如何降低手机功耗及对系统的干扰——功率控制、不连续发射、不连续接收

如何降低手机的功耗及对系统的干扰

在之前博文的介绍中，空分复用已经提出了这样的概念，此处回顾一下。

• 空分复用：当希望增加更多用户时，进行小区分裂，把一个大的小区分为很多小的小区，同时降低发射机的发射功率，以减小单个发射机的覆盖范围，尽量避免同频干扰，从而可以通过发射机数量的增加开服务于更多用户。
• GSM所希望的并不是通过提高发射功率来扩大适用范围，而是在可以接受的范围内尽量降低发射功率来进行频率的空分复用。

GSM采取的具体技术

• GSM认为空中接口的频率是最稀缺的资源，因此频率一定要多加利用。具体采取了每480ms调整一次手机发射功率的方式来降低手机对系统的干扰。
• 据统计，通话时某一方只有40%的时间在说话，GSM采用了一个VAD（Voice Active Detect，语音激活检测）技术来测量你是否在说话，如果在说话，向对方传送13kbit/s的语音信号；如果不在说话，只向对方发送0.5kbit/s的舒适背景噪声。这项技术称为DTX（Discontinuous Transmission，不连续发射），相对而言也降低了GSM系统的总体干扰。
• 为了满足用户需求，GSM采用了**DRX（Discontinuous Reception，不连续接收）**技术，即把手机分为不同的寻呼组，当没有轮到自己的寻呼组时，该手机可以关闭一些器件，进行休眠，以降低耗电量。

一. 功率控制（目的：降低干扰）

1. 对于GSM和CDMA技术而言，功率控制的要求有很大的不同。

   • GSM是频分复用，每200kHz划分一个频段，如果某一个手机发射功率过大，干扰的也就是附近占用同频和临频的手机，相对来说情况不是很严重。因此GSM通过慢速随路控制信道（SACCH）来发送手机的发射功率，每480ms一次，每秒修改2次发射功率，2Hz就够用了。
   • CDMA是码分复用，一般各个用户采用同一个频率，只是通过不同的码片来区分不同的终端。尽管不同设备可以通过不同的扩频码区分，但是对于解调器来说，其抗干扰特性决定了能接受的干扰信号的强度是有限的。因此对于CDMA，为了防止一个用户发射功率过大而阻塞整个小区的用户，其功率控制的频率比GSM高很多。比如IS-95，基站每1.25ms就向终端发一次功率调整指令，其频率约为800Hz，而WCDMA则高达1500Hz。

2. GSM系统中，当手机在小区移动时，手机的发射功率需要变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率，以减少对其他用户的影响；当它离基站较远时，应该增大发射功率，用于克服增加了的路径衰耗。

3. GSM系统中，无论是基站还是手机的发射功率都由BSC进行控制，而不是基站和手机，这也是无线资源（RR，Radio Resource）管理的重要内容。

   发射功率的调整主要取决于两个因素，一个是接收电平，另一个是接收质量（误码率）。接收电平和接收质量是衡量一条无线链路质量的标准公式，而人们往往只考虑接收电平（手机有几格信号）而忽略了接收质量（信号的失真度）。

4. 将手机的功率控制划分为进入连接模式之前和进入连接模式之后。

   • 因为手机进入连接模式之前和BSC没有信息交换，BSC无法指导手机应该如何应对。在初始连接时，手机根据在空闲模式时通过收听BCCH广播的系统消息所得到的手机在信道上的最大发射功率参数，来获得在该小区的最大发射功率。那么当手机通过随机接入信道RACH接入网络时，就以BCCH规定的最大发射功率来进行发射。
   • 一旦进入了连接模式，手机就会不断的和无线网络交换信息，那么控制手机发射的功率就变得非常重要。基站对上行链路的接收电平和接收质量进行测量并传送给BSC。至于手机当前的发射功率，是手机通过SACCH慢速随路信道传送给BTS，由BTS传送给BSC。BSC对以上因素加以考虑，并考虑手机本身的最大发射功率，然后决定如何对手机的发送功率进行调整。

5. BSC如果决定要调整手机的功率，那么就在下行的SACCH信道的第一层报文中设置改变手机功率的命令和改变时间提前量（TA）的命令。当手机收到专用信道上SACCH报头中携带的功率控制的命令后，就改变自己的发射功率，按该值传输。

   • 手机功率的最大变化速度是每13帧（60ms）以2db的速率进行变化。
   • 上行功率控制的范围是20~30db，步长2db。

6. CDMA系统中，为了避免远近效应（近的欺负远的），希望在任意时刻，基站所收到的移动台的信号，最好每一个比特的功率都相等。

   具体方法：WCDMA在上行链路上采取的是快速闭环功率控制（每秒1500Hz，可以对抗瑞利衰落）。

   • 基站需要频繁测算接收到的信号的信干比（SIR），并把它与目标SIR值进行比较，如果大于目标值，基站就命令移动台降低功率；如果小于目标值，则命令加大功率。
   • 为了追求恒定的接收质量，目标SIR值可以变化，这个接收质量通常用误比特率BER和误块率BLER表示。在SIR恒定的情况下，移动台的速率的不同和多径的不同都会导致误码率不同，如果追求恒定的误码率，那么SIR的要求肯定有所变化。
   • 在WCDMA中，某个Node B（相当于基站）的目标SIR的变化是通过无线网络控制器（RNC,Radio Network Controller，相当于BSC）来控制的，称为外环功率控制。

   二、不连续发射（DTX，Discontinuous Transmission）

   1. 据统计，通话时某一方只有40%的时间在说话，GSM采用了一个VAD（Voice Active Detect，语音激活检测）技术来测量你是否在说话，如果在说话，向对方传送13kbit/s的语音信号；如果不在说话，只向对方发送0.5kbit/s的舒适背景噪声。这项技术称为DTX（Discontinuous Transmission，不连续发射），相对而言也降低了GSM系统的总体干扰。

   2. 采用DTX的两大优点：

      ①降低空中接口总的干扰电平，提高频率利用率；

      ②节省无线发射机电源的消耗量，延长手机电板的使用时间。

      缺点：当上下行都采用DTX时，语音质量会受到一定程度的影响。

   3. 运营商可以自行设置参数决定是否利用DTX技术。

   三、不连续接收（DRX，Discontinuous Reception）

   1. 所谓不连续接收，是指不连续接收寻呼消息。GSM系统通过PCH信道下发寻呼消息，用于寻找手机。

   2. GSM按IMSI号把手机划分为不同的寻呼组，没有轮到自己的寻呼组时，手机处于睡眠状态（待机），对于网络的寻呼消息直接忽略；当寻呼到本组时，GSM手机开始对PCH信道的消息进行解码，查看是否寻呼的是自己。

   3. 手机分组的个数由以下3个参数决定：

      ①CCCH CONF（公共控制信道配置）：这个参数决定一个BCCH复帧中CCCCH消息的块数；

      ②BS AG BLKS RES（接入准许保留块数）：这个参数决定了一个BCCH复帧中AGCH的数量；

      ③BS PA MFRMS（寻呼信道复帧数）：决定了将一个小区的寻呼信道分为多个子信道。

      由于复帧的内容十分复杂，之后学习该部分内容时再详细介绍。