（通信与信息系统专业论文）tdscdma高速下行分组接入技术研究.pdf

息系统 术 题目：t d s c d m a 高速下行分组接入技术研究 英文题目：r e s e a r c ho nt d s c d m ah i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e t a c c e s st e c h n o l o g y 主题词：智能天线，高速下行分组接入技术，链路预算，基带幅度加权 k e y w o r d s ：s m a r ta n t e n n a ，h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ，l i n k b u d g e t ，b a s e b a n da m p l i t u d ew e i g h t i n g 南京邮电大学硕七研究生学位论文 摘要 摘要 第三代移动通信系统标准公布以后，在推广应用中有较大变化，例如e d m a 2 0 0 0 标准 的3 g 部分c d m a 2 0 0 03 x 被抛弃，代之以e d m a 2 0 0 0l xe v - d o 标准，然而它却是以时分多 址为基础的2 7 5 g 标准，需要增加一个独立的下行频点，这就与3 gf d d 频段的分配标准 产生了矛盾。原计划推出的c d m a 2 0 0 0l xe v - d v 标准、t d d w c d m a 标准也无应用实例。 从3 g 标准的应用实践可以看出，基于c d m a 技术的3 g 标准可能很难满足移动互联网的 基本要求，但它却是3 g 标准的业务重点。在更先进的4 g 移动通信技术成熟之前，有必 要继续研究3 g 标准和相关应用技术，在可能的基础上进行改进升级。 本文对e d g e 、w c d m a 和t d s c d m a 的h s d p a 、c d m a 2 0 0 0l xe v - d o 等多种高 速数据传输技术进行了深入的分析，还重点研究了t d s c d m a 系统的高速数据传输技术。 从无线链路预算、小区容量和覆盖半径等多个方面给出相关研究结果。在比较各种高速数 据传输技术的基础上得出下述初步结果供进一步研究、探讨：1 ) 在多用户情况下，上述技 术能提供的实际数据速率和标称速率之间可能有较大的差距：2 ) 由于c d m a 系统自干扰 会限制系统容量，t d s c d m a 和h s d p a 试图采用多码道捆绑方式以提高速率的实际效 果不明显：3 ) t d m a 方式可能比c d m a 方式更适合大容量、高速率的数据传输。 在t d s c d m a 标准中，规定应当使用智能天线( s a ) 、联合检澳i j ( j d ) 等高级技术，它们 是达到小区容量和覆盖半径等技术指标的基本保证。然而在研究中发现，很难找到这些技 术的具体实现方法和应用性能评估。而且在实际应用系统中，常常只选用s a 或j d 技术。本 文对s a 基带幅度加权( b a w ) 下行波束形成方法进行了深入研究，首次导出b a w 方法的相关 数学表达式及实现原理图，并利用该方法分析了同载波多方向定向发信时的s a 性能。从性 能模拟结果可以发现，在8 阵元圆阵s a 条件下，由于阵元数较少，形成的波束较宽，旁瓣 幅度较高，所以很难达到空分多址的应用要求。基于上述初步结论并参考c d m a 2 0 0 0l x e v - d o 的高速数据传输技术，文中给出利用t d m a 实现t d s c d m a 下行高速数据传输的一 种讨论方案，此时s a 在某一载波上只需发送一个定向波束，可以去除同载波多方向的发信 需求，可以较好地实现s a 的应有功能，还可避免c d m a 自干扰的影响，或许可以提供较好 的高速数据传输性能。论文最后给出了s a 来波方向( d o a ) 检测技术和s a 接收机实现方案。 本论文提出的相关研究结论，仅供参考，尚需进一步研究、论证。 关键词：智能天线，高速下行分组接入技术，链路预算，基带幅度加权 w h i c hi si nc o n f l i c tw i t ht h ed i s t r i b u t i o ns c h e m eo f3 gf d df r e q u e n c y t h e r ew e r en o a p p l i c a t i o ne x a m p l e so ft h ep u b l i s h e ds t a n d a r d so fc d m a 2 0 0 0lxe v - d v a n dt d d - w c d m a i nt h ea p p l i c a t i o no f3 gs t a n d a r db a s e do nc d m a t e c h n o l o g y , i tm a yb es e e nt h a ti ti sd i f f i c u l t t om e e tt h eb a s i cr e q u i r e m e n to fm o b i l ei n t e m e tb y3 gt e c h n o l o g y h o w e v e r , i ti st h ek e y s t o n e o ft h es e r v i c e so f3 gs t a n d a r d i ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c h3 gs t a n d a r da n dr e l a t e dt e c h n o l o g i e s c o n t i n u o u s l y , i fp o s s i b l ea n dt om a k es o m ei m p r o v e m e n t so nt h e mb e f o r et h em a t u r i t yo fm o r e a d v a n c e d4 gm 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 i e s t h et h e s i sa n a l y z e ss o m eh i g h e rd a t ar a t et r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g i e s ，s u c ha se d g e ， h s d p ao fw c d m a ，t d s c d m a ( t d ) a n de d m a 2 0 0 0lxe v - d o ，a n dt h ee m p h a s i si sp l a c e d o nt h eh s d p ao ft ds y s t e m t h ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni sg i v e ni nt h ea s p e c t so fr a d i ol i n k b u d g e t ，c o v e r a g er a d i u sa n dc e l lc a p a c i t yo ft ds y s t e m o nt h eb a s i so fc o m p a r i s o no f t h e s e h i g h e rd a t ar a t et r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g i e s ，t h ef o l l o w i n gi n i t i a lc o n c l u s i o n sa r ed r a w nf o r f u r t h e rr e s e a r c h ：1 ) t h e r em a yb el a r g e rg a pb e t w e e nt h er e a ld a t ar a t e sa n dt h er a t e dv a l u e sf o r m u l t i p l eu s e r s ；2 ) i ti sd i s m a lt ob i n dm u l t i p l ec o d e dc h a n n e l st oi m p r o v ed a t ar a t e si nh s d p a ， a n da f t e ra l l ，i ti st h es e l f - i n t e r f e r e n c et h a tl i m i t st h ec a p a c i t yo fc d m as y s t e m ；3 ) t d m a c o u l db em o r ec a p a b l eo f t r a n s m i t t i n gd a t aw i t hh i g h e rs p e e da n dc a p a c i t yt h a nc d m a c o u l d i ti ss t i p u l a t e db yt h et ds t a n d a r dt h a tm a n yh i g h e rt e c h n o l o g i e sl i k es m a r ta n t e n n a ( s a ) ， j o i n t e dd e t e c t i o n ( j d ) a n ds oo ns h o u l db eu s e d ，w h i c ha r e t h ef u n d a m e n t a lg u a r a n t e eo f c o v e r a g er a d i u sa n dc e l lc a p a b i l i t y h o w e v e r , i ti sh a r dt of i n d t h er e a l i z i n gs c h e m e sa n d p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n so ft h e s et e c h n o l o g i e s a n de i t h e rs ao rj di sc h o s e ni np r a c t i c a l s y s t e m t h em e t h o do ff o r m i n gd o w n l i n kb e a m sb yb a s e b a n da m p l i t u d ew e i g h t i n g ( b a v oi s a n a l y z e di nt h ep a p e r , d e d u c i n gt h es c h e m a t i cd i a g r a mo fi m p l e m e n t a t i o no fb a wa n dt h e c o r r e s p o n d i n gm a t h e m a t i c a le x p r e s s i o n sf o rt h ef i r s tt i m e t h e nt h i sm e t h o di su s e dt oa n a l y z e t h ep e r f o r m a n c eo fs a ，a n df i n dt h a ti ti sd i f f i c u l tt oa c h i e v et h er e q u i r e m e n to fs p a c ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ( s d m a ) b y t h er e s u l t so fs i m u l a t i o nf o rc i r c u l a rs aw i m8a r r a ye l e m e n t s t h e i 南京邮电大学硕上研究生学位论文a b s t r a c t w a v eb e a mp r o d u c e db yt h a ts a b e i n g t o ob r o a d e ra n dt h ea m p l i t u d e so ft h es i d e 1 0 b e sb e i n gt o o l l i g l l s oi ti sd i f f i c u l tt of o r mm u l t i d i r e c t i o n a lb e a m sf o rt ds i g n a l sa tt h es a m ec a r r i e rb ya n s a b a s e do nt h ea b o v ei n i t i a lc o n c l u s i o na n dd a t at r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yo fc d m a 2 0 0 0lx e v - d o ，as c h e m ei si n t r o d u c e dt oi m p l e m e n td o w n l i n kt r a n s m i s s i o nf o rt h eh i g h e rd a t er a t eo f t ds y s t e m i nt h es c h e m e ，o n l yo n ed i r e c t i o n a lb e a mf o rac a r t i e ro t h e rt h a nt w oo rm o r e s h o u l db ef o r m e da tat i m eb ya ns a i nt h i sw a y , t h er e q u i r e m e n to ft r a n s m i s s i o no n m u l t i - d i r e c t i o nf o rt h es a m ec a r d e rc a nb er e m o v e d ，a n dt h ei n f l u e n c eo fs e l f - i n t e r f e r e n c eo f c d m as y s t e mc a na l s ob ea v o i d e d m o r e o v e r , t h ef u n c t i o n so fs ac a nb ei m p l e m e n t e d ，a n dt h e t r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c eo ft h eh i g h e rd a t ea l s oc a nb ei m p r o v e d a tl a s t ，t h ed e t e c t i n g t e c h n o l o g yo fs ad o aa n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fs ar e c e i v e ra r ei n t r o d e c e d t h er e l a t e d r e s u l t sp r e s e n t e db yt h i sp a p e ri sf o rr e f e r e n c eo n l y , a n ds h o u l db er e s e a r c h e da n dp r o o f e d a g a i n k e y w o r d s ：s m a r ta n t e n n a , h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ，l i n kb u d g e t ，b a s e b a n d a m p l i t u d ew e i g h t i n g i i i 目录 1 ：! ：i ：l 4 l ! ； ! ； 7 9 1 ( ) 1 i ) 12 1 1 1 4 2 4 2 技术分析1 7 第三章t d s c d m a 系统性能分析1 8 3 1 引言1 8 3 2t d s c d m a 链路预算19 3 2 1 链路预算概述l9 3 2 2 无线传播模型2 0 3 2 3 上行链路预算2 2 3 2 4 下行链路预算一2 7 3 2 5 覆盖半径3 0 3 3t d s c d m a 容量分析31 3 3 1c d m a 容量的基本概念3 l 3 3 2 上行容量3 3 3 3 3 下行容量3 7 3 4t d s c d m a 数据接入能力分析4 2 第四章t d h s d p a 系统的容量及改进方案研究4 3 4 1 弓l 言4 3 4 2h s d p a 系统可提供的速率及吞吐量4 4 4 2 1 可提供的标称速率分析一4 4 4 2 2 吞吐量分析4 5 4 3 智能天线对系统下行容量的影响4 7 4 3 1 下行波束基带幅度加权形成办法4 7 4 3 2 s a 性能研究5 0 4 4t d h s d p a 的改进方案研究5 7 4 4 1 改进方案的t d 时隙分配方法。5 9 i v v 南京邮电大学硕上研究生学位论文 第一章绪论 1 1 移动通信的发展 第一章绪论 移动通信技术的发展，可以追溯到2 0 世纪2 0 年代，这个时期主要完成通信实验和电 波传输实验。直到1 9 7 4 年，美国的贝尔实验室成功地提出蜂窝移动通信网的新概念，从 此移动通信进入了公众移动通信发展的新阶段。1 9 7 8 年，贝尔实验室成功地开发了 a m p s ( a d v a n c e dm o b i l ep h o n es e r v i c e ) 系统，使得可以随时随地传输信息的大容量蜂窝移 动通信系统得以实现。8 0 年代中期欧洲和同本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网，主 要代表有英国的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 c m o b i l et e l e p h o n es y s t e m ) 系统。这些系统都是f d d ( 频分双工) 的f d m a ( f r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ) 模拟系统，被称为第一代蜂窝移动通信系统( 1 g ) 。随着移动通信系统的不 断发展和用户对服务要求的不断提高，模拟蜂窝移动通信系统的缺陷也日渐突出，主要表 现为频谱效率低、业务种类有限、保密性差、设备成本高等等【l 】。 第二代移动通信系统( 2 g ) 采用数字调制技术，主要以采用时分多址( t d m a ) 方式的数 字式g s m 系统和采用窄带码分多址( c d m a ) 方式的数字式i s 9 5 系统为代表，它以提供 数字语音业务为主，同时通过使用多个时隙( 时隙捆绑) 或多个码道( 码道捆绑) 来实现低速 的数据业务，g s m 演进到g p r s 的理论峰值速率是1 7 1 2 k b p s ，通过改变调制方式演进到 e d g e 时的标称峰值速率也只有4 7 3 6 k b p s 。而且这些速率都是标称速率，实际每个用户 所能得到的信息速率要比这些速率低得多，随着移动通信和用户需求的发展和变化，单靠 现有技术、现有系统和频段的第二代移动通信系统已不能适应移动通信的发展，第三代移 动通信系统( 3 g ) 应运而生【2 1 。 第三代移动通信系统，应能够支持语音、分组数据和多媒体业务；应能根据具体的业 务需要，提供必要的带宽，必须满足以下三种环境的最低数据速率要求，即：快速移动环 境的最高速率要达到1 4 4 k b p s ；室外到室内或步行环境的最高速率要达到3 8 4 k b p s ；室内 环境的最高速率要达到2 m b p s 。当前3 g 技术有4 个主要标准：欧洲的w c d m a 、北美的 c d m a 2 0 0 0 和w i m a x 以及中国提出的t d s c d m a 。从目前的商用情况来看，3 g 仍然无 法满足移动互联网日益增长的需求，亦有权威人士表示了他们对3 g 的担忧【3 1 ，或许还存 在一些可以改进的技术内容。2 0 0 9 年1 月7 日，中国已正式发放3 g 牌照，若能改进现有 3 g 设备，提升系统性能则具有较大现实意义。 南京邮电大学硕十研究生学位论文 第一章绪论 1 2 论文研究背景 目前，移动电话和因特网是通信领域发展最为迅猛的两个领域，可以想象，已经存在 着这么一种需求：在移动环境中，人们依然希望通过移动终端接入因特网，享受多种多样 的服务。也正因为如此，在第二代移动通信系统已能够基本满足语音业务需求的情况下， 人们就一直在考虑如何在各种环境下提供高速的数据接入来满足人们对多种业务的需求， 第三代移动通信系统应运而生。3 g 的几个主流标准中，w c d m a 和e m m a 2 0 0 0l x 已经大 规模商用，2 0 0 8 年4 月，t d s c d m a 网络在中国7 个奥运城市试商用；2 0 0 8 年9 月，第 一个w i m a x 网络在美国巴尔的摩j 下式商用。至此，四大标准均获商用。遗憾的是， t d s c d m a 网络的商用情况并不理想，w i m a x 的商用速度尽管在加快，但是目前的情 况也不容乐观。纵观全球各个推出w i m a x 商用服务的运营商，尚无一家的运营实践能 够与预期相符，也并未出现非常成功的w i m a x 商用案例。韩国电信的移动w i m a x 用 户数已经突破了2 0 万，w i b r o 网络也已经开始从首尔向周边城市拓展，但是移动w i m a x 在韩国市场的表现仍不如预期。由于种种原因法国的w i m a x 部署缓慢，远远落后于当 初的预期。在美国，虽然w i m a x 商用网络已经开通，但目前看来还存在一些问题，并 不能视为成功案例。比较负面的消息是，世界首批w i m a x 运营商之一的澳大利亚 b u z z b r o a d b a n d 公司已经关闭了w i m a x 网络。另外世界上最大的w c d m a 运营商和记 黄埔，旗下的“3 集团”( 3g r o u p ) 在全球多个国家和地区经营3 g 业务 4 1 。在过去的数年时 间里，“3 集团”一直处于亏损状态。虽然它在l o 多个国家和地区拥有3 g 牌照，覆盖欧洲 大多数国家，但高额的牌照费以及网络建设产生的费用，使得在用户规模不够大的情况下 很难盈利。更糟糕的是，受制于手机终端价格、下载速度慢等缺陷，和黄的3 g 服务并没 有获得消费者的认同。以美国为主要倡议者的c d m a 2 0 0 0 标准按照前期研究计划应遵循从 c d m a 2 0 0 0l x 到e d m a 2 0 0 03 x ( 如果系统分别独立使用每个带宽为1 2 5 m h z 的载频，则被叫 做1 x 系统；如果系统将3 个载波捆绑使用，则叫做3 x 系统) 的发展过程，但是在c d m a 2 0 0 0 l x 网络正式实施后，根据网络使用情况，又立即推出了c d m a 2 0 0 0l xe v - d o ( e v o l u t i o n d a t ao n l y ) 标准。该标准的下行高速数据链路主要使用时分多址( t d m a ) 方式， 由于不存在c d m a 系统的白干扰，使用了8 p s k 和1 6 q a m 调制方式，可以大幅度提高 频谱利用率和下行速率。在c d m a 系统中，由于受到白干扰的限制，一般只使用q p s k 调制方式。e v - d o 系统的平均车载用户速率凡可达6 0 0 k b i t s ，运营情况良好，发展较为 迅速，而c d m a 2 0 0 03 x 标准也因此被搁置【5 j 。然而，它原来却是c d m a 2 0 0 0 标准的3 g 部 2 塑室堂皇叁兰堡型窒生兰篁垒奎兰二里笪笙 分。e d m al xe v - d v ( e v o l u t i o n d a t a & v o i c e ) 方式原计划采用码分多址一时分多址兼容的方 式，但是迄今为止，并未看到实现这种方式所依据的理论基础。针对上述3 g 网络的商用 情况，以及t d d w c d m a 、e d m a 2 0 0 03 x 和c d m a 2 0 0 0l xe v - d v 标准的搁置，我们认为 3 g 标准还不够成熟，需要进一步研究。通过深入分析e d g e 、w c d m a 和t d s c d m a 的h s d p a 、c d m a 2 0 0 0i xe v - d o 等多种高速数据传输技术，我们认为：对于高速数据的 传输，c d m a 方式由于存在白干扰，其小区内频谱利用率可能不如t d m a 方式，c d m a 2 0 0 0 3 x 标准的搁置以及c d m a 2 0 0 0l xe v - d o 的成功商用或许证明了这一点。在上述讨论基础 上，我们结合t d s c d m a 系统自身特性提出了一种或许可用于t d s c d m a 网络的 c d m a t d m a 方案。我们也确实认为：上述观点仅供参考，还需进一步求证。 1 3 论文的主要安排 本文共分六章。第一章简要介绍了移动通信的发展历程以及论文研究背景；第二章介 绍了三种速率增强型演进系统的技术特点，并分析了它们实际的数据传输能力；第三章对 t d s c d m a 系统的性能进行分析，重点讨论的是无线链路预算、小区覆盖半径以及上下 行小区的容量，并对其能否实现3 g 标准所要求的数据速率进行了分析；第四章深入研究 了智能天线基带幅度加权( b a w ) 下行波束形成方法，首次导出b a w 方法的相关数学表达 式及实现原理图。在借鉴c d m a 2 0 0 0i xe v - d o 下行高速数据传输方案的基础上，给出利 用t d m a 实现t d s c d m a 下行高速数据传输的一种讨论方案，仅供参考。第五章介绍 了智能天线( s a ) 来波方向( d o a ) 检测技术和s a 接收机实现方案。第六章是对本文的总结。 1 4 主要工作和成果 首先研究了e d g e 、w c d m a 和t d s c d m a 的h s d p a 、e d m a 2 0 0 0i xe v - d o 等多 种高速数据传输性能，对这几个技术所能实际提供的无线数据接入速率进行了定量分析， 重点讨论了t d s c d m a 系统的无线链路预算、小区覆盖半径以及上下行小区的容量。接 着对s a 基带幅度加权( b a n ) 下行波束形成方法进行了深入研究，首次导出b a w 方法的 相关数学表达式及实现原理图，并利用该方法分析了同载波、多方向定向发信时的s a 性 能。同时，提出了利用t d m a 实现t d s c d m a 高速数据传输的一种讨论方案，此时s a 在某一时刻只需发送一个定向波束，可以去除同载波多方向的发信需求，可以较好地实现 s a 的应有功能，还可避免c d m a 自干扰的影响，或许可以提供较好的高速数据传输性 能。最后对s a 来波方向检测技术和s a 接收机实现方案进行了讨论。 3 南京邮电火学硕士研究生学位论文第二章三种速率增强型演进系统的比较 2 1 引言 第二章三种速率增强型演进系统的比较 随着不断推陈出新的移动新业务对宽带需求的持续增长，频谱利用率较高的高速无线 数据技术愈来愈成为移动领域关注的焦点。现有的g s m 网络取得了巨大的商业成功，对 于这样一个成熟的2 g 系统来说，如何由现有的系统升级并提供3 g 数据业务是广大g s m 网络运营商面对的首要问题。一种方案是直接升级到3 g 的t d s c d m a 网络，那么现有 的2 g 网络的命运就像过去的模拟蜂窝网络一样，会面临全面淘汰，现有的用户必须转入 新的网络；另一种方案是通过现有系统一步一步地演进到t d s c d m a 网络，那么就可以 发挥现有g s m 网络的优势，利用已有的覆盖和网络优势在现有的频段上提供3 g 的数据 业务，实现g s m 网络的第二次飞跃，但需要对现有的g s m 网络进行追加投资。 t d s c d m a 演进的第一步就是提高下行速率，也就是演进到h s d p a ( h i g hs p e e d d o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ) ，和g s m 相比，h s d p a 大大提高了系统的容量，可以为用户提 供更多更丰富的业务。在t d s c d m a r 5 协议中，提出了一种新的传输信道h s d s c h ， 利用该信道来传输高速数据。在t d s c d m a 中加入h s d p a 的效果类似于在g s m 中增 加e d g e 方式。图2 1 给出了g s m - - t d s c d m a h s d p a 的系统演进图。 图2 - 1g s m 系统演进图 g s m 和t d s c d m a 的体系结构强调的是全系统的统一发展，而以i s 9 5 技术为代表 的c d m a 移动通信系统是分模块的，各模块按照自己的技术发展道路向前演进，e d m a 2 0 0 0 的主要技术改进都集中在基站与移动台间的点对点无线链路上。图2 2 给出了i s 9 5 和 e d m a 2 0 0 0 系统发展演进和性能提高的过程阴。在后文中主要介绍l xe v - d o 技术。 4 演进系统的比较 r 9 9 协议规定e d g e ( 增强型g s m 演进数据率) 作为g p r s 的增强型演进技术，在3 g 频谱资源匮乏的地区或经济发展相对较慢的地区，可以作为第二代移动网络向第三代移动 网络的过渡方案，与u m t s 共用核心网，将原有b s s ( 基站子系统) 演变成 g e r a n ( g s m e d g e 无线接入网) ，与u t r a n ( u m t s 陆地无线接入网) 并存，提供类“3 g 的高速数据业务，在未来可能的二、三代网络设施并存的时期内为终端用户提供实用、连 续的高速数据移动业务。因此，e d g e 也被称为“2 7 5 g 技术。 e d g e 是g p r s 技术的演进，可以沿用了现有g p r s 网络的频带和时隙，与g p r s 系统相比，e d g e 增加了8 p s k 这种新的调制方式以提高系统的频谱利用率和传输速率【8 】。 表2 1 给出了g p r s 系统和e d g e 系统的主要技术参数的比较。 表2 - 1g p r s 和e d g e 技术参数比较 g p r se d g e 调制方式g m s kg m s k 8 p s k 符号速率 ( k s y m b o l s ) 2 7 02 7 0 调制比特速率( k b i t s ) 2 7 08 l o 无线数据速率时隙 ( k b i t s ) 2 2 86 9 2 最大用户数据速率时隙( k b i t s ) 2 05 9 2 最大用户数据速率( 8 时隙) ( k b i t s ) 1 6 0 4 7 3 6 2 2 1 技术特点 e d g e 的一个主要目标就是提供比g p r s 更高的传输速率、更高的频谱利用率。为了 实现这一目标，在e d g e 中采用了三种关键技术，下面扼要介绍就这三种关键技术进行 一下说明【8 【9 1 0 】【l l 】f 1 孙。 5 塑室些堂盔兰堡婴窒生兰竺丝奎笙三皇三登望至望堡型塑鲎墨竺箜些篁 1 调制方式 在g s m 和g p r s 网络中，使用的是g m s k 调制方式。在e d g e 中，为了提高数据 传输速率，引入了8 p s k 调制方式，继续保留g m s k 调制方式作为e d g e 调制方式的一 个选项。由于可以使用了8 p s k 调制方式，传输速率提高到g s m g p r s 系统采用g m s k 调制方式的三倍，其符号速率自然保持在2 7 0 k s y m b o l s ，每个时隙可以达到最大5 9 2 k b i t s 的有效载荷速率。 2 自适应调制编码( a m c ) 在e d g e 中，共支持9 种调制编码方案和速率，如表2 2 所示。9 种m c s ( m o d u l a t i o n a n dc o d i n gs c h e m e ) 方式根据相互之间的相关特性被分为3 族。同族的编码方式有相同的 承载基本单元：3 7 ( 和3 4 ) 、2 8 、2 2 字节。同族的编码方式，在一个无线块中包含了不同 数量的承载基本单元，对于族a 和b ，1 、2 或4 个承载单元被传输；族c ，仅仅1 或2 个承载单元被传输。各族内几种调制编码方案的结构之间具有相互包含或被包含的关系， 更易于实现编码速率的转换。在g p r s 中数据重传只能采用原来的编码方式，在无线传播 环境恶化时，可能重传永远都是失败的。而e d g e 允许数据在采用较高速率的编码方式 传输失败时，分解成两个采用较低编码方式的数据重传，因此很好地适应了无线传播环境 突然恶化的情况。例如：一个采用m c s 9 的r l c 数据块，在重传时就可以分为两个采用 m c s 6 的r l c 数据块重传。实际应用中需要平衡有效信息的传递速率和有效的传递质量 两项因素，传送有效信息较少而包含较多的冗余纠错比特的低速信道调制编码方案适用于 传输质量较差的环境，如在小区边界更适宜使用速率偏低的g m s k 调制方式下的 m c s 1 一m c s 4 以补偿较差的链路质量；在传播条件较好的小区中心区域，可以采用信 息速率较高的m c s 。通过周期性地对链路质量进行估计，为下一个要传输的内容选择最 合适的调制和编码方式，以使用户的数据比特率达到最大。e d g e 中采用慢速a m c 技术， 最快为4 个帧进行一次调整，即最短调整时间为4 6 1 5 m s 4 = 1 8 4 6 m s ，大约5 4 次秒。 6 南京邮电人学硕：卜研究生学位论文 第二章三种速率增强型演进系统的比较 表2 - 2e d g e 中的9 种调制编码方案 每时隙最大速率 调制编码方案调制类型编码率族 ( k b i t s ) m c s 18 8g m s k0 5 3 c m c s 21 1 2g m s ko 6 6b m c s 31 4 8g m s k0 8a m c s 41 7 6g m s k1 0c m c s 52 2 48 p s k0 3 7b m c s 62 9 68 p s k0 4 9a m c s 74 4 88 p s ko 7 6b m c s 85 4 58 p s ko 9 2a m c s 95 9 28 p s k1 oa 3 增量冗余i r ( i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y ) e d g e 的增量冗余是指e d g e 在重发信息中加入更多的冗余信息从而提高接收端正 确解调的概率。当接收端检测到故障帧时，g p r s 会删除收到的故障数据块，并要求发送 端再次重发相同的数据块，e d g e 会在接收端存储故障数据块而不是删除，发送端重发一 个使用同组内不同m c s 数据块，接收端综合前次故障数据块中的信息比特、冗余信息、 本次信息比特、冗余信息等多方信息进行综合纠、检错分析后再进行相关解调接收，以“冗 余”的信息量提高接收成功率。 2 2 2 技术分析 在e d g e 中，峰值传输速率4 7 3 6 k b s 是在8 个时隙捆绑，并且假设每个时隙都能 够以最大传输速率5 9 2 k b s 的情况下得到的。而根据参考文献 1 1 】所提供的数据，图2 3 给出，在t u 0 3 典型城区信道状况下，若要达到相应的调制编码组合方式所需要的载干 比( c t ) 。可以看出，对于m c s 9 所提供的5 9 2 k b s 的速率，要求信道的c i 值为2 5 d b 左右，这在真实情况中出现的概率是很小的。因此，在实际情况中以每时隙较高速率传输 的概率是很小的。此外，目前的终端最多只能实现3 个或者4 个时隙捆绑，在基站侧，如 果为大量用户提供8 时隙绑定传输，将会大大降低话音用户的容量，因此8 个时隙同时 捆绑的情况也是很少发生的。综合上述两方面原因，在实际系统中以4 7 3 6 k b s 的速率进 行传输的机会是很小的，出现较多的应是中等速率或者低速率和较少时隙捆绑的情况。为 7 南京邮电火学硕上研究生学位论文第二章三种速率增强型演进系统的比较 了定量分析的方便，假设条件如下： ( 1 ) 小区的频率复用因子是i 3 ( 2 ) 假设时隙捆绑数目( 1 到8 ) 出现的概率相同，即平均捆绑4 5 个时隙。 ( 3 ) 典型的城区信道t u 0 3 。 2 0 ，o o o5 j 5 笛 龇( 曲) 图2 - 3e d g e 系统吞吐量性能 根据上述假设条件，通过上述曲线，获得在各个编码调制组合方式下所需c i 门限 的累积分布函数c d f ( c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o n ) 值，可以得到表2 - 3 的结果。 表2 - 3m c s s 所需最小载干比 c i ( d b ) c ic d f m c s 92 50 8 6 3 5 m c s 82 20 7 9 9 9 m c s 71 60 6 0 5 7 m c s 61 20 4 3 5 1 m c s 570 2 0 0 1 m c s 4 m c s 3 m c s 24o 1 0 6 2 m c s l00 0 3 2 0 注：“表示该m c s 的接入门限高于比它高一级的m c s 的接入门限。 8 建营覃1j叠19，5lo 堕塞些皇查兰堡主型窒竺兰垡笙奎蔓三雯兰壁垄兰望垡型塑垄墨竺塑垡墼 根据表2 3 的结果，我们可以得到在t u 0 3 信道状况下的每时隙的平均数据速率为 3 2 3 k b s ，那么e d g e 的平均数据速率为3 2 3 k b s 4 = 1 2 9 2 k b s 。 同时根据g s m 标准对基站和移动台的最小性能的规定，要求在b l e r 1 0 的情 况下，根据参考文献【7 我们可以得到每时隙的平均数据速率为1 4 9 k b s ，那么e d g e 的 平均数据速率为1 4 9 k b s x 4 = 5 9 6 k b s 。这些结果基本与参考文献 1 0 】中的结果吻合。 从上面对e d g e 的介绍和分析可以看出，它能在一定程度上提高系统的数据传输速 率，但由于采用了时隙捆绑技术，必然要牺牲部分语音容量。另一方面由于实际的传播环 境为多径衰落环境( 在有些情况下传播环境是很恶劣的) ，加之用户终端的业务支持能力的 限制，e d g e 很难达到它的标称速率。e d g e 技术能够满足人们对移动互联网简单业务的 需求( 例如浏览网页，收发邮件等) ，但是处理多媒体通信业务能力有限。要想实现移动多 媒体通信业务，实现全方位的移动互联网只能使用3 g 或b 3 g 网络。但是e d g e 技术作 为2 g 向3 g 迈进的过渡方案，可以作为3 g 业务的先行者，为3 g 业务的推出培育市场， 奠定基础。 2 3h s d p a 系统概述 h s d p a 技术主要是通过修改空中接口来增强系统性能，主要操作