宽带无线通信系统中的功率控制技术研究

摘要

无线城域网(IEEE802.16)标准是一种高带宽、低投入、且覆盖范围广的无线通信技术，在宽带无线接入市场具有重要的应用前景。功率控制是一种无线资源管理技术，在无线城域网系统中，采用功率控制技术可以降低无线系统的同频道干扰并节约终端能量，从而增加系统容量，在无线通信系统中起着非常重要的作用。如何将功率控制技术应用于无线城域网，同时在一定复杂度的情况下使功率控制技术发挥最大的作用，是无线城域网中的重要研究课题。
　　 针对上述情况，论文主要有以下工作：
　　 ⑴在理解无线通信系统中功率控制技术各种算法与准则的基础上，分析了每种算法的特点和对系统性能的影响，指出了影响功率控制性能的因素。
　　 ⑵对WiMAX系统功率控制机制中的上行开环、上行闭环功率控制算法进行了总结和深入研究。综合考虑两种算法的优缺点，针对提高精确度、降低时延这一优化目标，得出一种实用的上行开环/闭环相结合的功率控制算法。该算法先通过上行开环功率控制对发射功率进行粗略的调整，然后通过更精确的闭环功率控制来补偿。仿真分析表明，在一定的误码率和时延的条件下，该算法明显降低了发射功率，有更优的性能。
　　 ⑶针对OFDM系统中各个子信道具有不同程度衰落的特点，结合自适应调制编码和自适应功率分配技术对传统的功率控制算法进行了改进。算法根据每个子信道的信噪比自适应的改变调制编码方式和初始化功率分配，通过调整调制编码和初始化功率分配方案而不是调整发射功率的方法来降低信道间的干扰。
　　 ⑷基于系统数据速率和自适应调制编码方式的平均差错率的条件下，将调制编码方式的信噪比门限值和系统性能所需的目标信噪比分别与接收信噪比相比较来判断调制编码方式和功率控制命令。仿真表明该算法降低了系统发送功率，从而减小能量损耗和对其他链路或小区的干扰。最后分析并仿真了基于自适应功率分配的功率控制算法，实现了在最小化发射功率的条件下，降低系统的误码率并最大限度地提高频谱利用率。
　　 本研究结果表明，把功率控制算法和自适应技术相结合可以大大提高系统的性能，降低系统的传输功率，并且适用于多径频率选择性衰落信道，满足宽带无线接入系统提高频谱利用率和系统性能的需要。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1无线城域网发展与研究现状

1.2无线城域网中的关键技术

1.3功率控制技术的必要性

1.4论文工作及章节安排

2 无线通信中的功率控制技术概述

2.1功率控制技术简介

2.2功率控制技术的分类

2.2.1上行链路和下行链路功率控制

2.2.2集中式和分布式功率控制

2.2.3开环、闭环和外环功率控制

2.3功率控制准则

2.3.1功率平衡准则

2.3.2信号干扰比SIR平衡准则

2.3.3基于SIR平衡准则的混合体制

2.4影响功率控制性能的因素

2.5本章小结

3 WiMAX系统中功率控制的研究

3.1 WiMAX系统介绍

3.1.1 MAC层简介

3.1.2 PHY简介

3.1.3无线资源管理介绍

3.2 WiMAX功率控制管理消息

3.3 WiMAX上行链路功率控制机制

3.3.1上行功率和Headroom传输条件

3.3.2上行链路开环功率控制与分析

3.3.3上行链路闭环功率控制与分析

3.3.4开环/闭环相结合的功率控制与分析

3.4本章小结

4 功率控制中的自适应技术研究

4.1基本概述

4.2常用的自适应技术

4.2.1 OFDM系统中的自适应技术

4.2.2自适应调制编码(AMC)

4.2.3自适应功率分配

4.3 WiMAX自适应功率控制方案

4.3.1结合自适应调制编码的功率控制

4.3.2基于自适应功率分配的功率控制

4.4本章小结

5 WiMAX自适应功率控制算法研究

5.1 Ranging过程介绍

5.2仿真平台介绍

5.3自适应功控算法及仿真分析

5.3.1 AMC技术的影响

5.3.2 AMC技术与功控联合影响

5.3.3自适应功率控制算法的影响

5.4本章小结

6 全文总结与展望

致 谢

参考文献

附 录：作者在攻读学位期间发表的论文目录