FDD-CDMA下行链路的波束形成

　(28)

五、有效发送功率的设置

由于本系统中，假设所有基站向所有用户发送相同的有效功率.因此下行链路的功率控制被简化，这与IS-95中的下行链路功率控制不同.值得注意的是用户最终能接收到多少功率?式(26)分子部分表示用户接收的信号功率.该项与有效发送功率Peff等有关.下面分两种情况讨论有效发送功率Peff的设置：

(1)忽略白高斯噪声.当白高斯噪声相对于多址干扰较小时，可忽略它.由式(11)和式(26)可知，接收机的性能与有效发送功率Peff的大小无关.

(2)考虑白高斯噪声.多址干扰对用户接收性能的干扰与有效发送功率的大小无关.用户的性能取决于噪声功率和阴影衰落的路径损耗，因此设置合适的有效发送功率是为了克服噪声功率、阴影衰落和路径损耗.从式(26)可看出用户的SINR是一个随机变量，对于给定的误码率和中断率可通过计算机仿真求出一个合适的有效发送功率.为了保证用户在所属基站覆盖区域都能满足性能要求，有效发送功率的确定必须以满足最基站边远用户性能为准则.这种方法的一个代价是对于接近基站用户来说，基站浪费了部分发射功率.

六、仿真结果

本文假设每一个基站采用三个120度扇区.在仿真中，我们仅考虑相邻小区的干扰，如图2所示.目标扇区基站1a与相邻小区5(5a,5b,5c)和小于6(扇区6a,6b,6c)的移动台有干扰关系，而扇区1a中的移动台与扇区基站(2a,3a,4b,5b,6c,7c)有干扰关系.我们假设每个扇区有N个用户，且在扇区内均匀分布.整个仿真步骤描述如下：

图2　蜂窝仿真模型(1)上行链路干扰模型.扇区基站1a受小区5和6中用户的干扰;(2)下行链路干扰模型.扇区1a中的用户受扇区基站2a,3a,4b,5b,6c,7c的干扰.

(1)在扇区内按面积均匀分布随机产生一移动台的位置(r,θ)，计算该移动台与干扰扇区基站的距离和入射方向.随机产生阴影衰落，计算路径增益β.一般来说，移动台产生是否合理与基站的切换方式下，上述在扇区内产生的位置是合理的.但在后一种切换的方式下，还应考虑阴影衰落的效果，即当移动台到所属基站比到任一干扰基站的路径增益要小时，重新启动步骤(1).本文考虑到CDMA系统中用户较多，减少仿真计算量，故仅考虑了基于几何切换的情况.在对于给定的角度扩散，按式(1)随机地产生矢量信道.对于来自邻小区的干扰用户或基站，其信号的入射角近似为零.

(2)利用上行信道的数据，为六干扰扇区(2a,3a,4b,5b,6c,7c)的每一用户计算阵列相关矩阵和相对干扰总量.进一步利用式(16)计算发送加权系数.

(3)计算扇区1a中一个用户接收到的信号功率和干扰总和.图3给出了当用户数N=20时，角度扩散Δ=5和Δ=20时的信噪比的累积分布函数.本文中的数据是重复上述仿真三步骤2000次得到的.其它仿真参数：fd=50Hz，处理增益G=128，符号周期Ts=0.0001，相关矩阵是用50个符号平均而得，所需η=7dB.从图中可以看出，最小相对干扰法的性能要比最大阵列增益法(同单小区的波束形成)的性能好得多.当角度扩大时，两种方法的性能都有相当大的提高.这有以下几个原因：1)由于下行链路是同步发送的，同小区同频干扰被忽略.2)邻小区来的干扰信号的角度扩散几乎为零.因此，随着邻小区用户的角度扩散的增大，用户受其它六个基站的干扰越小.图4给出了角度扩散Δ=10度，系统在不同用户数时的中断率曲线.显然，随着用户数的增加，性能变差.同时，两种方法的性能接近.这是因为用户数的增加，干扰的总效果等同于白高斯噪声，由这两种方法确定的加权系数相近.

图3　输出信噪干扰比的累积概率分布函数(a)角度扩散Δ=5度(b)角度扩散Δ=20度

图4　下行链路的中断率随用户数的变化曲线

七、结　　论

在频分双工的CDMA系统中，下行链路的波束形成技术是智能天线应用于基站的一个难点.下行链路的加权系数与下行信道的相关矩阵相关，而不是瞬时阵列响应矢量，而前者可由上行信道的相关矩阵直接或变换得到.加权系数的最终确定与采用的准则有关.最小相对干扰方法由于考虑了邻小区的干扰，获得了比最大阵列增益方法好得多的性能.当然，当用户数较多时，两者性能接近，而前者的计算量要大得多.值得指出的是当总的干扰等效于白高斯噪声时，发送天线阵列的主要任务是如何在频率非选择性信道下，提供分集效果.