（通信与信息系统专业论文）wimax与tdscdma系统共存干扰分析.pdf

北京邮电人学硕士学位论文摘要 w i m a x 与t d s c d m a 系统共存干扰分析 摘要 随着第三代移动通信系统发展迅速，频谱资源日趋紧张。在我国， 几家运营商以不同的移动通信体制占用9 0 0 m 及1 8 - 1 9 g 频谱。随 着各种语音、数据业务的不断发展，移动用户数的不断增加，可能还 会划分到2 5 g 附近的备选频段。由于不同运营商网络配置不当、盲 目扩大网络覆盖范围，导致不同系统间产生干扰，同时由于各系统采 用不同的复用方法来提高频谱效率，以增加系统容量，同时带来了同 邻频干扰。另外，系统还存在由于电波传播的多径效应以及其它无 线射频设备造成的干扰等。无线干扰信号会给基站覆盖区域内的移动 通信带来许多问题，如掉话、通话质量差、信道拥塞等。 国际电联i t u r 第1 4 次会议为3 g 的f d d 和t d d 系统划分了 2 5 2 6 9 g h z 频段。2 0 0 7 年1 0 月i t u 批准w i m a x 加入3 g 家族， 从此w i m a x 系统可以更方便的使用2 4 9 5 2 6 9 g h z 频段进行设备研 制和开发。作为中国移动运营商最可能采用的第三代系统方案， t d s c d m a 也可能采用2 5 2 6 9 g h z 频段。这样将导致在部分地理 区域，出现t d s c d m a 和w i m a x 系统邻频共存的情况。由于高频 器件的非线性特性，这些不同系统之间将存在相互干扰，从而可能造 成t d s c d m a 系统容量损失以及w i m a x 系统性能下降。 本研究课题采用理论分析和蒙特卡罗仿真方法，分析在 2 5 2 6 9 g h z 频段t d s c d m a 和w i m a xt d d 系统共存干扰情况。 干扰的主要类型有两系统基站之问、基站和移动台之间以及移动台之 间产生的干扰。输出结果主要是系统问干扰导致的t d s c d m a 上下 行链路容量损失和w i m a x 系统信号干扰噪声比方面性能下降。最后 对仿真结果进行总结，提出干扰解决方法，给出需要进一步研究的问 题。 本研究项目为自立的研究课题。通过此项目的研究可以为 t d s c d m a 与w i m a x 系统频谱划分提供有益的依据，同时也为这 两个系统的共存发展提供技术储备。 关键词：t d s c d m aw i m a x 干扰分析仿真 北京邮电大学硕士学位论文摘要 i n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o na n d a n a i y s i s0 fw i 嗽a n dt d s c d m a a b s t r a c t a st h et h i r d g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e md e v e l o p e d r a p i d l y ，s p e c t r u mr e s o u r c e sa r eb e c o m i n gi n c r e a s i n g l ys t r a i n e d v a r i o u s p o t e n t i a ls o u r c e so fi n t e r f e r e n c ea r ee m e r g i n ga tap h e n o m e n a lr a t e i n c h i n a ，d i f f e r e n tt e l e c o m m u n i c a t i o no p e r a t o r si nd i f f e r e n tm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e mo c c u p y9 0 0m h za n d1 8 , - 1 9 g h zs p e c t r u m w i t ht h ev o i c e d a t ab u s i n e s sd e v e l o p m e n ta n dt h ei n c r e a s i n gn u m b e ro f m o b i l eu s e r s ，t h en e a r b y2 5 g h zb a n dm a yb ea s s i g n e dt oa l t e r n a t i v e b a n d i m p r o p e r d i s t r i b u t i o no fd i f f e r e n tn e t w o r k o p e r a t o r s ，b l i n d e x p a n s i o no fn e t w o r kc o v e r a g el e dt oi n t e r f e ：r e n c eb e t w e e nt h ed i f f e r e n t s y s t e m s m o r e o v e r , t h ev a r i o u ss y s t e m su s i n gd i f f e r e n t m e t h o d st o i m p r o v es p e c t r u me f f i c i e n c ym u l t i p l e x i n gt oi n c r e a s es y s t e mc a p a c i t y b r o u g h tt h es a m eo ra d j a c e n ti n t e r f e r e n c e i na d d i t i o n t h es y s t e ms t i l l e x i s tm u l t i p a t hi n t e r f e r e n c ec a u s e db yr a d i ow a v ep r o p a g a t i o na n dt h e e f f e c t so fb yo t h e r r a d i of r e q u e n c ye q u i p m e n t w i r e l e s si n t e r f e r e n c e s i g n a lw i l lb r i n ga b o u tm a n yi s s u e s ，s u c ha sd i s c o n n e c t i o n ，p o o rc a l l q u a l i t y , a n dc h a n n e l sc o n g e s t i o n t h e1 4 t hm e e t i n go ft h ei t u rf o r3 gf d da n dt d ds y s t e m d i v i d e d2 5 - 2 6 9 g h zb a n d i n2 0 0 7o c t o b e ri t ua d d e dw i m ：a xt o3g f a m i l y ，t h e nw i m a xs y s t e mc a nb em o r ec o n v e n i e n tt ou s e2 4 9 5 2 6 9 g h zb a n di ne q u i p m e n tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t a st h em o s tl i k e l y u s e dt h i r dg e n e r a t i o ns y s t e mb yo p e r a t o r s ，t d s c d m ap o s s i b l eu s e s 2 5 - 2 6 9 g h zb a n d t h i sw i l lr e s u l ti ns o m eg e o g r a p h i ca r e a s t h e r ei m t t d s c d m aa n dw i m ：a xs y s t e mo fc o e x i s t e n c e a st h eh i g h f r e q u e n c y c h a r a c t e r i s t i c so ft h en o n l i n e a rd e v i c e w h i c hw i l le x i s tm u t u a l i n t e r f e r e n c eb e t w e e nt h ed i f f e r e n ts y s t e m s t h e s em a yl e a dt ol o s so f t d s c d m a s y s t e mc a p a c i t y a n dd e c l i n eo fw i m a xs y s t e m p e r f o r m a n c e 3 北京邮电人学硕上学位论文 摘要 t h er e s e a r c ht o p i c sa r et d s c d m aa n dw i m a x ( 8 0 2 1 6 - 2 0 0 4 ) s y s t e m c o e x i s t e n c ei n t e r f e r e n c ei n2 5 - 2 6 9 g h zb a n db ym a i n l y t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dm o n t ec a r l os i m u l a t i o na n a l y s i s t h es y s t e mh a s s o m et y p e so fi n t e r f e r e n c eb e t w e e nb a s es t a t i o n s ，b a s es t a t i o na n dm o b i l e s t a t i o n ，a sw e l la sb e t w e e nt h em o b i l es t a t i o n s y s t e mo u t p u ti sm a i n l y t d s c d m au p l i n k d o w n l i n k c a p a c i t y l o s s e sa n dw i m a xs i g n a l i n t e r f e r e n c en o i s er a t i op e r f o r m a n c ed e c l i n e f i n a l l y ，t h e s i m u l a t i o n r e s u l t sa r es u m m a r i z e db yi n t e r f e r e n c es o l u t i o n ，g i v e nt h en e e df o r f u r t h e rr e s e a r c h t h er e s e a r c hp r o j e c ti sv i a b l er e s e a r c ht o p i c i tn o to n l yp r o v i d e sa u s e f u lb a s i sf o rt d s c d m aa n dw i m a xs y s t e ms p e c t r u ma l l o c a t i o n ， b u ta l s op r o v i d e st e c h n i c a la n a l y s i sr e s e r v e sf o rc o e x i s t e n c eo ft h e s et w o s y s t e m s k e yw o r d s ：t d s c d m aw i m a xi n t e r f e r e n c ea n a l y s i ss i m u l a t i o n 4 北京邮电火学硕上学位论文缩略语 英文缩写 a c i m a x a c l r a c l r a c s a m r a t m b s c d m a d l f d d f s g s m i s d n i t u m a c m c l m c s m i b m s n g n n l o s o f d m p s t n q a m q o s s s t d d u l w m a n 英文全拼 缩略语 m a x i m u ma d j a c e n tc h a n n e li n t e r f e r e n c e a d j a c e n tc h a n n e li n t e r f e r e n c er a t i o a d j a c e n tc h a n n e ll e a k a g er a t i o a d j a c e n tc h a n n e ls e l e c t i v i t y a d a p tm u l t i p l er a t e a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e b a s es t a t i o n c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s d o w n l i n k f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x f i x e ds e r v i c e 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 i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k 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 n su n i o n m e d i u ma c c e s sc o n t r o ll a y e r m i n i m u mc o u p l i n gl o s s m i n i m u mc a r r i e rs e p a r a t i o n m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e m o b i l es t a t i o n n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k n o nl i n eo f s i g h t o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k q 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 q u a l i t yo fs e r v i c e s u b s c r i b e rs t a t i o n t i m ed i v i s i o nd u p l e x u p l i n k w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na c c e s sn e t w o r k 5 1 中文 最大邻道干扰 邻道干扰功率比 邻道泄漏比 邻道选择性灵敏度 自适应多速率 异步转移模式 基站 码分多址 下行链路 频分双工 固定业务 全球移动通信系统 综合业务数字网 国际电信联盟 媒质接入控制层 最小祸合损耗 最小载波间隔 管理信息库 移动台 下一代网络 非视距 正交频分复用 公共交换电话网络； 正交幅度调制 服务质量 用户站 时分双工 上行链路 无线城域网 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：处蔓：同期：丝堕：圣：三 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 基站干扰基站； 基站干扰用户； 用户干扰基站； 用户干扰用户。 在本文中，干扰对于t d s c d m a 系统上下行链路的影响主要用有干扰和无 干扰的相对容量损失表示。干扰对w i m a x 系统的上下行链路的影响，主要用有 干扰和无干扰的系统性能下降来表示，主要用频谱效率衡量。因此仿真过程包含 单系统仿真和双系统共存仿真两部分。 通过对研究结果的分析，可得出当两个系统不同布局场景时的干扰影响，并 。得出需要的保护带宽，进而分析了一些减小干扰的有效措施，并对其进行了相应 的仿真。 在此过程中，作者设计了w i m a x 与t d s c d m a 共存干扰的合理的分析方 案，并分析得出了w i m a x 与t d s c d m a 共存干扰对于两系统的影响，分别以 相对容量损失和频谱效率下降来表示。并且提出了减小干扰的一些方法，并对增 大偏移距离的办法进行了仿真 1 3 论文结构 本文后续章节内容安排如下：第二章是系统的综述部分，首先对w i m a x 系 统和t d s c d m a 系统做了一个简要的介绍，包括技术标准和系统结构，并分析 了两个系统之间的关系。之后介绍了干扰相关概念，包括干扰对通信系统的危害 和如何对抗干扰等等。并对干扰的分析方法做了详细的介绍，包括干扰分析常用 的确定性分析方法和蒙特卡罗仿真方法。第三章中设计了仿真系统，给出了我所 设计的仿真流程，并给出了仿真所用到的技术参数。第四章给出了确定性分析方 法和蒙特卡罗仿真方法两种方法分别得到的结果，并进行对比和分析。文章的最 后给出了结论。 2 北京邮电人学硕十学位论文第二章相关技术综述 2 1w i m a x 技术 第二章相关技术综述 2 1 1w i m a x 技术标准 w i m a x 是基于i e e e8 0 2 1 6 标准。8 0 2 1 6 是i e e e s a 在1 9 9 9 年成立的专门开 发宽带固定无线技术标准，目标就是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。 而w i m a x 组织也是为了实现这一目标而由几家世界知名企业还发起成立的。随 着w i m a x 组织的发展壮大加快了8 0 2 1 6 标准的发展，特别是移动 w i m a x 8 0 2 1 6 e 标准的提出更加引人注意。 i e e e8 0 2 1 6 标准又称为i e e ew i r e l e s sm a n 空中接口标准，是工作于 2 6 6 g h z 无线频带的空中接口规范。由于它所规定的无线系统覆盖范围可高达 5 0 k i n ，因此8 0 2 1 6 系统主要应用于城域网，符合该标准的无线接入系统被视为可 与d s l 竞争的最后一公里宽带接入解决方案。根据使用频带高低的不同，8 0 2 1 6 系统可分为应用于视距和非视距两种，其中使用2 l l g h z 频带的系统应用于非视 距( n l o s ) 范围，而使用l o 6 6 g h z 频带的系统应用于视距( l o s ) 范围。根 据是否支持移动特性，8 0 2 1 6 标准又可分为固定宽带无线接入空中接口标准和移 动宽带无线接入空中接口标准。 i e e e8 0 2 1 6 标准系列到目前为止包括8 0 2 1 6 、8 0 2 1 6 a 、8 0 2 1 6 c 、8 0 2 1 6 d 、 8 0 2 1 6 e 、8 0 2 1 6 f 、8 0 2 1 6 97 个标准，下面就8 0 2 1 6 系列标准的负责的技术领域做 一个简单的介绍，如下表2 1 所示。 表2 1i e e e 8 0 2 1 6 系列标准【4 1 标准号负责的技术领域 8 0 2 1 6 1 0 6 6 g h z i 占i 定宽带无线接入系统空中接口标准 8 0 2 1 6 a 2 1 1 g h z 吲定宽带无线接入系统空中接口标准 8 0 2 1 6 c1 0 6 6 g h z 固定宽带无线接入系统关于兼容性的增补文什 8 0 2 1 6 d2 - 6 6 g h z i 矧定宽带无线接入系统空中接口标准 8 0 2 1 6 e 2 - 6 g n z l 矧定和移动宽带无线接入系统空中接口标准 8 0 2 1 6 f i 刊定宽带无线接入系统空中接口m i b 要求 8 0 2 1 6 9 吲定和移动宽带无线接入系统空中接口管理平面流程和服务要求 3 北京邮电大学硕十学位论文 第二章相关技术综述 8 0 2 1 6 是i e e e 于2 0 0 1 年1 2 月颁布的第1 个工作于1 0 6 6 g h z 频段的固 定宽带无线接入空中接口技术标准，并于2 0 0 4 年进行了修订。由于频率较高，需 要在视距范围内通信，故其应用范围受到很大限制。 为了能够获得更广泛的应用，2 0 0 3 年1 月颁布的i e e e8 0 2 1 6 a 2 0 0 3 标准对之 前颁布的8 0 2 1 6 标准进行了扩展，对使用2 l l g h z 许可和免许可频段的固定宽 带无线接入系统的空中接口物理层和m a c 层进行了规范，该频段具有非视距传 输的特点，覆盖范围最远可达5 0 k m ，通常小区半径为6 1 0 k m 。另外，8 0 2 1 6 a 的 m a c 层提供了o o s 保证机制，可支持语音和视频等实时性业务。这些特点使得 8 0 2 1 6 a 标准与8 0 2 1 6 标准相比更具有市场应用价值，真正成为适合应用于城域网 的无线接入手段。 2 0 0 3 年正式发布的8 0 2 1 6 c 标准是对8 0 2 1 6 标准的增补文件，是8 0 2 1 6 系统的 兼容性标准，它详细规定了1 0 - - 6 6 g h z 频段8 0 2 1 6 系统在实现上的一系列特性和 功能。 i e e e 8 0 2 1 6 d 2 0 0 4 标准是8 0 2 1 6 标准系列的一个修订版本，是相对比较成熟 并且最具有实用性的一个标准版本，在2 0 0 4 年7 月正式发布。8 0 2 1 6 d 对2 - - - 6 6g h z 频段的空中接口物理层和m a c 层进行了详细规定，定义了支持多种业务类型的 固定宽带无线接入系统的m a c 层和相对应的多个物理层。该标准对前几个8 0 2 1 6 标准进行了整合和修订，但仍属于固定宽带无线接入规范。它保持了8 0 2 1 6 、 8 0 2 1 6 a 等标准中的所有模式和主要特性同时未增加新的模式，增加或修改的内 容用来提高系统性能和简化部署，或者用来更正错误、不明确或不完整的描述， 其中包括对部分系统信息的增补和修订。同时，为了能够后向平滑过渡到支持用 户站以车辆速度移动的8 0 2 1 6 e 标准，还增加了部分功能以支持用户的移动性。 i e e e 8 0 2 1 6 e 2 0 0 5 标准是8 0 2 1 6 标准的增强版本，在2 0 0 5 年底正式发布。该 标准规定了可同时支持固定和移动宽带无线接入的系统，工作在2 - - 6 g h z 之间适 宜于移动性的许可频段，可支持用户站以车辆速度移动，同时8 0 2 1 6 a 规定的固 定无线接入用户能力并不因此受到影响。同时该标准也规定了支持基站或扇区间 高层切换的功能。8 0 2 1 6 e 标准面向更长范围的无线点到多点城域网系统，该系 统可提供核心公共网接入。制定8 0 2 1 6 e 标准的目的是希望能够提出一种既能提 供高速数据业务又使用户具有移动性的宽带无线接入解决方案，该技术被业界视 为目前唯一能对3 g 构成竞争的下一代宽带无线技术。8 0 2 1 6 e 标准后向兼容 8 0 2 1 6 d ，物理层实现方式与i e e e8 0 2 1 6 d 基本一致，主要差别是对0 f d 删行 了扩展。为了支持移动性，在m a c 层，8 0 2 1 6 e 还增加了一些消息和消息传输机 制来应对物理层的修改，通过快速自动请求重传和预留来降低时延，增加了针对 上行链路的功率、频率和时隙快速调整功能等。 4 北京邮电人学硕_ 上学位论义第二章相关技术综述 8 0 2 1 6 f 标准定义了8 0 2 1 6 系统m a c 层和物理层的管理信息库以及相关的 管理流程。 8 0 2 1 6 9 标准制定的目的是为了规定标准的8 0 2 1 6 系统管理流程和接口，从 而能够实现8 0 2 1 6 设备的互操作性和对网络资源、移动性和频谱的有效管理。 移动w i m a x 在发展过程中，一直受到频段资源的困扰而导致产业化缓慢。除了 希望能在适合移动性能的3 g h z 频段以下得到频率资源外，w i m a x 论坛还希望能 在全球得到统一的频率资源。所以目前整个业内都致力于实现w i m a x 频段的统 一化，最起码形成几个有限的选择，以避免出现传统无线宽带市场各种频谱、各 样结构充斥的局面，从而影响w i m a x 应用的普及。w i m a x 阵营努力加入3 g 阵 营，就是为了分享i t u 分配给3 g 的频谱资源，实现全球漫游等目标，成为真正意 义上的移动通信技术。 2 0 0 7 年1 0 月1 9 日，国际电信联盟( i t u ) 世界无线电通信全会决定将w i m a x 纳 入i m t 2 0 0 0 标准系列中，使其成为与w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 并列 的3 g 标准。融入到l m t 2 0 0 0 家族后，w i m a x 技术必然能够冲丌束缚，得到很好 的发展空间。可以想象，n u 接收w i m a x 为i m t 2 0 0 0 技术之一后，w i m a x 在全 球分配的频段中运作，将带来相当可观的经济利益，它可以补充其他3 g 技术， 能够进行全球漫游并降低设备成本，对于w i m a x 技术、厂商、服务提供商以及 最终用户都意义深远，这也能使用户对网络部署和服务的选择具有更高的灵活 性。 2 1 2w i m a x 网络结构 蓼 t e 蠢 f e 鍪 了e 象豸 t 三 图2 - 1w i m a x 网络体系结构 w i m a x 网络体系【5 j 如图2 - 1 所示，包括：核心网、用户基站( s s ) 、基站 ( b s ) 、接力站( r s ) 、用户终端设备( t e ) 和网管。 ( 1 ) 核心网络：w i m a x 连接的核心网络通常为传统交换网或因特网。 w i m a x 提供核心网络与基站问的连接接口，但w i m a x 系统并不包括核心网络。 ( 2 ) 基站：基站提供用户基站与核心网络| 、u j 的连接，通常采用扇形定向 天线或全向天线，可提供灵活的子信道部署与配置功能，并根据用户群体状况不 5 北京邮电大学硕士学位论文 第二二章相关技术综述 断升级扩展网络。 ( 3 ) 用户基站：属于基站的一种，提供基站与用户终端设备间的中继连接， 通常采用固定天线，并被安装在屋顶上。基站与用户基站间采用动态适应性信号 调制模式。这种模式使得基站根据信号强弱调整到每个用户基站的带宽，以确保 与用户基站的正常连接。 ( 4 ) 接力站：在点到多点体系结构中，接力站通常用于提高基站的覆盖能力， 也就是说充当一个基站和若干个用户基站( 或用户终端设备) 问信息的中继站。 接力站面向用户侧的下行频率可以与其面向激战的上行频率相同，当然也可以采 用不同的频率。 ( 5 ) 用户终端设备：w i m a x 系统定义用户终端设备与用户基站间的连接接 口，提供用户终端设备的接入。但用户终端设备本身并不属于w i m a x 系统。 ( 6 ) 网管系统：用于监视和控制网内所有的基站和用户基站，提供查询、状 态监控、软件下载、系统参数配置等功能。 2 2t d s c d m a 技术 2 2 1t d s c d m a 标准 2 0 世纪9 0 年代初期，欧洲电信标准协会( e t s i ) 就开始为3 g 标准征求技术 方案，并将3 g 技术称为通用移动通信系统( t j m t s ) 。 t d s c d m a 6 】是i t u 正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一， 它得到了c w t s 及3 g p p 的全面支持。t d s c d m a 集c d m a 、t d m a 、f d m a 技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。 它采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步c d m a 、软件无线电、低码片 速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术。t d s c d m a 为t d d 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，可以方便地实现上下行链路间地 灵活切换。这一模式的突出的优势是，在上下行链路问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。 t d s c d m a 作为中国提出的第三代移动通信标准，自1 9 9 8 年正式向i t u ( n 际电联) 提交以来，历经五年多的时问后，终于完成了标准的专家组评估、i t u 认可并发布、与3 g p p ( 笫三代伙伴项目) 体系的融合、新技术特性的引入等一系 列的国际标准化工作，从而使t d s c d m a 标准成为第一个由中国提出的，以我 国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。这是我国电 北京邮电大学硕上学位论文第二章相关技术综述 信史上重要的里程碑。图2 - 2 表示t d s c d m a 标准的发展过程。 1 9 9 9 年1 2 月 1 9 9 8 1 9 6 户 3 0h t d s c d m a 艄 t d s c d m a 嬲ui t u u t r at d d 在3 g p p 融合 r l 一一r r ；一一! 箩1 , t ： 1 f t 2 ( 1 0 0 年1 刖“ 1 9 9 8 年6 月1 日 1 9 9 9 年11 月 2 0 0 0 年5 月 2 0 0 1 年3 月2 0 0 2 年1 0 月 t d s c d m a 写入中国给t d d 分 3 g p pr 4 系列标准 西9 1 5 5 m h z 频率 、 1 一 1、 2 0 0 1 年1 月1 日2 0 0 2 年1 月1 日 、 t d s c d m a ：写入t d - s c d m a 被w a r c i t u rm 1 4 5 7 正式采纳 图2 - 2t d s c d m a 标准的发展过程 t d s c d m a 有两个发展阶段：t s m ( t d s c d m ao v e rg s m ) 和l c r ( l o w c h i pr a t e ) 。t d s c d m a 本身是一个物理层传输的标准，可以依附于一个现有网 络。t s m 意味着t d s c d m a 是基于g s m 核心网的，而l c r 则意味着 t d s c d m a 是基于w c d m a 核心网的。l c rt d s c d m a 的发展历程跟 w c d m a 等标准一样，面向一个数据业务需求不断增长的通信市场，也在不断 地采纳新的增强技术，提高无线接口的传输能力。t d s c d m a ( l c r ) 结合了 t d d 和c d m a 的技术优势，不需要成对的频率资源，并采用了智能天线、联合 检测、同步c d m a 等先进的关键无线技术，在频谱利用率和对不对称业务的支 持等方面，具有比较突出的优势。由于i t u 并不负责具体标准的制定， t d s c d m a 标准的技术细节，是在另一个国际标准组织3 g p p ( t h e3 r dg e n e r a t i o n p a r l n e r s h i pp r o j e c t ) 完成的。1 9 9 9 年1 2 月3 g p pr a n ( r a d i oa c c e s sn e t w o r k ) 第7 次全会上正式确定了t d s c d m a 和u t r at d d 标准的融合原则。在2 0 0 1 年3 月的3 g p pr a n 第1 1 次全会( 美国加州) 上，t d s c d m a 被正式列入3 g p p 关于第三代移动通信系统的技术规范，包含在3 g p pr 4 版本中，这表明 t d s c d m a 作为一个国际标准，被众多的业界通信制造商和运营商所接受，并 为以后的市场化打开了局面。从此，t d s c d m a 进入了稳定发展和逐步完善的 阶段。在我国的标准化组织中国通信标准协会( c c s a ) 的第五技术委员会 ( t c 5 ) 中，t d s c d m a 的标准化工作也在稳步进行，目前c c s a 已经制定了 t d s c d m a 的一整套行业标准，包括系统体系、空中接口和网元接口的详细技 术规范，为t d s c d m a 的产业发展和商用化奠定了良好的基础。在3 g p p 的体 系框架下，经过融合完善后，由于双工方式的差别，t d s c d m a 的所有技术特 点和优势得以在空中接口的物理层体现。物理层技术的差别是t d s c d m a 与 w c d m a 最主要的差别所在。在核心网方面，t d s c d m a 与w c d m a 采用完 全相同的标准规范，包括核心网与无线接入网之间采用相同的i u 接口；在空中 7 北京邮电人学硕士学位论文第二章相关技术综述 接口高层协议栈上，t d s c d m a 与w c d m a 二者也完全相同。这些共同之处保 证了两个系统之间的无缝漫游、切换、业务支持的一致性、o o s 的保证等，也保 证了t d s c d m a 和w c d m a 在标准技术的后续发展上保持相当的一致性。2 0 0 2 年1 0 月2 3 日，信息产业部公布t d s c d m a 频谱规划，为t d s c d m a 标准划 分了总计1 5 5 m h z ( 1 8 8 0 - 19 2 0 m h z 、2 0 1 0 - 20 2 5 m h z 及补充频段2 3 0 0 - - 2 4 0 0 m h z ) 的非对称频段，如图2 3 所示。2 0 0 6 年1 月2 0 日，信息产业部证式 颁布t d s c d m a 为我国通信行业标准。 ；m t2 n 鹱i、1 s s 3 妻 梦 | | o = r4 i7 | 移、 。| l 萎l 产l 图2 - 3t d s c d m a 频段划分 在3 g 技术和系统蓬勃发展之际，不论是各个设备制造商、运营商，还是各 个研究机构、政府、n u ，都已经开始对3 g 以后的技术发展方向展开研究。在 l t u 认定的几个技术发展方向中，包含了智能天线技术和t d d 时分双工技术， 认为这两种技术都是以后技术发展的趋势，而智能天线和t d d 时分双工这两项 技术，在目前的t d s c d m a 标准体系中已经得到了很好的体现和应用，从这一 点中，也能够看到t d s c d m a 标准的技术有相当的发展前途。另外，在r 4 之 后的3 g p p 版本发布中，t d s c d m a 标准也不同程度地引入了新的技术特性， 用以进一步提高系统的性能，其中主要包括：通过空中接口实现基站之问的同步， 作为基站同步的另一个备用方案，尤其适用于紧急情况下对于通信网可靠性的保 证；终端定位功能，可以通过智能天线，利用信号到达角对终端用户位置定位， 以便更好地提供基于位置的服务；高速下行分组接入，采用混合自动重传、自适 应调制编码，实现高速率下行分组业务支持；多天线输入输出技术( m i m o ) ，采 用基站和终端多天线技术和信号处理，提高无线系统性能；上行增强技术，采用 自适应调制和编码、混合a r q 技术、对专用共享资源的快速分配以及相应的物 理层和高层信令支持的机制，增强上行信道和业务能力。在政府和运营商的全力 支持下，t d s c d m a 产业联盟和产业链已基本建立起来，产品的开发也得到进 8 北京邮电大学硕十学位论文第二章相关技术综述 一步的推动，越来越多的设备制造商纷纷投入到t d s c d m a 产品的开发阵营中 来。随着设备开发、现场试验的大规模开展，t d s c d m a 标准也必将得到进一 步的验证和加强。为了加快t d s c d m a 的产业化进程，早日形成完整的产业链 和多厂家供货环境，2 0 0 2 年1 0 月3 0 日，t d s c d m a 产业联盟在北京成立。 t d s c d m a 产业联盟的成员企业由最初的7 家，发展到目前的3 0 家企业，覆盖 了t d s c d m a 产业链从系统、芯片、终端到测试仪表的各个环节。 2 2 2t d s c d m a 网络结构 t d s c d m a 系统的网络结构 7 1 与标准化组织3 g p p 制订的u m t s 网络结构 是一样的，按照功能可分为两个基本域，用户设备域( u s e re q u i p m e n td o m a i n ) 和基本结构域( i n f r a s t r u c t u r ed o m a i n ) ，如图2 4 所示。 ：哮- 州 ； ；i j 户澄翁城 ； 磅参绪翰城 ； 图2 - 4t d s c d m a 网络结构 用户设备域由具有不同功能的各种类型设备组成，如双模g s m u m t s 用户 终端、智能卡等。其中，前者能够兼容一种或多种现有的接入( 固定或无线) 设 备。用户设备域可进一步分为移动设备( m e ，m o b i l ee q u i p m e n t ) 域和用户业务 识别单元( u s i m ，u m t ss u b s c r i b e ri d e n t i t ym o d u l e ) 域，如图2 4 所示。 移动设备域： 移动设备域主要完成无线传输和应用，其接口和功能与u m t s 的接入层和 核心网结构有关，而与用户无关。 用户业务识别单元( u s i m ) 域： 用户业务识别单元包含清楚而安全地确定身份的数据和过程。这些功能一般 存入智能卡中。它只与特定的用户有关，而与用户所使用的移动设备无关。 基本结构域又可进一步分为u m t s 地面无线接入网( u t r a n ，u m t s t e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k ) 和核心网( c n ，c o r en e t w o r k ) 。接入网域由与 接入技术相关的功能模块组成，直接与用户相连接，而核心网域的功能与接入技 9 北京邮电人学硕十学位论文第一二章相关技术综述 术无关，两者通过开放接口连接。从功能方面出发，核心网又可以分为分组交换 业务域和电路交换业务域。网络和终端可以只具有分组交换功能或电路交换功 能，也可以同时具有两种功能。按照现有3 g p p 的t d s c d m a l c r 标准，其核 心网，甚至业务平台与w c d m a 是相同的。 接入网域由一系列的物理实体来管理接入网资源，并向用户提供接入到核心 网域的机制。u t r a n 是t d s c d m a 网络中的无线接入网部分，如图2 5 所示。 u t r a n 由一组无线网络子系统( r n s ，r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m ) 组成，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 n c 之间通过i u r 接口进行通信，r n c 则通过i u 接口和核心网相连。 图2 - 5u t r a n 结构 u m t s 将支持各种接入方法，以便于用户利用各种固定和移动终端接入 u m t s 核心网和虚拟家用环境( v h e ，v i r t u a lh o m ee n v i r o n m e n t ) 业务。此时， 不同模式的移动终端对应不同的无线接入环境，用户则依靠用户业务识