（光学专业论文）cdma20001x系统仿真及移动终端的定位服务研究.pdf

摘要 为了研究c d m a 2 0 0 0 - l x 系统的前向基本业务信道，并对其空中接口物理层 协议规定的三种不同无线配置的性能进行分析与比较，在m a t l a b s i m u l i n k 工 作平台上创建了几种无线配置下前向基本业务信道的模型。文中详细讲述了卷 积、交织、扩频、调制等重点模块的设计及参数设置。最后通过对两种差错率 和调制信号相位、频谱仿真结果的分析，明确展示c d m a 2 0 0 0 一i x 系统前向基本 业务信道的良好性能和三种无线配置条件下前向基本业务信道的不同特点。建 模仿真研究为实际网络的设计与规划提供了有力的依据和重要的参数。 此外，对现今的移动定位技术和服务作了深入研究，并针对当前中国联通 目前运行的c d m a 2 0 0 0 - 1 x 蜂窝移动通信网络，设计了一种能够使用此网络的 g p s o n e 定位技术平台，进行自身经、纬度位置测量的移动终端设备，并完成了 此移动终端的硬件设计和软件编程。成功地对该移动终端进行了一些基本业务 功能调试，如：话音业务、短消息业务等。重点进行了对该终端进行定位服务 测试，实验表明，移动终端的最高定位精度可以达到系统预期的5 m 以内。最后， 基于此移动终端设计了一种移动定位服务，编写相关软件程序，并通过实验证 明此服务可以成功实现，说明此移动终端具有很强的实用性和很高的灵活性。 关键词c d n l a 2 0 0 0 1 x ,建模仿真；定位；c o p s o n e ； 无线通信模块； a b s t r a c t i no r d e rt or e s e a r c ht h ef o r w a r df u n d a m e n t a lc h a n n e lo fc d m a 2 0 0 0 1 x s y s t e m ，a n a l y z ea n dc o m p a r et h ep e r f o r m a n c e so f t h r e er a d i oc o n f i g u r a t i o n sd e f i n e d b yt h ep h y s i c a ll a y e rs t a n d a r d s ，t h e c h a n n e lm o d e l sa x ee s t a b l i s h e du n d e r m a t l a b s i m u l i n k t h ea r t i c l ed i s c u s s e st h ed e s i g n sa n dp r e f e r e n c e so fs e v e r a lk e y m o d u l e si nd e t a i l ，s u c ha sc o n v o l u t i o n ，i n t e r l e a v i n g ，s p r e a ds p e c t r u m ，m o d u l a t i o n a n ds oo n a t l a s t ，t h ea n a l y s i s o f s i m u l a t i o nr e s u l t sa b o u t t w o k i n d so f e r r o rr a t e ，t h e p h a s eo fm o d u l a t e ds i g n a l s ，a n ds p e c t r u m sc a nc l e a r l ys h o wt h a t t h ef o r w a r d f u n d a m e n t a lc h a n n e lo fc d m a 2 0 0 0 1 xs y s t e mh a se x c e l l e n tp e r f o r m a n c e s ，a n di t h a sd i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c si nt h r e er a d i oc o n f i g u r a t i o n s t h er e s e a r c ho fm o d e l i n g a n ds i m u l a t i o np r o v i d ei m p o r t a n tr e f e r e n c e s 。 b e s i d e st h a t , d od e 印r e s e a r c h e so np o s i t i o n i n gt e c h n o l o g y i e sa n dl o c a t i o n s e r v i c e s f o rc d m a 2 0 0 0 i xt h e3 ”g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k c o n s t r u c t e db yc h i n au n i c o r n ，d e s i g n i n gt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h em o b i l e e q u i p m e n t ，w h i c hc a nm e a s u r ei t sp o s i t i o nu s i n gc r p s o n ep o s i t i o n i n gt e c h n o l o g y s o m et e s t sa b o u tf u n c t i o n sa n ds e r v i c e so f t h em o b i l ee q u i r m e n th a v ed o n e ，s u c ha s v o i c es e r v i c e s h o r tm a s s a g es e r v i c ea n ds oo n n em o s ti m p o r t a n to n ei s p o s i t i o n i n gt e s t i n d i c a t e db yt h i st e s t ，t h eb e s ta c c u r a c yo f t h i sm o b i l ee q u i p m e n t i s l e s st h a n5 m a tl a s t , o n em o b i l el o c a t i o ns e r v i c ei sp r e s e n t e df o rt h i sm o b i l e e q u i p m e n t t h i ss e r v i c ec o m i n gt r u ed e m o n s t r a t e st h a tt h i sm o b i l ee q u i p m e n th a s s t r o n gp r a c t i c a b i l i t ya n dh i g hs e n s i t i v i t y k e y w o r d sc d m a 2 0 0 0 1 x ；m o d e l i n g & s i m u l a t i o n ；p o s i t i o n i n g ；g p s o n e ； l e s sc o m m u n i e a t i o nm o d u l e - - 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 鹰娘 关于论文使用授权的说明 日期：回j 弓l 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：鹰袋导师签名：南睃髟，日期：叼占引 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 蜂窝移动通信技术近年来的持续高速发展，全球商用蜂窝移动通信网络的不 断增加，用户数量的不断增长，服务的日趋丰富，使得蜂窝移动通信给人们的工 作和生活带来了日益深远的影响。近年来，全球通信市场呈现新的发展趋势，即 移动通信的发展超过固定网络通信。据统计，2 0 0 2 年全球移动电话用户超过固 定电话用户，2 0 0 3 年1 0 月，我国的移动电话用户也超过了固定电话用户；截止 2 0 0 6 年，全球移动用户已经达到了2 6 8 亿，其中3 g 用户达到4 3 亿；中国移动 用户目前高达4 7 6 亿。可见追求通信的无线性、可移动性和个人化是必然的发 展趋势，同时也证明了移动通信市场有着巨大的市场潜力。 目前，全球各国商用的蜂窝移动通信网正处于2 g 到3 g 演进的关键时期。3 0 蜂窝移动通信技术成为目前技术研究和设备开发的焦点，相应的技术标准也是层 出不穷。为了统一标准，从2 0 世纪8 0 年代初，联合国组织i t u ( 国际电信联盟) 就开始了对第三代移动通信系统( 3 g ) 的研究，相关规范为i m t 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a l m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s2 0 0 0 ) 。2 0 0 0 年5 月，国际电信联盟的无线小组i t u - r 最终通过i m t - 2 0 0 0 的无线接口规范( r t t ，无线传输技术) 。它主要由美国电信 工业协会( 1 r i a ) 提交的c d m a 2 0 0 0 ，欧洲电信标准化协会( e t s i ) 提交的w c d m a 和中国电信科学技术研究院( c 朋盯) 提交的t d s c d m a 组成。 对网络运营商、服务提供商以及设备制造商来说，他们总是追求利润的最大 化的，并根据产生利润的多少来选择网络的技术演进方向和网络提供的服务的。 a r p u ( a v e r a g er e v e n u ep e ru s e r ) 值是指一个时间段内，移动网络运营商从每 个用户身上所获得的利润的多少。它可以直接反映出运营商利润率的高低。可仅 仅依靠2 g 、2 5 g 的网络技术，虽然移动用户的数量急剧增加，但是由于业务单 一，市场竞争日趋激烈，带来了残酷的价格竞争，低端用户群的膨胀，使得传统 业务资费的大幅下调，运营商的a r p u 值也呈现了下降趋势。所以单纯依靠扩 大网络规模、增加用户数量来实现利润增长的粗放式经营模式已经不适用了目 前，运营商应对a r p u 值下降的最好办法就是开发新的、对用户更有价值的服 务和应用，创造新的赢利模式从各种业务发展的特点来看。传统的话音业务还 会在未来的几年当中占据主要地位，但是其已经逐渐趋于饱和，增长速度减缓； 而新兴的数据业务和多媒体业务虽然目前的市场份额没有话音业务大，但是它们 将以其丰富的内容、高质量的传送和高速的发展逐渐替代话音业务，成为未来移 动通信业务的中坚力量。由于个人消费者越来越关注融视觉、听觉、互动为一体 的数据业务，所以，数据业务替代单纯的语音业务已成为不可逆转的趋势。将来， 北京工业大学理学硕士学位论文 在移动运营企业的业务总量中，数据业务的比重将逐步提高，成为移动运营企业 新的利润增长点，为运营商提高a r p u 值作出重大贡献。根据有关咨询机构的 统计数据显示，2 0 1 0 年，中国增值业务的市场规模预计能达到2 7 0 0 亿。 目前，移动通信网络已经开始提供多种增值业务，如无线高速访问互联网和 下载、移动办公、多媒体邮件、流媒体传输等。“移动定位服务”被认为是其中 很有发展潜力的一种。定位服务不仅仅是了解移动用户位置的个性化服务，更重 要的是它可以保护每一位移动用户的人身与财产安全，还可以由此扩展出更广泛 的集团业务。随着未来技术的发展，定位服务将提供给客户更高的定位精度，更 便捷的操作方式，更全面的位置信息。定位服务必将获得更广阔的应用空间。 1 2c d m a 2 0 0 0 标准体系和发展现状 c d m a 2 0 0 0 网络标准是在2 g 、2 5 g 的c d m a o n e 网络标准基础之上发展而 来的3 g 网络标准。c d m a 2 0 0 0 网络具有很好的兼容性，可以完全兼容c d m a o n e 网络标准，并且以较低的代价向下一代平滑演进。 i s 2 0 0 0 是c d m a 2 0 0 0 空中接口标准。在1 9 9 9 年7 月推出了r e l e a s eo 阶段标准， 后来相继在2 0 0 0 年3 月推出了r e l e a s ea 阶段标准，在2 0 0 2 年4 月推出了r e l e a s eb 阶段标准，2 0 0 2 年5 月推出了r e l e a s e c 阶段标准，在2 0 0 4 年3 月推出了r e l e a s e d 阶段标准。c d m a 2 0 0 0 是一个标准家族，它总共有两个分支，包含一系列子标准。 一个分支包括c d m a 2 0 0 0 1 x 、c d m a 2 0 0 0 i xe v - d o 、c d m a 2 0 0 0 1 xe v - d v ； 第二个分支包括c d m a 2 0 0 0 3 x 1 1 1 2 1 。但是从资源使用效率和网络能够提供的最高 数据传输速率来分析，c d m a 2 0 0 0 i xe v - d o 、c d m a 2 0 0 0 1 xe v - d v 在节省频 谱资源的前提下，能够提供更高的数据传输速率，所以目前的设备厂商和运营商 都致力于此分支标准的设备的研发。现在商用的标准有c d m a 2 0 0 0 1 x 和 c d m a 2 0 0 0 1 xe v - d o 3 1 。 北美、亚太( 韩国、日本) 和中国是世界上c d m a 技术发展得最好的地区 韩国继2 0 0 0 年建成首个c d l 讧a 2 0 0 0 1 x 网络后，又于2 0 0 2 年率先运营1 x e v - d o 网络。日本第二大移动运营商k d d i 也采用c d m a 技术，虽然市场占有率不及 d o c o m o ，但在3 g 发展上却毫不逊色，2 0 0 5 年，新增用户数与d o c o m o 交替领 先。在c d m a 标准大本营北美，c d m a 2 0 0 0 也于近两年开始了大量建设。v e r i z o n 于2 0 0 5 年第三季度在6 0 个城市提供了e v - d o 服务，该公司计划把这项服务覆 盖到l 3 至l 2 的人1 1 1 于2 0 0 4 年底开始e v - d o 建设的s p r i n t ，2 0 0 5 年第三季 度重点覆盖了机场和3 4 个大城市的市中心，并计划在2 0 0 6 年初推广到6 0 个大 城市。中国联通作为中国惟一运营c d m a 网络的运营商，在网络建设前3 年中， 投入近7 0 0 亿建设了覆盖全国的容量达7 0 0 0 万的全球规模最大的 c d m a 2 0 0 0 l x 网络。2 0 0 5 年其c d m a 用户已经超过3 0 0 0 万，c d m a 2 0 0 0 1 x 数据用户超过9 0 0 万，移动数据增值业务收入比重达1 1 左右，其中短信比重 第1 章绪论 约占7 成。c d m a 2 0 0 0 1 x 业务是今后中国联通3 g 业务发展的重要组成部分， 联通新时空推出统一的c d m a 无线数据业务“u n i 一联通无限”品牌，不仅大大 地丰富了c d m a 网络的业务，更提升了用户的沟通和娱乐体验。 所以，一方面，各国的科研机构、各大通信公司投入大量资金和科研人员不 断进行对c d m a 2 0 0 0 系统进行研发，另一方面，随着蜂窝试验网和商用网的大 规模建设，出现了很多技术问题需要解决，尤其是在空中接口信息的传输上。 1 3 本课题的技术背景及个人所做的工作 本论文的研究内容和目标主要有以下几点： 1 了解国内外关于c d m a 2 0 0 0 1 x 网络的研究、商用状况和发展趋势。 2 深入了解c d m a 2 0 0 0 1 x 空中接口物理层协议i s 2 0 0 0 - 2 ，包括：物理信道、 扩展频谱技术、信道编码技术、调制解调技术、功率控制等。在对协议标准深入 研究的基础之上，使用m a t l a b s i m u l i n k 对前向链路的业务信道不同无线配置情 况下，进行信道建模和仿真实验，对比分析不同无线配置的特点和信道性能，为 实际网络在不同情况下更合理的应用各种无线配置提供依据，并为实际设备开发 和网络建设、规划提供一些重要参考数据。 3 深入学习了各种无线定位技术，对各种无线定位技术进行了比较。并掌握了 基于c d m a 2 0 0 0 1 x 网络的无线定位技术g p s o n e 。 4 研究c d m a 2 0 0 0 1 x 系统高速数据业务和增值业务，如高速访问互联网、移 动定位技术等，并在此基础上设计能够接入c d m a 2 0 0 0 1 x 网络的特制终端设 备；并且针对于c d m a 2 0 0 0 1 x 网络现在已经能够提供的g - p s o n e 定位技术，进 行定位服务的开发，以及让定位技术与传统网络业务配合，实现多种业务的互补 应用，如：实现通过短信业务和传统话音业务传输位置信息等。 此项课题的研究重点是根据现有c d m a 2 0 0 0 1 x 网络的特点和技术平台，为 企业专用用户群和个人用户的特殊业务要求开发专用的终端设备。因为现在中国 的移动网络运营商和网络服务供应商提供的服务多数是面向大众群体的通用服 务，但是针对个体和特殊群体的定制服务还很少，尚处于起步阶段。国外这方面 业务的发展要比中国快，而且业务带来的利润非常可观，用户的需求量很大。所 以为了加快未来国内这方面服务的开发，很多科研人员已经开始开发各种定制终 端设备。 本论文就是设计了针对于c d m a 2 0 0 0 1 x 网络g p s o n e 定位技术平台的特殊 定位终端设备。这种终端设备可以应用在集群调度、公共查询、导航、紧急救援 等众多领域，给用户带来高质量、高精度、快速、灵活，便宜的定位服务。 第2 章c d m a 2 0 0 0 1 x 移动通信系统 第2 章c d m a 2 0 0 0 1 x 移动通信系统 2 1c d m a 2 0 0 0 1 x 基本原理、网络的结构与特点 2 1 1c d m a 2 0 0 0 1 x 系统的主要特点 c d m a 2 0 0 0 - 1 x 是c d m a 2 0 0 0 系统发展的第一个阶段。c d m a 2 0 0 0 1 x 系统 使用一个带宽为1 2 5 m h z 的载波，前向链路和反向链路均采用1 2 2 8 8 m c p s 序列 扩频的单载波实现，可以提供语音业务及高速分组数据业务。它在i s 9 5 系统的 基础上发展而来，与i s - 9 5 系列标准后向兼容，使系统可以平滑升级到第三代系 统1 4 】。与第二代c d m a 系统相比，c d m a 2 0 0 0 1 x 在空中接口以及核心网部分又 有很多改进，有很多新的特性：c d m a 2 0 0 0 1 x 系统单载波的语音容量是i s 9 5 系统的1 5 2 倍；在目前中国的商用c d m a 2 0 0 0 1 x 系统中，最高数据业务传输 速率可以达到1 5 3 6 k b p s ；c d m a 2 0 0 0 - 1 x 对毛，m 的要求更低，从而增加了系 统的覆盖范围；c d m a 2 0 0 0 1 x 在一个频段上可以同时提供语音和数据业务，提 高了频谱的利用率；c d m a 2 0 0 0 1 x 在核心网部分增加了分组域的功能。既支持 电路域交换，也支持分组域交换；除了语音业务之外，c d m a 2 0 0 0 1 x 系统还能 支持众多的互联网业务和多媒体业务，为分组数据业务提供了良好的实现平台； 由于c d m a 2 0 0 0 1 x 系统采用了快速寻呼信道，大大降低了移动台的耗电。 2 1 2c d m a 2 0 0 0 。l x 系统提供的业务i 习 c d m a 2 0 0 0 i x 系统支持多种业务，包括语音业务、数据业务和增值业务。 1 语音业务 语音业务在c d m a 2 0 0 0 i x 系统中仍然是最主要的业务之一， c d m a 2 0 0 0 1 x 系统的语音容量较c d m ai s 9 5 系统有所提高，理论上2 倍于 c d m ai s 9 5 系统，实际上1 5 倍予c d m ai s 9 5 系统c d m a 2 0 0 0 1 x 系统还 提供与语音业务相关的补充服务，包括：主叫号码显示、呼叫转移、呼叫等待、 呼叫保持和三方会议。语音业务作为c d m a 2 0 0 0 i x 网络提供的主营业务，可实 现广泛的覆盖、高质量和大容量。 2 数据业务和增值业务 数据业务是社会需求的发展方向，其中分组形式的数据业务又是近期主要的 社会需求。c d m a 2 0 0 0 1 x 网络加强了对数据业务的支持，从原电路交换方式转 变成了分组交换方式，提高了信道利用率，支持高速分组数据业务。根据3 ( 3 应 用的规划，c d m a 2 0 0 0 1 x 网络在理论速率可达3 0 7 2 k b p s ，中国联通现网最高 速率可达1 5 3 6 k b p s 。由于高速数据业务是通过分组交换实现的，所以计费方式 北京工业大学理学硕士学位论文 采用计流量方式。主要的数据业务( 增值业务) 包括： ( 1 ) 短消息业务( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ，s m s ) 短信服务是系统支持的一种低速的数据业务，也是一项极具吸引力的增值业 务，它已经成为移动网络运营商提供语音通信之外的另一个重要服务。 ( 2 ) w a p ( w i r e l e s s a p p l i c a t i o np r o t o c a l ) 业务 w a p 是一种开放式的全球规范，能够使无线终端用户享受有线数据网络 ( i n t e r a c t ) 的丰富业务，为运营商和服务供应商提供丰富应用服务的良好平台。 它是以i n t e m e t 上的h t t p h t m l 为基础，并针对无线通信终端设备显示界面较 小、功率低、内存较小，无线网络带宽窄、多延迟和不可靠性不高的特性做了修 正。对于c d m a 2 0 0 0 - 1 x 网络，由于无线传输技术的发展，传输速率及可靠性得 到良好保证，因此将协议更加贴近i n t e m e t 的相关协议，并增加了新的功能，让 无线和有线的融合趋势更加明显。典型业务有：彩信( m m s ) 、p u s h 等。 ( 3 ) 移动多媒体邮件业务 移动多媒体邮件利用了移动互联网和成熟的电子邮件技术，为移动手机用户 提供了方便编辑、收发、存储多媒体信息的手段。多媒体邮件业务还可以使移动 台的电子邮件服务与i n t c m e t 上的电子邮件进行无缝接续，使电子邮件可以在移 动终端和互联网之间实现自由传送。它被认为是移动业务新的增长点和移动数据 业务的关键应用。中国联通推出的多媒体邮件业务品牌为“彩e ”。 ( 4 ) j a v a 、b r e w ( b i n a r yr u n t i m ee n v i r o n m e n tf o rw i r e l e s s ) 下载类业务 j a v a 是s u n 公司推出的，广泛应用于多种设备，如计算机、服务器、移动 终端等的通用应用运行系统。其中适用于移动终端的版本为j 2 m e 。在支持j 2 m e 的移动终端中，存在j a v a 应用管理器，支持使用w a p 或h t t p 从网络下载应用。 b r e w 运行环境是一个精巧的软件接口层，它驻存在无线设备中芯片系统软 件和应用程序之间，终端用户可以通过无线方式下载应用程序，并运行在基于 b r e w 的设备上b r e w 为高通的无线互联网发射平台的嵌入功能提供了一套 应用程序接口a p i 。无线互联网发射平台是一组高度集成的芯片组功能系统软 件，能提供高级互联网功能与多媒体特征的附加程序。大大减少了对大多数附加 配件的需要。如果制造商或其他开发人员可以在任何时候对b r e w 环境进行扩 展，提供无线应用可以利用的附加功能。这使得应用可以利用本地运行和存储提 供一个比基于浏览器的架构性能和功能更为强大的客户服务器解决方案。 ( 5 ) 上网卡业务 c d m a 2 0 0 0 1 x 系统的技术亮点就在于它支持高速分组数据传输。各运营商 正是基于这点开发了许多新业务，高速分组数据业务的应用正是其中之一。掌中 宽带业务是中国联通推出的一项c d m a 2 0 0 0 1 x 高速分组数据业务的实际应用。 它利用c d m a 网络作为接入手段，以无线移动方式访问互联网。实现方法可以 第2 章c d m a 2 0 0 0 i x 移动通信系统 是通过c d m a 2 0 0 0 - 1 x 手机连接数据线到电脑的方式，也可以是通过电脑的 p c m c i a 接口直接插c d m a 2 0 0 0 - 1 x 无线网卡的方式。 ( 6 ) 定位服务 在论文第四章将做详细介绍。 2 2c d m a 2 0 0 0 1 x 系统的网络结构、接口协议和标准 2 2 1c d m a 2 0 0 0 - l x 系统的网络结构 c d m a 2 0 0 0 - i x 网络结构符合蜂窝移动通信系统的典型结构，如图2 1 所示； 从图中可以看到，c d m a 2 0 0 0 1 x 系统主要由四个子系统组成： 图2 - 1c d m a 2 0 0 0 - 1 x 网络结构 f i g 2 1c d m a 2 0 0 0 - i xn e t w o r k s t r u c t u r e 1 移动台( m o b i l es t a t i o n ， m s ) m s 是用户接入无线网络和 使用各种应用服务的终端设备。 它与网络之间的通信链路为无 线链路，通过空中接口( u m 接 口) 。m s 由两部分组成：移动 设备( m o b i l ee q u i p m e n t ，m e ) 和用户识别模块( u s e ri d e n t i t y m o d u l e ，u i m ) 。在设计初始， c d m a 的m s 是姬和u m 卡 一体化。但是中国联通在实现 c d m a 网络时，将其分开了。 2 无线网络( r a d i on e t w o r k ， r n ) 无线网络主要完成从无线信息传输形式到有线信息传输形式的转换；完成空 中无线资源的管理和控制：交换信息到网络交换系统。由于c d m a 2 0 0 0 1 x 系统 是由第二代的c d m a i s 9 5 系统发展而来，所以其无线网络的结构与i s 9 5 系统 非常类似，仍然包括基站收发信机( b a s es t a t i o nt r a n s c e i v e r ，b t s ) 和基站控制 器( b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r ，b s c ) 两个主要功能实体同时，为了支持分组数 据业务而增加了新的功能实体分组控制功能( p a c k e tc o n t r o lf u n c t i o n ，p c f ) 。 3 网络交换系统( n e t w o r ks w i t c h i n gs y s t e m ，n s s ) c d m a 2 0 0 0 i x 系统的网络交换系统分为电路域和分组域两大部分。所有的 业务在无线网络( r n ) 中进行分流，电路型业务走电路域网络交换系统( c n s s ) ， 分组型业务走分组域网络交换系统( p - n s s ) ( 1 ) 电路域网络交换系统c - n s s 主要为移动用户提供语音服务和低速电路型 北京工业大学理学硕士学位论文 的数据服务。其主要功能为：电路交换，体现在陆地中继链路( c l c ) 的管理和 分配，呼叫的处理和控制；移动性管理，体现在越区切换和漫游的控制、用户位 置信息的登记与管理、用户号码和移动设备号码的登记和管理；用户鉴权和服务 类型控制；互连功能；计费信息采集等。c - n s s 包括以下功能实体：移动交换中 心( m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r ，m s c ) 、归属位置寄存器( h o m el o c a t i o n r e g i s t e r ， h l r ) 、访问位置寄存器( v i s i t e dl o c a t i o nr e g i s t e r ，v l r ) 、设备识别寄存器 ( e q u i p m e n ti d e n t i f yr e g i s t e r ，e i r ) 、鉴权中心( a u t h e n t i c a t i o nc e n t e r ，a c ) 、 互通功能( i n t e r w o r k i n gu n i t ，i w u ) 、回声消除器( e c h oc a n c e l l e r ，e c ) ( 2 ) 分组域网络交换系统p - n s s 主要为移动用户提供基于母技术的分组数据 业务，包括：采用加密或不加密的方式登陆企业内部网( i n t r a n e t ) 并获得服务， 登陆外部互联网( i n t e r a c t ) 并获取相应的互联网服务提供商( i s p ) 提供的各种 服务。同时提供这些服务所必须的路由选择、用户数据管理、移动性管理等功能 p - n s s 包括以下功能实体：分组数据服务节点( p a c k e td a t as e r v i c en o d e ，p d s n ) 、 归属地代理( h o m ea g e m ，h a ) 、访问地代理( f o r e i g n a g e n t ，f a ) 、a a a 服务 器( a u t h e n t i c a t i o n 、a u t h o r i z a t i o n 、a c c o u n t i n g ，a a a ) 。 4 操作与维护系统( o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c es y s t e m ，o m s ) o m s 提供在远程操作、管理和维护c d m a 网络的能力，是移动通信网络的 重要组成部分。o m s 的品质直接影响着网络运营维护人员对网络设备的监控与 管理，直接影响到网络的运行质量和安全稳定。o m s 主要包括不同功能的操作 维护中心( o p e r a t i o n sa n dm a i n t e n a n c e ，o m c ) 2 2 2c d m a 2 0 0 0 1 x 系统接口协议和标准【l 】 c d m a 2 0 0 0 1 x 系统采用的是模块化的结构，即整个系统划分成不同的子系 统，每个子系统由多个功能实体构成，实现一系列的功能，不同的子系统之间通 过特定的接口相连，相互配合，共同实现各种业务。下面介绍一下各种接口： 1 空中接口( u r n 接口) m s 与b t s 之间的接口对应的空中接口标准在3 g p p 2 中的编号为c s 0 0 0 1 - c s 0 0 0 6 。它是由2 g 的c d m a o n e 发展演进而来，并与之兼容。 2 a b i s 接口 b t s 与b s c 之间的接口为a b i s 接口目前a b i s 尚没有实现标准化，而是 由各个设备制造厂商自行定义，是设备制造商私有接口。 3 a 接口 b s c 和m s c 之间的a 接口部分，a l 接口负责传输b t s 与m s c 之间的信 令信息，a 2 接口负责传输用户的语音业务数据，而a 5 接口则负责传输用户的 电路型数据业务数据。这些接口的物理层是常用的t i e i 线路，具体标准见 g ：7 0 3 ，g 7 0 4 ；数据链路层基于7 号信令系统m t p 2 ：网络层基于7 号信令系统 第2 章c d m a 2 0 0 0 - i x 移动通信系统 的m t p 3 和s c c p 共同组成。网络层以上的高层协议为b s s m a p ( r n 管理应用 部分) 和d t a p ( 直接传送应用部分) b s c 和p c f 之间的a 接口部分，a 8 接口负责传输用户业务数据，a 9 接口 负责传输b s c 和p c f 之间的控制信令。由于在目前的设备实现中，几乎所有的 厂商都是把b s c 和p c f 在同一个物理实体中进行实现，所以实际上a g 、a 9 并 没有真正开放，而是厂家定义的私有接口。 p d s n 和p c f 之间的a 接口部分。其中，a 1 0 接口负责传输用户业务数据， a l l 接口负责传输p d s n 和p c f 之间的控制信令。a 1 l 接口主要用来交换隧道 信息和计费相关信息。r - p 接口的信令使用了移动口信令。移动i p 信令是通过 u d p 佃承载的。a 1 0 接口是数据业务传输的接口，其分为物理连接和逻辑连接。 逻辑连接选用了g r e 隧道技术来实现。其中，m 茁d l c 帧为被承载协议，g r e 为隧道封装协议，m 为承载协议。物理连接在目前主要使用1 0 0 m b i t s 的以太网。 4 电路域核心网( c - n s s ) 内部接口 c d m a 2 0 0 0 i x 网络电路域核心网采用a n s i 4 1 标准。其内部接口见表2 1 。 表2 - 1c - n s s 内部接口 t 曲1 d 2 1c 二n s si n t r a - i n t e r f a c c 接口名称相关功能实体 b 接口 m s c 与v l r 之间 c 接口m s c 与h l r 之间 d 接口h l r 与v l r 之间 e 接口m s c 与m s c 之间 f 接口m s c 与e i r 之间 g 接口v l r 与v l r 之间 h 接口a c 与h l r 之间 l 接口m s c 与i w u 之间 c - n s s 内部的每一种接口都由不同的 协议层次组成，用于完成不同的功能。为了 和现有的固定电话通信网很好的配合和过 渡，所有接口上均使用有线通信网上使用的 7 号信令系统，并根据c d m a 的特点，使用 了t c a p 和m a p 来完成相应功能，所以这 些接口又叫做m a p ( m o b i l ea p p l i c a t i o n p a r t ) 接口。由于在实际运营中，这些组件 多是同一厂家设备，且许多组件是以同一物 理设备存在的，如：m s c 和v l r 是集成在 一起的，h l r 和a c 集成在一起。所以它们之间的接口对于外部一般不可见。 2 3 本章小结 综上所述，c d m a 2 0 0 0 - 1 x 作为第三代蜂窝移动通信网络标准的典型代表， 具有良好的系统性能，能够支持丰富的业务类型。它在2 gc d m ai s 9 5 网络标 准基础上平滑过渡而来的，不但大大改善接入网空中接口前、反向链路性能，而 且在核心网增加了分组域，使其除了能兼容传统c d m a i s 9 5 系统，还能承载多 种q o s 需求的高速数据业务，充分满足了现今移动用户多样的业务需求。 c d m a 2 0 0 0 1 x 以其优异的特性，获得了众多移动通信网络运营商的青睐，并且 以迅猛的速度在全世界范围扩大其商用化规模。 第3 章c d m a 2 0 0 0 i x 系统前向业务信道建模仿真 第3 章c d m a 2 0 0 0 1 x 系统前向业务信道建模仿真 3 1 建模对象、仿真主要内容及建模仿真软件平台介绍 3 1 1 建模对象及仿真主要内容 3 0 的c d m a 2 0 0 0 1 x 系统，与传统2 g 的c d m ai s 9 5 相比，除了保留了 所有i s 9 5 的空中接口的控制信道和业务信道无线配置( 前反向r c i 、2 ) 之外， 为了提高系统质量、容量等方面的性能，还增加了很多新的控制信道和业务信道 无线配置。以往对于c d m a 2 0 0 0 1 x 前、反向业务信道性能的研究主要局限在对 某一种无线配置的独立分析上，很少进行同一原始信息速率、不同无线配置处理 后，横向的信道性能的比较研究砸】川嘲。所以在实际网络建设中不能恰当利用无 线配置各自的特点，使业务信道的优秀性能不能良好体现出来。本文根据 c d m a 2 0 0 0 1 x 规范，分别对基于速率集l 的三种前向基本业务信道( f f c h ) 最典型的三种无线配置( r c l 、3 、4 ) 进行建模，并根据仿真结果得到其特点和 对系统性能的改进。 3 1 2m a t l a b 7 0 s i m u l i n k 软件平台介绍 m a t l a b 是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语 言，是强大的科学计算平台。m a t l a b 的主要优势有：友好的工作平台和编程 环境、简单易用的程序语言、强大的科学计算及数据处理能力、出色的图形处理 能力、应用广泛的模块集和工具箱实用的程序接口和开发平台、模块化设计和系 统级的仿真【9 】 s i m u l i n k 是m a t l a b 的一个分支产品，主要用来对工程问题进行动态系统建 模、仿真及综合分析，是一种可视化仿真工具。s i m u l i n k 提供了许多模块库，每 个模块都有自己的输入、输出端口，可以实现一定的功能。而仿真模型表现为若 干个仿真模块的集合以及这些模块之间的连接关系。在图形用户界面g u i 上，只 要进行鼠标的简单拖拉仿真模块和模块连接操作就可以构造出用户所需的仿真 模型，这使得仿真的设计和分析过程变得直观和便捷，同时有利于仿真模型的扩 充。此外，s i m u l i n k 司提供了s 函数，即系统函数，用户可以用m a l r i 。a b 、c 语言、 c + + 语言或f o r t r a n 语言所编写的程序来创建自定义的s i m u l i n k 模块，这样可以 保证用户更灵活的使用s i m u l i n k 创建所需的仿真模型。s i m u l i n k 广泛应用于线性 和非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中，涉及的领域有动力系 统、信号控制、通信设计、金融财会及生物医学等【埘 本文根据c d m a 2 0 0 0 - 1 x 系统的基本原理，利用m a t l a b 7 0 s i m u l i n k 建立 北京工业大学理学硕士学位论文 c d m a 2 0 0 0 i x 系统前向业务信道仿真模型。m a t l a b 7 0 s i m u l i n k 模块库提供了一 个基于i s 9 5 标准的c d m a 系统功能模块集“c d m ar e f e r e n c eb i o c k e t ”，其中 有些模块可以直接应用，但是很多关键模块在此模块集中是没有的，需要在建模 时，根据规范要求使用模块库中其它模块集的基础模块自行创建。最终组建成完 整的前向业务信道模型陋】【i o l i t 3 1 。 3 2 基带信道编码、解码部分的建模仿真 3 2 1 前向业务信道不同无线配置下信道编、解码建模仿真 c d m a 2 0 0 0 1 x 每种前向业务信道无线配置的信道编码部分主要处理流程 如图3 1 所示i 。 加帧质 量指示 力口8 b i t 尾比特 卷积或 t u r b o 符号 重复 符号 打孔 交 织 图3 1c d m a 2 0 0 0 i x 网络空中接口物理层信道编码结构框图 f i g 3 - 1p h y s i c a l l a y e r c h a n n e l c o d i n g s t r u c t u r e o f a i r i n t e r f a c e o f c d m a 2 0 0 0 1 xn e t w o r k 1 循环冗余校验码 c r c 是具有检错、纠错功能的信道编码技术。在c d m a 系统中，主要使用 了它的检错功能来衡量信道传输质量。而纠错功能是由其它编码技术实现的。 c r c 在c d m a 2 0 0 0 i x 网络中的主要功能有： ( 1 ) 前向检错：接收端根据帧尾的c r c 和帧信息判断这一帧是否有传输错误， 即实现帧级别的查错功能。 ( 2 ) 计算误帧率( f r a m ee r r o rr a t e ，f e r ) ：积累多帧后，系统能计算出误帧 率( f e r ) ，是信道质量的衡量依据。 ( 3 ) 根据误帧率( f e r ) 来计算功率控制。 c r c 的工作原理是：由于任一码组多项式爿g ) 都应能被生成多项式g g ) 整 除，所以在接收端可以将接收码组盂g ) 用原生成多项式g g ) 去除当传输中未 发生错误时，接收码组与发送码组相同，即太g ) = 一g ) ，故接收码组是g ) 必定能 被g g ) 整除；若码组在