/關(guān)控制，呼吸技術(shù)等等?，F(xiàn)實(shí)的情況是，如果沒(méi)有功率控制等無(wú)線資源管理技術(shù)的支持，碼分多址的性能比時(shí)分多址更差。而這些筆者在本文都將其省略了，并不是說(shuō)這些不重要，而是筆者認(rèn)為這些與本文著眼點(diǎn)不太一致。

　　總之，手機(jī)發(fā)射功率實(shí)在是個(gè)重要的指標(biāo)，也是一柄鋒利的雙刃劍，一方面人們希望它足夠大，以克服無(wú)線電波傳播路徑的損耗、發(fā)射、折射的損耗，克服其他無(wú)線電波的干擾，另一方面又希望它足夠小，盡可能小的干擾別人，這點(diǎn)在碼分多址系統(tǒng)中尤顯突出。解決的辦法就是要根據(jù)需要控制手機(jī)發(fā)射功率，在保證所有人的正常通信的情況下，盡可能的把所有手機(jī)的發(fā)射功率都降下來(lái)。當(dāng)然，這些無(wú)疑會(huì)加大協(xié)議的復(fù)雜性，提高手機(jī)的制造成本，但這可以保證更多的人同時(shí)擁有更多的帶寬，這是符合人們一直在追求的提高無(wú)線資源利用率這一目標(biāo)的，畢竟頻率資源是不可再生的資源，而手機(jī)的制造成本會(huì)通過(guò)手機(jī)的批量生產(chǎn)，最終會(huì)降下來(lái)。