（通信与信息系统专业论文）cdma2000+1x+evdo网络覆盖与容量问题仿真研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 随着3 g 移动通信业务的蓬勃发展，作为3 g 家族的c d m a 2 0 0 0l xe v d o ( 简 称e v d o ) 系统在全球也得到了广泛的应用。在网络规划中，基站的分布与基站 的覆盖范围和基站的容量有着重要的关系。在中国的3 g 即将进入大规模商用阶 段，进行e v - d o 覆盖和容量问题研究具有重要的现实意义。 e v - d o 是专门针对数据业务而采用的一种技术，其前向链路和反向链路都 存在着多种业务速率。本文讨论了覆盖估算的一般流程，分析了影响e v d 0 链 路预算的各种因素。结合传播模型给出了不同无线环境下e v d o 系统的覆盖半 径，并仿真出了前向链路的速率等级分布模型。 e v - d o 反向链路采用码分多址方式，是一个白干扰系统。当同时通话的用 户数达到一定数量，多址干扰达到一定限度，系统将不能正常工作。本文分析 了影响反向容量的因素，在此基础上推导出反向极限容量公式，在m a t l a b 仿真 平台上对各种因素对反向容量的影响进行了仿真分析。 e v - d o 前向链路采用时分多址技术以支持更高的速率。在实际环境中由于 影响前向容量因素很多，实际中达不到前向峰值速率。本文讨论了现有几种调 度算法的原理，分析了影响系统吞吐量和公平性的因素，重点研究了正比公平调 度算法，并在此基础上提出了一种改进的调度算法。通过在m a t l a b 仿真平台上 的仿真研究表明，同正比公平调度算法相比，该调度算法在保持公平性的前提 下可以更好的提高前向链路吞吐量。 关键词：e v - d o ，链路预算，覆盖，容量，调度算法 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t h es y s t e mo fc d m a 2 0 0 0i xe v - d o ( s h o r tf o re v - d o ) ，w h i c hi so n eo ft h e f a m i l i e so ft h et h i r dg 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 ns y s t e m ，h a sb e e nu s e dw i d e l y o v e rt h ew o r l dw i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o b i l eb u s i n e s s i nn e t w o r kp l a n n i n g ，t h e d i s t r i b u t i o no f b a s es t a t i o n sh a si m p o r t a n tr e l a t i o n s h i pw i t hc o v e r a g ea n dc a p a c i t yo f b a s es t a t i o n s w h e n3 gi sa b o u tt oe n t e rt h ec o m m e r c i a ls t a g ei nc h i n a ，i ti sa c t u a l l y s i g n i f i c a n tt or e s e a r c ho nc o v e r a g ea n dc a p a c i t yp r o b l e m so ft h ee v - d os y s t e m e v - d oi sat e c h n i q u ep a r t i c u l a r l yf o rd a t as e r v i c e ，a n db o t hf o r w a r dl i n ka n d r e v e r s el i n kh a v em a n yd a t at r a n s m i s s i o nr a t e s i nt h i st h e s i st h ef l o wo fc o v e r a g e e s t i m a t i o ni sd i s c u s s e da n df a c t o r sw h i c hi n f l u e n c el i n kb u d g e ta r ea n a l y z e d c o m b i n e dw i t hp r o p a g a t i o nm o d e l ，c o v e r a g er a d i u so fb a s es t a t i o ni ne v - d o s y s t e mu n d e rd i f f e r e n tw i r e l e s sc o n d i t i o n si sa n a l y z e d ，ag r a d ed i s t r i b u t i n gm o d e lo f t h ef o r w a r dl i n kr a t ei ss i m u l a t e d e v - d oi sai n t e r f e r e n c es y s t e ma n dt h et e c h n i q u e so fc d m a ( c o d ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ) a r eu s e di nr e v e r s el i n k w h e nm a n yu s e r sc o n n e c ta tt h es a m e t i m e ，s y s t e mc a nn o tw o r k s i n c em u l t i p a t hi n t e r f e r e n c ee x c e e d sal i m i t i nt h i st h e s i s ， f a c t o r sw h i c hi n f l u e n c er e v e r s ec a p a c i t ya r es t u d i e d ，a n dt h ef o r m u l ao fl i m i t e d r e v e r s ec a p a c i t yi sd e r i v e db yt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h e ns i m u l a t i o no nt h ee f f e c to f t h e s ef a c t o r st or e v e r s ec a p a c i t yi sm a d eo nt h ep l a t f o r mo fm a t l a b t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s si su s e di nf o r w a r dl i n ko fe v - d os y s t e mi no r d e r t os u p p o r th i g h e rd a t ar a t e i nr e a le n v i r o n m e n t ，f o r w a r dt h r o u g h p u tc a nn o tr e c e i v e p e a l 【r a t eb e c a u s em a n yf a c t o r sa f f e c tt h r o u g h p u t t h ep r i n c i p l eo ft h ee x i s t i n g s c h e d u l i n ga l g o r i t h mi sd i s c u s s e da n dt h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c et h r o u g h p u ta n d f a i r n e s sa r es t u d i e d b a s e do nt h er e s e a r c ho fp f ( p r o p o r t i o n a lf a i r n e s s ) s c h e d u l e ， a l l i m p r o v e d s c h e d u l ea l g o r i t h mi s i n t r o d u c e d c o m p a r e dw i t hp fs c h e d u l e a l g o r i t h m ，s i m u l a t i o no nm a t l a bp l a t f o r ms h o w st h ei m p r o v e ds c h e d u l ea l g o r i t h m 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 i n c r e a s e sf o r w a r dt h r o u g h p u ta n df a i r n e s si sg u a r a n t e e d f k e y w o r d s ：e v - d o ，l i n kb u d g e t ，c o v e r a g e ，c o v e r a g e ，s c h e d u l i n ga l g o r i t h m 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“4 一) 学位论文作者签名：奴爻歧 指导老师签名： p 争 日期：扎时占确 日期：，8 岁。吆 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： ( 1 ) 讨论了覆盖估算的一般流程，结合e v - d o 链路预算讨论了不同无线环 境下e v - d o 系统的覆盖半径，并对前向链路的速率等级分布模型进行了分析仿 真。 ( 2 ) 分析了影响e v - d o 系统反向容量的因素，推导了反向极限容量公式， 本文在仿真平台上对各种影响因素与反向容量的关系进行了仿真分析，并针对 作为3 g 主要业务的w e b 浏览业务进行了反向容量仿真分析。 ( 3 ) 在研究e v - d o 系统现有几种调度算法原理的基础上，对正比公平调度 算法进行了改进，并通过仿真分析了改进后的调度算法在吞吐量和用户公平性 方面的性能。 论文作者签名： 日期： 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 论文研究背景与研究意义 3 g 技术的标准化工作由3 g p p ( 3 r dg e n e r a ti o np a r t n e rp r o j e c t ) 和3 g p p 2 来推动和实施。3 g p p 主要采用w c d m a 和t d s c d m a 技术构筑新的无线接入网， 核心网与无线接入网作为一个整体向前发展。3 g p p 2 主要采用c d m a 2 0 0 0 技术构 筑新的无线接入网，核心网与无线接入网分别独立向前发展。两种技术体制的 核心网在现有的第二代移动通信网的核心网基础上平滑演进，以提供更加多样 化的业务。目前，在世界范围内应用最为广泛的3 g 网络是c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 网络，其中w c d m a 网络包括w c d m a ( f d d ) 和t d s c d m a ( t d d ) 两种无线技术标准。 由于第三代移动通信对分组数据业务的高速率要求，c d m a 2 0 0 0lx 技术在 向提高分组数据传输能力的方向演进，这些技术称为c d m a 2 0 0 0i xe v ( e v o l u t i o n ) 演进后的版本，一方面是比原有的技术容量更大而且性能更好， 另一方面是和原有技术后向兼容。 为简化书写，本文把c d m a 2 0 0 0l x 简记为1 x ，把c d m a 2 0 0l xe v - d o ( e v o l u t i o n d a t ao n l y ) 简记为e v d o ，把c d m a 2 0 0 0l xe v d v ( e v o l u t i o n d a t aa n dv o i c e ) 简记为e v d v c d m a 2 0 0 0 的技术演进路线如图1 - 1 所示，其中空中接口系列标准包括l x 、 e v - d o 和e v - d v ，核心网与无线接入网独立向前发展。 c d m a o r e i s 9 5 ，a ，b 1 xr t t c d m a 2 0 0 0 r e l e a s e0 1 xr t t 2 0 0 0 年l o 月 1 xe v d o r e l e a s e0 l xr t t c d m a 2 0 0 0 r e l e a s ea b 1 xr t t c d m a 2 0 0 0 r e l e a s ec l xe v d v 2 0 0 4 年4 月 l xe v d o r e l e a s ea 1 xr t t c d m a 2 0 0 0 r e l e a s ed 1 xe v d v 1 9 9 9 年1 0 月 2 0 0 0 年7 月2 0 0 2 年4 月 2 0 0 2 年5 月2 0 0 4 年3 月 图1 - 1c d m a 2 0 0 0 技术演迸路线 1 x 完全后向兼容i s - 9 5 。核心网部分增加了分组域以支持较高速率的分组 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 数据业务；空中接口使用了前向快速功率控制、反向信道相干解调、快速寻呼、 t u r b o 码等关键技术，目的是改善无线传送的质量，提高频谱效率及系统容量。 l x 具有3 g 系统的部分功能，可以从i s - 9 5 进行平滑升级，两者的商用时 间之间的间隔不太长，业界有时也将l x 作为2 5 g 系统看待。e v - d o 是一种专 为高速分组数据传送而优化设计的c d m a 2 0 0 0 空中接口技术，使用独立单载波提。 供分组数据业务，其本身不提供语音业务。e v - d o 已经发展出r e le a s e0 和 r e l e a s ea 等两个版本。其中，r e l e a s e0 版本可以支持非实时、非对称的高速 分组数据业务；r e l e a s ea 版本可以同时支持实时、对称的高速分组数据业务 传送。本文所做的研究主要是针对r e l e a s e0 版本。e v 的第二个阶段是e v - d v ， 数据信道和语音信道合一，在将数据业务数率提高的同时，又进一步提高了语 音业务的容量。e v d v 是1 x 的后续演进，向后兼容l x 。 1 9 9 6 年高通公司开始研发h d r ( h i g hd a t ar a t e ) 技术，2 0 0 0 年形成e v - d o 标准，2 0 0 2 年e v d o 产品进入商用阶段。目前，e v - d o 在韩国、美国等多个国 家获得了成功的商业应用，验证了e v - d o 作为因特网的无线延伸，在提供高速 分组数据业务方面的优良性能，也预示了l xe v - d o 广阔的市场前景。在中国的 3 g 即将进入大规模商用阶段，进行e v d o 覆盖和容量研究具有重要的现实意义。 1 2 国内外研究现状 近年来，随着3 g 移动通信业务的发展，对3 g 移动通信系统覆盖和容量的 研究很多，以下是近年来国内外学者在e v - d o 覆盖和容量方面所做研究的综述。 覆盖分析是进行网络规划的基础。在一个实际网络中，基站的有效覆盖范 围取决于基站的有效发射功率和实际的传播环境。由于基站和移动台的发射功 率以及接收灵敏度都存在很大的差异，从而导致上下行实际允许的路径损耗会 有所不同。无线网络规划和设计都需要通过链路预算进行网络的覆盖规划。文 献 5 给出了e v - d o 前反向链路预算，但对不同无线环境下的覆盖半径未作分 析。文献 6 讨论了e v d o 相比1 x 在前向链路结构和技术上的改进。文献 1 3 在反向链路预算的基础上比较了e v - d o 和1 x 在覆盖方面的差异，对前向链路 的覆盖估算未做分析。文献 1 4 对前向链路不同传输速率条件下所能达到的覆 盖范围进行估算。从检索到的文献来看，在覆盖方面的研究对前向链路预算的 分析较少，因此对e v - d o 的覆盖半径以及前向链路的覆盖能力分析是本文研究 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 的一个重要方面。 进行网络规划设计时，除了进行覆盖分析外，还应该对系统进行有效地容 量估算。e v - d o 反向链路采用码分多址方式，是一个自干扰系统，反向存在极 限容量。文献 2 9 分析了影响l x 前反向链路的主要因素，给出了前反向容量的 公式，对e v - d o 的容量未作分析。文献 3 1 ，3 4 在反向容量的研究中仅给出了 反向容量极限公式，但对反向容量的影响因素未作具体分析。另外，尚未有文 献使用仿真的方法对e v - d o 反向容量的影响因素进行分析。通过仿真的方法去 分析影响反向容量的主要因素是本文研究的重点内容。 在e v - d o 的前向容量方面，文献 3 4 研究了不同的d r c ( d y n a m i cr a t e c o n t r 0 1 ) 长度因子和不同的衰落信道对前向容量的影响，对不同的调度算法对 前向容量的影响未作分析。文献 3 5 针对用户静止的情况下对前向容量进行了 仿真，文献 4 0 针对用户步行和车载状态下的前向容量进行了仿真。文献 3 5 - 3 8 ，4 5 给出了常见的调度算法，包括最大d r c 调度算法、轮询调度算法和 正比公平调度算法。正比公平调度算法使系统吞吐量和用户公平性在一定程度 上得到了有效平衡，但正比公平调度算法不是进似的最优的调度算法。文献 4 1 中阐述了一种利用a t 的平均请求传输速率改善系统吞吐量的算法，但该算法对 维护用户的公平性方面没有改善。文献 4 6 对e v - d o 中的分组调度算法进行了 说明，没有进行仿真分析。搭建仿真平台研究不同调度算法对e v d o 前向吞吐 量及公平性的影响是本文研究的重点内容。 1 3 论文主要研究内容 本论文结合第三代移动通信协议规划( 3 g p p 2 ) ，在国内外现有工作基础上， 重点研究了e v - d o 的覆盖和容量问题，进行了理论分析和计算机仿真实验，有 助于e v - d o 系统的规划设计。本论文的主要研究工作如下： ( 1 ) 本文首先就e v - d o 系统结构及其关键技术作了简要的说明，比较1 x 和 e v - d o 在链路预算方面的差异，并结合e v d o 的特点进行前反向链路预算。在 链路预算的基础上结合传播模型，分析不同无线环境下的有效覆盖范围。由于 前向链路速率的多样性，最后对前向链路的速率等级分布模型进行仿真。 ( 2 ) 传播模型校正是网络规划的基础，校正的准确性直接影响网络规划的质 量。本文给出了几种常见的无线环境中的宏蜂窝传播模型，对规划软件中常用 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 的p l a n e t 模型的校正方法进行总结。 ( 3 ) e v - d 0 系统反向链路采用码分多址方式，是一个自干扰系统，当同时通 话的用户数达到一定数量，多址干扰达到一定限度，系统将不能正常工作。本 文分析影响反向容量的各种因素，并推导出反向极限容量公式。最后在m a t l a b 仿真平台上对各种素与反向容量的关系进行仿真分析。 ( 4 ) 为了支持更高的速率，e v d o 前向链路采用时分多址技术，在实际环境 中由于多种因素的影响，实际达不到前向峰值速率。本文主要分析了不同调度 算法对前向容量和公平性的影响，重点分析了正比公平调度算法，并在此基础 上对调度算法进行了改进。通过分析和仿真研究，同正比公平调度算法相比， 改进后的调度算法在保持公平性的基础上可以更好的提高前向容量。 1 4 论文主要研究方法及结构安排 本文采用理论分析与仿真相结合的方法对e v - d o 覆盖和容量问题进行研 究。全文共分六章，其中第三章到第五章是本文的重点章节，是作者在硕士研 究生阶段所做研究工作的详细介绍。 第1 章介绍了本文的研究背景，c x l m a 2 0 0 0 标准的演进以及国内外的研究情 况，以及本文的研究意义和结构安排。 第2 章主要分析了e v - d o 相比1 x 所采用的关键技术，e v - d o 前反向链路 的物理信道结构以及每个信道的特点和作用。 第3 章主要进行e v - d o 覆盖分析研究。分析了影响链路预算的各种因素， 结合传播模型得出了不同无线环境下的有效覆盖范围，并对前向链路的速率等 级分布模型进行了仿真。最后对p l a n e t 传播模型的校正方法进行了总结。 第4 章主要对e v - d o 反向容量进行了研究分析。分析了影响反向容量各 种因素，推导了反向极限容量公式。最后在m a t l a b 仿真平台上对各种因素对反 向容量的影响进行了仿真分析。 第5 章主要研究调度算法对e v - d o 前向容量影响。分析了最大d r c 调度 算法、轮循调度算法和正比公平调度算法的算法原理，以及对前向容量和用户 公平性的影响。在正比公平调度算法的基础上进行了改进，通过仿真对改进后 的调度算法的性能同正比公平调度算法进行了对比分析。 第6 章对全文进行了总结，并对未来的工作方向进行了展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章e v - d o 系统结构概述 e v - d o 采用业务分离的办法，只承载数据业务【2 ，3 l ，前向峰值速率达到 2 4 5 7 6 k b i t s ，同1 x 相比，具有更大的容量。e v - d o 性能的提高在于采用了许 多关键技术，同时前反向的物理信道结构同1 x 也有很大的不同。 2 1 e v - d o 关键技术 数据业务和语音业务是两种不同类型的业务。他们的主要区别在于对服务 质量( q o s ) 的要求不同。数据业务是非实时性的业务，允许有一定的延迟，而且 数据业务有突发性，不必长时间的占用固定信道。因此，e v - d o 通信系统针对 数据业务采用许多关键技术。 1 占用单独的载频 分组数据业务和话音业务具有不同的特点：语音业务相对连续，对时延及时 延抖动敏感，能容忍一定差错，前反向需求对称，q o s 等级相对单一，追求的 目标是系统的爱尔兰容量最大化；分组数据业务一般有突发的特征，可以容忍 时延及时延抖动，对差错敏感，前反向需求不对称，q o s 等级多，追求的目标 是系统的吞吐量最大化。从技术发展情况来看，如果将语音和数据业务放在同 一个载波上提供服务，由于两者会相互影响，需要复杂的控制机制来协调，难 度太大，而且对核心网的部署也会有所影响。如果将这两种业务分别放在不同 的载波上，对两者采取不同的传输和控制方法，则可以大大简化系统设备的结 构和资源控制软件，使两种业务分别得到好的服务质量i r 7 】。i x 系统和e v - d o 系 统各占一个带宽为1 2 5 m h z 的频段，分别传输语音和数据。协议规定了载波的 多个频段类别，大致为8 0 0 m h z 和1 9 g h z 两种频段内，具体的频点分配是由运 营商根据实际情况决定的【1 0 1 2 l 。 虽然e v - d o 是在另外的载波上传送分组数据业务，不支持语音，但它的射 频特性却是和i s 一9 5 i x 的射频特性一致，其中码片速率相同，链路预算相兼容， 网络设备和终端设备的射频设计也相同。因此在实际部署时可以利用原有的方 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 案，提供较好的后向兼容，尽量保证平滑过渡。 2 前向链路时分复用1 3 j l x 在前向链路上采用码分多址方式，任意时刻基站的功率由导频信道、同 步信道、寻呼信道和大量的业务信道来分配，由于业务信道上的用户数目以及 不同用户之间功率配比不停变化，导致基站始终不能以全功率发送，尤其是当 用户处于衰落信道下，基站为了保证正常通信需要给该用户分配的能量配比变 化非常大，造成基站的发送能量出现更大的波动，这些情况都导致基站发送效 率降低。 利用数据业务的突发性和对时延要求不严格特性，e v - d o 系统在前向链路 上采用时分多址方式。在e v - d o 的前向链路上，把1 s 划分成6 0 0 个时隙，每个 时隙只有一个用户在接受服务，不同用户在不同的时隙接受服务。当用户没有 数据传输的时候，就不必给用户分配时隙。e v - d o 的这种发送方式消除了其它 用户对基站发送功率的分享，可以保证基站发送效率最高 3 前反向链路不平衡性 1 x 的业务主要是语音业务，前反向链路的容量基本一致，因此前反向链路 的速率一致，都是用9 6 - 1 5 3 6 k b i t s 。而e v - d o 只传送数据业务，而且数据 业务前向链路发送的数据一般情况下远远大于反向链路发送的数据，所以 e v d o 为适应数据业务的要求将系统设计成前向速率等级大于反向链路等级。 1 xe v d 0 系统的前向链路采用从3 8 4 k b p s 到2 4 5 7 6 k b p s 的9 种速率：反向链 路使用从9 6 k b p s 到1 5 3 6 k b p s 的5 种速率。 4 速率控制技术 在前向链路上，由于每个时隙中只有一个用户在接受服务，此时，接入网 络使用其全部功率在给这个用户发送信息，所以，e v - d o 系统中不再需要功率控 制，取而代之的是速率控制。用户在不同无线环境下能够得到的数据服务速率 是不同的，速率控制就是根据不同的不同无线环境调整数据发送速率，以保证 用户能够以最大速率正确接收信息。 5 优化调度技术 为了提高系统性能，系统应该优先向无线环境比较好的用户提供服务，这 样，处于较差无线环境的用户可能长时间得不到服务。因此，e v - d o 系统引入了 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 “调度”的概念，在保证系统综合性能最大的同时，所有用户都能够获得适当 的服务。 6 前向虚拟软切换 1 x 系统在软切换状态下，移动台同时与两个或两个以上的基站联系，提高 切换是通话的可靠性，但占用了更多的系统资源m 。e v d o 系统仅支持数据 业务，数据业务一般业务速率高，若同时保持两条以上的通信链路，对系统资 源占用大。为了减少对接入网络资源的占用，e v - d o 前向采用了虚拟软切换技 术，即在e v - d o 系统中，a t ( a c c e s st e r m i n a l ) 快速选择信号质量最好的 a n ( a c c e s sn e t w o r k ) 下的扇区，信息通过这个质量最好的扇区发送给a t 。 7 自适应编码调制技术 a n 根据a t 反馈的数据速率情况，自适应的采用不同的编码和调制方式 ( q p s k ，8 p s k ，1 6 q a m ) 。当数据速率不同时，系统采用不同长度的物理层分组数 据包来传输，当数据包的长度增加时，调制方式阶数也相应升高，这样可以充 分提高频谱利用率。 8 多时隙传输【4 j e v - d o 定义了前向业务控制信道的多时隙传输模式。多时隙传输采用“4 时隙一交织模式，即在一个分组数据包分配的时隙相互之间有3 个时隙的间隔， 这3 个时隙用于传输其他物理层的分组数据。“4 时隙一交织允许a t 有时间对 接收的数据进行译码和判断，并在a c k ( a c k n o w l e d g e m e n t ) 信道上发回确认信 息，完成前向链路的“提前终止 处理过程。 图2 - 1 是多时隙传输与提前终止的示意图。每个数据包所需要传输的物理 层时隙数取决于a t 所申请的前向速率等级，如a t 申请1 5 3 6k b i t s 速率等级 需要传4 个时隙才能完成一个数据包的传送，而系统在传完前三个时隙的任一 个时隙后，都有可能收到a t 的a c k 指令，使得网络侧传输提前终止，开始下一 个数据包的传送。这种情况就好像基站利用了更高等级的速率进行传输一样， 提高了系统的统吞吐量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 t r a n s m i t f o r w a r dt r a 衢c s l o t1 t r a n s m i t s l o t 2 f i r s ts l o tf o rt h e 。 n e x tp h y s i c a ll a y e r 0 p a c k e tt r a n s m i s s i o n t r a n s m i t t r a n s m i t s l o t1 s l o t 3 1 5 ) 6k b i t s d r c r 日f o r 芝口 】工工 皿li 囫ll 园ll 园i 图2 - 1 多时隙传输与提前终止 2 2e v - d 0 信道结构 e v - d o 能够提供比c d m a 2 0 0 0l x 速率更高的数据业务，其物理信道做了很 大的改动，以适应高速分组数据业务。 2 2 1 前向链路物理信道 e v d o 系统的前向链路物理信道包括：导频信道( p il o t ) ，媒体接入控制信 道( m a c ：m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 、业务信道( t r a f f i c ) 和控制信道( c o n t r 0 1 ) ， 这四种信道在前向链路上时分复用。其中m a c 信道又码分为反向激活( r a ， r e v e r s ea c t i v i t y ) 信道、数据数率控制锁定( d r c l o c k ) 信道和反向功率控制 ( r p c ：r e v e r s ep o w e rc o n t r 0 1 ) 信道。前向物理信道分类如图2 - 2 所示。 图2 - 2 前向物理信道结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 t 导频信道 与l x 发射连续导频信号不同，e v - d o 采用突发导频信道，这是为了适应传 输突发分组数据而设计的，导频信道用于a t 进行系统捕获、信道估计和相干解 调。 2 前向n a c 信道 e v - d o 为了区分不同用户，采用m a c 索引来标志前向信道。m a c 信道的三 个子信道中，r p c 信道与d r c l o c k 信道是时分复用，r p c d r c l o c k 与r a 信道则 是码分复用。 r p c 信道用于对反向链路进行功率控制，每一个建立了空中链路的a t 都会 被分配一个p r c 信道。当所有的p r c 指令都要求a t 增加功率时，a t 才增加发 射功率。 d r c l o c k 信道用于指示接入网络a n 是否能够接受a t 发送的d r c 请求，可 以辅助a t 进行前向虚拟软切换，传向a t 的d r c l o c k 比特流通知a t 其发送的 d r c 是否被a n 可靠的接收。 r a 信道传输反向激活比特( r a b ：r e v e r s el i n ka c t i v i t yb i t ) ，用于控制 反向干扰，当反向负荷过载时，r a b 置为l ；反向空闲时r a b 置为0 。a t 通过监 视r a 信道可以动态调整自己的反向发送速率。 3 控制信道 控制信道承载广播信息和接入终端指示信息，其功能相当于1 x 中的寻呼信 道。控制信道只有两种速率：3 8 4 k b i t s 和7 6 8 k b i t s 4 业务信道 控制信道和业务信道时分复用，在时间上交替传输。业务信道由多个用户 时分复用，承载物理层业务。业务信道的速率范围为3 8 4 k b i t s 2 5 4 7 6 k b i t s ， 共9 种速率。 表2 - 1 给出了前向业务信道的调制方式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 表2 - 1 前向业务信道的调制方式 数据速率最大占用时隙数比特数包调制方式 ( k b i t s ) 3 8 41 61 0 2 4 q p s k 7 6 881 0 2 4 q p s k 1 5 3 641 0 2 4q p s k 3 0 7 221 0 2 4 q p s k 6 1 4 4l1 0 2 4q p s k 9 2 1 623 0 7 28 p s k 1 2 2 8 812 0 4 8q p s k 1 8 4 3 2l3 0 7 28 p s k 2 4 5 7 6l4 0 9 61 6 q a i l 2 2 2 反向链路物理信道 e v - d o 系统的反向链路物理信道包括：接入信道( a c c e s s ) 和业务信道 ( t r a f f i c ) 。其中，接入信道由导频信道( p i l o t ) 和数据信道( d a t a ) 组成，业务 信道由导频信道、m a c 信道、响应信道( a c k ) 和数据信道( d a t a ) 组成。而m a c 信 道又分为反向速率指示信道( r r i ：r e v e r s er a t ei n d i c a t o r ) 和数据速率控制 信道( d r c ：d a t er a t ec o n t r 0 1 ) 。这些信道在反向链路上码分复用。反向物理 信道分类如图2 - 3 所示。 图2 - 3 反向物理信道结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 反向信道码分为接入信道和业务信道，均采用上行导频信道，以使a n 可以 对a t 发送的信息进行相干解调。a t 处于空闲状态时通过反向接入信道向a n 发 送消息，在连接状态时通过反向业务信道发送信息。 1 反向接入信道 反向接入信道用于a t 向a n 发起呼叫或响应a n 发出的指令信息，其中导频 信道提供相干解调，数据信道传输接入信息。 2 反向业务信道 反向业务信道用于a t 向a n 发送业务或信令信息，其中导频信道提供相干 解调；r r i 信道用于a t 向a n 报告反向速率，以便网络侧直接获得反向业务速 率值，d r c 信道用于a t 向基站侧传输请求的前向速率信息和最佳服务扇区的信 息；a c k 信道也称为应答信道，用于a t 通知网络侧下行链路的数据是否被a t 成功接收，d a t a 信道用于传输数据。 表2 - 2 给出了反向业务信道的调制方式。 表2 - 2 反向业务信道的调制方式 数据速率占用时隙比特数包调制方式 ( k b i t s ) 数 9 61 62 5 6b p s k 1 9 21 65 1 2b p s k 3 8 41 61 0 2 4b p s k 7 6 81 62 0 绱b p s k 1 5 3 61 6 4 0 9 6b p s k 2 3 本章小结 e v - d o 系统采用独立的载波传输数据业务，在物理层采用了许多适用于数 据业务的新技术。本章主要分析了e v - d o 所采用的关键技术及其特点，并简要叙 述了前反向物理信道结构及每个信道的特点和作用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 第3 章e v d o 覆盖分析 3 1 概述 一个优秀的移动通信网络如果想要得到大量用户的广泛使用并保持良好的 网络性能，其中一个非常重要的前提条件是达到良好的无线网络覆盖1 1 6 l 。 在一个实际网络中，基站的有效覆盖范围取决于基站的有效发射功率和实 际的传播环境。由于基站和移动台的发射功率以及接收灵敏度都存在很大的差 异，从而导致上下行实际允许的路径损耗会有所不同，实际有效的覆盖范围将 取决于两者的最小值。如果上行信号覆盖范围大于下行信号覆盖范围，那么小 区边缘下行信号较弱，容易被其它小区的强信号“淹没 ：如果下行信号覆盖范 围大于上行信号覆盖范围，那么移动台将被迫守候在该强信号下，但上行信号 太弱，通信质量受到影响。理想情况下，两者的覆盖范围应该保持一致。因此， 在链路预算中，需要分别计算上、下行链路所允许的最大传播路径损耗。 无线网络规划和设计需要通过链路预算进行网络的覆盖规划。简单地说链 路预算是对一条通信链路中的各种损耗和增益进行核算，即计算在一个呼叫连 接中、在保持一定呼叫质量下，链路所允许的最大传播损耗1 3 4 1 。结合传播模型 可以确定基站的覆盖范围，进而得到满足网络需求的基站数等。 3 2e v - d 0 覆盖估算 e v - d 0 链路预算要考虑基站的设备配置和天线配置，同时链路预算中还包 含了一些1 x 链路预算中不包含的新参数。 链路预算是在对当前系统模型参数合理取值基础上，分析小区的最大允许 路径损耗，从而得出各种情况下的覆盖半径。系统的链路预算是和小区的负荷 估算结合进行的。首先，根据在不同移动台速度下每种业务的质量要求，获得 相应的上、下行的瓦0 指标值，结合系统热噪声、业务速率计算出各种业务 的参考接收灵敏度。其次，结合发射机的发射功率、无线环境中的各种损耗以 及各种增益进行链路预算。在选定了规划覆盖区域相关地理特性、目标的负载 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 容量、传播模型等相关参数之后，便可以确定规划区域所需的基站数目。覆盖 估算的基本流程如图3 1 所示。 前向链路预算 结合传播模型 确定前向小区 覆盖半径 反向链路预算 结合传播模型 确定反向小区 覆盖半径 确定覆盖小区半径 计算基站覆盖范围 计算规划区域的基 站数目 图3 1 覆盖估算的基本流程 3 2 1 反向链路预算 反向链路预算是对系统中上行信号在传播过程中各种影响因素进行分析， 对系统的覆盖能力进行分析估计，获得保证一定通信质量下链路所允许的最大 路径损耗。反向链路预算计算公式如下： 儿一u l p u e s b s + g a b s 一巧一b s m i + g a s i l o m i 一上p ( 3 1 ) 式中：p l “卜一反向链路最大允许路径损耗：p h e 手机有效发射功率： s 一缸基站接收机灵敏度；g a b s 基站接收天线增益；巧一b s 馈线损耗： 胁干扰余量；g a 一繇旧一软切换增益：坶一阴影衰落余量：助一建筑物 穿透损耗。 1 有效发射功率 有效发射功率是考虑天馈线增益后，在天线主瓣方向上可到达的等效功率。 一般用等效全向辐射功率( e i r p ：e f f e c t i v ei s o t r o p i cr a d i a t e dp o w e r ) 来 表示。e i r p 是在给定方向上相对各向同性发射天线的增益与输送到天线的功率 的乘积。基站有效发射和移动台有效发射功率如式( 3 - 2 ) 和式( 3 - 3 ) 所示。 t r a n s m i t t e re i r p t r a n s m i t t e rp o w e r + t xa n t e n n ag a i n c a b l el o s s ( 3 - 2 ) 其中，馈线损耗( c a b l e l o s s ) 与馈线长度和类型有关。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 t r a n s m i t t e re i r p t r a n s m i t t e rp o w e r + t xa n t e n n ag a i n - b o d yl o s s( 3 - 3 ) 人体损耗( b o d y l o s s ) 是人体对无线电波的阻挡造成的损耗。具体情况与使 用者的习惯有关，对语音业务，人体损耗一般取值2 。3d b ，对于数据业务，终 端一般放在人体的前方，距人体较远，人体损耗一般不计。 规划设计中，a t 最大发射功率值，8 0 0 m h z 频段最大e i r p 取o 3 w ( 2 5 d b m ) ， 1 9 0 0 m h z 频段最大e i r p 取0 2 w ( 2 3 d b m ) 。 2 接收机灵敏度 接收机灵敏度指在确保一定质量要求的情况下，接收机输入端处所需的信号 功率。 3 g p p 2c s 0 0 3 3 规定，a t 接收机的接收灵敏度为接收数据的误包率p e r 不超 过某门限的情况下，a t 天线连接处测得的最小接收功率值【2 3 1 。 3 g p p 2c s 0 0 3 2 规定，a n 接收机的接收灵敏度为反向数据信道的误包率p e r 保持在1 的情况下，r f 天线输入口处测得的最小接收功率值。 接收机灵敏度作为信号功率值，是由信噪比要求和基底噪声决定的。所需的 信噪比e m 乘以信号噪声功率可得到信号功率，考虑扩频增益可得到接收信 号的功率值s 曲，即： s 。；。( 毛f ) 瑚x ( k x t x w ) x n f + ( 形r ) ( 3 4 ) 其中：k r 矽一带宽内接收机底噪声功率：n f 接收机噪声系数； w r 扩频增益；( 毛r ) 。所需的归一化信噪比，即解调门限。 ( 3 - 4 ) 式