（通信与信息系统专业论文）tdscdma静态仿真平台的实现与接纳控制算法研究.pdf

摘要 摘要 t d - s c d m a 是中国自主研发的3 g 标准，该系统由于使用了智能天线、联合检测和上 行同步等先进技术，使其在系统性能、容量和制造成本与其他的3 g 标准相比都具有明显的 优势。然而，作为一种新兴的标准。t d s c d m a 系统由于其独有的智能天线技术，在许多 方面都无法从以往的g s m 、c d m a 系统和目前的w c d m a 系统中借鉴经验。此外，目前 对智能天线和联合检测技术的研究基本是针对物理层技术进行的。因此，对t d s c d m a 进 行系统级仿真，对其覆盖和容量进行研究对今后的大规模商用具有重要意义。 本文针对t d s c d m a 系统的具体特点进行了系统级仿真，研究过程中，采取了计算机 仿真和现场测试相结合的方法，主要进行了如下工作： 本文首先描述了t d s c d m a 系统的采用的关键技术以及m o n t ec a r l o 静态仿真思想； 此后，详细描述路径损耗、智能天线、干扰计算、功率控制和无线资源管理算法在仿真平台 中的建模方法，并介绍了静态仿真平台的仿真流程：通过导入真实环境的高精度电子地图， 将仿真平台得出的理论值和在试验网路测取得的大量实测值进行了对比。验证了仿真结果的 可靠性，并提出了改进的方法。 结合不同阵元智能天线业务波束的区别，本文通过仿真平台对这些天线的容量进行了仿 真，得出了不同天线能支持的用户数，并和理论容量进行了对比；分析了智能天线方向图对 系统性能的影响，并归纳不同阵元智能天线在t d s c d m a 系统中的不同应用场景。在覆盖 能力方面，通过在试验网中进行c s l 2 2 k 拉距对比测试和p - - c c p c h 信道的r s c p 分析，得 出了6 阵元和8 阵元智能天线应用场合的建议。 本文还研究了t d s c d m a 系统中的接纳控制算法及虽优门限。论文通过静态仿真比较 了基于总功率算法的不同接纳门限的服务等级( c o s ) 曲线，得出了该算法的上下行最优门 限值，并在实验网进行实验，验证了该算法可行性；此后，在上行和下行接纳控制中充分考 虑智能天线对系统造成的影响，提出了一种适用于智能天线系统、计算简便的分段预测的接 纳控制算法，并且通过仿真得出了建议的f - j 限。 关键词：t d s c d m a 、功率控制、智能天线、接纳控制、覆盖能力、容量、最优门限、 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t o w i n gt o t h ea d v a n c e dt e c h n i q u e ss u c hs i ss m a r ta n t e n n a ，j o i n td e c e t i o na n du p l i n k s y n c h r o n i z e ，t d - s c d m as y s t e mh a sl a r g e rc a p a b i l i t ya n dl e s sc o s tt h a no t h e r3 gs t a n d a r d s w h e r e a s ，a san e ws t a n d a r d ，t d s c d m ac a nn o ti n h e r i tt h ee x p e r i e n c eo fg s m 、c d m a 、a n d n o w a d a yw c d m a 。b e c a u s eo fi t su n i q u er a d i ot e c h n i q u e s t h e r e f o r e ，i t so fm u c hi m p r o t a n c et o i m p l e m e n tat d - s c d m as i m u l a t i o np l a t f o r ma n dd of u r t h e rr e s e a r c h e so ni t sa r i t h m e i ca n d a p p l i c a t i o n t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e sh o wt os e tu pm a t h e m a t i cm o d u l e so fk e yt e c h n i q u e si nt d - s c d m a s y s t e m i na d d i t i o n ，i ta l s od o e sr e s e a r c h e so nt h ed i f f e r e n tt y p e ss m a r ta n t e n n a s a p p l i c a t i o n b a c k g r o u n da n dt h ea r i t h m e t r i c so f c o n n e c t i o na d m i s s i o nc o n t r 0 1 f i n a l l y , i tc a l c u l a t e st h e i rb e s t t h r e s h o l d s i nt h eb e g i n n i n g ，a r t i c l ed e s c r i b e sh o wt os e tu pt h es m t i cs i m u l a t i o np l a t f o r mb a s e do n t d s c d m a s y s t e m i ti n t r o d u c e st h et h i n k i n go fs t a t i cs i m u l a t i o na n dg i v e sd e t a i li n t r o d u c t i o no f t h ei m p l e m e n t a t i o n so fm a t h e m a t i cm o d u l e so fp a t h l o s sc a l c u l a t i o n ，i n t e r n a la n de x t e r n a l i n f e r e n c e ，s m a r ta n t e n n a a n dr a d i or e s o u r c em a n g e m e n t t h e n ，i tc o n t r a s t st h er e s u l t s c a l c u l a t e db ys i m u l a t i o np l a t f o r mw i t ht h o s eo fd r i v et e s ti ne x p e r i m e n t a lr a d i on e t w o r k ，v a l i d a t e s t h ep r e c i s i o no ft h ep l a t f o r m a f t e rt h es i m u l a t i n gp l a t f o r mb e i n gs e tu p ，a r t i c l ea n a l y z e st h ed i f f e r e n ta p p l i c a t i o nb a c k g r o u n d s o fd i f f e r e n tt y p e so fs m a r ta n t e n n a s i nt h i sp a r t ，i tc o m p a r e st h o s es m a r ta n t e n n a s c a p a b i l i t yf r o mt h ec o v e r a g ea n dc a p a b i l i t ya n g l e s i td r a w sac o n c l u s i o nw i t ht h ed a t ac o l l e c t e di n e x p e r i m e n t a lr a d i on e t w o r k a tt h ee n d ，t h ea r t i c l ed o e sf u r t h e rr e s e a r c h e so nt h ec o n n e c t i o na d m i s s i o nc o n t r o lm e c h a n i s m s a n dt h e i rb e s tt h r e s h o l dv a l u e s i na d v a n c e ，i ti n t r o d u c e st h et h ew i d e s tu s e dm e c h a n i s m ：t h e m e c h a n i s mb a s e do nt o t a lp o w e r , c a l c u l a t e si t sb e s tt h r e s h o l dv a l u et h r o u g hs i m u l a t i n g ，t h e n ， v a l i d a t e st h e r e s u l tb yt e s t i n gi to nt h es p o t a d d i t i o n a l l y , t h ea r t i c l et a k e st h et e c h n i q u eo f s m a r ta n t e n n ai n t oa c c o u n t ，p u tf o r w a r dan e wm e c h a n i s mt h a tn a m e dg r a d i n gf o r e c a s t i n g m e c h a n i s n l i ti sm o r ea c c u r a t et h a nt h a th a s e do nt o t a lp o w e r k e yw o r d s ：t d s c d m a 、p o w e rc o n t r o l 、s m a r ta n t e n n a 、c o n n e c t i o na d m i s s i o n c o n t r o l 、 c o v e r a g ec a p a b i l i t y 、c a p a b i l i t y 、b e s tt h r e s h o l dv a l u e 、g o s 插图目录 图1 1 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 , 6 图2 7 图2 8 图2 9 图3 1 图3 2 图3 。3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 插图目录 t d s c d m a 发展历程3 上行同步示意图7 普通天线示意图8 智能天线示意图8 联合检测原理图9 智能天线和联合检测技术结合流程示意9 t d - s c d m a 系统的时隙结构1 0 接力切换示意图一切换前1 7 接力切换示意图一切换中1 7 接力切换示意图一切换后。1 7 静态仿真流程2 1 o s v f 码树图。2 3 扩频系统抗干扰示意图2 4 链路处理流程2 5 阵列天线示意图2 5 广播波束示意图2 6 下倾角0 。时垂直增益2 7 下倾角74 时垂直增益2 8 菲涅尔区示意图3 0 图3 1 0 菲涅尔半径3 0 图3 1 l 菲涅尔半径中的障碍阻挡3 0 图3 1 2 上行干扰示意图3 4 图3 1 3 下行干扰示意图3 5 图3 1 4 三频点小区载波示意图3 7 图3 ，1 5 接入过程示意图3 8 图4 1s p m 模型计算过程图“ 图4 2 图4 3 图4 图4 5 图4 6 图4 7 实验环境电子地图，4 5 小区一的预测值和路测值对比4 6 小区二的预测值和路测值对比4 6 小区三的预测值和路测值对比4 6 小区四的预测值和路测值对比。4 7 小区五的预测值和路测值对比4 7 v i i 东南大学硕士学位论文 图4 ，8 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 。l l 图5 1 3 图5 1 4 图5 ，1 5 图5 1 6 图5 ，1 7 图5 1 8 图5 1 9 图5 2 0 图5 2 1 图5 ，2 2 图5 2 3 图5 2 4 图5 2 5 图5 2 6 图5 ” 图5 2 8 图5 2 9 图5 3 0 图5 3 l 图6 1 图6 2 图6 ，3 图6 4 总体的预测值和实测值的比较图4 8 容量仿真环境。5 4 3 扇区划分示意图。5 4 摩比四阵元天线增益图5 6 海天四阵元天线增益图5 6 摩比五阵元天线增益图5 7 摩比六阵元天线增益图5 7 摩比七阵元天线增益图5 8 摩比八阵元天线增益图5 8 海天八阵元天线增益图5 9 定向天线增益图5 9 目标c i = - 5 5 d b 码道受限的前提下系统上行容量图6 1 目标c i = 5 5 d b 码道受限的前提下系统下行容量6 l 目标c i = - 5 5 d b 码道不受限的前提下系统上行容量图6 2 目标c i = 5 5 d b 码道不受限的前提下系统下行容量图6 2 目标c ，i = 4 0 d b 码道受限的前提下系统上行容每图6 3 目标c i = - 4 0 d b 码道受限的前提下系统下行容量图一“ 目标c i = - 4 o d b 码道不受限的前提下系统上行容量图“ 目标c i = - 4 o d b 码道不受限的前提下系统下行容量图6 5 8 阵元水平方向图6 7 6 阵元水平方向绺6 8 6 & 8 阵元业务波束对比图6 8 测试环境6 9 c s l 2 2 k _ 8 阵元掉话点_ l 7 0 c s t 2 2 k _ 8 阵元掉话点j 7 1 c s l 2 2 k _ 8 阵元掉话点一2 。7 1 c s l 2 2 k _ 6 阵元掉话点- 2 。7 1 6 & 8 阵元智能天线p - c c p c h _ - 9 0 d b m 覆盖对比圈1 7 2 6 & 8 阵元智能天线p - c c p c h _ - 9 0 d b m 覆盖对比图2 7 2 6 & 8 阵元智能天线p - c c p c h _ - 8 5 d b m 覆盖对比图1 7 3 6 & 8 阵元智能天线p - c c p c h _ - 8 5 d b m 覆盖对比图2 7 3 有接纳控制的接入过程7 6 基于总功率时上行阻塞率曲线一7 9 基于总功率时上行掉话率曲线7 9 基于总功率时上行g o s 曲线，8 0 v i i i 插图目录 图6 5 图6 6 图6 7 图6 8 图6 9 图6 1 0 图6 “ 图6 1 2 图6 1 3 图6 1 4 基于总功率时下行阻塞率8 l 基于总功率时下行掉话率8 l 基于总功率时下行c o s 曲线一8 2 基于总功率时的c o s 曲线8 2 没有接纳算法时系统发生的掉话8 3 采用接纳控制算法时的接入失败8 4 对新用户接入系统后负载增加量的估计8 7 分段预测时的上行门限9 2 分段预测时的下行门限。9 2 分段预测时的g o s 9 3 i x 表格目录 表格目录 表3 1 8 阵元智能天线的广播波束权值。 表3 - 2c o g t 2 3 1 - h a t a 模型的参数及意义。 表3 - 3 链路预算中阴影衰落取值 表3 4 链路预算中建筑物穿透损耗。 表4 1 试验环境地物损耗值。 2 7 3 3 4 5 表5 - 1 多蜂窝下一个t d s c d m a 时隙的理论极限容量( e b n 0 = 8 d b ) 5 3 表5 - 2 多蜂窝下一个t d - s c d m a 时隙的理论极限容量( e b n 0 = l d b ) 5 3 表5 3 容量仿真参数 表5 - 4 海天天线主瓣宽度 表5 5 摩比天线主瓣宽度 6 0 表5 - 6 目标c i = - 5 5 d b 码道受限前提下每扇区每时隙的1 2 2 k b p s 语音用户容量6 1 表5 - 7 目标c i = - 5 s d b 码道不受限前提下每扇区每时隙的1 2 2 k b p s 语音用户容量6 2 表5 - 8 目标c l = - 4 0 d b 码道受限前提下每扇区每时隙的1 2 2 k b p s 语音用户容量6 4 表5 9 目标c i = - 4 0 d b 码道不受限前提下每扇区每时隙的1 2 2 k b p s 语音用户容量6 5 表5 1 0 码道受限前提下每扇区每时隙的1 2 2 k b p s 语音用户容量。6 6 表5 1 1 码道不受限前提下每扇区每时隙的1 2 2 k b p s 语音用户容量6 6 表5 1 2c s l 2 2 k 掉话点统计 表6 - 1 仿真参数 x l 术语定义 术语定义 英文缩写英文全称中文全称 t d s c d m at i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o n 时分同步的码分多址 m u l t i p l e a c c e s s c d m ac 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 d c a d y l m l j cc h a n n e la l l o c a t i o n 动态信道分配 i s c pi n t e r f e r c es i g n a lc o d ep o w e r 干扰信号码功率 p cp o w e rc o n t r o l 功率控制 q o sq m l i t yo f s e r v i c e服务质量 r a b 鲁r a c l i oa c c c s sb e a r e r 无线接入承载 a m r a d a p t i v em u t i r a t e 自适应多速率编码 r n c r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r 无线网络控制器 r r cr a c l i or e s o u r c ec o n t r o l 无线资源控制 r r mr a d i or e s o u t c em a n a g e m e n t 无线资源管理 r s c pr e c e i v e ds i g n a lc o d ep o w e r 接收信号码功率 s i r s i g n a l i n t e r f e r e n c er a t i o信干比 u eu s e re q u i p m e n t 用户设备 p c c p c h p r i m a r yc o m m o nc o n t r o lc h a n e l主公用控制信道 u m t su 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 s全球移动通信系统 s y s t e m 东南大学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。 研究生签名：童堡叁窒日期：研究生签名：旦笪坠查日期：出6 日 东南大学学位论文使用授权声明 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。 研究生签名：董壁! 塞导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 随着人类社会的发展和进步，信息的获取、传输和消费已经成为人类社会生活中举足轻 重的角色。移动通信作为一种快速、便捷、可靠的通信方式，能解决人们在活动中与固定终 端或其他移动终端进行通信联系的要求，提高了工作效率。因此在过去的二十年里，无线通 信技术获得了迅猛的发展和广泛的应用，极大地推动了社会经济的发展。改变了人们的生活 方式。随着无线通信技术的飞速发展，人们对无线网络性能和稳定性的要求也越来越高。 1 1 移动通信的发展 移动通信是指移动体之间或者移动体和固定体之间的通信。例如运动中的人、汽车、轮 船、飞机等移动体之间的通信，分别构成海上移动通信系统、陆地移动通信系统、和空中移 动通信系统。移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信和卫星移动通信等。 移动通信按照其发展可以分为第一代移动通信、第二代移动通信，以及目前正在推广的第三 代移动通信。 1 9 7 1 年底，蜂窝移动通信系统首次在美国提出，并于1 9 8 3 年开始商业服务。第一代移 动通信使用的手机只能实现简单的通话功能，由于体积庞大、价格昂贵、通话质量差、容易 受干扰、保密性差以及频谱利坩率低等诸多缺点，已经不能满足人们对移动通信的需求。2 0 0 1 年1 2 月，模拟手机在我国完全被淘汰了8 l 。由于第一代移动通信没有发展出一个全球共同 的标准，使得一个用户不能在不同的国家漫游，这一明显缺点是促使第二代移动通信系统发 展的主要原因之一。 进入2 g 时代，随着集成电路集成度的提高，手机的体积变得越来越小，重量越来越轻， 功耗也大大降低，话音质量不断提高，同时保密性也大大加强。此时的手机不但可完成简单 的通话功能，还可收发短信息、实现低速数据业务及上网等业务。2 g 拥有的仍然是区域性 的移动标准，不能完全实现全球各国问的手机漫游。最为人知的2 g 移动标准有欧洲提出的 g s m 以及美国提出的i s 一9 5 。在欧洲，g s m 于1 9 9 2 年首先在芬兰投入商用，中国于1 9 9 4 年底正式全面商用。尽管第二代移动通信系统的频谱利用率远远大于模拟移动通信系统，但 仍难以满足人们对业务带宽的需求，并且2 ( 3 移动通信的业务传输速率仅为9 6 k b w s ，该速 率远不能支持高速率的数据业务。为了进一步提高传输速率，顺利向3 g 过渡，出现了所谓 的2 5 g ：g p r s ( g s m 的升级系统) 和c d m a 2 0 0 0l x ( c d m a 的升级系统) 。g p r s 和 c d m a 2 0 0 0i x 的传输速率都有了很人的提高。分别为1 1 5 k b p s 和1 6 0 1 c o p s ，并能实现彩色 图片的传输等业务。2 5 g 的出现基本解决了传输速率的问题，但频谱利用率低的问题仍没 有得到很好的解决，通信容量不能满足市场需求。随着用户数量的上升，网络阻塞率和通话 中断率开始增加。在此背景一f 开始了3 g 的研究和开发。 l 东南大学硕士学位论文 3 g 仍然为数字移动通信，其传输速率由目前的1 0 0 k b p s 提高到2 m b p s 频谱利用率将 增大到2 g 的3 5 倍，并可实现所有的多媒体通信业务。3 g 最开始由i t u 发起研究并统称 为i m t - 2 0 0 0 ，i m t - 2 0 0 0 是一个通信标准的家族，现主要分为w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 和 1 1 3 s c d m a 三大系列标准。目前主要在两个国际标准化组织3 g p p 和3 g p p 2 中完成标准化 工作，其中3 g p p 主要负责制定基于g s mm a p 核心网的w c d m a 、u t r at d d 和 t d s c d m a ( 在3 g p p 中也称作1 , 2 8 m ) d ) 的标准，3 g p p 2 主要负责基于a n s l - 4 1 核心 网的c d m a 2 0 0 0 标准的制定工作。 当前移动通信发展具有以下几个特点：一是移动通信已进入普及化，由高速增长进入平 稳增长期、由技术驱动转向业务驱动；二是移动通信向高容量、高速率和口化发展；三是 3 g 的第一阶段标准化趋于完善，正在步入商用化”j 。 1 2t d s c d m a 系统简介 t d - s c d m a 第三代移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院( 现大唐移动通信 设备有限公司) 在国家主管部门的支持下，根据多年的研究而提出的具有一定特色的3 g 通 信标准。是中国百年通信史上第一个具有完全自主知识产权的国际通信标准，在我国通信发 展史上具有里程碑的意义并将产生深远影响，是整个中国通信业的重大突破。t d s c d m a 的提出同时得到中国移动、中国电信，中国联通等公司的大力支持和帮助。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，经原邮电部批准，于1 9 9 8 年6 月代表我国 提交到删( 国际电信联盟) 和相关国际标准组织。 t d - s c d m a 系统采用不需配对频率的t d d ( 时分双工) 工作方式，以及 h ) m m m a c d m a 相结合的多址接入方式。同时使用1 2 8 m c p s 的低码片速率，扩频带 宽为1 6 m h z 。t d s c d m a 系统还采用了智能天线、联合检测、同步c d m a 、接力切换及 自适应功率控制等诸多先进技术，与其它3 g 系统相比具有较为明显的优势，主要体现在： ( 1 ) 频谱灵活性和支持蜂窝网的能力 t d s c d m a 采朋t d d 方式，仅需要1 6 m h z ( 单载波) 的最小带宽。因此频率安排灵 活。不需要成对的频率，可以使用任何零碎的频段，能较好地解决当前频率资源紧张的矛盾； 若带宽为5 m h z 则支持3 个载波，在一个地区可组成蜂窝网，支持移动业务。 ( 2 ) 高频谱利用率 t d s c d m a 频谱利用率高。抗干扰能力强。系统容量大。适用于人口密集的大、中城 市传输对称与非对称业务。尤其适合于移动i n t e r n e t 业务( 它将是第三代移动通信的主要业 务) ； ( 3 ) 适用于多种使州环境 2 第一章绪论 t d - c d m a 系统全面满足r r u 的要求，适用于多种环境。 ( 4 ) 设备成本低 设备成本低，系统性能价格比高。具有我国自主的知识产权，在网络规划、系统设计、 工程建设以及为国内运营商提供长期技术支持和技术服务等方面带来方便，可大大节省系统 建设投资和运营成本。 t d s c d m a 标准公开之后，在国际上引起强烈的反响，得到西门子等许多著名公司的 重视和支持。1 9 9 9 年1 1 月在芬兰赫尔辛基召开的国际电信联盟会议上，t d s c d m a 被列 入r r u 建议i t u - rm 1 4 5 7 ，成为1 t u 认可的第三代移动通信主流技术之一。2 0 0 0 年5 月 世界无线电行政大会正式接纳t d s c d m a 为第三代移动通信国际标准。从而使t d s c d m a 与欧洲、日本提出的w c d m a 、美国提出的c d m a 2 0 0 0 并列为三大主流标准之一。这是百年 来中国电信史上的重大突破，标志着我国在移动通信技术方面进入世界先进行列川。图1 1 表示了t d s c d m a 标准的发展历程。 1 9 9 8 - 6 - 3 0 9 9 9 ；v j 2 月t d - s ( d m a 开2 0 0 1 4 书月僻s c d 2 0 0 2 年1 0 h 中国政府 t 0 - 蝴n 0始与哪a1 d d 在3 g p p 融合写入3 g p pr 4 系列规范为啊啪1 5 毗频率 1 9 9 9 年- 1 1 月i 0 - s ( d , i a2 0 0 0 i 两月被 写a i t t 卜rh1 4 5 7w 虻j e i 删 图1 1t d s o d m a 发展历程 虽然1 t u 在第三代移动通信标准的发展过程中起着积极的推动作用，但是i t u 的建议 并不是完整的规范，上述标准的技术细节则主要由两个国际标准组织：3 g p p 和3 g p p 2 再根 据u 建议进一步来完成的。其中以欧洲为主体的3 g p p 主要制定基于g s mm a p 核心 网的第三代移动通信系统标准，其无线接入网标准则基于d s c d m a ( 即w c d m a f d d 模 式) 和c d m a t d d ( u t r a t d d 和t d s c d m a ) ；而以美国为主体的3 g p p 2 制订基于美国 i s _ 4 l 核心网的第三代移动通信标准，其无线接入网标准基于m c - c d m a ( 即c d m a 2 0 0 0 ， h ) d 模式) 。 中国无线通信标准组( c w t s ) 是国际电联承认的标准化组织，也是上述两个国际组织 的成员。t d s c d m a 为国际电联正式接纳后，1 9 9 9 年1 2 月在3 g p pr a n 会议上确定了 t d s c d m a 与u t r a t d d 标准融合的原则，经过一年的工作，2 0 0 1 年3 月1 6 日，在美国 加里福尼亚州举行的3 g p pt s gr a n 第1 1 次全会上，将t d s c d m a 列为3 g 标准之一， 包含在3 g p p 版本4 ( r e l e a s e4 ) 中。这是t d s c d m a 已经成为全球3 g 标准的一个重要里 程碑，表明该标准已经被t h = 界众多的移动通信运营商和生产厂家所接受。这也是t d s c d m a 的完全可商用版本的标准，在这之后，t d s c d m a 标准进入了稳定并进行相应改进和发展 3 东南大学硕士学位论文 阶段。 1 2 13 g p p 标准进展 3 g p p 的标准分为不同的版本( r e l e a s e ) ，各版本之间的时间间隔约为1 年。同一版本 ( r e l e a s e ) 之内又分为不同的小版本( v e r s i o n ) ，每3 个月会出现一个小版本。 在1 9 9 9 年1 2 月，3 g p p 发布了第一个版本即r e l e a s e 9 9 。它的特点是采用基于 g s m g p s m 的核心网络，引入新的w c d m a 和c d m at d d 的无线接入网络( r a n ) ，确 定w c d m a 无线传输技术的接口。无线接入网络的i u b 、i u r 、i u 接口都基于a t m 传输，核 心网络基于演进的移动交换中心( m c s ) 和g p r s 服务阶段( g s n ) 。目前出现的w c d m a 设备大多基于r e l e a s e 9 9 。r e l e a s e 9 9 版本曾经被认为是可以作为商崩的版本，且其后的更新 版本将能与之后向兼容，但是6 月通过的r e l e a s e 9 9 版本与3 月相比又有5 6 6 个c r ( c h a n g e r e q u e s t ，对前面版本的修订) ，其中包括支持g s m a y m t s 切换等重要内容。 r e l e a s e 4 是在2 0 0 1 年3 月首次发布的。在r e | e a s e 4 中，无线通信标注研究组( c 、v t s ) 提交的t d s c d m a 技术被3 g p p 所接受。在核心网电路域中实现了软交换的概念，即传统 m s c 分离为媒体网笑和m s c 服务器两部分。r e l e a s e 4 的主要特征是完成了由我国提交的 t d s c d m a 技术( 也称低码片速率t d d ，l c r ) 被3 g p p 的标准化，这对于t d s c d m a 来讲，无疑又是一个里程碑。在我们信息产业部的直接支持和领导f ，c w t s 从1 9 9 9 年开 始进行研发，终丁二使t d s c d m a 成为3 g p p 的完整的标准。r e l e a s e 4 在核心网部分的主要 改进是在电路域将承载与控制分开，这也是迈向全l p 的第一步。 r e l e a s e 5 版本在2 0 0 2 年3 月首次发布，是全口的第一个版本。其中无线接入网络部分 将定义采用口传输的可选方式，并可实现与a t m 之间的互通；在核心网络，为了控制在分 组域传输的实时和非实时多媒体业务，将定义多媒体子系统( 删s ) ，它将以分组域作为承 载传输，更好地实施多媒体业务的控制；此外，3 g p p 对于第三代增强技术的研究也取得了 成果，提出了h s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e td a t a ) 技术。该技术可提供更高的下行 数据速率，晟高可达到1 0 m b p s 。 1 2 2t d s c d m a 系统特点 t d - s c d m a 移动通信系统由于使用了智能天线、联合检测和上行同步等先进的通信技 术，使其在系统性能、容量和制造成本上都具有明显的优势。而作为具有c d m a 特征的移 动通信系统，可靠和高效的无线资源管理策略和方法则是c d m a 移动通信系统性能和容 量的重要保证。t d s c d m a 系统中的无线资源管理是信息技术和网络技术的综合，传统的 r r m 所具有的功能都是以实际物理资源的分配和调整为基础来展开的”1 。但是，t d s c d m a 4 第一章绪论 系统增加和派生出了新的逻辑资源和虚拟资源，系统资源的内涵得到了扩展，因此，必须研 究利用新的无线资源管理的理论和策略( 软资源管理方法、等效资源管理方法) ，对空时处 理系统中的多种无线资源进行有效的分配与管理，才能真正提高频率资源、码道资源的复用 率和功率资源的利用率，进而达到系统的设计目标。 1 3 论文的背景、主要工作和意义 目前对t d s c d m a 系统的研究都是基于物理层的信息技术进行的，即只是研究智能天 线和联合检测等技术本身的实现和链路级性能，还没有研究它们所涉及到的网络效能，不能 充分合理发挥智能天线和联合检测的效能。因此，针对t d s c d m a 系统特点进行系统级仿 真，并研究其中的算法和应用对我国的通信事业具有重要意义。本文针对t d - s c d m a 系统 特点进行系统级仿真，论文结构如下： 第一章是绪论，这一章描述移动通信的发展历程以及t d s c d m a 标准的进展情况。 第二章是t d - s c d m a 系统的关键技术，这一章描述了t d s c d m a 系统中物理层的关 键技术、帧结构以及t d s c d m a 系统中无线资源管理算法。 第三章中阐述了m o n t e c a r l o 静态仿真的思想，并描述了仿真中的建模方式。由于平台 中建模方式多样，算法种类繁多。本章中依次对路径损耗建模、智能天线建模、干扰建模和 无线资源管理算法的建模及系统指标的计算进行了介绍。为分析t d s c d m a 的系统性能打 下了理论基础。 第四章将从试验网取得的大量路测数据和仿真平台的仿真结果进行对比，对试验网的 p c c p c h 信道强度进行了分析，验证了仿真平台的仿真精度。 第五章通过仿真平台比较了不同阵元智能天线在t d s c d m a 系统中的应用对比了不同 阵元智能天线业务波束上的区别，并且分别从容量角度对不同阵元智能天线进行了仿真；还 结合路测数据比较6 阵元和8 阵元智能天线在t d s c d m a 系统中的覆盖，得出了在实际应 用中的建议。 第六章是接入控制算法分析，主要针对智能天线下t d s c d m a 系统中的接纳控制算法 以及对应的最优门限进行了探讨。首先介绍基于总功率的接纳控制算法，通过静态仿真得出 了最优的门限值，并且把得出的最优门限代入试验网进行了实地验证；接下来，在上行和下 行接纳控制中考虑了智能天线对系统造成的影响，提出了一种适用于智能天线系统的分段预 测的接纳控制算法，并仿真得到了其参数的建议值。 最后进行了全文的总结，概括了本论文所做的 j 作，并对今后的发展进行了展望。 第二章t d s c d m a 系统关键技术 第二章t d s c d m a 系统关键技术 t d - s c d m a 系统的关键技术分为物理层技术和无线资源管理两个方面。 2 1t d - s c d m a 物理层关键技术 t d s c d m a 系统的物理层采用了先进的无线通信技术，大大地提高了系统的容量和性 能。最为关键的技术有：上行同步、智能天线、联合检测。 2 1 1 上行同步 上行同步是指通过同步调整，使得小区内同一时隙内的各个用户发出的上行信号在同一 时刻到达基站，上行同步过程主要用在随机接入过程和切换过程前，用于建立l y e 和基站之 间的初始同步，也可以用于当系统失去上行同步时的再同步。通过上行同步，可以让使用 正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰。这样不仅大大提高了 c d m a 系统容量，提高了频道利用率，降低小区内的干扰，还可以简化硬件，降低成本。 2 1 2 智能天线 田2 1 上行同步示意图 智能天线是由多个天线单元组成的天线阵，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天 线单元同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性，有效的生成多个波束。指向特定的 终端，从而实现定向发射、定向接收，有效降低小区间和小区内的干扰。 7 东南大学硕士学位论文 雷2 2 普通天线示意圉 图2 3 智能天线示意图 智能天线的原理是使一组天线带j 对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的 干涉原理在空间产生强方向性的辐射方向图，使_ l i jd s p 方法使主瓣自适应地指向移动台方 向，就可达到提高天线增益，降低发射功率、扩大覆盖范围等目的。t d - s c d m a 的用户信 号的发送和接收都发生在完全相同的频率上。因此在上行和下行