淺談發(fā)射功率一、發(fā)射功率的兩個方面發(fā)射功率在PHS、GSM、cdma2000

1x、wcdma等協(xié)議中，被設(shè)計得越來越復(fù)雜，它的重要性已不言而喻，哪發(fā)射功率是大些好哪，還是小些好哪？事實上單純的說大些好或者小些好，都實在不是一個明智的回答，因為在設(shè)計功率時，要考慮以下兩個方面：1、在能保證正常通信情況下，發(fā)射功率越小越好*、發(fā)射功率越小,的耗電量就越小,待機時間、通話時間越長；*、發(fā)射功率越小，對同系統(tǒng)別的的干擾越小，這不僅給同系統(tǒng)別的創(chuàng)造了好的無線環(huán)境，同時對于cdma2000

1x、wcdma來說，這就意味著小區(qū)容量越大；*、發(fā)射功率越小，對別的無線設(shè)備干擾越小,這就給別的無線設(shè)備創(chuàng)造了好的無線環(huán)境；2、在有些情況下，為了能保證通信質(zhì)量，發(fā)射功率希望能被調(diào)整的大些，再大些,再大些......*、在小區(qū)的遠端時,為了保證信號經(jīng)過長距離傳輸?shù)竭_基站后,信號仍能被正確解調(diào),也就是發(fā)射功率要足夠大，以克服信號經(jīng)過長距離傳輸?shù)乃p；*、被建筑物或其它遮擋，在無線陰影區(qū)內(nèi)，發(fā)射功率也要足夠大，以克服信號必須經(jīng)過多次的反射、折射及長距離傳輸?shù)乃p；*、在干擾比較大的情況下，如鄰信道、同信道干擾，阻塞等等，發(fā)射功率也要足夠大，以克服噪聲的干擾。綜上所述，發(fā)射功率存在著兩面性，一方面在能保證正常通信情況下，發(fā)射功率越小越好；另一方面，在有些情況下，為了能保證通信質(zhì)量，發(fā)射功率必須要大一些，甚至要再大一些。這兩方面看似矛盾，實為統(tǒng)一，準確表述為：必須發(fā)出足夠大的功率，以保證通信質(zhì)量，在保證通信質(zhì)量的前提下，發(fā)射功率越小越好。換言之，發(fā)射功率最好根據(jù)實際情況能夠被控制，該大則大，該小則小。二、PHS發(fā)射功率PHS(Personal

Handyphone

system的縮寫)為日本獨立開發(fā)出的第三代數(shù)字無繩系統(tǒng)——個人攜帶系統(tǒng),它具有很多突出的優(yōu)點：建設(shè)費用低、系統(tǒng)擴充方便,超低的資費標準,因協(xié)議簡單，而使制造成本降低，最終導(dǎo)致?lián)碛袃r格上的優(yōu)勢等等。PHS在中國被稱為小靈通，在有些地方也稱為“個人通信接入系統(tǒng)PAS(Personal

Access

System)”PHS采用日本RCR-STD28協(xié)議作為空中無線接口標準，采用微蜂窩技術(shù)，因此它必須建置較密集的基站。由于基站覆蓋范圍較小，其鋪設(shè)就必須比高功率的移動基站密，適于低速狀態(tài)下的移動。不過，新一代的PHS基站范圍已擴大至500米?；谝陨系那闆r，特別是采用微蜂窩技術(shù)，RCR-STD28規(guī)定的發(fā)射平均功率≤10mW，峰值功率≤80mW，發(fā)射功率不可控。除此之外，有關(guān)PHS發(fā)射功率的測量還有1、載波關(guān)斷泄漏功率≤80nW2、發(fā)射瞬態(tài)響應(yīng)特性：脈沖上升、下降時間≤13μS3、雜散發(fā)射功率相對載波電平（衰減量）≥50dB，或絕對電平≤2.5μW。從以上的情況不難看出，PHS在小區(qū)遠端，或陰影區(qū)，或受到干擾，是不能以再提高發(fā)射功率，以抵消無線信號的長距離傳輸?shù)膿p耗，或建筑物等的遮擋損耗，或抵御干擾。這實際上導(dǎo)致的結(jié)果就是與基站之間的無線鏈路很脆弱，這是PHS協(xié)議上的根本弱點之一。反過來從協(xié)議對發(fā)射功率的規(guī)定中我們也不難看出，PHS只能采用微蜂窩技術(shù)，通過建置較密集的基站抵消遠近效應(yīng)和陰影效應(yīng)，否則就會出現(xiàn)大量的無信號區(qū)域和通信質(zhì)量差等問題。在受到干擾，通信質(zhì)量降低的情況下，也無法通過提高發(fā)射功率的辦法，來保證通信質(zhì)量。由于PHS發(fā)射功率比較小,對別的或無線設(shè)備干擾也小，它的待機時間、通話時間都比較長，由于PHS發(fā)射功率不受控制，協(xié)議簡單，制造成本也相對較低。三、GSM發(fā)射功率GSM協(xié)議規(guī)定，發(fā)射功率是可以被基站控制的?；就ㄟ^下行SACCH信道，發(fā)出命令控制的發(fā)射功率級別，每個功率級別差2dB，GSM900

最大發(fā)射功率級別是5（33dBm），最小發(fā)射功率級別是19（5dBm），DCS1800最大發(fā)射功率級別是0（30dBm），最小發(fā)射功率級別是15（0dBm）。從以上不難看出當(dāng)遠離基站，或者處于無線陰影區(qū)時，基站可以命令發(fā)出較大功率，直至33dBm（GSM900），以克服遠距離傳輸或建筑物遮擋所造成的信號損耗。如果離基站很近，且無任何遮擋物時，基站可以命令發(fā)出較小功率，直至5dBm（GSM900），以減少對同信道、相鄰信道的其它GSM用戶的干擾和其它無線設(shè)備的干擾，而且這樣還可以有效延長待機時間、通話時間。從以上不難看出GSM發(fā)出的最低功率僅為5dBm（GSM900），約為3.2mW，這比PHS的平均功率10mW要小，同時GSM發(fā)出的最大功率33dBm（GSM900），約為2W，這個信號相對來說是巨大的，對這種大信號不加以嚴格規(guī)定，其干擾也是巨大的。因此GSM就發(fā)射信號除了發(fā)射功率的規(guī)定以外，在其它方面也作了適當(dāng)?shù)囊?guī)定。（注意：這里是適當(dāng)?shù)囊?guī)定，如果規(guī)定偏嚴無疑會加大制造成本，如果偏松，無疑會加大干擾。）具體有如下幾個方面：1、Power

versus

Time由于GSM是TDMA系統(tǒng)，因此GSM協(xié)議通過一個功率對時間的模板來嚴格限制發(fā)射功率在時間域的變化情況，以減少干擾，尤其是對同信道其他時隙的用戶的干擾。2、Output

RF

Spectrum

Due

to

Modulation3、Output

RF

Spectrum

Due

to

RampingGSM通過對發(fā)射信號的調(diào)制譜和切換譜的規(guī)定，來限制發(fā)射信號時的頻譜帶寬和形狀，以減少干擾，尤其是鄰信道用戶的干擾。拿GSM協(xié)議和PHS協(xié)議對比來看，GSM為保證通信質(zhì)量，規(guī)定了的發(fā)射功率是受基站控制的，根據(jù)需要可大可小，但同時又嚴格規(guī)定發(fā)射信號在時間域和頻率域的“形狀”(PvT,ORFS)，這無疑又極大的限制了對外的干擾。而PHS的發(fā)射功率不可再增大，因此PHS與基站之間的無線鏈路很脆弱的弱點，只能通過建置較密集的基站來解決，這無疑又加大了系統(tǒng)的投資。當(dāng)然由于它的發(fā)射信號始終比較小，信號在時域和頻域上的要求也不用很嚴，生產(chǎn)制造成本、測試成本也都跟著降了下來。從以上不難看出，同為時分多址系統(tǒng)，單從發(fā)射功率這點就能看出來，GSM系統(tǒng)優(yōu)于PHS系統(tǒng)。四、cdma2000

1x發(fā)射功率cdma顧名思義是碼分多址，因此在一個小區(qū)內(nèi)的所有用戶，都是同時在同一個頻率上通訊，因此每個用戶都回受到同小區(qū)的其它用戶的干擾，每個用戶都會干擾同小區(qū)的其它用戶，因此人們也把cdma稱之為自干擾系統(tǒng)。CDMA的基本技術(shù)之一是功率控制。因為限制CDMA系統(tǒng)容量的因素是總干擾功率，所以控制每個移動臺的功率是獲得最大容量的關(guān)鍵。在給定條件下，CDMA移動臺的功率被控制到能夠保證接收話音質(zhì)量的最小功率。結(jié)果是每個移動臺到達基站的信號電平幾乎相同。這樣，每臺移動臺對其他移動臺的干擾被控制到最小。因此CDMA系統(tǒng)容量也被稱為“軟容量”，也就是CDMA可以通過降低通信質(zhì)量來提高系統(tǒng)容量。如果移動臺發(fā)射功率過大，會對其他用戶帶來干擾。它會作為其他接收者的背景噪聲存在。如果某用戶為了獲得完美的話音而沒有限制的升高發(fā)射信號功率，那么他將不僅影響到本網(wǎng)絡(luò)的其他用戶的通話，而且會影響到該頻段上其他通信系統(tǒng)用戶的使用。下面以cdma2000

1x（cdma95類似）為例，詳細介紹有關(guān)功率控制與測試。cdma2000

1x反向鏈路采用兩種形式的功率控制：開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制。先看開環(huán)功率控制：它是假定前向路徑損耗與反向路徑損耗是相似的鏈路為前提的。將發(fā)射功率與接收功率的總和設(shè)置為一個常數(shù)，通常為－73dB。[移動臺根據(jù)在整個1．2288MHz頻段接收到的總信號能量（就是在導(dǎo)頻、尋呼、同步和業(yè)務(wù)信道的功率，其中含有從服務(wù)基站來的信號與相同頻率相鄰基站的信號總和來）來調(diào)整它的發(fā)射功率]例如：如果移動臺接收到的信號功率為－85dBm，這時它的發(fā)射功率應(yīng)當(dāng)為：－73－（－85）＝12dBm閉環(huán)功率控制：基站監(jiān)視從每個移動臺接收的功率并命令移動臺以固定的步長1dB（0.5

dB、0.25dB）增加或降低功率（不能保持不變）。這個過程每1．25ms一次（每秒鐘重復(fù)800次）從以上資料不難看出，cdma2000

1x不斷精確控制的發(fā)射功率，以達到在能夠保證接收質(zhì)量的情況下的最小功率，下面詳細介紹

cdma2000

1x為實現(xiàn)這個目的所作的有關(guān)功率方面的測試規(guī)定。1、Open

Loop

Output這部分主要以基站發(fā)出大信號、中信號、小信號三種狀況下，來檢測是否能正確估算出開環(huán)輸出功率，以及開環(huán)輸出功率范圍。2、Time

Response

of

Open

Loop這部分主要保證，在不斷運動，或者其他原因，導(dǎo)致接受到基站的信號持續(xù)變化時，是否能根據(jù)這種變化能快速、持續(xù)調(diào)整開環(huán)輸出功率。3、Closed

Loop

Power

Range對于閉環(huán)功率控制，基站命令進行輸出功率調(diào)整以優(yōu)化功率輸出?；谑盏降碾娖剑久钤黾雍徒档洼敵龉β?，每1.25

ms變化1

dB（800次/秒）。測試閉環(huán)功率性能的標準方法包括驗證整個功率范圍及閉環(huán)功率控制范圍的線性。CDMA必須演示±24dB的閉環(huán)功率控制范圍以及定義的改變功率的速度，以確定是否能跟上基站的命令。4、Maximum

Output

Power和Minimum

Output

Power根據(jù)以上的介紹，其實基站對發(fā)射的絕對功率并不是很重視，它僅僅是要求能根據(jù)自己發(fā)出的功率上升指令或功率下降指令自動調(diào)整輸出功率即可，且最好能發(fā)出無限大或無限小的功率來，但這個要求對制造商來說，實在是苛刻，且會無限制的提高制造成本，因此折中的方案是將按發(fā)射功率分類，不同類的最大功率必須達到各自要求，也就是至少要大于標準規(guī)定的最大功率的下限，小于標準規(guī)定的最大功率的上限，使其在小區(qū)遠端或無線陰影中也能較好通訊。同時要求必須能夠輸出小于最小功率的功率值來，也就是在無線環(huán)境比較好，且與基站很近時，能把自己的輸出功率降得很低，以確保對其它的最小干擾和對電池的最小消耗。5、Standby

Powercdma2000

1x規(guī)定待機功率要小于-61

dBm，這既保證了對外干擾很小，又保證了在待機時間對電池的小消耗，延長了的待機時間。五、wcdma發(fā)射功率GSM和wcdma雖然同為歐洲標準，但wcdma畢竟是碼分多址的，它采納，也必須采納cdma中很多穩(wěn)定成熟的技術(shù)和方案，至少在對手記發(fā)射功率控制這塊，wcdma和cdma2000

1x就非常類似，只是wcdma對功率控制要求更精準、更嚴格。筆者認為這里的原因是wcdma畢竟是碼分多址的技術(shù)，它需要采用功率控制技術(shù)，來平衡用戶功率，以保證系統(tǒng)每個用戶的通信質(zhì)量和系統(tǒng)的最大容量。雖然GSM和wcdma同為歐洲標準，而且GSM是第二代標準，wcdma是第三代標準，GSM盡管也采用了功率控制技術(shù)，但區(qū)別還是巨大的：（1）

GSM功率控制速率要慢得多，對功率控制升多少、降多少要求并不是很精準,也不是很嚴格；（2）

GSM對功率控制依賴程度要低，而CDMA沒有了功率控制將幾乎無法工作。事實上在W—CDMA中，上行鏈路采用開環(huán)功控和閉環(huán)功控兩種方式。當(dāng)上行鏈路沒有建立時，開環(huán)功控用來調(diào)節(jié)物理隨機接入信道的發(fā)射功率。鏈路建立之后，使用閉環(huán)功控。閉環(huán)功控包括內(nèi)環(huán)功控和外環(huán)功控。外環(huán)功控以誤碼率或者誤幀率作為控制目標，內(nèi)環(huán)功控以信干比作為控制目標。下行鏈路只有閉環(huán)功控。1、Open

Loop

Power這部分主要以基站發(fā)出大信號、中信號、小信號三種狀況下，來檢測是否能正確估算出開環(huán)輸出功率，以及開環(huán)輸出功率范圍。具體計算公式為：PRACH

Preamble

Initial

Power

=

(P-CPICH

DL

TX

Power)

-

(CPICH_RSCP)+

(UL

Interference)

+

(Constant

Value)2、Inner

Loop

Powerwcdma關(guān)于在內(nèi)環(huán)功控方面作了較好的功率控制位的形式和算法的規(guī)定，在內(nèi)環(huán)功控下，必須能發(fā)出–50dBm到+24

dBm范圍內(nèi)的信號，而且還要求能夠很好相應(yīng)基站所發(fā)出的功率控制位，當(dāng)基站發(fā)出升（或降）1dB命令時，必須升（或降）1dB+/-0.5dB，當(dāng)基站發(fā)出升（或降）10dB命令時，必須升（或降）10dB+/-2dB。同時wcdma還規(guī)定了A,B,C,D,E,F,G,H

8段區(qū)域，來測試。將這部分與cdma2000

1x

的閉環(huán)功率控制相比，可以看出雖然異曲同工，但wcdma的規(guī)定更嚴謹，更細致。3、Maximum

Output

Power和Minimum

Output

Powerwcdma與cdma2000

1x在這方面非常類似，故不再贅述。通過以上的介紹，不難看出WCDMA與IS-95、CDMA

2000

1x沒有本質(zhì)不同，撇開IPR問題，所有的不同點無非是怎樣才能更好發(fā)揮CDMA的優(yōu)勢、提高系統(tǒng)的性能如系統(tǒng)容量、通信質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋等。六、結(jié)束語前面所述僅是把各個標準里對發(fā)射功率的有關(guān)規(guī)定拿出來羅列和對比，掛一漏萬。但管中窺豹，足見技術(shù)的發(fā)展和通信協(xié)議的進步。PHS和GSM同為時分多址系統(tǒng)，協(xié)議就輸出功率方面的規(guī)定具有可比性，它們與cdma2000

1x、wcdma這些碼分多址系統(tǒng)，在輸出功率方面不具有可比性