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        應(yīng)對CDMA系統(tǒng)有界干擾的魯棒自適應(yīng)功率控制

        2010-05-18 07:27:58呂文淵韓存武馬鵬維馬海燕
        關(guān)鍵詞:用戶系統(tǒng)

        呂文淵,韓存武,馬鵬維,馬海燕

        (東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,上海 201620)

        功率控制是無線移動通信的核心問題,與CDMA小區(qū)系統(tǒng)的容量與干擾是密切相關(guān)的,并且是一種提高系統(tǒng)容量、改善通信質(zhì)量的有效途徑。

        到目前為止,已經(jīng)提出了很多功率控制的算法。RINTAMAKI M、KOIVO H和 HARTIMO I提出了一種閉環(huán)系統(tǒng)中的自適應(yīng)自校正控制器[1],Seung-Ok Choi和Kwan-Ho You提出了在上行鏈路中,基于線性二次跟蹤理論的自適應(yīng)功率控制算法[2]。

        本文提出了一種在系統(tǒng)存在有界干擾時的魯棒自適應(yīng)功率控制算法。先定義了1個由多路衰減效應(yīng)引起的信道變量,為了得到這個變量的估計值,采用了帶死區(qū)的最小二乘法。根據(jù)估計值,可以對用戶在每一步的發(fā)射功率進(jìn)行更新來達(dá)到期望的信噪比。最后,用廣義最小方差算法來得到用戶在每一步的發(fā)射功率的迭代公式。

        1 系統(tǒng)模型

        假設(shè)1個系統(tǒng)由K個基站和M個移動臺組成[3],以其中的1個基站作為目標(biāo)基站。在基站k接收到用戶i的信息比特能量(Eb)與干擾功率譜密度(M0)之比(信噪比)為:

        2 魯棒自適應(yīng)功率控制算法

        定義:向量 p={pi},η={ηi/Gki};矩陣 H={Hij},其中,Hij=Gkj/Gki,i≠j。 當(dāng) i=j時,Hii=0,則式(1)可寫為如下的矩陣形式:

        其中,I為特征矩陣。當(dāng)式(2)取“=”時,求得的為最小功率。

        為了求解式(2),選用如下的迭代方法[4-5]:

        其中,M和N是迭代矩陣,并且滿足p*=M-1Np*+M-1η,p*是式(2)去“=”時的唯一解。

        令 M=I,N=H,則得出經(jīng)典功率控制算法[6]:

        將(1)式代入(4)式,可得:

        當(dāng)系統(tǒng)存在有界干擾時,魯棒自適應(yīng)功率控制算法推導(dǎo)如下:

        其中,ωd≤d為帶有未建模動態(tài)的有界干擾。由帶死區(qū)的最小二乘法可得θi(n)的最優(yōu)估計值為:

        其中,P(n)是 p×p 矩陣,P(n)的初始值 P(-1)是任給的正定矩陣。

        如果在變量θi的條件下,在第n步達(dá)到了期望的信噪比γ*,那么就可以得到最優(yōu)的功率 p*(n)=γ*×θ^(n)。由于變量θi不是固定步長,所以最優(yōu)的發(fā)射功率在每一步都是不規(guī)則變化的。為了能夠達(dá)到期望的信噪比,移動臺必須按照最優(yōu)功率值p*(n)來向基站發(fā)射功率。

        定義狀態(tài)方程為:

        下面,用廣義最小方差算法來求解u(n)。

        定義:

        加權(quán)二次型性能指標(biāo)為:

        根據(jù)廣義最小方差控制率,可以得出控制輸入如下:

        因此,可以得出:

        由于用戶的發(fā)射功率受限于最大發(fā)射功率,即0≤p≤pmax,因此,每個用戶的發(fā)射功率和信噪比表示如下:

        3 仿真分析

        利用上面所提出的2種算法,采用MATLAB作為仿真工具對其進(jìn)行測試。

        假設(shè)系統(tǒng)中有10個用戶,用戶目標(biāo)信噪比為6 dB,系統(tǒng)的處理增益為68。

        在系統(tǒng)所有用戶發(fā)射總功率一定時,調(diào)整2種算法中系數(shù)因子,可以得出它們的信噪比性能比較如圖1所示及發(fā)射功率比較如圖2所示。通過仿真可以看出,本文提出的功率控制算法比傳統(tǒng)的功率控制算法性能優(yōu)越,使用戶獲得更高的信噪比,較低的發(fā)射功率,且系統(tǒng)容量得到了提高。

        圖1 傳統(tǒng)的功率控制算法與魯棒自適應(yīng)功率控制算法信噪比性能比較

        本文提出了1種魯棒自適應(yīng)功率控制算法,仿真結(jié)果表明,新算法比傳統(tǒng)的算法起到更好的功率控制效果,可以有效地降低系統(tǒng)內(nèi)干擾,大大提高系統(tǒng)容量。

        圖2 發(fā)射功率比較

        [1]RINTAMAKIM, KOIVO H, HARTIMO I.Adaptive closed-loop power control algorithms for CDMA cellular communication systems[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2004,53(6):1756-1758.

        [2]SEUNG-Ok Choi,KWAN-Ho You.Channel adaptive power control in the uplink of CDMA Systems[C].Wireless Personal Communications, 2008,47(3):441-448.

        [3]ARIYAVISITAKUL S.SIR based power control in a CDMA system[C].Proc.IEEE GLOBECOM,1992:868-873.

        [4]JANTTI R,KIM S L.Second-order power control[C].IEEE J.Select.Areas Communication, 2000,18(3):447-457.

        [5]ZANDER J, KIM S L, ALMGREN M,et al.Radio Resource Management for Wireless Networks[M].2001.

        [6]FOSCHINI G J,MILJANIC Z.A simple distributed autonomous power control algorithm and its convergence[C].IEEE Trans.on Vehicular Technology, 1993,42(4):641-646.

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