（信号与信息处理专业论文）tdscdma试验网综合告警系统研究.pdf

哈尔滨t 程大学硕士学位论文 摘要 随着第三代移动通信如火如荼的发展，电信运营商已经着手其3 g 网络 的建设。t d s c d m a 作为3 g 的主流技术，已经进入大规模的应用试验网建 设阶段。此时如何保证网络服务质量和管理水平成为移动运营商所面临的重 大问题，面向客户的服务质量管理也成为未来电信运营商在竞争中保持优势 的重要手段。 本文分析了t d - s c d m a 标准，包括其技术特点、技术优势、网络拓扑 和组网方式。研究了t d s c d m a 试验网网络管理系统和综合告警系统，其 中包括网管系统的架构、综合告警系统架构以及3 g 时代的网管和传统2 g 网 管系统的差异。从t d s c d m a 网络的业务背景和业务需求入手，对 t d s c d m a 试验网告警系统模型、告警系统同其他系统的关系进行研究。对 告警系统中的告警采集程序和告警分析程序的数学模型进行研究，提出建模 方法和实现流程，开发了t d s c d m a 试验网告警系统的告警采集和告警分 析程序。文中给出了t d s c d m a 系统框架、数学建模方法和实现逻辑，设 计了程序实现流程，完成告警采集程序和告警分析程序的软件开发。 目前，t d s c d m a 试验网综合告警系统已经实现上线测试，经验证告 警采集程序能正常采集告警数据，告警分析程序可以准确无误的分析数据， 达到了研究和开发的目的。 关键词：t d s c d m a 试验网；综合网管系统；综合告警系统 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h eb l o o m i n gd e v e l o p m e n to ft h e 3 r dg e n e r a t i o n m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r y ，c h i n am o b i l ep r o v i d e rh a v ee n t e r e do n3 gn e t w o r k e s t a b l i s h m e n t t d - s c d m a , m a i n s t r e a mt e c h n o l o g yo f3 g , h a sc a m ei n t o e x t e n s i v ec o n s t r u c t i o ns t a g eo fa p p l i c a t i o na n dt e s t i n gn e t w o r k a c c o r d i n g l y ，i ti s b e c o m i n gam a t e r i a lp r o b l e mo ft h et e l e c o mo p e r a t o r st og u a r a n t e et h en e t w o r k q u a l i t ya n dm a n a g e m e n tl e v e l ，a n dt h es e r v i c eq u a l i t ym a n a g e m e n tf a c i n gt h e c u s t o m e r si sb e c o m i n gi m p o r t a n tm e a n sf o rt h et e l e c o mo p e r a t o r st om a i n t a i ni t s d o m i n a l i c ei nf u t u r em a r k e t t h i sa r t i c l ea n a l y s e dt d - s c d m as t a n d a r d s ，i n c l u d i n gi t s t e c h n o l o g y c h a r a c t e r i s t i ca n da d v a n t a g e ，t h ef u n c t i o na n t e n n at e c h n o l o g yi n t r o d u c e da n a l y s i s s i t u sa n dg r o u p n e t w o r km a n n e ro ft d s c d m a r e s e a r c h i n gt h ef l a m eo f c o m p o s i t i v e n e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e ma n dc o m p o s i t i v en e t w o r kf a u l t m a n a g e m e n ts y s t e m , t h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nc o m p o s i t i v en e t w o r km a n a g e m e n t s y s t e mf o r3 ga n dt r a d i t i o n a lc o m p o s i t i v en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mf o r2 g s t a r t i n g 谢t ho p e r a t i o nb a c k g r o u n da n dr e q u i r e m e n to ft d - s c d m an e t w o r k ，t h i s a r t i c l er e s e a r c h e dt h e c o m p o s i t i v en e t w o r k f a u l tm a n a g e m e n t s y s t e m f o r t d s c d m a t e s t i n gn e t w o r km o d e la n dr e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ec o m p o s i t i v e n e t w o r kf a u l t m a n a g e m e n ts y s t e m a n do t h e r s y s t e m s ，i n v e s t i g a t e d t h e m a t h e m a t i c sm o d e lo fc o m p o s i t i v en e t w o r kf a u l tm a n a g e m e n ts y s t e mc o l l e c t i o n p r o g r a ma n da n a l y s i sp r o g r a m , r a i s e dt h em o d e l i n gm e t h o da n dr e a l i z a t i o nf l o w , w r i t t e nt h ec o l l e c t i o np r o g r a ma n da n a l y s i sp r o g r a mo f c o m p o s i t i v en e t w o r kf a u l t m a n a g e m e n ts y s t e mf o rt d - s c d m at e s t i n gn e t w o r k d e v e l o p i n gt d s c d m a s y s t e m i cf r a m e ，d a t am o d e l i n gm e t h o da n di t sl o g i cr e a l i z a t i o n , m e a n w h i l e d e s i g n e dt h ep r o c e d u r eo ft h ep r o g r a ma n dc o m p l e t e dt od e v e l o pt h ec o l l e c t i o n p r o g r a ma n da n a l y s i sp r o g r a mo fc o m p o s i t i v en e t w o r kf a u l tm a n a g e m e n ts y s t e m a tp r e s e n t ，c o m p o s i t i v en e t w o r kf a u l tm a n a g e m e n ts y s t e mf o rt d s c d m a 哈尔滨工程大学硕士学位论文 t e s t i n gn e t w o r kh a sa c h i e v e do n - l i n et e s t ，w h i c hh a sp r o v e dt h a tt h ec o l l e c t i o n s y s t e mc a ng a t h e rf a u l tr e p o r td a t ai ng e a ra n dt h ef a u l tr e p o r ta n a l y s i sp r o g r a m c a na n a l y z ed a t aa c c u r a t e l y ，c a r r i e dt h ep o i n to fr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：t d - s c d m at e s t i n gn e t w o r k ；c o m p o s i t i v en e t w o r km a n a g e m e m s y s t e m ；c o m p o s i t i v en e t w o r kf a u l tm a n a g e m e ms y s t e m 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的 指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、 数据和文献的引用己在文中指出。除文中己注明引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经公 开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：寻盔乏绉垒 日期：2 0 0 8 年3 月7 日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 1 课题来源及背景 第1 章绪论 自从八十年代以来，移动通信在全球范围内得到了迅速地发展。即使在 近几年网络泡沫比较严重的时期，移动通信仍然是各个行业中的亮点。移动 通信已经经历过第一代和第二代时期。目前正在全世界进行营运的主要是第 二代移动通信的g s m 系统和窄带c d m a 系统。当前移动通信进入一个新 的发展时期，这就是人们普遍关注的第三代移动通信。早在1 9 8 5 年，国际电 联( i t u ) 就提出了第三代移动通信( 3 g ) 的概念，许多国家和地区的著名 电信设备制造商先后提出了十多种空中接1 3 建议。经过充分协商和融合，最 后形成了三大主流标准，即欧洲提出的w c d m a 、美国提出的c d m a 2 0 0 0 和 中国提出的t d s c d m a 。 t d - s c d m a 作为中国第一个国际通信标准，集c d m a 、t d m a 、f d m a 、 s d m a 技术于一体，系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强，采用智能 天线、联合检测、同步c d m a 、低码片速率、多时隙、自适应功率调整等技 术。目前已经完成商业化的各项测试工作，正逐渐形成完整的t d s c d m a 产业链。随着第三代移动通信主流技术标准t d s c d m a 的不断成熟，移动 运营商着手了其3 g 网络的建设。提高网络质量，进行网络优化已成为日常 维护工作的关键。网络优化工作包括对用户投诉的汇总及处理、对网络状况、 网络性能的统计与分析、网络系统软硬件的检查与调整等。 从以上几方面来看，只有保证网络的稳定性，才能提高网络质量，有效 降低用户投诉，最终体现网络优化工作的质量。而如何保证网络服务质量和 管理水平成为移动运营商所面临的重大问题，面向客户的服务质量管理也成 为未来运营商在竞争中保持优势的重要手段。t d s c d m a 试验网综合网管系 统正适应了移动运营商的测试网络质量，保障网络正常运行的需求， t d s c d m a 试验网综合网管系统中的告警系统对于移动运营商管理网络故 障，实现网络最优化，起到了无可比拟作用。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 目前，伴随国内电信业的高速发展，网络设备和配套的管理系统已经规 模化并基本成型，在这样一个成型的领域各大设备供应商和运营商已经很难 再有革命性的技术创新，所以瞄准业务领域的个性化网络管理需求，是否能 满足3 g 时代的用户体验，是t d s c d m a 网管系统的一个重要衡量指标。 t d s c d m a 综合网管系统较好的满足了3 g 时代的用户体验，其中的告警系 统通过多途径信息获取手段、灵活、高效信息处理机制，同时，融合多厂商、 多层次、多专业，可以实现各专业网管系统的互通与信息共享，为移动运营 商提供了高效快捷的管理手段，减少用户投诉率，可以不断提高网络质量， 保障网络稳定运行。 1 2 综合网络管理系统的产生、发展与现状 移动通信网络管理系统与移动通信网相伴而生，并且随着移动通信网的 发展而发展。各种先进技术，尤其是计算机技术的不断发展进一步推动了移 动通信网络管理系统的发展和演变。在八十年代和九十年代，国内的一些高 校和研究单位都开始对移动网络管理技术进行研究，并借鉴了大量的国外的 先进的网络管理技术，通过资料来看，国外的网络管理技术比我国要成熟的 多，尤其是在数据库、小型计算机的应用、中间件交换平台等上的应用技术 比我国成熟的多。在网络建设初期，各移动公司基本上是利用各大系统厂家 提供的各自网管系统来进行网络管理、调整、优化工作，这些系统包括交换 网、g s m 网、m 网、智能网、信令网、动力环境监控网、智能门禁网等。各 厂家提供的管理工具只能完成垂直管理，即管理某一专业网络或某一厂商的 系统。由于缺乏综合的、集成的网络管理系统，各专业网管系统采集、处理 后形成一个个的信息孤岛，无法实现信息共享。网管人员不能从全局角度来 分析全网的运行情况，难以对全网运行质量作出科学的评估，也不能进行全 网的宏观调控，致使网络调整和网络优化仅能根据维护人员的经验完成，缺 乏科学依据，影响了网络维护和优化工作水平的进一步提高。 移动通信网络管理发展到目前，经历了一个由人工到自动、由单项到综 合、由单台工作站到网络化的发展过程。随着自动化技术的发展，自动化的 网络管理系统也随之产生，并日趋完善。自动化网络管理刚刚出现时是以电 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 n i l 子技术为基础，分散地由各个交换机收集有限的网络状态数据，并由各地的 交换机独立的处理，对网络进行简单的控制管理。随着计算机技术的应用， 并且以程控交换机为基础实现的网管系统，在这个时期，各个交换机搜集有 限的网络运行状态数据并传递给网管中心集中处理，再由交换机对网络进行 控制。随着计算机技术的进步以及计算机成本的降低，交换机的智能处理功 能越来越高，交换机的容量和电信网络的规模也越来越大。其直接结果是交 换机收集到的网络状态数据大量增加，继续由一个网管中心进行处理己不能 适应需要。所以交换机也直接完成部分管理工作，只有一部分数据需要有网 管中心处理。交换机和网管中心在一定程度上分工协作。由于网络管理的重 要性越来越高，交换机本身的管理能力己不适应网络复杂管理的需要，由此 产生了独立于交换机的网络管理系统。随着网络整体规模的不断增加以及新 业务的不断出现，网络管理功能变得更加复杂。另一方面，从我国的移动通信 网络发展历史来看，使用的设备来自多个厂商，而不同的厂商采用各自不同 的技术自行研制且大多采用各自的管理协议开发了自己的网络管理系统，没 有统一的标准，缺乏相应的协调，使移动通信网成为一个复杂的异构型网络。 运营商虽然可以使用每个设备厂家提供的专业网管完成网络的操作维护以及 网络管理，但很难对由多个厂商设备组成的网络进行网络级的管理和维护， 为了降低网络维护成本、提高网络运行质量，信息产业部于1 9 9 7 年启动了 综合网管系统建设，其主要思想是建立一个集中监控、集中操作维护的综合 性网管系统，屏蔽由于各专业网管无法协同配合所造成的管理脱节问题。通 过一个网管工作站就能够对互连的不同网络实施各种管理和控制，从而实现 对全网的综合管理，包括全网故障分析和故障定位、全网性能综合分析等功 能。这样既便于维护、使用，也可以提高该系统的利用率。另外，综合网管 系统还将提供网络级监控及全网运行质量分析及决策支持作为其建设目标。 我国综合网管系统经历了从无到有，从单一到完善的过程，自1 9 9 7 年 最初建设，实现对话务网核心网元的接口，对网元进行有限的运行状态监控； 2 0 0 2 年发展到对移动网络系统中所有网元的接口，并提高了网络运行监控的 精确度和准确程度；2 0 0 3 年增强了对管理网元的集中操作维护。2 0 0 4 2 0 0 5 年 中国联通通信公司对综合网管功能和结构不断进行了重新规范。到2 0 0 6 年基 本实现了对全网网元的2 4 小时监控，全方位，多功能，面向服务的电子化运 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 1 i ；暑；i ；i ；i ；i ；i ；i i i ；i ；i ；i ；i ；i ；i ； 行维护以及对全网运行质量进行分析和决策支持。事实证明经过7 年的建设 综合网管系统从一个概念己经逐渐发展成为各网络运营商不可缺少的管理工 具和运行维护手段。 1 3 综合网管告警系统建设中存在问题 虽然，综合网络管理系统经过多年的建设已经日臻完善，但是随着移动 运营商对网络质量的要求越来越高，网络管理系统中存在的问题也不断凸现。 多厂家设备问题。我国移动通信网的建设是从设备引进开始的，普遍是 分批、分阶段进行的，因此在各省市移动通信网中普遍存在同时使用多家厂 商的软硬件系统的情况，其所采用的管理模式、软件语言、命令格式和接口 规程也不尽相同，即使是同种制式的操作维护中心或网络管理系统也不能直 接沟通。综合网管系统主要目标就是能够适应多厂商不同接口网元的接入要 求，而综合网管早期版本以及现在国内主要综合网管系统，告警数据采集还 是要依赖于不同厂家、版本及接口，即每一个厂家、版本及接口会有不同的 采集程序，这会导致系统开发、实施及后期维护成本很高，而且采集系统不 够稳定和灵活。在本论文中讨论的t d s c d m a 试验网的综合告警系统将各 种接口及版本网元的告警数据通过使用c o r b a 接口接入，将告警数据格式 统一，便于程序的统一、数据的维护。 数据呈现的及时性问题，目前移动通信网业务已经向多层次、多专业领 域飞速发展，网络建设工作一直没有中断，网络规模扩展迅速。在发展业务 的同时，提高网络质量、进行网络优化已成为日常维护工作的关键。保证网 络的稳定性、提高网络质量、有效降低用户投诉，己经成为各使用综合网管 系统用户越来越关心的问题了。这就要求网管系统能够及时地将告警数据采 集到网管系统中并完成告警数据的呈现，实现对故障的及时发现、及时处理。 在早期告警系统中，数据格式不规范厂家众多，造成数据呈现的延时。本文 中t d s c d m a 试验网的综合告警系统采用标准c o r b a 接口实现数据的格 式统一，提高程序执行效率，解决了数据及时呈现的问题。 告警数据丢失问题。随着移动运行商对告警数据的要求越来越高，对于 告警数据故障的维护越来越精细，告警的数据丢失问题成了较为严重的问题。 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 早期的告警系统存在着告警数据丢失、告警数据不完整、告警数据误差等问 题。本文t d s c d m a 试验网的综合告警系统总结早期告警系统版本的问题， 提出了引入o m c 同步告警的解决方案，有效避免了告警数据的丢失。 综合网管告警系统需要我们在实践中不断探索、积累经验，利用综合网 管告警系统提供的功能，结合维护工作要求，及时发现、处理、解决网络中 的各种问题，改善网络运行环境，提高网络运行质量，使网络运行在最佳状 态。为移动通信业务的发展提供有力的技术支持和网络支撑。 1 4 论文期间所做工作 在课题准备期间，本人分别在长春亿阳计算机开发有限公司和北京亿阳 信通软件研究院有限公司从事综合网管告警系统的规划和开发工作。期间， 不断学习通信知识和编程语言及方法、关注电信领域的发展动态、学习综合 网络管理系统、不断开发和优化程序。学习3 g 的相关通信知识和t d s c d m a 的相关知识，分析和研究了传统网管告警系统中存在的问题和不足，给出了 解决传统告警系统问题的方案，参与了t d s c d m a 试验网综合告警系统研 究及开发。 1 5 本文结构 论文第二章介绍t d s c d m a 标准，其中包括t d s c d m a 的技术特点、 技术优势、同时，介绍了t d s c d m a 的网络拓扑；第三章介绍t d s c d m a 试验网网络管理系统，其中包括网管系统的架构、3 g 时代的网管和传统2 g 网管系统的差异，并给出了框架结构图。同时，介绍了综合告警系统架构； 第四章分层次介绍了t d s c d m a 试验网告警系统的实现逻辑；重点介绍了 告警采集程序和告警分析程序的数学建模和实现逻辑，给出了设计流程图。 哈尔滨1 = 程大学硕士学位论文 第2 章t d s c d m a 标准 3 g ( 3 r dg e n e r a t i o n ) 指第三代移动通信技术，与前两代系统相比，第三代 移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务。其设计目标 是为了提供比第二代系统更大的系统容量、更好的通信质量，而且要能在全 球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内 的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。国际电信联盟 ( i t u ) 确定3 g 通信的三大主流无线接口标准分别是w c d m a ( 宽频分码多重 存取) 、c d m a 2 0 0 0 ( 多载波分复用扩频调制) 和t d s c d m a ( 时分同步码分多 址接入) 。 2 13 g 三大主流标准技术比较 w c d m a 主要采用了带宽为5 m h z 的宽带c d m a 技术、上下行快速 功率控制、下行发射分集、基站间可以异步操作等技术特点。c d m a 2 0 0 0 技 术的选择和设计最大限度得考虑和i s 9 5 系统的后向兼容，很多基本参数和 特性都是相同的。并在无线接口进行了增强，如：( 1 ) 提供反向导频信道，使 反向相干解调成为可能。在i s 9 5 系统中，反向链路没有导频信道，这使得 基站接收机中的同步和信道估计比较困难；( 2 ) 前向链路可采用发射分集方 式，提高了信道的抗衰落能力；( 3 ) 前向快速功控，提高了前向信道的容量。 在i s 9 5 系统中，前向链路只支持慢速功控；( 4 ) 信道可采用比卷积码更高效 的t u r b o 码，使容量进一步提高；( 5 ) 快速寻呼信道，减少了移动台功耗，提 高了移动台的待机时间。 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 都是采用f d d ( 码分双工) 模式的技术，而 t d d ( 时分双工) 技术由于本身固有的特点突破了f d d 技术的很多限制，如： 上下行工作于同一频段，不需要大段的连续对称频段，在频率资源日益紧张 的今天，这一点尤显重要；这样，基站端的发射机可以根据在上行链路获得 的信号来估计下行链路的多径信道的特性，便于使用智能天线等先进技术； 同时能够简单方便地适应于3 g 传输上下行非对称数据业务的需要，提高系 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 统频谱利用率：这些优势都是f d d 系统难以实现的。因此，随着技术的发 展，国际上对使用t d d 的c d m a 技术日益关注。t d s c d m a 也就是在这 种环境下诞生的，它综合t d d 和c d m a 的所有技术优势，具有灵活的空中 接口，并采用了智能天线、联合检测等先进技术，使得t d s c d m a 具有相 当高的技术先进性，并且在三个标准中具有最高的频谱效率。随着对大范围 覆盖和高速移动等问题的逐步解决，t d s c d m a 将成为可以用最经济的成 本获得令人满意的3 g 解决方案。 图2 1 和图2 2 分别表示t d s c d m a 和w c d m a 的多址方式结构。可 以看出，t d s c d m a 方式采用了t d m a 技术，有利于传输非对称数据业务。 表2 1 对w c d m a 、t d s c d m a 和c d m a 2 0 0 0 三种主流标准的主要技术 性能进行了比较。其中仅有t d s c d m a 方式使用了智能天线、联合检测和 同步c d m a 等先进技术，所以在系统容量、频谱利用率和抗干扰能力方面 具有突出的优势。 鹳遵 f d m a 频率 图2 1t d s c d m a 多址方式结构示意图 顿? 红 图2 2w c d m a 多址方式结构示意图 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表2 13 g 三种主流技术标准的比较 项目 w c d m at d s c d m ac d m a 2 0 0 0 帧长 1 0 m s 1 0 m s ( 两个帧) 2 0 m s 码片速率 3 8 4 m c p s1 2 8 m c p s1 2 2 8 8 m c p s 载波间隔 5 m h z1 6 m h z1 2 5 m h z 功率控制 快速功率控制 0 2 0 0 h z 反向：8 0 0 h z 上、下行1 5 0 0 h z前向：慢速、快速功制 下行发射分集支持支持支持 基站同步 不需要需要需要典型方法是g p s 频率间切换 支持，可用压缩支持，可用空闲支持 模式进行测量时隙进行测量 检测方式 相干解调联合检测相干解调 信道估计公共导频 d w p c h ，u p p c h ，前向、反向导频 m i d a m b l e 编码方式t u r b o 码 t u r b o 码t u r b o 码 2 2t d s c d m a 技术 t d s c d m a 的中文含义为时分同步码分多址接入，该项通信技术也属 于一种无线通信的技术标准，它是由中国第一次提出并在此无线传输技术 ( r t t ) 的基础上与国际合作，完成了t d s c d m a 标准，成为c d m at d d 标 准的一员的，这是中国移动通信界的一次创举，也是中国对第三代移动通信 发展的贡献。在与欧洲、美国各自提出的3 g 标准的竞争中，中国提出的 t d s c d m a 己正式成为全球3 g 标准之一，这标志着中国在移动通信领域已 经进入世界领先之列。 2 2 1t d s c d m a 的技术特点 t d s c d m a 方案的设计参照了t d d ( 时分x 叹- r ) 在不成对的频带上的时 域模式。t d d 模式是基于在无线信道时域里的周期地重复t d m a 帧结构实 现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在t d d 模式下，可以方便地实现上 哈尔滨工程大学硕士学位论文 下行链路间地灵活切换。这一模式的突出优势是，在且下行链路间的时隙分 配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务要求。这样，运用 t d s c d m a 这一技术，通过灵活地改变上下行链路的转换点就可以实现所 有3 g 对称和非对称业务。合适的t d s c d m a 时域操作模式可自行解决所有 对称和非对称业务以及任何混合业务的上下行链路资源分配的问题。 t d s c d m a 的无线传输方案灵活地综合了f d m a ，t d m a 和c d m a 等 基本传输方法。通过与联合检测相结合，它在传输容量方面表现非凡。通过 引进智能天线，容量还可以进一步提高。智能天线凭借其定向性降低了小区 间频率复用所产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。 基于高度的业务灵活性，t d s c d m a 无线网络可以通过无线网络控制器 ( r n c ) 连接到交换网络，如同第三代移动通信中对电路和包交换业务所定 义的那样。 t d s c d m a 所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称 和非对称的3 g 业务所设计的，它运行在不成对的射频频谱上。t d s c d m a 传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配 的最佳利用率。因此，t d s c d m a 通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效 率，可支持速率从8 k b p s 到2 m b p s 的语音、互联网等所有的3 g 业务。 t d s c d m a 为t d d 模式，在应用范围内有其自身的特点：一是终端的 移动速度受现有d s p 运算速度的限制只能做到2 4 0 k m h ；二是基站覆盖半径 在1 5 k i n 以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区 域，基站最大覆盖可达3 0 - 4 0 k i n 。t d d 和f d d 模式是互为补充的。 2 2 2t d s c d m a 的技术优势 t d s c d m a 的提出比其他标准较晚，这给其产品成熟性带来一定的挑 战，但在另一方面，t d s c d m a 吸纳了九十年代以来移动通信领域最先进的 技术，在一定程度上代表了技术的发展方向，具有前瞻性和强大的后发优势。 与其他3 g 标准相比，t d s c d m a 系统及其技术有着如下突出优势： 一、频谱效率高 t d s c d m a 系统综合采用了联合检测、智能天线和上行同步等先进技 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 术，系统内的多址和多径干扰得到了极大缓解，从而有效地提高了频谱利用 率，进而提高了整个系统的容量。具体来讲，联合检测和上行同步可极大降 低小区内的干扰，智能天线则可以有效抑制小区间及小区内的干扰。另外， 联合检测和智能天线对于缓解2 g 频段上更加明显的多径干扰也有极大作用。 所以，t d s c d m a 系统的这一特点决定了它将非常适合于在3 g 网络建设初 期提供大容量的网络解决方案。 二、支持多载频 对t d s c d m a 系统来说，其容量主要受限于码资源。t d s c d m a 支持 多载波，载频之间切换很容易实现。因为t d s c d m a 是时分系统，手机可 在控制信道时扫描其它频率，无需任何硬件轻松实现载波间切换，并能保证 很高的成功率。另外通过多载波可以消除导频污染以及突发导频，从而降低 掉话率。因为t d 系统可以将邻小区的导频安排在不同的载波上，从而降低 导频污染。另外t d 在室内覆盖方面也有很大优势。 三、不存在呼吸效应及软切换 用户数的增加使覆盖半径收缩的现象称之为呼吸效应。c d m a 系统是一 个自干扰系统，当用户数显著增加时，用户产生的白干扰呈指数级增加，因 此呼吸效应是一般c d m a 系统的天生缺陷。呼吸效应的另一个表现形式是每 种业务用户数的变化都会导致所有业务的覆盖半径发生变化，这会给网络规 划和网络优化带来很大的麻烦。t d s c d m a 是一个集c d m a 、f d m a 、t d m a 于一身的系统，它通过低带宽f d m a 和t d m a 来抑制系统的主要干扰，使 产生呼吸效应的因素显著降低：由于t d s c d m a 在每个时隙中采用c d m a 技术来提高容量，产生呼吸效应的唯一原因是单时隙中多个用户之间的自干 扰，由于t d s c d m a 单时隙最多只能支持8 个1 2 2 k 的话音用户，用户数量 少，使用户的自干扰比较少。同时，这部分自干扰通过联合检测和智能天线 技术被进一步抑制，因此t d s c d m a 不再是一个干扰受限系统，而是一个 码道受限系统，覆盖半径不随用户数的增加而变化，即没有呼吸效应。 四、组网灵活、频谱利用灵活、频率资源丰富 t d s c d m a 系统采用时分双工模式，它的一个载波只需占用1 6 m h z 的带宽就可以提供速率达2 m b p s 的3 g 业务，对于频率分配的要求简单和灵 活了许多。在今后多家移动运营商共存的情形下，频谱资源的使用情况会相 l o 哈尔滨工程大学硕士学位论文 对复杂，而t d s c d m a 系统大大提高了对频谱资源利用的灵活性。中国政 府为t d d 分配了1 5 5 m h z 的工作频段，对比于f d d 上下行共9 0 m h z 的对 称频段，t d d 系统在频率资源方面的优势，为t d d 系统的网络扩容和后续 发展埋下了轻松的一笔。除中国外，世界各国3 g 频谱规划都包括t d d 频段， 日本、欧洲运营商3 g 牌照中已经包括t d d 频段，为未来t d s c d m a 进入 国际市场提供了机遇。这为t d s c d m a 技术的国际化应用和国际漫游，提 供了必要的条件。 五、与g s m 组网易于实施 从系统角度看，t d s c d m a 与g s m 均为时分复用系统，可以灵活进行 系统之间的测量控制和切换。从终端角度看，t d s c d m a 与g s m 的切换较 易引入目前单模手机，t d s c d m a g s m 双模手机成本低于w c d 舢s m 成本。 六、灵活高效承载非对称数据业务 t d d 技术的采用是t d s c d m a 系统与其他两大3 g 主流标准f d d 系统 的根本区别。t d s c d m a 系统子帧中上下行链路的转换点是可以灵活设置 的，根据不同承载业务分别在上下行链路上数据量的分布，上下行资源可以 有从3 ：3 的对称分配到1 ：5 的非对称分配调整。在未来3 g 多样化的业务 应用中，非对称的数据业务会占有越来越多的比例，大部分业务的典型特征 是上行链路和下行链路中的业务量不对称。f d d 系统由于其固定的上下行频 率的对称占用，在承载非对称业务时会造成对频谱资源的浪费。而 t d s c d m a 系统可以通过配置切换点位置，灵活地调度系统上下行资源，使 得系统资源利用率最大化。因此t d s c d m a 系统更加适合未来的3 g 非对称 数据业务和互联网业务方面。 综上所述，t d s c d m a 单独组网具有网络规划简单，建设和维护成本 低的好处。而t d s c d m a 具有的非对称数据业务传输的特点使其更具有其 他技术不可比拟的优势。 越区切换在蜂窝移动通信系统中占有重要的地位。在早期的频分多址 ( f d m a ) 和时分多址( t d m a ) 移动通信系统中，采用的是“硬切换技术”，该技 术使系统在切换过程中大约丢失3 0 0 m s 的信息，同时占用信道资源较多。美 国高通公司开发的c d m a i s 9 5 无线通信系统使用了“软切换技术”，软切换 哈尔滨1 = = 程大学硕士学位论文 过程不丢失信息、不中断通信，还可增加c d m a 系统的容量。但是，软切换 技术只解决了终端在使用相同载波频率的小区或扇区间切换的问题，对于不 同载波的基站之间，f d d c d m a 系统仍然只能使用硬切换方式。而且，处于 切换过程中的每一个终端要同时接收来自两个或三个基站的信息，并在反向 链路中向这些基站发送相应信息，这占用了较多的通信设备和信道，造成系 统资源的浪费。而在t d s c d m a 系统中，采用了一种新的越区切换方法， 即“接力切换”。t d s c d m a 的独特之处是使用了智能天线获得用户终端的方 位( d o a ) ，采用同步c d m a 技术获得用户终端与基站间的距离。若将这两个 信息予以综合，基站就可以确定用户终端的具体位置，从而为接力切换奠定 了基础。接力切换不丢失信息、不中断通信，节约了信道资源。 正是由于t d s c d m a 系统采用了智能天线以及使用两个基站对终端进 行定位，具有对终端精确定位的功能，所以能够实现更有效的越区切换，即 所谓的“接力切换”。在接力切换的过程中，同频小区之间的两个小区的基站 都将接收同一个终端的信号，并对其定位，将确定可能切换区域的定位结果 向基站控制器报告，完成向目标基站的切换，克服了“软切换”浪费信道资源 的缺点。接力切换不仅具有上述的“软切换”功能，而且可以使用在不同载波 频率的t d s c d m a 基站之间，甚至能够在t d s c d m a 系统与其它移动通信 系统( 如g s m 、c d m a i s 9 5 等) 的基站之间，实现不丢失信息、不中断通信的 理想的越区切换。在一般情况下，“接力切换”与“软切换”相比较，能够使系 统容量增加一倍以上。 近年来，智能天线技术已经成为移动通信中最具有吸引力的技术之一。 智能天线采用空分多址( s d m a ) 技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频 率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。与 无方向性天线相比较，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功 率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。同时，由于天 线波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其它用户之间，以及与相邻小区用 户之间的干扰，而且也减少了移动通信信道的多径效应。c d m a 系统是个功 率受限系统，智能天线的应用达到了提高天线增益和减少系统干扰两大目的， 从而显著地扩大了系统容量，提高了频谱利用率。智能天线在本质上是利用 多个天线单元空间的正交性，即空分多址复用( s d m a ) 功能，来提高系统的容 哈尔滨工程大学硕士学位论文 量和频谱利用率。这样，t d s c d m a 系统充分利用了c d m a 、t d m a 、f d m a 和s d m a 这四种多址方式的技术优势，使系统性能最佳化。智能天线的核心 在于数字信号处理部分，它根据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向用 户，并自动地调整系数以实现所需的空间滤波。智能天线需要解决的两个关 键问题是辨识信号的方向和数字赋形的实现。 t d s c d m a 的智能天线使用一个环形天线阵，由8 个完全相同的天线 元素均匀地分布在一个半径为r 的圆上所组成。智能天线的功能是由天线阵 及与其相连接的基带数字信号处理部分共同完成的。该智能天线的仰角方向 辐射图形与每个天线元相同。在方位角的方向图由基带处理器控制，可同时 产生多个波束，按照通信用户的分布，在3 6 0 0 的范围内任意赋形。为了消除 干扰，波束赋形时还可以在有干扰的地方设置零点，该零点处的天线辐射电 平要比最大辐射方向低约4 0 d b 。t d s c d m a 使用的智能天线当n = 8 时， 比无方向性的单振子天线的增益分别大9 d b ( 对接收) 和1 8 d b ( 对发射) 。 每个振子的增益为8 d b ，则该天线的最大接收增益为1 7 d b ，最大发射增益 为2 6 d b 。由于基站智能天线的发射增益要比接收增益大得多，对于传输非 对称的m 等数据、下载较大业务信息是非常适合的。 根据以上基本原理，在c d m a 系统中，采用智能天线和波束赋形技术， 一能够在多个方面大大改善通信系统的性能，概括地讲主要有：提高了基站接 收机的灵敏度，提高了基站发射机的等效发射功率，降低了系统的干扰，增 加了c d m a 系统的容量，改进了小区的覆盖，降低了无线基站的成本。由于 采用智能天线后，应用波束赋形技术显著提高了基站的接收灵敏度和等效发 射功率，能够大大降低系统内部的干扰和相邻小区之间的干扰，从而使系统 容量扩大一倍以上；同时也可以使业务高密度的市区和郊区所要求的基站数 目减少。在业务稀少的乡村，无线覆盖范围将增加一倍，这也意味着在所覆 盖的区域的基站数目降至通常情况的1 4 。天线增益的提高也能够降低高频功 率放大器( h p a ) 的线性输出功率。因为h p a 的费用占收发信机成本的主要部 分。所以，智能天线的采用将显著降低运营成本、提高系统的经济效益。 。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 3t d s c d m a 网络拓扑 t d s c d m a 正在经历有史以来最大规模的网络测试，距离正式商用指 日可待。无论是对运营商建设和运维等投资成本，还是对用户的质量感受和 业务体验而言，3 g 移动通信网络的核心都在于其地面无线接入网c o t r a n ， r a d i oa c c e s sn e t w o r k ) 。可以说，u t r a n 的整体性能直接决定了运营商网络 质量和服务水平的优劣，是网络建设和运维的重中之重。 2 3 1t d s c d m ar a n 系统结构 就t d s c d m a 网络体系结构而言，u t r a n m t st e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k ) 是其中最重要的组成部分之一，涵盖了大量的关键技术和核 心设计思想，其产品和组网方案直接关系到全系统网络建设部署格局和网络 的服务质量。u t r a n 由o & m 和一组r n s ( r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m s ) 组成， 通过i u 接1 2 1 和c n ( 核心网) 相连。每一个r n s 包括一个r n c 和一个或多 个n o d eb ，n o d eb 和r n c 之间通过i u b 接口进行通信。r a n 系统结构如 图2 3 所示： 参白以参自 图2 3r a n 系统结构图 1 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ( 1 ) r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l