（通信与信息系统专业论文）cdma系统中搜索窗口的设置及优化.pdf

南京邮电大学 工程硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学通信与信息系统 研究方向：移动通信与无线技术 作 者：二塑l 级研究生 李俊宝 指导教师塞琦 题目：c d m a 系统中搜索窗口的设置及优化 英文题目：t h es e a r c h w i n d o ws e t t i n ga n do p t i m i z a t i o ni nt h e c d m an e t w o r k 主题词：c d m a w a l s h 码软切换邻区列表搜索窗 k e y w o r d s ： 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 )w a l s hc o d e s o f th a n d o f f n e i g h b o r l i s t s e a r c h w i n d o w 南京邮电大学工程颈士学位论文 摘要 随着联通c d m a 业务的发展，用户对网络性能，感知度的要求不断提高，需要对 系统参数不断加以优化以提高c d m a 网络性能。移动通信网由众多基站小区完成对服 务区的有效覆盖，如何确保移动台在这些小区间自由切换而不影响用户正常使用，是移 动通信网络优化的重要译题。实际优化工作中发现许多移动台空闲切换失败重新初始 化、接入失败、切换掉话和通信质量下降均与邻区列表以及搜索窗设置不合理有关。 本文是关于c d m a 网络中搜索窗设置的研究。首先介绍了移动通信和c d m a 系 统的一些基本知识，接着介绍了c d m a 软切换的算法，分析了导频在各个集之间的变 迁规律，研究了软切换涉及到的系统参数的定义、传送、取值及影响以及c d m a 系统 中邻区列表的作用，重点探讨了c d m a 网络中搜索窗的概念、搜索窗设置的原理、修 改搜索窗的方法；在扬州联通实际网络优化中，针对某些掉话率高的区域进行了分析， 对这些小区的搜索窗及邻区列表进行了调整，使掉话率大大下降，在以上分析的基础上， 给出了合理设置搜索窗大小和邻区列表的原则，最后对光纤直放站搜索窑参数的优化进 行了详尽的分析。给出了具体的计算方法。 主逡嘲? c d m aw 甜s h 码软切换邻区列表搜索窗 要塞墼曼奎堂三矍婆圭堂些熊壅 a b s t r a c t 懈氆t h ed e v e l o p m e n to f u n i c o r n sc d m ab u s i n e s s t h eu s e r si m p r o v et h ed e m a n d sf o r n e t w o r ka n ds e n s eq u a l i t ys t e pb ys t e p ，s y s t e mp a r a m e t e r sc o n s t a n t l ya r eo p t i m i z e dt o i m p r o v en e t w o r kq u a l i t y t h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki sc o n s i s t so fm a n ys i t ec e l l s t oc o v e re f f i c i e n t l ys e r v i c ea 揩a s i ti st h ei m p o r t a n ts u b j e c to ft h em o b i l en e t w o r k o p t i m i z a t i o nh o w t oa s s b r em o b i l es t a t i o nf r e eh a n d o f fh e t w e e nt h ec e l l sa n dn o tt oe f f e c to n t h eu s e r sn o r m a lc o r r e s p o n d s 。i nf a c t u a lo p t i m i z e dw o r k ，m a n ym o b i l es t a t i o ni d l eh a n d o f f f a i l u r e s ，r e i n i t i a t i o n s ，a c c e s sc h a n n e lf a i l u r e s ，h a n d o f f d r o p sa n dq u a l i t yd o w na r er e l a t e dt o n e i g h b o rc e l ll i s t sa n ds e a r c hw i n d o ws e t t i n g 。 t h i sa r t i c l ei st h er e s e a r c h i n go nt h es e a r c hw i n d o w s e t t i n gi nt h ec d m a n e t w o r k t h i s p a p e ri n t r o d u c e ss o m ea b co fm o b i l ec o m m u n i c a t i o na n dc d m as y s t e ma tf i r s t , t h e ni t i n t r o d u c e st h ea l g o r i t h mo fc d m a s y s t e ms o f th a n d o f f i ta n a l y s e sp i l o tc h a n g e da n ds h i f t e d l a w sb e t w e e nt h ek i n d so f s e t s t h e ni ti n t r o d u c e ss y s t e mp a r a m e t e r sd e f i n i t i o nt r a n s m i s s i o n v a l u e ds i z e si n f l u e n c ea n dt h er o l eo fn e i g h b o rc e l ll i s ti nt h ec d m a s y s t e ma b o u tt h es o f t h a n d o f f i tr e s e a c h e st h es e a r c hw i n d o w sd e f i n i t i o n ，t h eu s eo fs e a r c hw i n d o ws e t t i n g s t h e o r ya n dt h em e t h o do fm o d i f ys e a r c hw i n d o wi nt h ec d m an e t w o r k 。i nt h ef a c t u a l n e t w o r ko p t i m i z a t i o no fy a n g z h o uu n i c o m ，i ta n a l y s e ss o m ea r e a so fh i g hd r o p s ，m o d i f i e s t h e s ea r e a ss e a r c hw i n d o w sa n dn e i g h b o rl i s t st od r o pt h er a t eo f d r o p ，o nt h eb a s i so ft h e s e a n a l y s e s ，t h i sa r t i c l eo f f e r st h et h e o r y so fs e a r c hw i n d o ws e t t i n ga n dn e i g h b o rl i s t s f i n a l l y ， t h i sp a p e rd i s c u s s e sa n dt h es e t t i n go fo p t i c a lr e p e a t e rs e a r c hw i n d o wi nm o r ed e t a i l s ，g i v e s t h ep a r t i c u l a rc a c u l a t e dm e t h o d s k e yw o r d s ：c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ( c d m a ) w a l s hc o d e s o f th a n d o f r n e i g h b o r l i s t s e a r c h w i n d o w 2 南京邮电大学 二程硕士学位论文 第一章移动通信概论 1 1 移动通信概述 移动逶信是据逶信取方或至少葵孛一方在运魏狭态孛滋程信惑交换煎遴信方式。移 动通信系统由于综含利用了有线和光线传输方式，隧解决人在活动巾与固定终端或其它 移渤载体上的对象滋行通髂联系的簧求，觚而挺蕊工作效率。 移动通信的发爆，可追溯到2 0 世纪2 0 年代，遮个时期差要完成通信实验和电波传 输的试验工作，从4 0 年代到6 0 年代，各种移动透信系统棚继建立，在技术上实现r 移 动觳 丢系绞秘公众邀诿溺鹣连接，7 0 年 弋孛期骏嚣，是嗣移动遁馕嫣户数量增趣，业 务范围扩大，频率资源和可用频道数之间矛盾日藏尖锐，这个时期，重点在于- j 1 ：发新频 段，论证薪方案和肖效奉l 瘸频谱等方蟊豹臻究工佟。 蜂窝缎网理论由美国腆尔实验室提出，由于频攀资源十分有限，能用作移动通信的 频段也更膏限，困j 眈在工佟频段受黻翡情况下，在籀黼一定距离的翳个懿方可敬鬟复。 使髑同一组工作频率，实现频率复蹋，以此构成一个个蜂窝状覆盏小区，彼此无缝缵接。 蜂窝组网理论为移动通信技术晌发展和新代多功能设备的产生熬定了基础。 8 0 年代翅，一辨以微型计算帆积移动遇信结合，以频率复魁、多波邀共蠲技术和 全囱动地接入公共电话网的小区制、大容激蜂窝式移动通信系统，在美国、日本和瑞典 等溪家先嚣授入搜麓。这一枝系统囊要特鬣是馒躜频分多蛙( f d m a ) 接入技术。在移 动信道中传输调频模拟电话信号。 与模强系统籀魄，数字移动逶信系统甏熊溃跫大容蠹、鸯震繁、餐裁纯帮练食纯警 的舞求，从2 0 世纪8 0 年代中期美国、欧洲和日本就开始了数字蜂窝移动道信的研制和 标准的制定，泛欧数字蜂窝移动逶信系统( 帮g s m 系统) 、美国鹃d c s l 8 系绞，托 美娓a d c 及c d m a ，日本p d c 等数字移动通傣劁式韵系统相继在2 0 擞纪9 0 年代初 商厢，更进一步推动了蜂窝移动通信在世界范围内的发展，这就燎称之为第二代的移动 遴继系统。 第二代移动通信系统怒以传遴数字语音为主，以传输短消息数据通信为辅而设计 豹，薅着戳特耀翡发震，数箨堑务鬻求迅猿发震，竣实瑗燹大逶信容量、霆态数搭传翰 速率和多媒体综含业务服务的( 第三代3 g ) 蜂窝移动通信系统的技术标准应用黼生， 已逐步进入商用阶段。 藤寨躲毫大学王援蟥士学使论文 1 2 移动通信的王作方式及系境组成 移动通信系统按嗣途、频段、制式、入网方式等不同，可以有不嗣的分类方法。如 按使蹋对象分，霹分攀震、爱羯；按麓途窝送域势，麓势戆上、海上、窆闻；攘经营方 式，可分为公众网、专用网；按无线电频道工作方式分，可分为同频单工、肄频单工， 彝频瑟工；按信号经矮努，分为模擞、数字；接调铡方式分，鬻耀鹣可分为调频、满 相、调幅；按多址连接方式分，可分为频分多址( f d m a ) 、时分多皱( t d m a ) 、码分 多址( c d m a ) 。 典型的移动通信系统组成方案如圈l l 所添。它由移动交糗机、辏站、移动台及塌 问和熬站阊的中继线锻成。由蹰1 1 可觅，它楚一个脊线、无线楣结合的综合通信系统。 基站移动台之阀采爝无线捷辕方式，基站与交换极，交换极奄地嚣阚之涸剡一般以毒 线方 图1 - l 移动通信系统组成 13 移动通信特点 其它遴信方式穗逡，移动逶簇蠢懿下特点： i 、移动通信的电波传播环境十分复杂。移动台处在迅遴运动中，多径传播造成瑞 剩衰落，接牧场强鹃摄鞲和稳经快速变纯，葵次电渡苓莰会困难离匏瓒热两产生传输损 耗，并且会受至q 地形，地物的遮挡丙发生“阴影效成”，另外多径传援产生的多径时延 或时闻展宽，等效为移动倍道传输特性畸变，严重影响通信质量。 2 、透信鬻常由予移动台处在移动巾，接收信号髯附加频攀变化，即有多罄赣频移， 产生随机调频，使得电波的传播特性发生快滚的随机起伏，对移动通信影响较大。 3 、移动爨受予拔和嗓声瓣骚扰，一方鬣受到来囊其它移动台弱予找，捌搬露频予 扰、邻频干扰和互调干扰等，另一方两还可能受到各种工业干扰，车辆发动机点火噪声 等夔影璃。鼗拜，远赛薹站瓣弱癌号受戮透蒸站强傣号豹蓬裁，产生“远避效瘟”，在 移动避信中，需采用多种抗衰落。抗干扰等技术措撼l i 上减少这些干扰信号的影响。 6 口懈 辩索邮电大学工程颂士学位论文 4 、可利用频谱资源有限。用户数与可用波遭数始终是一对矛盾，艇决此矛盾一方 面要歼辟和启厢新的频段，另一方面癸采用多种有效嗣用频率的技术，细缩小波道间隔， 频率笺用和多波道共髑。 1 4 蜂窝移动通信小区的分类 根据覆盖区域范阑大小，蜂窝小馘可以分为宏蜂鬻，微蜂窝和微微蜂窝簿类型，随 着餐能天线在蜂窝逶馈系统孛浆应用，出现7 智能蜂窝这秘毅媳蜂窝形式。 1 、宏蜂窝( m a c r oc e l l ) ：宏蜂窝小区主要用于广域覆盖，覆盖范围一般程 1 k m - 2 5 k m ，采用较大豹菱射凌辜，多在1 0 w 鼓上，嚣粒蒸涟天线戆挂裹簧求超过躅 围建筑物的平均离度，一般架设在建筑物上方或塔上。宏蜂窝常用于话务密度较低或中 等豹黢务区，熬乡村、郊区和一般城嚣，密集城区连霹鞋震宏蜂窝来躲决整钵覆盏，弼 用微蜂窝进行补充。 2 、徽蜂窝( m i c r oc e l l ) ：微蜂窝小区在蜂窝通信系统中，主要丽傲宏蜂窝，j 、嚣的 於充，用于覆薇盲区积话务热点区域的覆盖，覆盖范围在1 k m 以内，采用较小的发射 功率，阉时将天线架设在和周潲环境裔度相当戚更低的的位鬣。微蜂窝小区适用于话务 密集送域，瞧霹用予瓣决小瑟积区域斡覆盖蒜求。 3 、微微蜂窝( p i c oc e l l ) ：采用宏蜂窝和微蜂窝能够很好的解决绝大多数区域的赣 燕帮容塞霉求，毽对予某些建绫穆室内，霹缝存在覆蕊蛮嚣或话务特溺密集熬区域，不 能满足服务要求，这种情况一般使用微微蜂窝解决。 徽徽蜂窝鹃覆盖举径穰夸，觳哭有凡十米，稻蔽的发射穑攀一般控裁翟几十m w ， 微微蜂窝一般用室内分布的方式实现对服务区域的覆漩，其必线安装在建筑物内部。 实际组两时，宏蜂窝、徽蜂窝和徽微蜂窝结合起来，形成分层的蜂窝结构。对个 移动嘲络，首先用宏蜂窝解决广城范围螅覆蘸，对予宏蜂窝誉隧满足嚣求的覆盖盲区残 话务热点区域，采用微蜂窝小区进行补充，对于微蜂窝也不黻解决的菜些重点覆盖区域 豹室内覆盖鬟求，采耀擞徽蜂窝薅决。 4 、智能蜂窝：智能蜂窝对应移动通信系统中使用智能天线的小区。橱能天线具有根据 蘑产鹣位置谣整信号辚瓣方蠢瓣特鬣，嚣戆篱缝蜂窝鬟毫覆羲范圈更大，用户闺耱互予 扰更小，系统容量更火等特征。智能蜂窝可以是宏蜂窝、微蜂窝或微微蜂窝。 7 辩京邮电大学工程硬士学位论文 1 5 移幼通信的主要技术问题及发展方向 移动通信的特点带来了许多特殊的技术闷题，例细：在霄限的频带内如筒最有效魄 利用频谱，窄带秘宽带数字调制技术的研究以及耨型移动通僚体制的研究，系统的抗千 扰问蹶，移动台和基站的小型化，轻便化、低驹耗；移动通信与其它通信系统相结合的 阕题等等。锋慰上述囊要技零闯题醪确逶售今螽越发震魂岛圭要毒死个方嚣： ( 1 ) 开拓更离频带及鼹加有效地利用频谱 ( 2 ) 在移动遴信镁域翼剩嗣翌星 ( 3 ) 新体制的研究：蜂窝技术体制脊g s m 和c d m a 。g s m 的体制标准比较完善，技 术眈较成熟，讴容薰较小，r 蹙模拟豹2 倍爱右，两艇与模毅没有兼容往，廷能独立建 网，藤c d m a 容量大是模拟的1 0 倍，与模拟的荣容性好，可以与模拟尉相互漫游， 但技术上还不如g s m 成熟，都分标准还不够完善，但c d m a 班其新颖的技术显示了 巨大鲍发展潜力。睫羲各接嗣标准的誉断完善统一，宝已成鸯下一代移动通信系缝鲍凑 然候选者，下一章，将对c d m a 系统作一总体概述。 l 南窳邮电大学王程硬士学位论文 第二章c d m a 技术概述 2 1c d m a 技术简介 c d m a 是在数字技术的分支扩频通信技术基础上发展起来的一种新的笼线通信 技术。c d m a 技术盼朦理是基于扩频技术，将鼹要传送鸵具有一定售罨荣宽瓣信息数 据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展， 孬经载波诞裁嚣发送塞去，接收壤使躅突全程关戆镄夔极强，憨宽繁薅弩转换裁售怠数 据的窄带信号即解扩，实现信息通信。接收机产生的相阐的伪随机p n 粥必须与接受倍 弩鹳中含的赞随梳p n 弼宠全潮步。因既在发麓信愚僖号前，袋先产受一夺专门豹p n 粥序列用于同步，同步建立后开始通信。 c d m a 系统中所有用户占捅相同瀚频段，通过搜确不同楣使韵长短码加密来区分 用户和基站，这糖特点使c d m a 技术基有良好的保密性能。由予聪有用户占用相同频 段，其具有自干扰特性，随着用户的增加，用户之间的干扰增大，系统的解调受到影响， 鞭到了系统戆反肉蹇塞。 2 。2 扩频通信 2 2 1 扩频通信的理论基础 扩频逶痿燕一静售爨砖辕方式，其貉号掰叁矮夔频繁宽度远大予传送信惑必要款最 小带宽。频带的扩展通过个独立的码序列，用编码及调制的方法来实现，与所传信息 数撵无关，在接援鞴蕉阉襻翁璐避孬稳荚溺多绥狡、聪扩及俊麓辑健僖悬数撬。 香农在信息论研究中总结出的信道容量公式是扩频通信理论基础。香农公式如下： c wxl o 呶1 + s ，n ) 武中：c 信遵容量，w - 一频带宽度，s 烈信噪比 由上式可知，加大频带宽度w 或掇高信嵘比s 烈，可提崭信道容爨c 。阍理，当 接道寥擞c ，一定时，频带宽发w 移镶噪声毖s ，n 是鞠夏关联的，增按频繁宽度可降 低对信嵘比的要求。故当频带宽度增加剜一定穰度，有用信号功率可接近噪声功率，甚 至淹没在噪声之下。穰瓣宽豢簧辕降低瓣绩噪跷瓣要求蹩扩壤遴镶懿基零愚憋秘理论钕 据。 2 2 。2 扩频逶信豹工作琢瑾 如图2 1 所示。该系统中输入的信息先经信息调制形成数字信弩，然后经扩频码发生器 9 南京邮电大学工程硕士学位论文 揍 息 售 息 圈2 1 扩频通信的_ i _ = 作原骥 产擞熬扩频璐穿罗g 对数字揍号进行调制，以震霆馈号豹频谱，震竟聪娓信号再经射扩调 制发送出去。接收端收到宽带射频信号后，变频至中频，然后用发射端相同的扩频码序 列逡行稳美瓣扩，瓣经过镶怠解调，滚复成深始售爨竣出。教一般扩频逶嫠系统都鬻进 行三次调制和相应的解调。与一般通信系统相比，扩频通信增加了扩频调制和解扩。 2 2 。3 主要稳麓露栎：处毽增益帮摭于挠容黻是扩镞逶穰系统懿嚣令重要狡能搔糕。 1 、处理增靛g p ( 即扩频增益) ；扩频通信系统在发送端对信号频谱进行扩展，在接收 端梓扩还琢信息，这样可大大提高系统的抗干扰容限。一般把扩频信号带宽w 与信息 带爨a f 之比称为处理增益g p ，即g p = w , f 。它表明了扩频系统信噪比改善的程度。 2 、抗干扰容限：抗干扰容限表示扩频通信系统能在多大干扰环境”f 正常工作的能力， 系统瓣抗予扰褰限氛耋；定义：m j = c a pf ( s n ) 。+ l s j 式中( s n ) 。输出端的信噪比l s 接收系统的m 工作损耗 垂上式霹知，扩频憝瑗璞益6 p 捷蹇嚣，撬予挠察羧掏霹敬大大箍糍，甚至信号 淹没在噪声下也能难常通信。 2 2 ，| 调穰方式；穰据扩震频谱酶不溺方式，扩蓣逶信系统霹分为：誊搂序鳓扩频( 玲s ) ， 跳频扩频( f h ) 、跳时扩频( t h ) 以及以上几种方式的组合。如阁2 - 2 所示： 天线 圈2 - 2 扩频调制方式 一 一 南京邮电犬学工稷硬士学位论文 如果在数据上宣接加入伪随机序列码，可得到直序扩频( d s s s ) 。在实际应用中， 钨随搬序列冬邋售信警耜黍，产生完全皱镌隧枫码“越魏”7 豹数据。懿累侥缒极码作 用在载波频率上，就得到跳频扩频( f h s s ) ，伪随机粥追使载波按伪随机序列改变或跳 交。魏渠趸秘耱辍寒裂控裁发射蓿号懿舞箴美，劐霹褥刭霹交瓣扩鬏技术( t h s s ) 。 1 、蠹序扩频( d s s s ) ：直接序列扩频方式真接使用凝有高码速率的扩频码序列在发射 埔对穗号频谱送行扩袋，在接收端稻稿阕酶扩颓礴穿捌进行鳞扩，恕糙宽豹扩簇倍号还 原成暇始信息。 赢序扩频的频谱扩展和解扩过程粥图2 - 3 所示。 初始信号 扩频码 髂输僖号 传输信号 扩额玛 解扩后的信号 信息的频谱扩展过程 售愚辩解扩过程 图2 3 直接序列扩频的频谱扩展和解扩过程 2 、蹒频扩簇( f h s s ) ：掰谣麟藏藏怒用一定璐枣罗l l 遽行选择翡多籁攀频穆键控，帮羯 扩频码序列去进行频穆键控调制，使载波频率不断地跳变。跳变速率由原始信息的数据 速率决定。 3 、f l 寸跳变扩频( t h s s ) ：跳时是使发射信号崔时闻轴上跳燮，酋毙把对间期分或许多 时片，在一帧内哪个时片发射信号豳扩频码去进行撼粕。 2 3c d 撇扩频序列 2 3 1 沃尔什礤：沃尔什( w a l s h ) 序列广泛瘦嗣予c d m a 系统中，c d m a 系统中的 信道采用w a l s h 函数来区分。在c d m a 系统中，每个码分信道用1 2 2 8 8 m b p s 比特率 南京邮电大学工程硕士学位论文 垒l ii 南京邮电大学工程硕士学位论文 用做直接扩频，每个用户分配一个m 序列的相位，这个相位是由用户的e s n 计算出来 的，随机分布且不会重复，由于m 序列的双值自相关性，这些用户的反向信道之间基 本是正交的。 2 3 2 2 p n 短码：c d m a 系统中的p n 短码由两组p n 序列( i 序列和q 序列) 正交生成。 i 序列和q 序列p n 码是由1 5 阶移位寄存器产生的m 序列，且每个周期在p n 序列的 特定位置插入一个全0 的序列，使其周期变为2 ”。 p n 短码用于对前向信道进行正交调制，不同基站使用不同相位的m 序列进行调制， 其相位至少相差6 4 个比特，这个最多可有5 1 2 个不同的相位可用，p n 短码也被用作 对反向信道进行正交调制，但因在反向信道上需要标识属于哪个基站，故对于所有终端 而言都使用同一相位的m 序列，其相位偏置为0 。 2 4c d m a 关键技术 2 4 1功率控制：为了克服远近效应，同时减小对其他用户的干扰，需要采用合理的控 制方案，实时调整发射机的发射功率，由于c d m a 系统采用全双工方式，前、反向链 路载波频率不同，受到的衰落也不一样，故分别采用前向功率控制和反向功率控制。 2 4 1 1 前向功率控制：在c d m a 系统的前向链路中引入了功率控制，使前向业务信 道的发射功率在满足终端解调最小需求信噪比的情况下尽可能小，通过功控既能维持基 站与小区边缘终端之间的通信，又能在较好的无线环境时最大限度地降低前向发射功 率，减少相邻小区的干扰，增加前向链路的容量。 c d m a2 0 0 0 1 x 系统，对r c l 和r c 2 采用与i s 9 5 系统相同的功率控制算法，对 r c 3 r c 5 采用i s 2 0 0 0 快速功率控制。 2 4 1 2 反向功率控制：c d m a 系统的容量主要受限于系统内终端的相互干扰，故每 个终端的信号到达基站时都刚刚达到所需的最小的信噪比门限，系统容量将会达到撮大 值，因此在c d m a 系统中采用了反向功控，通过调整用户发射机功率，使用户在基站 覆盖区的什么位置和经过什么样的传播途径，均能保证各用户信号到达基站接收时具有 相同的功率。 反向功控包括三部分：开环功控、闭环功控和外环功控，在实际系统中，反向功控 是由上述三种功控共同完成的。 2 4 2 软切换技术：软切换就是指当移动台需要切换时，先与新的基站建立通信联系再 与原基站中断联系，而不是先中断与原基站的联系再与新的基站建立通信联系，软切换 1 3 南京邮电大学工程硕士学位论文 只能在同一频率的信道间进行，因此模拟系统，t d m a 系统不具有此功能，软切换可 有效提高切换的可靠性，大大降低切换造成的掉话，同时软切换可以提供分集，从而提 高保证通信的质量，但软切换也带来一些缺点：如硬件设备的增加，占用系统资源，降 低了前向容量等。 2 4 3 分集技术：c d m a 系统的分集主要有三种类型：时间分集、频率分集、空间分集 2 4 3 1 时间分集：由于终端的运动，接收信号会产生多普勒频移，在多径环境中，这 种频移形成多普勒频展，多普勒频展的倒数定义为相干时间。若对波形振幅进行顺序采 样，则在时间上间隔足够远( 大于相干时间) 的两个样点是不相关的，因此可采用时问 分集来减少多普勒频展的影响。 c d m a 系统中的卷积编码、块交织、纠错编码技术和r a k e 接收，可以用来实现 时间分集。 1 、卷积编码技术：卷积编码技术能有效地克服随机单个数据错误，卷积编码是有记忆 编码，即对于任意给定的时段，其编码的几个输出不仅与该时段k 个输入有关，而且 还与该编码器中存储的m 个输入有关。 2 、块交织和纠错编码技术：该技术可尽可能避免连串突发数据错误，使得在接收端解 交织后落入每个接收字里的差错个数不大于纠错码能纠正的个数。交织就是把一条消息 中的相继比特，以非相继方式( 分散) 发送，在传输过程中即使发生了成串差错，解交 织后恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成非相继的单个或几个，通过纠错译 码，纠正差错并恢复原消息。交织长度由业务的时延需求来确定，语音业务需要的时延 比数据业务短，因此需将交织深度与不同的业务相匹配。 3 、r a k e 接收：对不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片时延，在接收端可将不同 的波束区别开来，将这些不同波束分别经过不同的延迟线。对齐后合并在一起，把原来 的干扰信号交成有用信号，这就是r a k e 接收机的基本原理。如图2 5 所示： r a k e 接收机一般由搜索器、解调器、合并器3 个模块组成，搜索器完成路径搜索t 主要原理是利用码的自相关及互相关特性，解调器完成信号的解扩、解调。解调器的个 数决定了解调的路径数，i s 9 5 系统基站侧一个r a k e 接收机由4 个f i n g e r 组成，1 x 系 统由6 个f i n g e r 组成，终端由3 个f i n g e r 组成：合并器完成多个解调器输出信号的合 并处理，通用的合并算法有选择式相加合并、等增益合并、最大比合并3 种。合并后的 信号输出到译码单元，进行信道译码处理。 1 4 南京邮电大学工程硕士学位论文 图2 5r a k e 接收机的原理示意图 2 4 3 2 频率分集：频率分集技术是将待发送的信息、分别调制在不同的载波上发送至0 信道，由于衰落具有频率选择性，当两个频率间隔大于相关带宽时，它们受到的衰落是 不相关的，也就是要获得频率分集，载波之间的间隔f 必须足够大，大于频率相关带 宽f 。即a f a f = l ，l 式中，l 为接收信号时延功率谱的带宽。 c d m a 系统的信号带宽为1 2 3 m h z ，远远大于相关带宽的要求，故c d m a 系统作 为一个宽带系统本身就可以实现频率分集。 2 4 3 3 空间分集：c d m a 系统特有的软切换可看成是一种空间分集，软切换过程中， 终端与新基站开始通信后，为了获得好的通信质量，保持与原基站的联系，两个参与软 切换的b t s 看上去象两个分集天线。 在反向信道，两小区分别接收来自终端的有用信号，以帧为单位译码分别传给 b s c ，b s c 内的选择器声码器也以帧为单位，通过对每一帧数据后面的c r c 校验码来 校验这两帧的好坏，b s c 选择质量好的帧接收，这样就保证了最佳接收效果。 在前向信道，两个小区的基站同时向终端发射有用信号，终端把其中一个小区来的 有用信号作为多径信号，进行分集接收，然后进行多径合并，获得增益。软切换可大大 提高终端在小区边缘的通信质量。 南京邮电大学工程硕士学位论文 第三章i s - 9 5 及c d m a _ 2 0 0 0 系统 31 j s 9 5 系统概述 f s 9 5 标准没有完全规定一个系统怎样实现。而只是提出了信令协议和数据结构的 特点与限制。不同的制造商可采用不同的方法和硬件工艺，但他们产生的波形和数据序 列必须符台i s 一9 5 的规定。 i s 9 5 系统的主要参数如下： 频段8 2 4 8 4 9 m h z ( 反向链路) ；8 6 9 8 9 4 m h z ( 前向链路) 双工方式：f d d载波间隔：1 2 5 m h z 信道速率：1 , 2 2 8 8 k b p s 接入方式：c d m a 调制方式：前向q p s k 、反向o q p s k 分集方式：r a k e ，交织，天线分集 信道编码、卷积码：k - - - 9 ，r = l 3 ( 反向链路)k - - 9 ，r = l 2 ( 前向链路) 语音编码：q c e l p 可变速率声码器 数据速率：9 6 、4s 、2 4 、1 2 k b p s 3 2 c d m a2 0 0 0 系统概述 i s 2 0 0 0 指的是采用c d m a 2 0 0 0 技术的接口标准或规范，它定义了一个移动台和基 站子系统之间的接口；而c d m a 2 0 0 0 主要是指一种3 g 的宽带码分多址技术，二者紧 密关联，在此不作严格意义的区分。 c d m a 2 0 0 0 无线传输技术中的关键设计有如下特点： ( 1 ) 宽带c d m a 无线接口在提高系统性能和容量上有瞩昆的优势i 一基于导频相干解调的反向空中接口链路； 一连续的反向空中接口波形； 快速的前向和反向空中接口的功率控制； 一采用辅助导频来支持波束赋形应用和增加容量： ( 2 ) 支持多种范围的射频信道宽带：1 2 5 m h z 、3 7 5 m h z 、1 1 2 5 m t t z 和1 5 m h z ； ( 3 ) 增强的m a c 功能以支撑高效率的高速分缎数据业务； ( 4 ) 为支持m a c 对物理层进行了优化 采用了专用控制信道( d c c h ) 可变帧长的分组数据控制信道操作( 如5 m s 、2 0 m s 等) 可支持快速分组数据业务的接入控制采用了增强的寻呼信遒和接入信道； 可支持快速分组数据业务的接入控制采用了增强的寻呼信道和接入信道； 南京邮电大学工程硕士学位论文 ( 5 ) 为支持更高传送速率和增加系统容量采用t u r b o 码： ( 6 ) 可支持多种空中接口信令的灵活的信令结构；等等： c d m a 2 0 0 01 x 的技术特点： ( 1 ) 码片速率：1 2 2 8 8 m c p s( 2 ) i s 9 5 a b 是其子集，r c l r c 2 ( 3 ) 反向导频，反向采用相干解调( 4 ) 前向发射发集：o t d 、s t s ( 5 ) 前向快速功控、速率8 0 0 h z( 6 ) 支持快速寻呼信道，终端待机时间更长 ( 7 ) 帧长可变：5 、2 0 、4 0 、8 0 m s( 8 ) 信道编码增加t u r b o 码 ( 9 ) 物理层支持速率最大可达3 0 7 2 k b p s ( 1 0 ) 话音用户容量是i s - 9 5 a 他的1 5 - 2 倍。数据业务吞吐能力提高3 倍以上。 ( 1 1 ) 前向引入了三种新的公菸信道，可用来替代f p c h ( f b c c h 、f q p c h 、f 。c c c h ) 引入新的公共信道的原因；可获得更低的延时、更低的基站发射功率、更小的m s 耗电。 ( 1 2 ) 前向无线配置：反向无线配置： r c l 、r c 2 ：i s 9 5 躺r c l r c 2 ：i s 9 5 舳 r c 3 r c 5 ：c d m a 2 0 0 0 1 xr c 3 r c 4 ：c d m a 2 0 0 0 1 x r c 6 r c 9 ：c d m a 2 0 0 0 3 xr c 5 r c 6 ：c d m a 2 0 0 0 3 x 下表为c d m a 2 0 0 0 1 x 与i s 9 5 比较 对比项 i s 9 5 a ，b c d m a 2 0 0 0 l x 频谱占用 1 2 2 8 8 m h z1 2 2 8 8 m h z i s 一9 5 b 最大支持速率为c d m a 2 0 0 0 1 x 能支持最大速 传输速率 7 6 8 k b p s lt5 2 k b p s 率为3 0 7 2 k b p s r a t es e t1 9 6 k b p s前向支持r c l - 5 无线配置( r c ) r a t es e t2 1 4 4 k b p s 反向支持r c l 4 支持反向导频信道，提供相干 反向导频信道 不支持 解调 信道编码卷积码卷积码t u r b o 码 前向q p s k 前向q p s k 调制方式 反向o q p s k反向h p s k 反向扩频方式采用6 4 阶正交调制，长码扩频采用w a l s h 码扩频 增加前向q i b 方式：5 0 h z 前向功率控制慢速功率控制 前向快速功控：8 0 0 h z 支持n o n - t d 、o t d 、s t s 发射分集无 方式 1 7 南京邮电大学工程硕士学位论文 3 3 i s 一9 5 系统信道结构 1 、前向信道的构成：一个c d m a 频道划分为6 4 个码分逻辑信道。前向链路中包含四 种类型的信道，其中，有一个导频信道、一个同步信道、7 个寻呼信道和5 5 个前向业 务信道。除导频信道外，同步信道和寻呼信道在必要时都可以作业务信道，故前向链路 最多可包含6 3 个前向业务信道。 ( 1 ) 导频信道：导频信道发送的是一不含数据信息的扩频信号，但包含引导p n 序列 相位偏移量和频率基准信息。导频信道一直不断发送，并高于其他信号的发送电平。在 基站覆盖区中的移动台容易获取同步，同步后的导频信道用于接收机解调的相干载波。 ( 2 ) 同步信道：同步信道具有固定的w 雒s h 函数码w 3 2 ，当移动台通过导频信道与s l 导p n 序列同步后，移动台与同步信道达到同步，移动台开始解调同步信道的信息数据。 同步信道的信息数据主要包括系统时间和导频偏置，使移动台确知正在接入的是哪个 基站。此外，公布寻呼信道的速率是9 6 0 0 b p s 或4 8 0 0 b p s ，长伪随机码的状态等。 ( 3 ) 寻呼信道：每个基站有一个或几个寻呼信道。当呼叫时，在移动台没有转入业务 信道之前，基站通过寻呼信道传送控制信息给移动台。当需要时，寻呼信道可以变成业 务信道，用于传输用户业务数据。寻呼信道用途归纳为：l 、定时发送系统信息，使移 动台能收到入网参数，为入网作准备；2 、基站通过它寻呼移动台。 ( 4 ) 业务信道：在业务信道传输的是用户语音编码数据或其它业务数据。所传输业务 数据经过和用户号码对应的长伪随机码的变换序列调制后再传输。此外业务信道中包含 了一个功率控制予信道，用于传输功率控制信息来控制移动台的发射功率。业务信道还 传输如越区切换等控制信息。 2 、反向信道的构成 ( 1 ) 接入信道：在反向信道中至少有一个，至多有3 2 个接入信道。每个接入信道对应 前向信道中的一个寻呼信道，但每个寻呼信道可以对应多个接入信道。移动台通过接入 信道向基站进行登记、发起呼叫、响应基站发来的呼日q 等。当呼叫时，在移动台没有转 入业务信道之前，移动台通过接入信道向基站传送控制信令。 ( 2 ) 反向业务信道：反向业务信道在呼叫建立期闯传输用户业务和信令信息。 3 4c d m a2 0 0 0 1 x 信道结构 3 4 1 前向物理信道：前向链路包含的物理信道如图3 1 所示： 南京邮电大学工程硕士学位论文 圈眇 钿一 0 - l 专用控 制信道 前向c d m a 信道 ( s r l 和s r 3 ) 2 3 圈圈圈园圈 辅助 导频 信道 辅助发送 分集导频 信道 圈图 快建 寻呼 信道 翻3 1 前向链路物理信道 下面简要介绍导频、同步、寻呼、广播控制、快速寻呼等信道的作用( 其余信道的 作用见参考资料2 ) ： 1 、导频信道；前向链路中的导频信道包括前向导频信道f p i c h ，发送分集导频信道 f t d p i c h 、辅助导频信道f a p i c h 和辅助发送导频信道f a t d p i c h ，它们都是未经 调制的扩谱信号。这些信道的用途是使基站覆盏范围内的终端能够获得基本的同步信 息，也就是各基站的p n 短码相位信息，终端以它们为依据进行信道估计和相干解调。 2 、同步信道f s y n c ：f s y n c 用于传送同步信息，在b s 覆盖范围内，各终端可利用 同步信息进行同步捕获，开机的终端可利用它来获得初始的时间同步，由于f s y n c 使用的p n 序列偏置与f p i c h 使用的偏置相同，一旦终端捕获了f p i c h 获得同步， f s y n c 也实现了同步。 3 、寻呼信道f p c h ：寻呼信道f p c h 供b s 在呼叫建立阶段传送控制信息，通常，终 端在建立同步后，就选择一个f p c h ( 或在基站指定的f p c h ) 监听b s 发来的指令， 在收到b s 分配业务信道的指令后，就转入分配的业务信息传辕。 4 、广播控制信道f b c c h ：b s 用它来发送系统开销信息，以及需要广播的消息( 例如 短消息) ，f b c c h 可以工作在非连续方式。减少f - b c c h 发射功率可提高前向链路的 1 9 誉一 0 ( 南京邮电大学工程硕士学位论文 总体容量。 5 、快速寻呼信道f - q p c h b s 用它来通知在覆盖范围内工作于时隙模式且处于空闲状 态的终端，是否应该在下一个f - c c c h 或f p c h 的时隙上接收f c c c h 或f - p c h 。使 用f - q p c h 最主要的目的是使终端不必长时间地连续监听f - p c h ，从丽延长待机时间。 3 4 2 反向物理信道：反向链路包含的物理信道，如图3 - 2 所示。 匿圉匿 图3 2 反向链路物理信道 下面简要介绍主要信道的作用( 其余信道介绍详见参考资料2 ) ： 1 、反向接入信道r a c h ：r - a c h 属于c d m a 2 0 0 0 中的后向兼容信道，与i s 9 5 兼容， 用来发起与b s 的通信或响应寻呼信道消息。r - a c h 采用随机接入协议，接入信道由 其长码掩码唯一识别。反向c d m a 信道最多可有3 2 个r a c h 编号为0 3 l ，对应前 向信道中的每个f p c h ，相应地在反向至少有一个r - a c h 。 2 、反向增强接入信道r - e a c h ：r - e a c h 用于终端发起同b s 的通信或响应专门发给 终端的消息。它采用随机接入协议，每个增强接入信道由其长码掩码唯一标志。 3 、反向导频信道r - p i c h ：r - p i c h 是未经过调制编码的扩谱信号，由0 号w 甜s h 扩频、 b s 用它来检测终端的发射信号，进行相干解调，使得反向相干解调成为可能，这是 c d m a 2 0 0 0 的一大特点。 2 0 南京邮电大学工程硕士学位论文 第四章软切换的算法及邻区列表的作用 4 1c d m a 软切换简介 4 1 1什么是软切换：c d m a 系统与g s m 系统相比，其中一个显著的特点就是c d m a 提供了软切换功能。所谓软切换是指当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上 的基站向该移动台发送相同的信号，移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号，当 某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去，当移 动台在同一基站的不同扇区间进行软切换时，称之为更软切换。 4 1 2 软切换的优点： ( 1 ) 软切换是在通信的过程中平滑完成的，即通常所说的“先接后断”，大大提高了切 换的成功率，保证了通信质量。 ( 2 ) 软切换进行过程中，移动台和基站均采用了分集接收的思想，有抵抗衰落的能力， 不用过多增加移动台的发射功率；同时，基站宏分集接收保证在参与软切换的基站中， 只需要有一个基站能正确接收移动台的信号就可进行通信，由于通过反向功控可使移动 台的发射功率降至最小，降低移动台对系统的干扰。 ( 3 ) 进入软切换区域的移动台即使不能立即得到新基站的链路，也可进行切换等待的 排列，从而减少了系统的阻塞率。 4 1 3 软切换算法 1 i s 9 5 a 静态门限的软切换算法：目前普遍采用的软切换算法是基于移动台搜索和测 量激活集、相邻集和候选集的导频的强度：当相邻某个导频的强度大于特定值时，移动 台向基站发送导频强度测量消息( p s m m ) ，基站判决此相邻粲导频加入激活集，通过 向移动台发送切换指示消息指示移动台开始切换；或者当某个激活集导频的强度低于 个特定值t - d r o p ，且持续一段时间( t - t d r o p ) 后，移动台也会上报导频强度测量消息给 基站，基站就会发送软切换指示消息指示移动台在激活集中删除该导频。此方法为静态 ( 固定) f - 1 限的软切换算法。 i s 9 5 a 采用静态软切换算法，如图4 1 所示。i