（通信与信息系统专业论文）tdscdma静态系统仿真设计与实现及其网络规划性能研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 伴随着迅速增长的移动用户群和多样化的移动业务需求，目前各国正在积 极研发第三代宽带数字移动通信系统( 3 g ) ，移动通信系统正在朝大系统容量、高 服务质量和多业务( 语音，图像，数据等) 方向前进。t d s c d m a 是我国提出 的第三代移动通信系统标准，与w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 标准一起列入世界三大 主流标准。由于目前t d s c d m a 并未大规模商用，不同于其它3 g 标准，已经 有了一整套的网络规划办法以及实施细节，所以关于t d s c d m a 的网络规划 以及引入h s d p a 之后的影响对于以后的建网工程实践和网络优化升级意义重 大，值得研究与探讨。 本文针对t d s c d m a 网络规划特点，分析其关键技术，从系统的覆盖和 容量问题入手展开研究，探讨了引入高速下行分组接入技术( h s d p a ) 情况下 对网络规划的影响。论文基于m a t l a b 实现了t d s c d m a 静态系统的仿真平 台，最后仿真研究了蜂窝网络模型下t d s c d m a 系统的覆盖和容量。论文的 主要内容有：首先介绍了t d s c d m a 的网络结构、关键技术特点以及网络规 划的特点、高速下行分组接入技术的特点。着重从覆盖和容量角度讨论了 t d s c d m a 系统与w c d m a 系统的网络规划策略的异同，同时对引入h s d p a 后对网络规划的影响做了一定探讨。实现了t d s c d m a 静态系统级仿真平台， 详细介绍了仿真平台各主要模块的实现方法，并使用最小二乘法对传播模型进 行了修正。最后给出了在该仿真平台上进行的t d s c d m a 系统的覆盖和容量 的仿真研究结果。 关键词：网络规划；t d s c d m a ：h s d p a ；覆盖；容量 西南交通大学硕士研究生学位论文第1l 页 ii il l l l l i i i i i f li i ， a b s t r a c t w i t ht h er a p i di n c r e a s eo fm o b i l ep h o n eu s e rn u m b e r sa n dr e q u i r e m e n to f m u l t i s e r v i c e ，v a r i o u sc o u n t r i e sa r ed e v e l o p i n gt h et h i r dg e n e r a t i o nb r o a d b a n d d i g i t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m t h em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mh a s o r i e n t e dt h ed i r e c t i o no fh i g h c a p a c i t y , e x c e l l e n ts e r v i c e sa n dm u l t i s e r v i c e t d s c d m ap u tf o r w a r db yc h i n ai so n eo ft h r e es t a n d a r d so ft h i r dg e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dh a sn o tb e e nu s e di nc o m m e r c i a lf i e l dw i d e l y s i n c ei ti sd i f f e r e n tf r o mo t h e r3 gs t a n d a r d sw h i c hh a v ea ni n t e g r a t e dw a yf o r n e t w o r kp l a n n i n g t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nt h et d - s c d m an e t w o r k p l a n n i n ga n d t h ee f f e c to fi n t r o d u c i n gh s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k a g e sa c c e s s ) h a s s i g n i f i c a n c ef o rp r o j e c tp r a c t i c ea n dn e t w o r ko p t i m i z i n g t h i st h e s i sa i m sa tt d - s c d m an e t w o r kp l a n n i n gc h a r a c t e r i s t i c ，a n a l y z e si t s p i v o t a lt e c h n o l o g i e s ， m a k ear e s e a r c hi n c o v e r a g ea n dc a p a c i t ya n g l ew h i l e d i s c u s s i n gt h ee f f e c to fi n t r o d u c i n gh s d p a t h i st h e s i sf o c u s e so nt h ed e s i g no f s t a t i cs y s t e m i cs i m u l a t i o no ft d - s c d m ab ym a t l a b ，a n a l y s i st h ec o v e r a g ea n d c a p a c i t yo f1 d - s c d m ab a s e do nt h en e tm o d e l t h ew o r ki sm a i n l ya b o u t ：f i r s t l y , t h ei m p o r t a n tt e c h n o l o g i e sr e l a t i v ew i t hn e t w o r kp l a n n i n g ，t h ec h a r a c t e r i s t i co f t e c h n o l o g yo fh i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k a g e sa c c e s sa r ei n t r o d u c e d ，s e c o n d l y , t h e d i f f e r e n c eb e t w e e nw c d m aa n dt d s c d 讹i nt h ea n g l eo fc o v e r a g ea n d c a p a c i t i e sw h i l et h ee f f e c to fi n t r o d u c i n gh s d p ah a sb e e nd i s c u s s e d ，删l y , t h e d e s i g no ft d s c d m as t a t i cs y s t e m i cs i m u l a t i o nh a sb e e ni m p l e m e n t e d ，a n dt h e p r o p a g a t i o nm o d e la l s oi sr e v i s e db yl e a s ts q u a r em e t h o d f i n a l l y ，t h er e s u l t so f s i m u l a t i o na r eg i v e ni nt h ec o n c l u s i o n s k e yw o r d s ：n e t w o r kp l a n n i n g ，t d - s c d m a ，h s d p a ，c o v e r a g e ，c a p a c i t y 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西 南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密d 使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：三长由乞 日期：乃昭歹 指导老师签名：1 日期：z e o g 5 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 从容量和覆盖方面分析探讨了t d s c d m a 系统与w c d m a 系统的网络规 划策略异同。 完成了t d s c d m a 静态系统仿真设计与实现。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景与国内外研究现状 伴随着迅速增长的移动用户群和多样化的移动业务需求，目前各国正在积 极研发第三代宽带数字移动通信系统( 3 g ) ，移动通信系统正在朝大系统容量、高 服务质量和多业务( 语音，图像，数据等) 方向前进。t d s c d m a t l 】作为第三 代移动通信标准是信息产业部电信科学研究院( 现大唐电信集团) 在主管部门 的支持下，根据多年的研究而提出的具有一定特色的第三代移动通信系统标准。 该标准文件在我国无线通信标准组( c w t s ) 最终修改完成后，经信息产业部 批准，于1 9 9 8 年6 月提交到删( 国际电信联盟) 和相关国际标准组织。 无线通信的概念最早出现在2 0 世纪4 0 年代，无线电台在第二次世界大战 中的广泛应用开创了移动通信的第一步。到7 0 年代，美国贝尔实验室最早提出 蜂窝概念，解决了频率复用问题，8 0 年代大规模集成电路技术及计算机技术突 飞猛进的发展，长期困扰移动通信的终端小型化问题得到了初步解决，给移动 通信的发展打下了基础。 1 9 4 6 年，第一个蜂窝通信系统a 御s ( a d v a n c em o b i l ep h o n e s e r v i c e ) 由美国提出建立f 2 】。这在移动通信发展历史上具有里程碑的意义。随后，欧洲 各国和日本都开发了自己的蜂窝移动通信网络，具有代表性的有欧洲t a c s ( t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 系统、北欧的n m t ( n o r d i cm o b i l e t e l e p h o n es y s t e m ) 系统和日本的n n ( n i p p o nt e l e g r a p ha n dt e l e p h o n e ) 系统 等。这些系统都是基于频分多址( f d m a ) 的模拟制式的系统，我们统称其为 第一代蜂窝移动通信系统。 随着技术的发展和时间的推移，第一代模拟系统的问题暴露出来：所支持 的业务( 主要是话音) 单一、频谱效率太低、保密性差等。特别在欧洲，一个 国家有一个自己的标准和体制，无法解决跨国家漫游问题。终于在2 0 世纪9 0 年代，第一代系统被更先进的数字蜂窝移动通信系统所代替。 推动第二代移动通信发展的主要动力在欧洲，欧洲国家比较小，要解决标 准和制式的统一才可能解决跨国家漫游。在8 0 年代欧洲各国提出了多种方案， 并在8 0 年代中、后期进行了这些方案的现场实验比较，最后集中为时分多址 ( t d m a ) 的数字移动通信系统，即g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ) 系统。由于其技术上的先进性和优越性能已经成为目前世界 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 上最大的蜂窝移动通信网络。与欧洲相比较，美国在第二代数字蜂窝移动系统 方面的起步要迟一些。1 9 8 8 年，美国制定了基于t d m a 技术的i s 5 4 i s 1 3 6 标准，是一种模拟数字双模标准，可兼容a m p s 。值得一提的是美国q u a l c o m m 公司在9 0 年代初提出了c d m a 技术，并在1 9 9 3 年由t 认( 美国电信产业协会) 完成标准化成为i s 9 5 标准。这也是3 g 标准中c d m a 2 0 0 0 技术的雏形。 早在1 9 8 5 年国际电信联盟就提出了第三代移动通信( 3 g ) 的概念【3 】，同时 建立了专门的组织机构t g 8 1 进行研究，当时称为未来陆地移动通信系统 ( f p l m t s ) 。这时第二代移动通信g s m 的技术还没有成熟，c d m a 技术尚未 出现。1 9 9 2 年，世界无线电行政大会( w f 6 眦) 分配了2 3 0 m h z 的频率给 f p l m t s ：1 8 8 5 2 0 2 5 m h z 和2 1 1 0 2 2 0 0 姗z 。此时，f p l m t s 的研究工作主要 由玎u 完成，其中r r u t 负责网络方面的标准化工作，i t u - r 负责无线接口方 面的标准化工作。1 9 9 6 年，f p l m t s 的研究工作取得了迅速的进展，并为其确 定正式名称：i m t - 2 0 0 0 ( 国际移动通信2 0 0 0 ) 。n u 于1 9 9 7 年制定了m 1 2 2 5 4 1 建议，对i m t - 2 0 0 0 无线传输技术提出了最低要求，并面向世界范围征求r t t 建议。 为了能够在未来的全球化标准的竞赛中取得领先，各个地区、国家、公司 及标准化组织纷纷提出了自己的技术标准，到截至日期1 9 9 8 年6 月3 0 日，u 共收到1 6 项建议。其中包括我国电信科技研究院( c 朋陌) 代表中国政府提出 的t d s c d m a 技术。 欧洲提出了5 种u m t s i m t - 2 0 0 0 r t t 方案，其中有影响的是以下两种： w c d m a 和t d c d m a 。前者由e r i c s s o n 、n o k i a 公司提出，后者由s i e m e n s 公司提出。美国提出的i m t - 2 0 0 0 方案是e d m a 2 0 0 0 ，主要由q u d c o m m 、l u c e n t 、 m o t o r o l a 、和n o r t e l 起提出【5 】。日本也先后制定了6 种方案，经过层层筛选 和合并，形成了以m o c o m o 公司为主提出的w c d m a 方案。该方案和欧 洲提出的w c d m a 相似，与其融合。 最后我国提出的t d s c d m a 建议标准与欧洲、日本提出的w c d m a 和美 国提出的c d m a 2 0 0 0 标准一起列入该建议，成为世界三大主流标准之一【6 1 。 t d s c d m a 的中文含义为时分同步码分多址接入f 7 1 【8 】【9 】，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所完成的。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。现在电信技术的发展，尤其是近十几年 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 来移动通信技术的发展过程告诉我们，标准是现代技术发展的核心。实践证明， 市场竞争归根到底是技术之争、标准之争。发展t d s c d m a 不仅符合我国现 阶段的利益，也是我们由电信大国走向电信强国迈进的重要一步。 2 1 世纪，移动通信技术和市场飞速发展，在新技术、市场需求的共同作用 下，未来移动通信技术将呈现以下趋势：网络业务数据化、分组化，移动互联 网逐步形成；网络技术数字化、宽带化；网络设备智能化、小型化；应用于更 高的频段，有效利用频率；移动网络的综合化、全球化、个人化；各种网络相 融合；高速率、高质量、低费用。这是b 3 g 第四代( 4 g ) 移动通信技术发展 的方向和目标【1 0 1 。作为w c d m a 系统演进的向第四代移动通信系统过度的中 间技术高速下行分组接入技术h s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k a g e sa c c e s s ) 将 是t d s c d m a 系统的有利补充。h s d p ! a 不但支持高速不对称数据服务，而且 在增加网络容量的同时还能使运营商投入成本最小化。与当前c d m a 相比 h s d p a 提供一个增强的数据速率。这对于当前语音服务用户能享受一个更快的 传输速度是非常重要的。因此h s d p a 可以更多的用于视频服务。另外，很显 然h s d p a 服务可以鼓舞现已饱和的移动通信服务市场，同时运营商还需继续 执行它们的服纠n 】。h s d p a 为u m t s 系统( u n i v e r s a lm o b i i l et c l c c o m m u n i c a t i o i l s s y s t e m ) i 句更高数据传输速率和更高容量提供了一条平稳的演进途径。 任何类型的移动通信网络建设时期，都要综合考虑覆盖、容量、质量间的 关系，从网络建设的侧重点进行出发进行设计和建设。在基于g s m 技术的网 络中，对网络质量的掌控可以通过链路预算的计算结果及网络规划工具来分析 网络的覆盖和容量。整个网络的覆盖和容量两者可以作为相互独立的元素进行 考虑。在c d m a 为基础的网络中，覆盖、容量之间的关系密不可分，相互影响， 所以在进行规划设计时，需要在两者之间进行控制，取得整个网络的平衡。 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 都是采用f d d 模式的技术，而t d d 技术由于本 身固有的特点，突破了f t ) d 技术的很多限制，如：不需要大段的连续对称频段， 基站端发射机可根据上行链路获得信号来估计下行链路的多径信道特性，便于 使用智能天线等先进技术【1 2 】【1 3 】。这些优势都是f d d 系统难以实现的。这也是 t d s c d m a 诞生的原因。同时也注定了在网络规划中覆盖、容量等方面 w c d m a 与t d s c d m a 的不同。 由于目前t d s c d m a 并未大规模商用，不同于其他3 g 标准【1 4 】【1 5 】，已经 有了一整套的网络规划办法以及实施细节，所以关于t d s c d m a 的网络规划 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 萸 以及引入h s d p a 之后的影响对于以后的建网工程实践和网络优化升级具有重 要意义，值得研究与探讨。 1 2 本文主要工作及论文结构 本文首先介绍了t d s c d m a 跟网络规划相关的重要技术、h s d p a 系统的 技术特点。着重从覆盖和容量角度讨论了t d s c d m a 系统与w c d m a 系统 的网络规划策略的异同，同时对引入h s d p a 后对网络规划的影响做了一定探 讨。重点实现了t d s c d m a 静态系统级仿真平台设计，最后给出了该平台在 覆盖和容量方面的仿真结果。 第一章对论文背景、作者的工作和论文结构安排进行了说明。 第二章对t d s c d m a 系统无线侧的主要特点进行简要介绍，同时阐述了 t d s c d m a 网络规划的特点。最后从引入新的信道和链路适应技术角度分析了 h s d p a 系统的特点。 第三章介绍了3 g 无线网络规划原则与方法，从覆盖和容量角度对 w c d m a 与t d s c d m a 系统进行了对比与总结，分析了它们之间的异同。最 后对h s d p a 的引入所造成的影响进行了研究。 第四章对t d s c d m a 系统进行了一个静态系统级仿真设计，介绍了仿真 平台的搭建结构和其中的各个模块，对重要模块所用到的理论支持和算法进行 了详细说明。并使用最小二乘法对c o s t 2 3 l - h a t a 传播模型进行了修正。 第五章对t d s c d m a 系统进行了覆盖和容量方面的仿真分析。 第六章是最后的总结与展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章t d s c d m a 及其相关技术特点 2 1t d s c d m a 技术特点 要做好无线网络规划，需要对系统有一个全面而深刻的理解。因为网络规 划技术和系统本身的技术特点密切相关，本节将对t d s c d m a 的基本原理和 与网络规划息息相关的关键技术做详细的阐述。 2 1 1t d s c d m a 网络结构 t d s c d m a 系统网络结构【1 6 1 【1 7 】遵循r r u 统一要求，通过3 g p p 组织内的 融合后，和w c d m a 的网络结构基本相同，相应接口定义也基本一致，但接口 的部分功能和信令有一些差异，特别是空中接口的物理层，每个标准各有特色。 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 与第二代移动通信 系统在逻辑结构方面基本相同。从功能上可以分成不同功能的子网，包括核心 网( c n ) 、无线接入网( i 凰a n ) 和用户设备( u e ) 3 部分。无线网络规划主 要涉及u t r a n 方面的内容。l r r r a n 包括r n c ( 无线网络控制器) 和n o d eb 。 r n c 是无线网络子系统( r n s ) 的后端设备，主要完成移动台的接入控制、 移动台与核心网设备之间交互信息的传输，以及无线资源的分配与管理等功能。 n o d eb 产品是t d s c d m ar a n 系统的重要组成网元，n o d eb 通过i u b 接口 与r n c 相连，通过u u 接口与u e 通信，它采用智能天线和联合检测技术，可 以满足大城市、城市中心地区等话务量密集区域对于容量的要求，也可以满足 农村、交通干线以及城镇和大中城市地区对于覆盖的要求【1 8 】。 。 囡c n 。 s i? i 静强 匦。心缸。一翻 h 图2 1u m t s 体系结构 甲囡 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 图2 1 表示一个简化的u m t s 的体系结构，图2 - 2 介绍了以上各部分在系 统网络中的组织结构【1 9 】【2 0 1 。 影恻和舒嬲帮r 妒彬舻搿御w 强：册微”愧鬻喇 y 簪嚣哪蛩唧呵粥俐誓刃m 翟搿嘞“掣，9 ”脚。? p 鼍 f c n 豸 i 玺瓿馕：避；磊螽穗逋姥融；& 貔：。临崩女：；斑氛崩_ 毵勰躺。赫i 蠹勰1 蕊赣蛔劓鼢荔始琏畦躲拄斑嬲菇碰摇矗晒女赢r 菇缝盔密溉扭：菇霸。* 貉t 。蹦盔，毪缀 a ， 髟o m 习 瓠 紫孵一7i s s 一哪删甲k = 二j群铲- ? 焉r n s 胃”掰_ 鬻 r髂c ，鬟 |；| 烈c i 爹a b i s 。，a b i s 一翥 翳 g 蠹， 囊 露l 韬b l u b b t s f b ts v l n ( o t d d e 。b 蚓n o 协d e b 、j j l ( g s m ) ( g s m l l ； s c d m a ) ll s c d m a ) 。； l ： ； 静曜 毯如籀彩璐埘端兹纛高铉貔蝴漱i 啦彘。盔浏隗二麓；知。哟；二煮汰i 象。，溉。崩二，娃茁勘蛊删如。苫：缓缢 仇i f 。习童d u a l目u e 睫i 豳懿。n m d 破。溷酞。捌酴。翊 图2 2t d s c d m a 无线接入网结构 2 1 2t d s c d m a 关键技术 t d s c d m a 是多时隙的t d m a 与直扩c d m a 、同步c d m a 技术合成的 新技术。在t d s c d m a 中用到了联合检测、软件无线电、接力切换等技术， 这使得系统在性能上有了较大程度的提高，在硬件制造方面则降低了成本，使 得t d s c d m a 具有独特的优点【2 l 】【2 2 】 多址接入技术： 通信系统中的多址接入指的是让许多用户可以有效地共享有限的网络资源 的技术。3 g 系统主要面临的问题就是如何选择有效的多址接入技术来利用目前 有限的带宽资源。t d s c d m a 使用了c d m a 、t d m a 、f d m a 、s d m a 等技 术于一体。有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强等优点。图2 3 为 t d s c d m a 系统的信道资源分配图。 工作模式方面，t d s c d m a 是t d d ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x ) 系统，这样 就会带来如下优点： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 1 ) 上下行链路使用相同的信道，适合信息共享，并且两个基站之间也容 易共享信道信息。 ( 2 ) 上下行链路之间能获得有效的非对称通信。图2 - 4 为t d d 与f d d 工 作模式的对比。 码域 c d m a 图2 3t d s c d m a 系统信道资源分配图 ；圈圈 ，浸蓥卷 、 “ 圈圈卫 图2 4 t d d 与f d d 工作模式的对比 智能天线技术： 智能天线技术的核心是自适应天线波束赋形技术，将该技术运用在移动通 信中将会大大降低系统内部的干扰，提高系统的容量。智能天线可将无线电的 信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方 向( d o a ，d i r e c t i o no fa r r i v a l ) ，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充 分利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。同时，利用各个移动用户 间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动 用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。 墨一 ， 菇缆黪皆 ；、， od 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 孵_ 舅 _ 一夸， 毽盐；，“= 图2 5 八个天线单元的圆形智能天线 根据工作方式，智能天线主要分为两大类【2 3 】：自适应天线阵列( a d a p t i v e a n t e n n a a r r a y s ) 和切换波束天线( s w i t c h e db e a m a n r o n n g s ，又称多波束天线) 。 自适应天线是一种控制反馈系统，它能够利用多个天线阵元接收信号的加权组 合进行信号处理( 空域滤波) 。切换波束天线采用多个预先设定的波束覆盖整个 用户区，每个波束指向固定，系统根据用户的空间位置选取相应的波束，使接 收性能达到最佳。 联合检测技术： 联合检测技术是多用户检测( m u l t i u s e rd e t e c t i o n ) 技术的一种，在 t d s c d m a 系统中，结合了系统的特点、利用了训练码的冲激响应计算结果和 智能天线的算法结果，根据系统生成矩阵，在一步之内通过矩阵算法分离了互 相之间存在干扰的用户信号。所以，联合检测和智能天线无疑会给整个系统的 容量带来质的提高。 功率控制技术： c d m a 是干扰受限系统，必要的功率控制可以有效地限制系统内部的干扰 电平，从而降低小区内和小区间的干扰。另外，功率控制可以克服蜂窝系统的“远 近效应”，并减小u e 功耗。在t d s c d m a 系统中，功率控制可分为开环功率 控制和闭环功率控制。其中闭环功率控制又分为内环功率控制和外环功率控制。 接力切换技术： 终端在不同小区的切换主要有3 种方式：硬切换、软切换和接力切换。当 用户终端从一个小区或扇区切换到另一个小区或扇区时，先中断与原基站的通 信，然后再建立与新基站的通信，这种切换方式叫硬切换。硬切换技术在其切 换过程中有可能丢失信息，还有可能造成掉话。当用户终端从一个小区或扇区 移动到另一个具有相同载频的小区或扇区时，在保持与原基站通信的同时，和 新基站也建立起通信连接，与两个基站之间传输相同的信息，完成切换之后才 中断与原基站的通信，这种切换叫软切换。接力切换适用于同步c d m a 移动通 信系统，其设计思想是：当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 区时，利用智能天线和上行同步等技术对l i e 的距离和方位进行定位，根据l i e 方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果l i e 进入切换区，则r n c 通知另一 基站做好切换的准备，从而达到快速，可靠和高效切换的目的。 叵卜军旦牟_ 熏 一一一n b 侦责一卧+ - 一一- i 惦2 负责- 一 图2 - 6 接力切换原理示意图 如图2 - 6 所示，两小区都对手机定位，若进入切换区，便由基站控制器通 知另一个基站做好切换准备，通过信令交换，手机就由一个小区像交接接力棒 一样切换到另一个小区。 动态信道分配技术： 信道分配指在采用信道复用技术的小区制蜂窝移动系统中，在多信道共用 的情况下，以最有效的频谱利用方式为每个小区的通信设备提供尽可能多的可 使用信道。信道分配过程一般包括呼叫接入控制、信道分配、信道调整3 个步 骤。 由于t d s c d m a 系统是t d d 模式，一条物理信道由频率、时隙、码道的 组合来标志，同时智能天线技术的采用，使得t d s c d m a 系统可以为不同方 向的用户分配相同的频率、时隙、扩频码，给信道分配带来更多选择。 2 2t d s c d m a 网络规划的特点 与传统网络规划方法相比，t d s c d m a 网络规划有以下特点： ( 1 ) 由于采用智能天线和联合检测等先进技术来抵抗干扰，呼吸效应不明 显，因此规划时候可以把覆盖和容量分开考虑。 ( 2 ) 由于呼吸效应不明显，多业务基本实现均衡覆盖，大大简化了网络设 计的难度。 ( 3 ) t d s c d m a 是在2 g 网络已经成熟的基础上发展起来的，在进行传 播模型校正时，可以不采用工作量很大的c w 测试法，而是利用现有的2 g 网 络已经开通的基站，通过测试具有固定发射功率的公共信道的接收功率来进行 校正。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 ( 4 ) t d s c d m a 网络规划对业务模型的准确性要求更高【2 引。在r 4 中 t d s c d m a 所支持的最高传输速率为3 8 4 k b i t s 。3 g p p 在r 5 中引入h s d p a 技 术，单载波的峰值速率可以达到2 8 m b i t s 这样高的传输速率使得业务的接入能 力大大增强了，支持更为广泛的业务类型，包括各种视频和音频业务。这对业 务模型的规划带来了挑战，对专业模型估计的准确度将影响网络的性能。 ( 5 ) 1 d s c d m a 的仿真分析更复杂。t d s c d m a 的协议栈设计更为复杂， 信道类型更丰富，针对分组数据业务的特点，借助与不同的承载信道，接纳控 制、负载控制、切换控制、分组调度等无线资源管理算法也更加灵活。这使得 它的仿真分析也更加复杂。 ( 6 ) t d s c d m a 网络规划的自由度更大。标准通常只是制定各模块和各 网元之间的接口，对模块内部的算法实现并未做统一规定。许多无线资源管理 算法通常由设备商自行实现。t d s c d m a 的协议留给网络规划很大的自由度， 实际网络的频谱效率很大程度上取决于规划质量的好坏。 2 3h s d p a 的关键技术 h s d p a 技术是实现提高网络高速下行数据传输速率最为重要的技术，是 3 g p p 在r 5 协议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的，它可以在 不改变已经建设的系统网络结构的基础上，大大提高用户下行数据业务速率( 理 论最大值可达1 4 4 m b p s ) ，该技术是网络建设中提高下行容量和数据业务速率 的一种重要技术。 h s d p a 引入了几个新的信道。对于用户数据，引入了高速下行链路共享信 道( h s d s c h ) 及其相应的物理信道。对于伴随信令，引入了两种信道：高速 共享控制信道( h s s c c h ) 和上行链路高速专用物理控制信道( h s d p c c h ) 。 表2 1 给出了h s d p a 运行所需要的信道。其他的包括r 9 9 中用来进行信道估 计、系统消息广播、小区搜索和寻呼消息发送等的广播信道，在文献【2 5 】中有详 细论述。 高速下行链路共享信道( h s d s c h ) 是h s d p a 用来承载实际用户数据的 传输信道。其物理层的对应的信道为高速下行链路共享物理信道( h s p d s c h ) 。 h s d s c h 与基于r 9 9 d c h 分组数据传送之间有很大差别，具体详细内容参阅 文献【2 6 1 。另外h s d s c h 只采用t u r b o 编码。其原因在于，除非是速率非常低 的分组数据，否则t u r b o 码性能要优于卷积码。在r 5 及其之后的规范版本f 2 7 】 对h s d s c h 的信道编码进行了详细描述。在调制方面，d c h 只使用q p s k 调 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 制，而h s d s c h 还可以使用更高阶的调n - 1 6 q a m 。其他调制方式对链路自 适应范围改善不大而未被采用。h s - d s c h 可使用多个扩频因子为1 6 的码，理 论上码树上扩频因子为1 6 的可用码数量最多为1 6 个，由于公共信道和伴随的 d c h 需要占用若干码资源，因此扩频因子为1 6 的最大可用码字数量为1 5 。从 原理上讲，通过辅助扰码可以生成更多的码空间，但由于它们与主扰码的码字 不正交，所获得的系统总容量的提高达不到预期，因此，其他扰码的使用仅限 于压缩模式。文献1 2 剐详细说明了h s d s c h 的扩频和调制。 表2 - 1d c h 和h s d s c h 基本特性的对比 特性 d c hh s d s c h 可变扩频因子否否 快速功率控制是否 自适应编码调制否是 多码操作是是，广泛 物理层重传否是 基于n o d c b 的调度和链路自适应否是 h s d p a 参考e d m a 2 0 0 0l xe v - d o 体制，充分考虑到数据业务特点，采用 了快速链路调整技术、结合软合并的快速混合重传技术、集中调度技术等链路 层调整技术。 自适应调制和编码( a m c ) ： 链路适配是h s d p a 改善数据吞吐量的一种重要途径。采用的技术是自适 应调制和编码。在每个用户传输过程中，把系统的调制编码方案与平均信道条 件相匹配。传输的信号功率在子帧周期期间保持不变，它改变调制和编码格式， 以与当前收到的信号质量或信号条件相匹配。在这种情况下，b t s 附近地区的 用户一般会配置速率较高的高阶调制( 例如，有效码速率为0 8 9 的1 6 q a m ) ， 但随着距b t s 的距离增大，调制阶和码速率将下降，可以采用1 3 码速增强编 码，通过各种速率匹配参数获得不同的有效码速率。 分组调度功能： 除信道编码及物理层和传输层变化外，h s d p a 还实现了另一个变化，以支 持快速传送分组。它把分组调试功能从网络控制器移到了n o d e b ( b t s ) q b 的 m a c 层，分组调度算法考虑无线信道条件( 根据涉及的所有l i e 的c q i ) 和传输 到不同用户的数据数量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 h s d p a 的基本工作原理如图2 7 所示，其中n o d e b 根据上行链路接收到 的物理层反馈对每一个激活的h s d p a 用户进行信道质量估计，然后使用调度 算法和用户优先级策略快速地进行调度和链路自适应【2 9 1 。 国 终端 图2 7n o d eb 调度原理( h s d p a ) 还有一项关键技术就是下面所要介绍的物理层重传。对于r 9 9 来说，一旦 数据未被正确接收，则需要由r n c 重传数据。无论是新的还是重传的数据包， r 9 9 物理层的处理方式是相同的。而在h s d p a 中，数据包首先被n o d e b 接收 并缓存。即使数据包已经向用户发送，n o d e b 仍然在缓存中保存该数据包，一 旦出现数据解码失败，无需r n c 参与，n o d e b 即可自动重传。这样，终端就 能够合并每次传输的数据，从而获得新传输的和重传的数据的能量。 混合自动重复请求( i - i a r q ) ： 混合自动重复请求技术把前馈纠错( f e c ) 署ha r q 方法结合在一起，保存以 前尝试失败中的信息，用于未来解码中。h a r q 是一种暗示链路适配技术。a m c 采用明示的c i 或类似措施，设置调制和编码格式，而h a r q 则采用链路层确 认制定重传决策。从另一个角度讲，a m c 提供了粗数据速率选择，而h a r q 则根据信道条件提供数据速率微调功能。 2 4 本章小结 本节首先介绍了t d 。s c d m a 无线侧的关键技术，联合检测、智能天线、 功率控制等。然后是t d s c d m a 网络规划的特点。最后是从链路适应技术角 度分析h s d p a 的技术特点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 第3 章t d s c d m a 网络规划策略研究 3 g 系统建设中，无线网络规划是非常重要的环节，系统性能受很多网络方 面因素的影响，但衡量一个网络规划是否合理主要是从它的覆盖和容量这两个 方面入手。本章开始先介绍了第三代网络规划的基本方法，接着将t d s c d m a 系统与w c d m a 系统的网络规划策略进行了一个比较，重点从容量和覆盖方面 分析探讨了其中的异同，最后研究h s d p a 的引入对网络规划的影响。 3 13 g 无线网络规划的主要方法 3 g 规划一般采取“一步规划、分步实施”的原则和方法。其中“一步规划” 需要将几年内的业务发展作为系统目标进行规划设计；“分布实施”需要根据具 体环境情况、业务发展状况、业务预测结果等决定。 3 g 的无线网络设计应遵循以下几个主要原n t 3 0 】： ( 1 ) 无线网络覆盖与业务规划相结合；( 2 ) 室外与室内覆盖并重：( 3 ) 网 络的设计要具有良好的向前扩展性，即系统容量能满足用户增长需要；( 4 ) 要 规划好无线支撑系统的建设，能提供不同用户的q o s 等级服务；( 5 ) 考虑网络 规划规模、技术手段的未来发展和演进方向。 规划的主要内容包括在各种情况下计算链路预算、容量和小区基站数目， 同时要对基站覆盖进行预测，对其参数进行规划。除此之外，还需要对整个网 络进行策划，计算基站中信道单元的数目、传输线路容量、基站控制器、交换 机等其他单元的数目。在规划中需引入性能测量，如掉话率和闭塞等参数，用 它们来衡量网络性能。 总之在规划过程中应始终对容量、覆盖和服务质量进行综合考虑，同时还 需要进行需求分析，判断系统覆盖受限还是容量受限。通过保证链路预算中的 各种余量以满足必要的区域覆盖率、通信概率和容量要求，并使网络工程成本 最低。 3 2t d s c d m a 与w c d m a 系统覆盖和容量比较 第二章介绍过t d s c d m a 时隙特点和关键技术，这些都与w c d m a 不同。 这就导致了在无线网规方面也会有所差异。本节就网络规划中重点关心覆盖和 容量问题进行了分析，探讨了t d s c d m a 与w c d m a 系统在覆盖与容量问题 上的异同。 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 3 2 1 覆盖分析 覆盖规划的前提就是通过计算业务的最大允许损耗，以求得一定传播模型 下的小区覆盖半径。可以看出要进行覆盖规划需要知道业务的最大允许损耗和 传播模型。 传播模型： 在传播模型方面t d s c d m a 与w c d m a 系统都普遍使用c o s t2 3 1 - h a t a 模 型【3 l 】，用于1 5 0 0 2 0 0 0 m h z 宏蜂窝预测。使用的公式为( 3 1 ) ( 3 2 ) ( 3 3 ) 式： l 6 = 4 6 3 + 3 3 9 l g ( f ) 一1 3 8 2 1 l g h 6 一a ( h 。) + ( 4 4 9 6 5 5 l g h 6 ) 1 9 ( d ) + c m ( 3 - 1 ) a ( h ) = ( 1 1 l g f o 7 ) h 。一( 1 5 6 1 9 f 一0 8 ) 8 2 9 1 92 ( 1 5 4 h 。) 一1 1 3 2 1 92 ( 1 1 7 5 h 。) 一4 9 7 o c 。= 3 o 1 2 2 8 2 2 5 2 中小城市 大城市，fs2 0 0 m h z ( 3 2 ) 大城市，f 4 0 0 m h z h 。= 1 5 m 大城市中心 城市( 3 3 ) 郊区 农村 其中厶为