??? SIR估計單元采用某種SIR估計算法" title="估計算法">估計算法對接收專用數(shù)據(jù)信道（DPDCH）的SIR進(jìn)行估計,，然后將估計值送給TPC產(chǎn)生單元。WCDMA協(xié)議并沒有規(guī)定SIR估計的算法,，主要有兩種算法：相干SIR估計和非相干SIR估計,，后面將分析這兩種方法的性能差異。另外,，限制SIR估計精度的另一主要因素是SIR估計的長度,，即可以用來估計樣本數(shù)的多少，對于非相干估計樣本數(shù)較多,、相干估計樣本數(shù)較少,，它主要受前、反向功控的定時關(guān)系限制,。TPC產(chǎn)生單元將SIR估計值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，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,，針對當(dāng)前時隙接收到的TPC指令,，每個時隙產(chǎn)生一個TPC_cmd。
??? 如果接收到的TPC命令等于0,，那么該時隙的TPC_cmd為-1,。
??? 如果接收到的TPC命令等于1,，那么該時隙的TPC_cmd為1。
??? 算法二,，在5個時隙中的前4個時隙,，TPC_cmd=0，即不改變發(fā)送功率,。在第5個時隙,，對收到的5個TPC命令采用如下硬判決：
??? 如果所有5個TPC命令的硬判決都為1，那么第5個時隙的TPC_cmd = 1
??? 如果所有5個TPC命令的硬判決都為0,，那么第5個時隙的TPC_cmd = -1
??? 否則,，在第5個時隙的TPC_cmd=0。
??? 可以看到算法一在每個時隙都產(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個時隙產(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±1時,，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,，WCDMA系統(tǒng)采用固定步長,，前向功控采用0.5、1,、1.5或2db四種步長,，反向功控采用1 或2dB兩種步長，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,，即一個時隙內(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間內(nèi)完成,。文獻(xiàn)[2]圖B.1列出了WCDMA功控定時關(guān)系,，經(jīng)分析得出可用于SIR估計的時間為：
??? T_SIR=2560+T_data1-1024-2×T_prop-T_process???? (2)
??? T_process為接收機(jī)處理延時, 2×T_prop是雙程路徑延時，而處理延時一般等于總路徑延時,，若忽略data1數(shù)據(jù)處理延時T_data1,，得出SIR估計時間大致為：
??? T_SIR=1536-4×T_{prop????????????????????????????} (3)
?? ?所以小區(qū)半徑和相干估計的最大長度可以用表1表示。

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??? 當(dāng)單程延時T_prop≥384chips,，對應(yīng)小區(qū)半徑大于30km時,，基站沒有時間在當(dāng)前時隙完成SIR估計并發(fā)送功控比特。此時必須采用延時一個時隙進(jìn)行SIR估計的750Hz功控方案。
2 WCDMA系統(tǒng)的功控性能仿真
??? 本節(jié)將通過計算機(jī)仿真的方法,，說明SIR估計方法,、估計精度、步長選擇,、功控比特傳輸錯誤以及功控比特時延等主要因素對功控性能的影響,，給出反向閉環(huán)功控的仿真曲線并對結(jié)果做出一定的分析和解釋。
??? 首先分析SIR估計的兩種方法,，相干估計和非相干估計的原理,。對于相干估計，由于導(dǎo)頻信號已知,，假設(shè)導(dǎo)頻序列數(shù)值固定為1,，則接收信號y(i)近似為一個高斯平穩(wěn)隨機(jī)過程，可以用其時間平均代替集平均,。假設(shè)接收信號y(i)的N個采樣點(diǎn)為{y₁,y₂,y₃,…,y_N},，則接收信號功率、噪聲功率和信干比估計值可分別表示如下：
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??? 當(dāng)采用非相干估計時,，處理的數(shù)據(jù)不再是已知的導(dǎo)頻信號,，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：
???

??? 當(dāng)相干估計和非相干估計具有相同的估計樣本數(shù)目時,，相干估計的性能要優(yōu)于非相干估計,。從上一節(jié)的定時約束分析可知,相干估計的樣本數(shù)受小區(qū)半徑等因素的限制，而樣本數(shù)太少時相干估計的性能惡化很嚴(yán)重,。而非相干估計雖然能夠獲得較多的估計樣本,，但它的性能也受很多因素的制約，文獻(xiàn)[3]詳細(xì)研究了非相干估計算法的問題,，并得出相干SIR估計算法在多數(shù)情況下具有比非相干估計更為優(yōu)良的性能,，后面的仿真結(jié)果也會說明這個問題。
??? 閉環(huán)功率控制的目標(biāo)是把接收信號的實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給出相干估計情況、不同車速條件、不同功控調(diào)節(jié)步長的PCE性能,?？梢钥吹剑诘退偾闆r下,，1dB步長的算法比較好,，算法二次之，而中速情況下2dB步長的算法比較好,，高速情況下三者的性能都比較差,。圖2中也給出了沒有功控時的PCE均方差，在車速80km/h以下,，功控能夠帶來好處,，而在這個車速以上，從PCE的角度來看,，功控就不能帶來增益了,。由此可以得出，在固定步長算法中,，低速時采用1dB步長,，中速時采用2dB或1dB步長，而高速時雖然不能補(bǔ)償快衰落,，但考慮到補(bǔ)償路徑損耗和減少對其他用戶的影響,，此時應(yīng)采用算法二進(jìn)行慢速功率調(diào)整。

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??? 圖3給出了非相干估計時不同車速條件下不同功控調(diào)節(jié)步長的PCE性能,。這里非相干估計的長度為整個時隙,，所以采用了延時一個時隙進(jìn)行功控的方法。為了進(jìn)行比較,，也畫出了同樣估計長度,，但是沒有延時的非相干估計的性能?？梢钥闯觯涸诓捎梅窍喔晒烙嫹椒〞r,，車速與最佳步長之間的關(guān)系和采用相干估計方法時類似。值得注意的是,，僅在低車速20km/h左右時,，PCE的性能就比關(guān)閉功控時差，而在采用相干估計方法時,，這個臨界車速達(dá)到了80km/h以上,。由此，可以得出結(jié)論：非相干估計算法的性能差于相干估計,。因此,，后面的仿真都采用相干SIR估計算法,。

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??? 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,。因此為了提高功控的性能，一個很自然的想法就是通過估計車速選擇對應(yīng)該車速下最優(yōu)的功控步長進(jìn)行功控,。文獻(xiàn)[5]討論了這方面的問題,，仿真了構(gòu)造新變量，電平通過率和盲估計變步長等算法,，能取得一定的性能增益,。
??? 圖4給出了不同車速條件下SIR估計長度對功控性能的影響。顯然,，相干估計長度越大,，性能越好。由圖4可見,，估計長度在3~5 pilot bits,即768~1280chips的情況下,，功控的性能差異不大；如果估計長度只有2bits,即512chips時,，性能變化比較大,；若只有1bits,即256chips的估計長度，性能劣化很厲害,，甚至不如關(guān)閉功控時的性能,。從圖4中還可以看到，若小區(qū)半徑太大,，在一個時隙內(nèi)不可能完成SIR相干估計和一次閉環(huán)功率調(diào)整,，這時可以降低功控頻率。這樣雖然功率調(diào)整有一個時隙延時,，但是由此獲得的高精度SIR估計可以在一定程度上抵消延時帶來的性能損失。從圖4中可看到,，這種方案與沒延時,、估計長度512chips時性能差不多。所以,，當(dāng)小區(qū)半徑較小時,，應(yīng)采用1.5kHz功控方案且采用盡可能長的SIR估計長度，當(dāng)小區(qū)半徑較大且移動臺在小區(qū)邊緣時,，可以采用750Hz功控方案,。

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??? 另外，功控比特延時帶來的性能損失也可以采用延時補(bǔ)償（TDC）方法進(jìn)行補(bǔ)償,，文獻(xiàn)[6]詳細(xì)研究了這個問題,。這里給出一點(diǎn)有用結(jié)論。在功控延時一個時隙的情況下，中低車速時,，功控比特延時帶來的影響并不大,，高車速時影響比較明顯，這是因為在高車速時750Hz功控頻率已經(jīng)不能跟蹤快速信道變化,，但此時應(yīng)該還能補(bǔ)償路徑損耗,。因此，當(dāng)需采用750Hz功控方案時,，若移動臺處于高速運(yùn)動狀態(tài),，此時最好用算法二進(jìn)行慢速功率調(diào)整。

??? 圖5給出了3km/h,三徑衰落信道時,，TPC傳輸錯誤率從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錯誤率較低,，例如0.01以下時,，性能并沒有明顯的劣化，而若TPC錯誤率不斷上升,，例如達(dá)到0.1時,，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率為0.05時,，可以看到，性能劣化較大,，達(dá)0.2dB左右,，此時前向鏈路質(zhì)量已經(jīng)對反向閉環(huán)功控性能產(chǎn)生較大影響。由此可見,，閉環(huán)功控的性能要同時受兩個鏈路影響,，改善某條鏈路的性能會給另一條鏈路帶來增益，反之亦然,。

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