FDD-CDMA下行鏈路的波束形成
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五、有效發(fā)送功率的設置
由于本系統中,假設所有基站向所有用戶(hù)發(fā)送相同的有效功率.因此下行鏈路的功率控制被簡(jiǎn)化,這與IS-95中的下行鏈路功率控制不同.值得注意的是用戶(hù)最終能接收到多少功率?式(26)分子部分表示用戶(hù)接收的信號功率.該項與有效發(fā)送功率Peff等有關(guān).下面分兩種情況討論有效發(fā)送功率Peff的設置:
(1)忽略白高斯噪聲.當白高斯噪聲相對于多址干擾較小時(shí),可忽略它.由式(11)和式(26)可知,接收機的性能與有效發(fā)送功率Peff的大小無(wú)關(guān).
(2)考慮白高斯噪聲.多址干擾對用戶(hù)接收性能的干擾與有效發(fā)送功率的大小無(wú)關(guān).用戶(hù)的性能取決于噪聲功率和陰影衰落的路徑損耗,因此設置合適的有效發(fā)送功率是為了克服噪聲功率、陰影衰落和路徑損耗.從式(26)可看出用戶(hù)的SINR是一個(gè)隨機變量,對于給定的誤碼率和中斷率可通過(guò)計算機仿真求出一個(gè)合適的有效發(fā)送功率.為了保證用戶(hù)在所屬基站覆蓋區域都能滿(mǎn)足性能要求,有效發(fā)送功率的確定必須以滿(mǎn)足最基站邊遠用戶(hù)性能為準則.這種方法的一個(gè)代價(jià)是對于接近基站用戶(hù)來(lái)說(shuō),基站浪費了部分發(fā)射功率.
六、仿真結果
本文假設每一個(gè)基站采用三個(gè)120度扇區.在仿真中,我們僅考慮相鄰小區的干擾,如圖2所示.目標扇區基站1a與相鄰小區5(5a,5b,5c)和小于6(扇區6a,6b,6c)的移動(dòng)臺有干擾關(guān)系,而扇區1a中的移動(dòng)臺與扇區基站(2a,3a,4b,5b,6c,7c)有干擾關(guān)系.我們假設每個(gè)扇區有N個(gè)用戶(hù),且在扇區內均勻分布.整個(gè)仿真步驟描述如下:

圖2 蜂窩仿真模型(1)上行鏈路干擾模型.扇區基站1a受小區5和6中用戶(hù)的干擾;(2)下行鏈路干擾模型.扇區1a中的用戶(hù)受扇區基站2a,3a,4b,5b,6c,7c的干擾.
(1)在扇區內按面積均勻分布隨機產(chǎn)生一移動(dòng)臺的位置(r,θ),計算該移動(dòng)臺與干擾扇區基站的距離和入射方向.隨機產(chǎn)生陰影衰落,計算路徑增益β.一般來(lái)說(shuō),移動(dòng)臺產(chǎn)生是否合理與基站的切換方式下,上述在扇區內產(chǎn)生的位置是合理的.但在后一種切換的方式下,還應考慮陰影衰落的效果,即當移動(dòng)臺到所屬基站比到任一干擾基站的路徑增益要小時(shí),重新啟動(dòng)步驟(1).本文考慮到CDMA系統中用戶(hù)較多,減少仿真計算量,故僅考慮了基于幾何切換的情況.在對于給定的角度擴散,按式(1)隨機地產(chǎn)生矢量信道.對于來(lái)自鄰小區的干擾用戶(hù)或基站,其信號的入射角近似為零.
(2)利用上行信道的數據,為六干擾扇區(2a,3a,4b,5b,6c,7c)的每一用戶(hù)計算陣列相關(guān)矩陣和相對干擾總量.進(jìn)一步利用式(16)計算發(fā)送加權系數.
(3)計算扇區1a中一個(gè)用戶(hù)接收到的信號功率和干擾總和.圖3給出了當用戶(hù)數N=20時(shí),角度擴散Δ=5和Δ=20時(shí)的信噪比的累積分布函數.本文中的數據是重復上述仿真三步驟2000次得到的.其它仿真參數:fd=50Hz,處理增益G=128,符號周期Ts=0.0001,相關(guān)矩陣是用50個(gè)符號平均而得,所需η=7dB.從圖中可以看出,最小相對干擾法的性能要比最大陣列增益法(同單小區的波束形成)的性能好得多.當角度擴大時(shí),兩種方法的性能都有相當大的提高.這有以下幾個(gè)原因:1)由于下行鏈路是同步發(fā)送的,同小區同頻干擾被忽略.2)鄰小區來(lái)的干擾信號的角度擴散幾乎為零.因此,隨著(zhù)鄰小區用戶(hù)的角度擴散的增大,用戶(hù)受其它六個(gè)基站的干擾越小.圖4給出了角度擴散Δ=10度,系統在不同用戶(hù)數時(shí)的中斷率曲線(xiàn).顯然,隨著(zhù)用戶(hù)數的增加,性能變差.同時(shí),兩種方法的性能接近.這是因為用戶(hù)數的增加,干擾的總效果等同于白高斯噪聲,由這兩種方法確定的加權系數相近.

圖3 輸出信噪干擾比的累積概率分布函數(a)角度擴散Δ=5度(b)角度擴散Δ=20度

圖4 下行鏈路的中斷率隨用戶(hù)數的變化曲線(xiàn)
七、結 論
在頻分雙工的CDMA系統中,下行鏈路的波束形成技術(shù)是智能天線(xiàn)應用于基站的一個(gè)難點(diǎn).下行鏈路的加權系數與下行信道的相關(guān)矩陣相關(guān),而不是瞬時(shí)陣列響應矢量,而前者可由上行信道的相關(guān)矩陣直接或變換得到.加權系數的最終確定與采用的準則有關(guān).最小相對干擾方法由于考慮了鄰小區的干擾,獲得了比最大陣列增益方法好得多的性能.當然,當用戶(hù)數較多時(shí),兩者性能接近,而前者的計算量要大得多.值得指出的是當總的干擾等效于白高斯噪聲時(shí),發(fā)送天線(xiàn)陣列的主要任務(wù)是如何在頻率非選擇性信道下,提供分集效果.
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