（通信与信息系统专业论文）cdma2000+1x+evdv系统中的切换技术研究.pdf

摘要 摘要 切换是指移动终端从蜂窝移动通信系统的一个小区移动到另外一个小区过程中，为 保持移动终端通信的连续性，移动终端和基站所要完成的一系列操作。切换是移动通信 系统的一个关键特征，对支持个人通信业务的全球漫游至关重要。 本文以c d m a 2 0 0 0l xe v - d v 系统为背景，对切换技术进行了研究和仿真。 前三章主要是关于切换技术和c d m a 2 0 0 0l xe v - d v 系统的基础知识的介绍：第一 章简要介绍了第三代移动通信系统及其关键技术；第二章在详细介绍了l xe v - d v 系统 特点及关键技术的基础上，介绍了系统中使用的软切换算法，还介绍了基于l xe v - d v 的仿真平台。第三章较为详细地介绍了切换算法中的信号测量、判决准则、切换流程、 以及现有的各种典型的解决有限信道资源分配的切换算法。 第四章和第五章是论文的主要研究工作：第四章针对单业务的情况，在基本软切换 算法的基础上，提出了一种基于切换参数和判决优化的软切换算法，并通过仿真，分析 比较了两者的性能。第五章针对多业务的情况，在信道预留切换算法的基础上，提出了 一种自适应的信道预留切换算法，并通过仿真，分析比较了两者的性能。 最后对全文进行了总结。 关键词：l xe v - d v 系统，切换，服务质量，阻塞，掉话 a b s t l i a c t a b s t r a c t t h eh a n d o f fi sas e r i e so fo p e r a t i o n st h a tn e e dt ob ed o n eb yt h em o b i l et e r m i n a la n d b a s es t a t i o ni nt h eg o n r s eo ft h em o b i l et e r m i n a lm o v i n gf r o mo n ec e l lt oa n o t h e ri no r d e rt o m a i n t a i nt h ec o n t i n u i t yo fo n g o i n gc a l l h a n d o f fi so n eo ft h ek e yf e a t u r e si nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa n de s p e c i a l l yc r u c i a lt os u p p o r tg l o b a lr o a m i n gi n p e r s o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h er e s e a r c h i n go fh a n d o f ft e c h n o l o g yi nc d m a 2 0 0 0l x e v - d v s y s t e m s f i r s to fa l l ，s o m eb a s i ck n o w l e d g ei sb e i n gi n t r o d u c e di nt h et h r e ec h a p t e r s i nc h a p t e r1 ， w ei n t r o d u c et h e3 gm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dt h ek e yt e c h n i q u e so fi t i n c h a p t e r2 ，a f t e rw ei n t r o d u c et h ei xe v - d vs y s t e m ，t h e c h a r a c t e r i s t i c sa n ds o m ek e y t e c h n o l o g i e so fi t ，w ea l s oi n t r o d u c et h eh a n d o f fp r o c e s s e si n l xe v - d vs y s t e ma n dt h e p r o c e d u r eo fm o d e l i n gs i m u l a t i o ns y s t e mo fl xe v - d vs y s t e m s i nc h a p t e r3 ，w eb r i e f l y i n t r o d u c et h es i g n a lm e a s u r e m e n t ，h a n d o f fd e c i s i o nc r i t e r i aw h i c ha r eu s e di nt h eh a n d o f f a l g o r i t h m s ，a n dt h eh a n d o f fa l g o r i t h m sg e n e r a l l yu s e di nc e l l u l a rm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m sa r ee x p l o r e d i ti sc l a s s i f i e df o rv a r i o u sh a n d o f f a l g o r i t h m s b a s e do nt h eb a c k g r o u n dk n o w l e d g er e f e r e di nf o r e g o i n gt h r e ec h a p t e r s ，t h er e s e a r c h w o r kc a r r i e db yt h ea u t h o ro f t h i sp a p e ri sp r e s e n t e d i nc h a p t e r4 ，c o n s i d e r e da b o u tt h es i n g l es e r v i c e ，a ni m p r o v e dh a n d o f fa l g o r i t h mi s p r o p o s e d b yo p t i m i z i n gt h ep a r a m e t e r sa n dt h ed e c i s i o nc r i t e r i a i nt h e b a s i ch a n d o f f a l g o r i t h m t h r o u g hc o m p u t a t i o n ss i m u l a t i o n s ，w ec o m p a r et h eo p t i m i z e dh a n d o f fa l g o r i t h m a n dt h eb a s i ch a n d o f f a l g o r i t h m i nc h a p t e r5 ，c o n s i d e r e da b o u tt h em u l t i m e d i as e r v i c e ，a na d a p t i v ec h a n n e lr e s e r v a t i o n s c h e m ef o rh a n d o f fi s p r o p o s e d t h r o u g hc o m p u t a t i o n ss i m u l a t i o n s ，w ec o m p a r et h e o p t i m i z e dh a n d o f f a l g o r i t h ma n dt h ec h a n n e lr e s e r v a t i o ns c h e m ef o rh a n d o f f l a s t l y , w es u m m a r i z et h ew h o l et h e s i sa n dp o i n tt h ei s s u e st ob ef u r t h e rs t u d i e d i 东南大学硕士学位论文 k e y w o r d s ：l xe v - d vs y s t e m ，h a n d o f f , q o s ，b l o c k , d r o p i v 插图目录 插图目录 图2 - 1c d m a 2 0 0 0l x 网络结构图9 图2 - 2e d m a 2 0 0 0 ( r e l e a s ec ) 协议层结构1 1 图2 3 网络拓扑结构图1 4 图2 - 4m s 节点进程级模型i 】5 图2 5m s 节点进程级模型2 1 7 图2 - 6b t s 节点的进程级模型1 7 图3 - 1i s 一9 5 a 系统的导频集合维护2 5 图3 2i s 9 5 a 系统的软切换过程2 5 图3 3c d m a 2 0 0 0 系统的导频集合维护2 8 图3 - 4c d i l l a 2 0 0 0 系统的软切换过程2 9 图3 5 保留优先级方案3 3 图3 - 6 抢占优先权方案3 4 图3 7 带优先级资源分配切换方案3 5 图4 - 1 新呼叫阻塞率性能曲线4 4 图4 2 切换呼叫掉话率性能曲线4 5 图5 1 非实时业务新呼叫阻塞率5 2 图5 2 实时业务新呼叫阻塞率。5 3 图5 - 3 非实时业务的切换呼叫掉话率5 4 图5 4 实时业务的切换呼叫掉话率5 4 图5 - 5 总业务吞吐量5 5 i x 缩略语 1 6 q a m 3 ( 妒p 8 p s k a c k a m c a n b e r b s b t s c b s c c d m c d m a 缩略语 1 6q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n 1 6 阶正交幅度调度 3 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第三代伙伴合作计划 8p h a s es h i f tk e y i n g8 进移相键控 a c k n o w l e d g e m e n t 接收成功确认 a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g 自适应调制编码 a c c c s sn o d e b i te r r o rr a t e b a s es t a t i o n b a s et r a n s c e i v e rs y s t e m 接入节点 误码率 基站 基站收发信系统 c e n t r a l i z e db a s es t a t i o nc o n t r o l l e r基站集中控制器 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e x码分复用 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s码分多址接入 c d m a 2 0 0 0c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s2 0 0 0码分多址接入2 0 0 0 c i rc a r r i e rt oi n t e r f e r e n c er a t i o 载干比 d s c d m ad i r e c ts p r e a dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s直扩码分多址 e p e s n e v - d 0 e v 二d v e n c o d e rp a c k e t编码器数据包 e l e c t r o n i cs e r i a ln u m b e r电子序列号 e v o l u t i o n - d a t ao n l y e v o l u t i o n - d a t aa n dv o i c e x l 东南大学硕士学位论文 f c s f f c h f t s tc e l ls e l e c t i o n快速小区选择 f o r w a r d - f u n e n t a lc h a n n e l前向基本信道 f p d c c hf o r w a r d p a c k e td a t ac o n t r o lc h a n n e l 前向分组数据控制信道 f p d c hf o r w a r d p a c k e td a t ac h a r m e l f s c h f d d f d m a g p s g s m h l r 前向分组数据信道 f o r w a r d - s u p p l e m e n t a lc h a n n e l 前向补充信道 f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x频分双工 f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 频分多址接入 g e n e r a l i z e dp r o c e s s o rs h a r i n g 通用处理机共享 g 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 s 全球移动通信系统 h o m el o c a t i o nr e g i s t e r 原址寄存器 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 c o m m u n i c a t i o n2 0 0 0国际移动通信标准2 0 0 0 i s 9 5 1 1 u m s c m s o m ci p e ni n t e r i ms t a n d a r df o ru s c o d ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s 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国际电信联盟 m o b i l es e r v i c e ss w i t c h i n gc e n t e r移动业务交换中心 m o b i l es t a t i o n o p e r a t i o n s & m a i n t e n a n c ec e n t e r - - i n t e r a c t p r o t o c o l o m c r o p e r a t i o n s & m a i n t e n a n c ec e n t e r - - r a d o p d s n p n p a c k e td a t as e r v i n gn o d e p s e u d o - n o i s e 移动台 运行维护中心一网络协 议部分 运行维护中心一射频部 分 分组数据服务节点 伪随机噪声 缩略语 p s t n q o sq u a l i t yo fs e r v i c e 公共电话交换网 服务质量 r - a c k c h r e v e r s e - a c k n o w l e d g e m e n tc h a n n e l反向确认信道 r - c q i c h r e v e r s e c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t i o nc h a n n e l反向信道质量指示信道 r r m s p t d d t d m a t d s c d m a 1 1 a m u n o v l r r a d i or e s o u r c em a n a g e m e m无线资源管理 s u b p a c k e t t u n ed i v i s i o nd u p l e x 子数据包 时分双工 t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s时分复用接入 t i m ed i v i s i o ns y n c h r o n i z a t i o nc o d ed i v i s i o n 时分同步码分多址 m u l t i p l ea c c e s s t e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y a s s o c i a t i o n美国通信工业协会 t e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya s s o c i a t i o n电信技术协会 u n i v e r s a ln e t w o r ko p e r a t i o n s通用网络运行单元 v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r访问位置寄存器 w c d m aw i d e - b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s宽带码分多址 x m 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一周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：雌日期：盟 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生 院办理。 签名： 毕 第1 章绪论 第1 章绪论 在被称为信息时代的今天，信息交流已经成为人类社会最重要的需求之一。因此， 为了更好的完成信息交流，移动通信系统经历了从模拟到数字、从提供语音业务到提供 多媒体业务的发展过程。目前，第四代移动通信系统的研究已经成为移动通信领域研究 的热点。 1 1 第三代移动通信系统概述 作为信息产业支柱之一的移动通信产业，从2 0 世纪7 0 年代开始进入了蓬勃发展的 阶段。7 0 年代末到8 0 年代中期，采用f d m a 无线接入方式以及模拟制式的第一代移 动通信系统得到了快速发展，但频谱效率低、容量小、同频干扰大、保密性差等问题使 其很快就被9 0 年代推出的第二代移动通信系统所取代。但第二代移动通信系统只能提 供话音和低速率数据业务。而在信息时代，图像、语音和数据相结合的多媒体业务和高 速率数据业务的业务量将会大大增加，为了寻求频谱利用率更高、通信容量更大、能在 全球范围内更好地实现无缝漫游以及为用户提供多媒体业务的移动通信系统，第三代移 动通信系统的研究和发展成为电信领域的一个新的研究热点问题。 目前，国际上主流的i m t - 2 0 0 0 无线传输技术主要分为三大类：即日本和欧洲一些 国家提出的w c d m a 标准，北美提出的c d m a 2 0 0 0 标准，以及我国自己提出的 t d s c d m a 标准。其中，w c d m a 标准是在窄带c d m a 基础上进行改进的而得到的 第三代移动通信系统标准，可适应多种速率的传输，基站间无需同步，支持不同载频间 的切换，上，下行快速功率控制。e d m a 2 0 0 0 是在i s 9 5c d m a 系统的基础上发展而来的， 它沿用了i s 一9 5 的主要技术，基站间需要g p s 同步，反向信道采用连续导频方式，前向 信道采用多载波方式等。相对于采用f d d 的w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 系统，中国提出了 自己基于t d d 方式的t d s c d m a 系统。t d s c d m a 系统使用了直接序列扩频的码分 多址方式( d s c d m a ) ，采用t d d 技术，适用于在城市人口集中地区，实现大容量的话 音、数据及多媒体业务的传输。 东南大学硕士学位论文 1 2 第三代移动通信系统的关键技术 第三代移动通信系统采用了如下关键技术： 初始同步与r a k e 多径分集接收技术 c d m a 通信系统接收机的初始同步包括p n 码同步，符号同步、帧同步和扰码同步 等。e d m a 2 0 0 0 系统采用与i s 一9 5 系统相类似的初始同步技术，即通过对导频信道的捕 获建立p n 码同步和符号同步，通过同步( s y n c ) 信道的接收建立帧同步和扰码同步。 w c d m a 系统的初始同步则需要通过“三步捕获法”进行，即通过对基本同步信道的 捕获建立p n 码同步和符号同步，通过对辅助同步信道的不同扩频码的非相干接收，确 定扰码组号等，最后通过对可能的扰码进行穷举搜索，建立扰码同步。 移动通信是在复杂的电波环境下进行的，如何克服电波传播所造成的多径衰落现象 是移动通信的一个基本问题。在c d m a 移动通信系统中，由于信号带宽较宽，因而在 时间上可以分辨出比较细微的多径信号。对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合 成之后的信号得以增强，从而可在较大程度上降低多径衰落信道所造成的负面影响。这 种技术成为r a k e 多径分集接收技术。 为实现相干形式的r a k e 接收，需发送未经调制的导频( p i l o t ) 信号，以使接收端能在 确知已发数据的条件下估计出多径信号的相位，并在此基础上实现相干方式的最大信噪 比合并。w c d m a 系统采用用户专用的导频信号，而c d m a 2 0 0 0 下行链路采用公用导频 信号，用户专用导频信号仅作为备选方案用于使用智能天线的系统，上行信道则采用用 户专用的导频信道。 r a k e 多径分集技术的另外一种极为重要的体现形式是宏分集及越区软切换技术。 当移动台处于越区切换状态时，参与越区切换的基站向该移动台发送相同的信息，移动 台把来自不同基站的多径信号进行分集合并，从而改善移动台处于越区切换时的接收信 号质量，并保持越区切换时的数据不丢失，这种技术称为宏分集和越区软切换。w c d m a 系统和c d m a 2 0 0 0 系统均支持宏分集和越区软切换功能。 智能天线技术 从本质上来说，智能天线技术是雷达系统自适应天线阵在通信系统中的新应用。由 2 第1 章绪论 于其体积及计算复杂性的限制，目前仅适应于在基站系统中的应用。智能天线包括两个 重要组成部分，一是对来自移动台发射的多径电波方向进行到达角( d o a ) 估计，并进行 空间滤波，抑制其它移动台的干扰。二是对基站发送信号进行波束形成，使基站发送信 号能够沿着移动台电波的到达方向发送回移动台，从而降低发射功率，减少对其它移动 台的干扰。智能天线技术用于t d d 方式的c d m a 系统是比较合适的，能够起到在很大 程度上抑制多用户干扰，从而提高系统容量的作用。其困难在于由于存在多径效应，每 个天线均需一个r a k e 接收机，从而使基带处理单元复杂度明显提高。 多用户检测技术 在传统的c d m a 接收机中，各个用户的接收是相互独立进行的。在多径衰落环境 下，由于各个用户之间所用的扩频码通常难以保持正交，因而造成多个用户之间的互相 干扰，并限制系统容量的提高。解决此问题的一个有效方法是使用多用户检测技术，通 过测量各个用户扩频码之间的非正交性，用矩阵求逆方法或迭代方法消除多用户之间的 互相干扰。 从理论上讲，使用多用户检测技术能够在极大程度上改善系统容量。但一个较为困 难的问题是对于基站接收端的等效干扰用户等于正在通话的移动用户数乘以基站端可 观测到的多径数。这意味着在实际系统中等效干扰用户数将多达数百个，这样即使采用 与干扰用户数成线性关系的多用户抵消算法仍使得其硬件实现显得过于复杂。如何把多 用户干扰抵消算法的复杂度降低到可接受的程度是多用户检测技术是否实用的关键。 功率控制技术 在c d m a 系统中，由于用户共用相同的频带，且各用户的扩频码之间存在着非理 想的相关特性，用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量，从而使得功率控制技术 成为c d m a 系统中的最为重要的核心技术之一。 常见的c d m a 功率控制技术可分为开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制 三种类型。开环功率控制的基本原理是根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原 则，先行测量接收功率的大小，并由此确定发射功率的大小。开环功率控制用于确定用 户的初始发射功率，或用户接收功率发生突变时的发射功率调节。开环功率控制未考虑 到上、下行信道电波功率的不对称性，因而其准确性难以得到保证。闭环功率控制可以 较好的解决此问题，通过对接收功率的测量值及与信干比门限值的对比，确定功率控制 3 东南大学硕士学位论文 比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并据此调节发射功率的大 小。外环功率控制技术则是通过对接收误帧率的计算，确定闭环功率控制所需的信干比 门限。外环功率控制通常需要采用变步长方法，以加快上述信干比门限的调节速度。在 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 系统中，上行信道采用了开环、闭环和外环功率控制技术，下行 信道则采用了闭环和外环功率控制技术。但两者的闭环功率控制速度有所不同，前者为 每秒1 6 0 0 次，后者为每秒8 0 0 次。 地址码的选择 地址码选择的要求：所选的地址码应能提供足够数量的相关函数特性尖锐的码系 列，保证信号经过地址码解扩后具有较高的信噪比。地址码提供的码序列应接近白噪声 特性，同时编码方案简单，保证具有较快的同步建立速度。 伪随机序列： 伪随机序列( p n 码) 具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上是有规 律的周期性二进制序列。c d m a 系统中采用1 1 1 序列。m 序列定义：“最长线性反馈移位 寄存器序列”的简称。如果r 级线性移位寄存器序列的周期是p = 2 r _ l ，则该移位序列为 i 1 1 序列。 p n 码的码捕获： c d m a 中，p n 码的码捕获采用两段搜索算法，实现快速捕获。实现过程如下：a 、 在相关解调过程中，先设置一较低门限，然后相关解调p n 码的一小段，如果没有超过 门限，则表明在该相位无有用信号，将相位后移一段，再作相关解调。b 、如果超过门 限了，在该相位再做更长一段p n 码的相关解调，以判定该相位是否有有用信号。c 、 每次移p n 码的半个比特的长度。 p n 码在c d m a 中的应用： 在前向信道中，长度为2 4 2 - 1 的m 序列被用作对业务信道进行扰码f 注意不是用作 扩频，在前向信道中是使用正交的w a l s h 函数进行扩频) 。长度为2 1 5 1 的m 序列被用 作对前向信道进行正交调制，不同的基站使用不同相位的m 序列进行调制，其相位差 至少为6 4 个比特，这样，最多有5 1 2 个不同的相位可用。 在反向信道中，长度为2 4 2 1 的m 序列被用作直接进行扩频，每个用户被分配一个 4 第1 章绪论 m 序列的相位，这个相位是由用户的e s n ( 移动台的电子序号) 计算出来，这些m 序 列的相位是随机分布且不会重复的。长度为2 1 5 1 的p n 码也被用作对反向业务信道进 行正交调制，其相位偏置为0 。 软切换 软切换是指在切换过程中，在中断与旧的小区的联系之前，先用相同频率建立与新 的小区的联系。移动台在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换时，同时接收多个基 站( 大多数情况下是两个) 的信号，几个基站也同时接收该移动台的信号，直到满足一 定的条件后移动台才切断同原来基站的联系。 1 3 切换技术概述 当蜂窝系统的移动台离开原来的服务小区( c e l l ) ，进入一个新服务小区时，原基站与 移动台之间的通信链路将由新基站与移动台之间的链路取代，这就是切换的概念。以往 f d m a 和t d m a 蜂窝通信系统采用的是硬切换，它的过程是：移动台在进行切换时， 先中断与原基站之间的通信链路，然后在一个规定时间内进行目的基站的选择和更新并 建立新的通信链路，因此，可以简单地说它是一个“先断后通”的过程。c d m a 系统 软切换过程概括为：在切换过程中并不立即中断原来的通信链路，它利用宏分集技术和 移动终端的r a k e 接收技术同时与两个甚至三个基站进行通信，只有当建立一个稳定可 靠的新链路之后系统才中断原有链路，可以简单地说它是一个“先通后断”的状态【l 】。 c d m a 系统的较切换有以下几种类型： 软切换，发生在不同小区的相同频率的无线信道之间； 更软切换，发生在同- - + 区不同扇区( s e c t o r ) 的相同频率信道之间； 硬切换，发生在不同载频的信道或者归属于不同m s c ( 移动交换中心) 的不同 基站相同频率信道之间，系统优先选择软切换。 在c d m a 系统中提出的软切换技术，很好地利用了直接序列扩频系统的特点，与 硬切换技术相比，具有以下更好的性能： 1 软切换发生时，移动台只有在取得了与新基站链接之后，才中断与原基站联系， 东南大学硕士学位论文 通信中断率大大降低。实际测试表明无线通信链路上9 0 的中断发生在切换过 程中，硬切换的“先断后通”的处理机制显然增加了中断概率； 2 软切换过程中，基站采用宏分集技术保证在参与软切换的基站中，只需要有一 个基站能正确解调移动台的信号就可以进行正常的通信，具有抵抗衰落的能 力，并可以获得分集合并增益，不用过多增加基站和手机的发射功率，有效地 改善了小区边缘无线通信链路的质量； 3 同时，移动台采用r a k e 接收机对多径信号合并处理，也可以获得多径处理增 益，并且通过反向功率控制，可以使移动台的发射功率降至最小，进一步降低 移动台对系统的干扰，增加了系统的容量； 4 进入软切换区域的移动台即使不能立即得到与新基站的链路，也可以在不中断 原有链路的同时进入切换等待的排队队列，从而减少了系统的阻塞率和掉话率 闭。 但是软切换也有其负面影响，主要表现为： 1 软切换最多可以支持同时建立三条无线通信链路，因此较多地占用了无线资源 和系统硬件资源，造成系统拥塞或者因拥塞造成通信中断，也增加了系统建设 投资和运营费用； 2 软切换的优良性能是以处理和控制的复杂度增加为代价的，相应的信令消息处 理开销增加了系统软件的负荷，对系统稳定性和精确性也提出了较高要求； 3 由于软切换区控制不好造成切换过于频繁，大量的切换噪声增加了额外干扰： 4 软切换参数设置不合理造成切换成功率低，移动台频繁增加发射功率会增加系 统自干扰，减少系统容量、增加通信中断率和降低网络服务质量。 切换是数字蜂窝移动通信的一个主要特点，它保证移动用户从一个小区移动到另一 个小区时通话的可靠性。在任何移动网中，切换是相当重要的，这是因为在蜂窝结构中， 最大限度地使用了频谱利用掣3 1 。由于在系统中切换的存在，有可能导致数据分组的丢 失，以及在两个基站阃来回产生几次切换，导致“乒乓”效应( 由于环境的不稳定因素 造成的移动台在小区边缘过于频繁的来回切换) 。因此好的切换机制，可以保证呼叫的 数据分组正常传输，而不会丢失分组。由于软切换无中断时间，可有效限制“乒乓”效 6 第1 章绪论 应，进而提高通信质量。因此在移动网中软切换机制应得到大力发展和应用。 1 4 论文的研究内容和结构安排 本论文基于c d m a 2 0 0 0l xe v - d v 系统，介绍了切换的流程以及现有的一些切换算 法，并对一些切换算法进行了分析和性能优化方面的研究。论文的主要内容安排如下： 第l 章简要介绍第三代移动通信系统的关键技术。 第2 章在简要介绍c d m a 2 0 0 0l xe v - d v 系统框架的基础上，详细了i xe v - d v 系统 的特点及关键技术，对l xe v - d v 系统中所使用的切换方案进行了说明，最后对l x e v - d v 系统仿真平台和主要的系统性能统计量进行了介绍。 第3 章介绍了切换算法中的信号测量、判决准则、切换过程以及文献中提出的各种 解决有限信道资源分配的切换算法。 第4 章在基本软切换算法的基础上，提出了一种基于切换参数和判决准则优化的软 切换算法，并仿真，分析和比较了它与基本软切换算法的性能。 第5 章提出了一种信道预留自适应的切换算法，并仿真，分析和比较了它与固定资 源预留及资源全共享切换算法的性能。 最后对全文进行了总结。 7 第2 章1 xe 卜d v 系统及其仿真平台 第2 章1xe v - d v 系统及其仿真平台 本章首先对c d m a 2 0 0 0l x 系统做一个简要的介绍，接着介绍了l xe v - d v 系统的特 点及其关键技术，特别是i xe v - d v 系统中的切换技术，最后简单说明了l xe v - d v 系 统的仿真平台，后续章节的仿真研究都是基于这个仿真平台进行的。 2 1l xe v - d v 系统简介 c d m a 2 0 0 0 系统提案主要是由美国通信工业协会t i a ( t e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y a s s o c i a t i o n ) 提出的。由t at r 4 5 ，5 与韩国t t a 提出的g l o b a lc d m ai 两部分相融合 而成。 图2 ，c d m a 2 0 0 0i x 网络结构图 9 东南大学硕士学位论文 图2 - 1 就是当前正在广泛推广的c d m a 2 0 0 0 中l 倍扩频速率网络系统c d r n a 2 0 0 0l x 的网络结构图。新增的接入节点a n 在网络管理单元的控制下，可以与分组数据网络建 立高速的分组数据交换。这是目前c d m a 2 0 0 0l x 网络相对i s 9 5 a 和g s m 的最大优势。 图中m s 为移动终端设备；基站部分包括基站收发子系统b t s 和基站集中控制器 c b s c ；交换处理中心部分包括移动业务交换中心m s c 和原址寄存器h l r 、访问位置 寄存器v l r ；网络管理部分包括通用网络运行单元u n o 、运行维护中心一射频部分 o m cr 和运行维护中心一网络协议部分o m ci p ；接入节点a n 在网络管理部分的控 制下通过分组数据服务节点p d s n 使c d m a 2 0 0 0l x 网络与分组数据网络交换数据。通过 交换处理中心c d m a 2 0 0 0l x 网络可与公共电话交换网p s t n 实现互通，相互通话。 c d m a 2 0 0 0 系统目前主要包括c d m a 2 0 0 0l x 和3 x 两部分。l x 采用单个i s 9 5 载频 ( l 2 5 m h z 带宽) 来获得，载频的码片速率为1 2 2 8 8 m c h i p s 。而多载频的链路传输( 主 要为5 m h z 带宽) 可以通过使用三个连续的i s 9 5 载频来获得，其码片速率为 3 1 2 2 8 8 = 3 6 8 6 4 m c h i p s 。 正因为如此，c d m a 2 0 0 0 系统能完全提供对i s 9 5 的后向兼容。此后向兼容允许 c d m a 2 0 0 0 系统基本网络能够支持i s ，9 5 的移动台；同时，e d m a 2 0 0 0 系统的移动台也能 够在i s 9 5 b 的系统中使用。c d m a 2 0 0 0 方案的物理层利用了现有的i s 一9 5 的服务标准， 如那些规定了的话音服务，数据服务，短消息和通过空中接口完成的其它扩展服务。同 样，c d m a 2 0 0 0 系统支持i s 9 5 与c d m a 2 0 0 0 之问话音，数据呼叫及其它服务的切换。 2 1 1 lxe v - d v 系统的特点 c d m a 2 0 0 0l x 的发展从时间上看大致可以分为先后两个阶段，分别称作l x e v - d o ( d a t ao n l y ) 和l xe v - d v ( d a t aa n dv o i c e ) 。i xe v - d o 是在和1 x 话音业务不同的独 立载波上提供分组数据业务，尽管它可以提供很高的数据速率，并且资源的控制相对简 单，话音业务和高速分组数据业务之间没有影响，但是分组数据业务量不是很高时。1 x d o 载波的利用就不够充分。 l xe v - d v 作为对c c l m a 2 0 0 01 x 标准的演进，在同一载波上不仅支持基于电路方式 的话音和数据业务，而且支持基于分组方式的高速数据业务。为了实现与c d m a 2 0 0 0l x 标准后向兼容的同时，在和话音业务相同的载波上支持高速分组数据业务，l xe v - d v 1 0 第2 章l xe 、，一d v 系统及其仿真平台 在保留c d m a 2 0 0 0 原有物理信道的基础上，增加了一个分组数据信道控制功能 ( p d c h c f ) ，如图2 - 2 ，p d c h c f 通过控制新增的f - p d c h 、f - p d c c h 、r - c q i c h 和 r - a c k c h 四种物理信道来支持高速分组数据业务 4 1 。 图2 - 2c d m 2 0 0 0 ( r ee a s oc ) 协议层结构 前向分组数据信道( f p d c h ) 该信道用来传送高速分组数据业务，系统内的数据用户以快速的时分方式共享该信 道( 每次占用的时间为毫秒级) 。下面提到的其他三个新增的信道都是为了支持该信道 的工作而设立的。 前向分组数据控制信道( f p d c c h ) 该信道向使用f - p d c h 的用户提供控制信息( 例如目标移动台的m a c 层地址) ， 以帮助他们在f p d c h 上进行数据接收。 反向信道质量指示信道( r - c q i c h ) 使用f - p d c h 的移动台通过r - c q i c h ，向基站快速地报告前向信道质量( 体现为 导频c i ) ，以帮助基站根据这些信道质量信息对f - p d c h 上传输的用户进行快速调度， 1 1 东南大学硕士学位论文 以及自适应地选择调制编码方式。同时r c q i c h 还可以指示当前最佳的前向链路对应 的基站，以便快速选择。 反向确认信道( r - a c k c h ) 使用f - p d c h 的移动台通过r a c k c h ，向基站快速地报告刚才在f - p d c h 上所接 收到的分组中的数据是否正确，以便基站可以通过重传等措施提高f - p d c h 空中链路的 质量。 需要注意的是，上面介绍的四种新增信道都只是工作于单载波( 即i x ) 配置下， 而不工作于3 x 等模式。 2 1 2l xe v _ d v 系统的关键技术 1 自适应调制编码( a m c ) 技术 l xe v - d v 在f p d c h 上采用了快速的自适应编码和调制方案，系统根据用户信道 质量和可用资源变化的情况快速调整每一个编码器数据包( e p ，e n c o d e rp a c k e t ) 的编码调 制方案，也就是调整实际的瞬时传输速率，从而充分利用系统资源来满足用户的需求。 2 混合自动重传( h a r q ) 技术 i xe v - d v 在f p d c h 物理层的传输单位为e p ，一个e p 编码后生成多个子数据包 ( s p ，s u b p a c k e t ) ，对于该e p ，先发送第一个s p ，看移动台是否可以正确解码出其中的 数据信息。如果是，移动台发送a c k ，基站收到后就不再发送后面的s p ；否则，基站 收到n a c k 后，需要发送第二个s p ；这样的重传过程一直进行，直到基站在最大重传 次数限制之内收到a c k 为止。 l x e v - d v 中，s p 的发送无论是否为重传，其调度都可以是独立的，即可以等到条 件变好时再重传。另外s p 的调制方式也是可以独立的，即可以根据已经重传的次数、 信道条件以及资源等情况动态调整。移动台在接收到s p 时，如果是重传的，它将把该 s p 与已经收到的所有源自同一e p 的s p 合并后再解码，这样可以利用前面错误的s p 中正确的信息。 3 快速小区选