如何提高多播容量: 降低MS发射功率并合理控制干扰

现在我们来推导PTP和PTM信道选择方案的下行链路容量。不失一般性，我们考虑一个单独的多播组，参考小区中存在K_m个多播组成员。

功率控制和软切换带来的位置分集（site diversity）是比较多播传输两种方案性能的基础。功率控制的目标是在维持每个用户一定的QoS需求的前提下最小化用户的发射功率。功率控制被认为是CDMA中最重要的系统要求。上行链路功率控制通过保持小区内所有MS的接收功率在一个恒定的水平来克服远近效应，且降低MS功耗。下行链路功率控制主要用于降低小区边界外的干扰，因此不像上行链路功控那样对系统性能的影响如此关键。

通过软切换，一个MS可以同时连接到几个BS，往返于多个BS传输并接收信号，带来位置分集增益。和功率控制一样，下行链路的软切换带来的位置分集不像上行链路那样对系统容量如此关键。软切换在上行链路性能方面提供了相当大的增益且几乎没有任何干扰。这是由于在任何情况下，所有参与软切换的BS都将从MS接收信号，如果不是软切换，将不会有此优势。然而下行链路中，2个或多个参与软切换连接的BS必须对同一个MS使用给定功率水平发送信号，这对其他MS增加了干扰。从整个系统来看，若控制不当，对MS干扰的增加甚至会超出软切换带来的位置分集增益。

一个MS接收到本地BS的总功率为P₀·L₀。令ψ表示总传输功率中用于传输多播业务数据的比例，1-ψ表示传输功率中用于导频信号以及用户公共信息的比例。令ϕ_i表示分配给第i个MS的传输功率，那么ψ·ϕ_i·P₀·L₀是需要的从本地BS发出的接收功率。从式（8.1）和式（8.2）得到，MS接收的E_b/I₀记为γ，在（Choi and Kim，2001a）中给出

式中 N₀——背景噪声的功率谱密度；

W——扩展带宽；(www.xing528.com)

R——数据传输速率。

CDMA系统是典型的干扰受限系统，因此相比于来自所有BS的总信号功率，背景噪声功率较小，一般认为可以忽略。S₀=P₀·L₀，MS接收到的E_b/I₀为

为达到所需性能，MS接收到的E_b/I₀应该大于等于需要的E_b/I₀。功率控制算法的目的是在维持每个用户确定QoS的同时，最小化MS或BS的传输功率。在没有功率控制的下行链路，BS对所有MS的发射功率相同。然而，临近BS的那些MS接收到来自本地BS的强信号，还有来自其他BS的少量干扰。在满足SIR要求的前提下，通过降低对这些MS的发射功率，可以增加整体容量。通过精确的功率控制，系统性能将与用户位置无关。在最优功率控制的假设下，由式（8.3）可以得出，分配给第i个用户的功率占本地BS发射功率的比例为

从式（8.4）可以明显看出，分配给第i个用户的功率占总的BS发射功率的比例与I_oc/S₀成正比，I_oc/S₀是小区间干扰功率占从本地BS接收到的功率的比例。然而，I_oc/S₀与第i个用户的位置有关。因此我们记z_i（r_i，θ_i）=I_oc/S₀，（r_i，θ_i）表示第i个MS的极坐标。式（8.4）应该被改写为

由于S₀=P₀·L₀是一个对数正态随机变量，I_oc是根据式（8.2）定义的18个对数正态随机变量的总和，可近似为对数正态随机变量，所以z_i（r_i，θ_i）=I_oc/S₀可近似为均值为m_z，标准差为σ_z的对数正态随机变量，单位都为dB。类似地，y_i（r_i，θ_i）=z_i（r_i，θ_i）+φ也是一个对数正态随机变量，均值为m_y标准差为σ_y，单位为dB。为处理最坏情况的I_oc/S₀，我们计算I_oc/S₀时，假设用户正好在小区边缘且仅考虑来自最近的11个小区的干扰，也就是只考虑主要基站。在本书附录A的式（A.1）给出了详细解释。