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l a s - c d m a 接入系统研究及其仿真 摘要 码分多址技术是新代无线通信系统的主流技术，而基于具有无干扰 窗口的扩频码的l a s c d m a ( 大区同步码分多址) 技术，由于众多的优越性 使其在该领域崭露头角。l a s c d m a 技术是具有自主知识产权的技术， 同时也是近几年才提出的新技术，所以研究此课题，对我国移动通信技术 的发展具有重要的意义，同时也是一个新的挑战。l a s - - c d m a ( 大区域同 步码分多址联接) 技术的特点在于使用了一种被称为l a s 编码的创新性的 扩频编码设计，通过减少系统产生的干扰来增加系统容量。l a s 编码由被 称为l a 码和l s 码的两级编码组成。l a s - - c d m a 是一个智能扩频编码，通 过利用强大的零干扰多址码，l a 码和l s 码作用于系统可以减少或完全消 除所产生的干扰。 本论文主要研究了随机多址无线通信技术在t d l a sc d f v i a 系统中的应 用。论文主要分为三个主要部分，第一部分就随机多址技术进行了研究。 第二部分就目前两大通信系统g s m 、c d m a 无线接入通信技术进行了研究。 第三部分就随机多址技术和t d l a sc d m a 系统相结合进行了研究。在随机 多址技术的研究部分，主要就a l o h a 多址技术进行了详细的研究和阐述。 同时对s l o t t e da l o h a 系统的稳定性现有算法进行了研究，并用m a t l a b 进行了仿真，得出系统稳定性和系统吞吐率之间的关系。在目前两大通信 系统g s m 、s c d m a 的无线接入技术研究部分，主要就系统帧结构和系统接 入过程进行了详细研究，同时使用了基于有限状态机理论的仿真工具 s t a t e f l o w ；对i s 9 5c d m a 系统的接入过程中的状态转移进行仿真，验证 了系统的接入过程。在l a s c d m a 通信系统无线接入技术研究部分，主要 就l a s c d m a 系统的主要原理、帧结构进行了详细的研究。然后根据系统 帧结构的特点，提出了l a s c d m a 系统接入业务信道的三种子帧占用模式， 最后对这三种子帧占用模式进行了详细的m a t l a b 仿真验证。 论文通过对随机多址接入技术、g s m 和c d m a 系统无线通信技术、 l a s c d m a 系统无线通信技术的理论研究和实际的仿真实验，得出了以 下的研究成果： 1 ) 研究随机多址接入技术，主要是研究s l o t t e da l o h a 系统的稳定 性理论，使用m a t l a b 仿真实验了s l o t t e d a l o h a 系统稳定性理 论、吞吐率和重传概率之间的关系。 2 ) 研究g s m 、c d m a 系统无线通信技术的接入原理和帧结构特性， 使用基于有限状态机理论的s t a t e f l o w 仿真工具，仿真验证了i s 9 5 c d m a 系统接入的状态转移过程。 3 1 研究了l a s c d m a 系统无线接入过程和系统帧结构特性，根据系 统帧结构特性提出了业务信道模型的三种子帧占用模式，然后就 这三种子帧占用模式进行了m a t l a b 仿真，验证了其可行性。 关键宇：l a s - - c d m a 随机多址技术无线接入技术帧结构 r e s e a r c h0 na c c e s st e c h n o l o g yi n l a s c d m as y s t e ma n di t ss i m u l a t l o n a b s t r a c t c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ( c d m a ) i st h el e a d i n gt e c h n o l o g yo ft h e n e w g e n e r a t i o n w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m a n dl a s - c d m a ( l a r g ea r e a s y n c h r o n i z a t i o nc d m a ) ，b a s e d o nak i n d o f 丹e q u e n c ys p r e a dc o d ew i t h ( i f w ) i n t e r f e f e n c ef r e ew i n d o w , a n dh a sc u taf i g u r ei nt h i sd o m a i nf o ri t sm a n y s u p e r i o r i t i e s b e s i d e s l a s - c d m ai s ak i n do fn e wt e c h n o l o g yr a i s e di n r e c e n t y e a r s w i t h i n d e p e n d e n c e i n t e l l e c t u a l p r o p e r t y , s o i ti so f g r e a t s i g n i f i c a t i o nf o rt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi no u rc o u n t r y t ow o r k a ti t m e a n w h i l e ，i ti san e wc h a l l e n g e a p p l y i n ga ni n n o v a t i v ed e s i g no f f r e q u e n c ys p r e a d c o d ew h i c hi sc a l l e dl a sc o d ei st h e s p e c i a l t y o f l a s c d m a ( 1 a r g ea r e as y n c h r o n i z a t i o nc d m a ) s y s t e m t h i sm e t h o do f d e s i g ni st oe n l a r g et h es y s t e mc a p a c i t yb y t h ew a y o f r e d u c i n g t h ei n t e r f e r e n c e p r o d u c e db ys y s t e m l a sc o d ei sc o m p o s e d o f c o d so ft w o s t a g e s ，w h i c ha r e c a l l e dl ac o d ea n dl sc o d e l a s - c d m a i si n t e l l i g e n tf r e q u e n c ys p r e a dc o d e ， o p e r a t i n go ns y s t e mw i t he f f e c t i v ei n t e r f e r e n c e 抒e em u l t i p l ea c c e s sc o d e ，l a c o d ea n dl sc o d e i tc a nr e d u c ee v e ne l i m i n a t ei n t e r f e r e n c e p r o d u c e d c o m p l e t e l y i nt h i sp a p e r ，w em a i n l yr e s e a r c ho nt h ea p p l i c a t i o no fr a n d o mm u l t i p l e a c c e s sw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi nt d l a sc d m as y s t e m t h e p a p e rc a nb ed i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ，t h ef i r s tp a r ti s a b o u tt h er e s e a r c ho n r a n d o mm u l t i p l ea c c e s st e c h n o l o g y t h es e c o n dp a r ti sa b o u tt h er e s e a r c ho n w i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g yo ft h et w o p r i m a r y c o m m u n i c a t i o ns y s t e m - - g s m 、 c d m a s y s t e m t h el a s tp a r t i sa b o u tt h er e s e a r c ho nt h ec o m b i n a t i o no f r a n d o m m u l t i p l ea c c e s st e c h n o l o g y a n dl a s c d m a s y s t e m i nt h er e s e a r c ho nr a n d o mm u l t i p l ea c c e s st e c h n o l o g y , a l o h am u l t i p l e t e c h n o l o g y i sd i s c u s s e da n de x p o u n d e dm a i n l y t h e a l g o r i t h m o fs l o t t e d a l o h a s y s t e m ss t a b i l i t yi sa l s os t u d i e d ，a n di t i ss i m u l a t e dw i t hm a t l a b ， i no r d e rt oa c q u i r et h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns y s t e m ss t a b i l i t ya n ds y s t e m sr a t e o ft h r o u g h p u t a tt h ee n do ft h i sp a r t ，w ea n a l y z et h er e s u l to fs i m u l a t i o n ，a n d t a b l es o m ei m p r o v e dp r o p o s a la b o u tt h ea l g o r i t h mo fs l o t t e da l o h as y s t e m s s t a b i l i t y i nt h er e s e a r c ho nt h ew i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g yo ft h et w op r i m a r y c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 川s m 、c d m as y s t e m ，w es t u d yt h es t r u c t u r eo f f l a m ea n dt h e p r o c e s s o f s y s t e m a c c e s si n d e t a i l ，a n d s i m u l a t et h e s t a t e s w i t c h i n gd u r i n gt h e a c c e s sp r o c e s so fi s 9 5c d m a s y s t e mw i t h t h e s i m u l a t i o nt o o lo fs t a t e f l o ww h i c ha p p l i e st h es t a t em a c h i n et h e o r ya sw e l l i nr e s e a r c ho nw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g yo fl a s c d m ac o m m u n i c a t i o n s y s t e m ，w em a i n l ys t u d y o nt h e k e yp r i n c i p l e a n df r a m es t r u c t u r eo f l a s c d m a s y s t e md e t a i l e d l y t h e n ，a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i co ff r a m e s t r u c t u r e w ew o r ko u tt h r e es i m p l em o d e l so fl a s c d m as y s t e mt r a f 矗c c h a n n e l ，a n ds i m u l a t et h et h r e em o d e l s w i t hm a t l a bp a r t i c u l a r l y , p r o v et h e f e a s i b i l i t yo f t h em o d e l s a c c o r d i n gt or e s e a r c h o nt h et e c h n o l o g yo fr a n d o mm u l t i p l ea c c e s s 、 g s m 、c d m as y s t e mw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，w ec a m ed o w nw i t hs o m e r e s e a r c hc o n c l u s i o n sa sf o l l o w h a v i n gr e s e a r c h e d o np r i n c i p l eo fr a n d o mm u l t i p l ea c c e s st e c h n o l o g y e s p e c i a l l ys l o t t e da l o h as y s t e m h a v i n ga c h i e v e dt h ec u r v eo fr e l a t i o n s h i p a m o n gs t a b i l i t y 、t h r o u g h p u t a n dr e t r a n s m i t p r o b a b i l i t y h a v i n g r e s e a r c h e do n p r i n c i p l e o fg s m 、c d m as y s t e mw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dc h a r a c t e ro ff r a m es t r u c t u r e h a v i n gs i m u l a t e d a c c e s sp r o c e s so fi s 9 5c d m a s y s t e m w i t hs t a t e f l o wt o o l b o x a d v a n c i n gt h r e ek i n d so fs u b f r a m eo c c u p a n c i e sm o d e lo fs y s t e mt r a f f i c c h a n n e la c c o r d i n gt or e s e a r c ho np r o c e s so fl a s c d m as y s t e mw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n sa n df l a m es t r u c t u r eo fs y s t e m k e yw o r d s ：l a s c d m a r a n d o m m u l t i p l e a c c e s s t e c h n o l o g y w i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g y f r a m es t r u c t u r e 北京邮电大学硕士学位论文 主要符号及词汇表 3 g 第三代( t h i r dg e n e r a t i o n ) 3 g p p 第三代合作伙伴计划( t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 3 g p p 2 第三代合作伙伴计划第二组( t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t2 ) a c i 邻信道干扰( a d j a c e n t c h a n n e li n t e r f e r e n c e ) b s 基站( b a s es t a t i o n ) c d m a 码分多址( c o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) c d m a 2 0 0 0 码分多址2 0 0 0 ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s2 0 0 0 ) c w t s 中国无线通信标准组( c h i n a w i r e l e s s t e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d g r o u p ) f c c( 美国) 联邦通信委员会( f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ) f d d 频分双工( f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x i n g ) f d m a 频分多址( f r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) g p s全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) g s mg l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n h a n d o f f切换( 亦称h a n d o v e r ) i f w无干扰窗口( i n t e r f e r e n c ef r e e w i n d o w ，亦称零相关窗口) i m t - 2 0 0 0i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e p h o n e2 0 0 0 i s 一9 5 第二代的c d m a 系统，c d m a 2 0 0 0 系统的前身 i s i 符号间干扰( i n t e r - s y m b o l i n t e r f e r e n c e ) i t u国际电联( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) l a s c d m a 大区同步码分多址( l a r g e a r e a s y n c h r o n i z a t i o nc d m a ) l a s 码由l a 码和l s 码构成的l a s c d m a 系统使用的扩频码 m a i多址干扰( m u l t i - a c c e s si n t e r f e r e n c e ) m s 移动台( m o b i l es t a t i o n ) q o s服务质量( q u a l i t y o f s e r v i c e ) t a 时间提前量( t i m i n g a d v a n c e ) t d l a s时分大区同步( t i m ed i v i s i o nl a r g e a r e as y n c h r o n i z a t i o n ) t d d时分双工( t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g ) t d m a 时分多址( t i m e d i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ) 籀j l l 血 北京邮电大学硕士学位论文 w c d m a 码道 上行 下行 信道 宽带码分多址( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 在本文中，码道专指某一移动台与基站之间的信息通道。多个移动台 使用码分技术共享同一个频带和时间片与基站通信，因此，其中的每 一个码分的信息通路称为一个码道。 移动台到基站方向 基站到移动台方向 信源和信宿之间的信息通道。但在本文中，专指基站与本小区内的所 有正在与其进行通信的移动台之间的信息通道；多个移动台通过码分 共享同一个频带和时间片，因此每个移动台与基站之间的信息通道被 称为码道；信道由多个码道构成。 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，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邮电大学或其他 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渤意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：；擅孕一 日期：五笪二_ 丘 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名 同期：垒2 羔：包z 日期：塑：! 过 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 技术背景 第1 章概述 移动通信是近几年通信各领域中发展最快的领域之一。据全球g s m 运营商联 盟统计，2 0 0 3 年底g s m 用户已达到9 7 亿，其中新增用户1 8 亿，共占全球新 增用户的8 0 。又据移动通信的另一组织c d m a 发展组织( c d g ) 宣布，2 0 0 3 年全 球c d m a 新增用户4 2 0 0 多万，增长率达2 9 ，用户总量突破1 8 8 亿。 移动通信是指通信的双方至少有一方是在移动中进行信息交换的。例如，固 定点与移动体( 汽车、轮船等) 之间，或者移动体之间以及活动的人与人和人与 移动体之间的通信。随着移动通信的不断发展，不久还将包括数据、传真、图像 等通信。 第一代移动通信系统( 也叫1 g ) ，主要采用的是模拟技术和频分多址( f d m a ) 技术。由于受到传输带宽的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区 域性的移动通信系统。第二代移动通信系统( 2 g ) 起源于90 年代初期，主要采 用的是数字的时分多址( t d m a ) 技术和码分多址( c 斓a ) 技术。第二代移动通信 系统与第一代移动通信系统相比，仅仅是移动通信性能增强了许多。 第三代移动通信系统( 3 g ) ，也称i m t 一2 0 0 0 ，它可以提供前两代产品不能提 供的各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像与电视图像等，其传输速率高 达2 m bj t s ，带宽可达5 m h z 以上。第三代移动通信系统将在近几年内推向市场。 无线接入是指从交换节点到用户终端之间，部分或全部采用了无线手段。典 型的无线接入系统主要出控制器、操作维护中心、基站、固定用户单元和移动终 端等几个部分组成。无线接入系统中的各个功能实体通过一系列接口相互连接， 并通过标准的接口与本地交换机和用户终端相互连接。在无线接入系统中最重要 的两个接口是控制器与交换机之间的接口和基站与固定终接设备之间的无线接 口。除此之外，无线接入系统所包含的接口还有器与基站之间的接口、控制器与 网管中心之间的接口以及固定终接设备与用户终端之间的接口。 目前的无线接入技术主要有： 】、g s m 接入技术：陔技术是目前个人通信的一种常见技术代表。它用的是窄 缡i 虹 北京邮电大学硕士学位论文 带t d m a ，允许在一个射频( 即蜂窝) 同时进行8 组通话。它是根据欧洲标准而 确定的频率范围在9 0 01 8 0 0 m h z 之间的数字移动电话系统，频率为1 8 0 0 m h z 的系 统也被美国采纳。g s m 是1 9 9 1 年开始投入使用的。到1 9 9 7 年底，已经在1 0 0 多个 国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准。g s m 数字网也具有较强的保密性和抗干 扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功 能强大等优点。 2 、c d m a 接入技术：c d f l a 与g s m 一样，也是属于种比较成熟的无线通信技 术c d m a 的运作是利用展频( s p r e a ds p e c t r u m ) 技术，所谓的展频就是将所想要传 递的信息加入一个特定的信号后，在一个比原来信号还大的宽带上传输开来。当 基地接受到信号后，再将此特定信号删除还原成原来的信号。这样做的好处在于 其隐密性与安全性好。与使用t i m e - - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( t d m ) 的竞争对手 ( 如g s m ) 不同，c d m a 并不给每一个通话者分配一个确定的频率，而是让每一个频 道使用所能提供的全部频谱。c d m a 数字网具有以下几个优势：高效的频带利用率 和更大的网络容量、简化网络规化、提高通话质量、增强保密性、提高覆盖特性、 延长用户通话时间、软音量和“软”切换，另外c o m a 手机话音清晰，接近有线电 话，信号覆盏好，不易掉话。另外c d m a 系统采用编码技术，其编码有4 4 亿种数 字排列，每部手机的编码还随时变化，使盗码只能成为理论上的可能，一部c d m a 手机与其它手机并机的可能性是微乎其微的。 3 、g p r s 接入技术：相对原来g s m 的拨号方式的电路交换数据传送方式，g p r s 是分组交换技术。由于使用了“分组”的技术，用户上网可以免受断线的痛苦( 情 形大概就跟使用了下载软件n e t a n t s 差不多) 。此外，使用g p r s 上网的方法与w a p 并不同，用w a p 上网就如在家中上网，先“拨号连接”，而上网后便不能同时使 用该电话线，但g p r s 就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上 来说，声音的传送( 即通话) 继续使用g s m ，而数据的传送便可使用g p r s ，这样的 话，就把移动电话的应用提升到个更高的层次。而且发展g p r s 技术也十分“经 济”，因为只须沿用现有的g s m 网络来发展即可。g p r s 的用途十分广泛，包括通 过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。 其他的接入技术还有： c d p d 接入技术，l m d s 接入技术，d b s 卫星接入技术，蓝牙技术，h o m e r f 技术， 第2 贝 北京邮电大学硕士学位论文 e d g e 接入技术、w c d m a 接入技术等。 随机多址技术是一种通信协议，它允许两台或多台发射机同时使用一个单一 的信道，只要需要，随时都可以发送信号，而无须事先在频率或时间上进行分配， 当两个或多个发射信号发生“碰撞“时，则按照某种方式加以处理。目前已得到 广泛应用的随机多址技术有两类：扩展频谱多址( s s m a ) 和a l o h a 多址。s s m a 最一 般的形式是扩额码分多址( c d m a ) ，a l o h a 多址有多种形式，可以分时隙也可以不分 时隙。随机多址技术在现今通信系统中的运用主要体现在系统的帧结构的不同导 致不同的通信系统表现出来的接入特性不同。目前的通信系统主要是g s m 系统和 c d m a 系统，由于其系统帧结构的不同，导致他们的接入特性的不同。 l a s c d m a 扩频通信系统是第三代移动通信技术中的一匹黑马，建立于在李道 本教授发明的具有中国自主知识产权的l a s 码基础之上，它以世界通信领域技术 先锋的角色，正越来越多地吸引着全世界的目光，并展现着美好的前景。l a s c d m a ( 大区域同步码分多址联接) 技术的特点在于使用了一种被称为l a s 编码的创新 性的扩频编码设计，通过减少系统产生的干扰来增加系统容量。l a s 编码由被称 为l a 码和l s 码的两级编码组成。l a s - - c d m a 是一个智能扩频编码，通过利用强大 的零干扰多址码，乙a 码和l s 码作用于系统可以减少或完全消除所产生的干扰。 本文研究的主要内容是l a s c d 凇系统中的接入技术及其姒t l a b 仿真实现。 通过研究比较g s m 和c d m a 系统的帧结构，分析其优缺点，提出了l a s - c d m a 系统 的帧结构中业务信道几种子帧占用模式，并进行m a t l a b 仿真，测试其性能。由于 l a s c d m a 技术是具有自主知识产权的技术，同时也是近几年才提出的新技术，所 以研究此课题，对我国移动通信技术的发展具有重要的意义，同时也是- 个新的 挑战。 1 。2 相关文献综述 该部分详细介绍了课题相关的背景知识及国际笈展动态，主要包括l a s c d m a 系统中的编码系统- - l a s 码，随机多址接入技术的国内外发展动态，无线接入技术 发展动态，以及以上技术相结合的研究进展。 第3m 北京邮电大学硕士学位论文 1 2 ，1随机多址技术的国内外发展动态 随机多址技术是一种通信协议，它允许两台或多台发射机同时使用一个单一 的信道，只要需要，随时都可以发送信号，而无须事先在频率或时间上进行分配， 当两个或多个发射信号发生“碰撞“时，则按照某种方式加以处理。目前已得到 广泛应用的随机多址技术有两类：扩展频谱多址( s s m a ) 和a l o h a 多址s s m a 最一般 的形式是扩额码分多址( c d m a ) ，a l o h a 多址有多种形式，可以分时隙也可以不分时 隙。 1 扩展频谱多址( s s m a )扩频通信的基本特点是，信号所占用的带宽远远 大予传输信息所需要的最小带宽，发端用伪码对数据进行频谱扩展，收端则用同 一伪码进行解扩，从而恢复原始数据。只要给网络中的每个用户分配一个不同的 伪码作为地址，就可实现多址通信。扩频多址又分为直接序列扩频( d s s s ) c d m a 和跳频扩谱多址( f h s s 撇) 两种形式，两者均可用于军用与民用通信，但后者在 军用通信中更为广泛应用。 2 a l o h a 多址采用a l o h a 多址时，任何发射机随时都可以通过个公共 信道发送数据包。假设网络由大量用户组成，只有少数用户处于工作状态，且以 突发方式发送信息，发射成功的概率就比较高。然而有时也不可避免会发生“碰 撞”，在这种情况下发端会收到从收端发回的一个否定的应答信号n a k ，或者根本 收不到任何应答信号，于是发端在经过一个随机延时后便重发这一数据包。由于 这种技术最早用于夏威夷大学的a l o h a 系统一第一个用无线信道连接的计算机网 络，故称为a l o h a 多址。a l o h a 多址通信目前最基本的有三种：纯a l o h a ，分隙a l o h a 和预约a l o h a 。 a l o h a ( 纯a l o h a )在一个含有多台发射机的地面a l o h a 网中，每台发射机随 时都可以通过同一条高速信道向主台发送信息包，信息包采用捡错编码。当有两 台发射机同时发送时，便会发生信息包“碰撞”或重选，而导致信息包的丢失或 错误。为了恢复丢失或错误的信息包，主台利用一台专用的反馈信道向各终端发 送确认信号，主台对收到的信息包进行译码，若发现无错，则发回一个表示正确 的应答信号a c k 。如果终端发完信息包在一个限定的时间内仍收不到a c k ，便重发 信包，直到收到a c k 为止。 分隙a l o h a为了提高纯a l o h a 的吞吐率，提出了一种改进型协议，称之为 旃4 虹 北京邮电大学硕士学位论文 分隙a i ，o h a ，根据这一协议，将信道时阳j 划分成等长的时隙，时隙宽度恰好等于传 输个信息包所需的时间。为避免信息包“碰撞”时发生部分重迭，所有发射机 都只允许在时隙的开始时刻发送信息包。改进后，最大信道吞吐率提高到0 ，3 6 8 ， 但由于网络中的全部发射机只能同步发射信号，实现的复杂性也加大。 预约a l o h a为了更有效地利用信道，可采用预约a l o h a 。该协议把信道时 间分成帧，每帧再分成m + 1 个时隙，前m 个时隙用来发送信息包，第m + 1 时隙再 进步细分成v 个子时隙，供网中的发射机按分隙a l o h a 方式发送预约信号，一 旦预约成功，该发射机便可利用前m + 1 个时隙中的某个空时隙发送信号。由于在 前m + 1 个时隙内不会发生“碰撞”预约a l o h a 的信道效率可高达0 8 8 ，但其 代价是进一步增加了延时及系统的复杂性。 除了上述三种协议外，还提出了各种各样的a l o h a 随机多址协议其中比较 著名的是载波监听多址( c s m a ) ，目前已在局域阿中得到广泛应用另一个是分组 预约多址( p r m a ) ，将应用于蜂窝移动通信系统。还有扩展a l o h a 多址等。 1 , 2 2第三代无缝接入技术的发晨动态 第三代移动通信系统将在第二代系统的基础上向宽带、高效、多业务方向发 展。第三代无线接入技术应具有如下特征： ( 1 ) 灵活处理各种多媒体业务： ( 2 ) i n t e r n e t 接入： ( 3 ) 高效利用频谱及网络资源； ( 4 ) 更高的数据速率( 1 4 4kb s 2 mb s ) ： ( 5 ) 更高的话音质量及全球漫游。 由此可见，第三代移动通信系统将可使终端用户在移动的环境下享受到话音、 数据及各种多媒体业务，形成一个真正的移动多媒体系统。 目前，关于第三代移动通信系统的无线按入技术已有较为统一的标准，包括1 个t d m a 标准和3 个c d m a 标准。基于t d m a 的e d g e 标准是以第二代系统g s m 和 t d m 1 3 6 为基础而提出的全球无线接入方案。它在当前t d m a 系统的工作频带上， 引入高效的调制技术及链路自适应技术，提供更高速率的服务，同时也有更高的频 谱效率。c d m a 仍是第三代无线接入技术的主流。3 个c d m a 标准分别是d sc d m a 、 筘5 虹 北京邮电大学硕士学位论文 m cc d j a 及t d dc d m a 。 d sc d m a 即w c d m a ，基于a n s i4 1 核心网。它使用新的频带，f d d 工作方式， 码片速率3 8 4 m c s 。w c d m a 相对于第二代窄带c d m a 有更大的覆盖范围，采用自适 应天线及多用一户检测等新技术，并可支持频率间切换。 m cc o f a 郎c d 凇2 0 。0 ，基于g s m 核心网。c d _ l 4 2 0 0 0 以i s9 5 为基础，重叠覆盖 i s9 5 频谱，f d d 工作方式，码片速率3 6 8 6 4 m c s 。m cc d m a 的下行链路在几路并 行窄带c d m a 载波上传输数据，每一路c d m a 载波都与i s9 5 的载波有相同特性。因 此，相对于d sc d m a 来说，m cc d m a 具有良好的反向兼容性。m cc d m a 的上行链路采 用与d sc d m a 相似的模式，但使用较低的码片速率，以便与下行链路的码片速率匹 配。 t d dc d m a 包括u t r at d d 及t ds c d m a ，可同时工作于g s m 与a n s i4 1 核心网， 采用t d d 双工方式，码片速率3 8 4 m c s 。与前几种方案不同的是，t d d 系统可工作 于非对称频谱。另外，由于上下行链路不是按频率不同划分，而是按时域进行分离， 因此基站间的同步十分重要。t d dc d m a 兼有t d m a 与c d m a 的特征，它将时间分割成 互不重叠的时隙，每个时隙中包含若干个c d m a 码信道，时隙根据业务需求灵活分配 具有提供不对称业务的能力。 中国的第三代无线接入标准t ds c d m a 。t ds c d m a 是我国提出的一种先进的无 线接入技术，能够满足第三代移动通信系统的要求，可在室内、室内外环境下进行 话音、传真及各种数据业务。在该系统中，多用户终端的上行c d m a 信号到达基站 处的同步是通过软件及物理层的设计来实现的。这样，就保证了备用户扩频码的f 交性，免除了同道干扰问题。各基站根据核心网处的离稳定性时钟来保持彼此间同 步，从而保证了基站工f 确的收发时序。基站间同步可避免临近小区的干扰，这对以 t d d 方式工作的系统十分重要。每个射频信道包括7 个时隙，每个时隙有1 6 个c d m a 码信道，这些时隙和码信道通过d sc d m a 技术共享同一射频信道( 带宽1 6 m ) 。基 站处的智能天线子系统由一组天线及相连的收发信机和先进的数字信号处理算法 构成。它能产生多个波束，每个波束指向一个用户终端，以便跟踪终端用户，获得其 位鬻信息。在接收时，这种通过窆间选择性接收的特点，极大地增加接收灵敏度，减 少同道干扰，提高系统容量。另外，它还可以综合各多径分量，抵抗多径衰落。在发 射时，空间选择性发射可减少对其它同道用户终端的干扰，增加系统容量和减少输 篱6 北京邮电大学硕士学位论文 出功率。t d d 双工方式的采纳，不仅使智能天线更易实现，而且还减少了射频电路的 复杂性。在越区切换中，t ds c d m a 系统采用称作接力切换的新型切换技术。接力切 换是指基站控制器( b s c ) 实时地获得移动终端的位置信息，并告知移动终端周围同 频基站信息，移动终端同时与两个基站建立联系，切换由b s c 判定发起，使移动终端 由一个小区切换至另一个小区。软件无线电是t ds c d m a 系统采用的又一新技术。 它利用数字信号处理软件来实现硬件功能，宽带a d a 变换器的位置尽可能靠近天 线，尽可能用软件来定义无线电功能。采用软件无线电的优点有： ( 1 ) 良好的灵活性及可编程性 ( 2 ) 可以代替昂贵的硬件电路来实现复杂的功能 ( 3 ) 对环境的适应性好，不会老化。 对t ds c d m a 系统来说，软件无线电可用来实现智能天线、同步检测和载波恢 复等功能。t ds c d e & 与现有系统的兼容性也是一个需要考虑的问题。由于t ds c d m a 系统的工作频段在2 g h z 左右，而我国目前9 0 0 m h z 的6 s m 仍占较大市场，为了实现 两网间漫游，需要一种双频双模终端。由于这两种系统在频带、无线接入技术方 面差异较大，这种终端需要有两个射频模块。基于软件无线电技术，该终端在基带 电路部分可采用同一硬件电路，不同的软件用来区分不同的模式。 1 2 3 l a s - c d m a 系统中的埔码系统一l a s 码 1 一种具有零相关窗的扩频编码方法- - l s 码 l s 码具有中国自主知识产权，是可用于c d m a 领域中的编码技术。其发明人是 北京邮电大学的李道本教授。 码分多址( c d m a ) 系统的容量取决于系统内的干扰电平。干扰可分为四大部 分：一是本地及系统内部噪声电平，除了采用低噪声放大器外，没有其它方法； 二是码间又称符号间干扰( i s i ) ，主要由多径效应产生；三是多址干扰( m a i ) ， 即来自小区内其他用户的干扰；四是相邻小区或信道间干扰( a c i ) 。对于i s i ， m a i ，a c i 是可以靠选择性能良好的地址码来减少乃至消除的。在c d m a 系统中，各 用户都有自己特有的供相互识别的地址码。各用户的地址码间应相互正交。在非 理想的时间频率扩散信道中仍然保持各地址码间的正交性是码分多址( c d m a ) 系 统的生命所在。 笫7 爽 北京邮电大学硕士学位论文 l s 码的突破之处在于，将在所有时间域都理想爪交的条件，弱化为在一定时 间域( 零相关窗) 内理想正交。但是，编码中的w e l c h 界理论已经指明在复数以 下域即使是这种弱条件的正交码也不存在。因此，l s 码的另一个突破是采