（通信与信息系统专业论文）tdscdma系统与ltetdd系统共存性能分析.pdf

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： 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间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。 矗 0本人签名：i伞八佥稻： 一 日期沙i x 二0 2 导师签名。7 辜蛋是_ - 日期：羔生止 * f l i v 北京邮电大学硕士学位论文t d - s c d m a 与l t e - t d d 系统问共存性能分析 t d s c d m a 与l t e t d d 系统间共存性能分析 摘要 随着3 g p p 组织对长期演进( l t e ) 系统的标准化进程，l t e 系 统已经成为3 g 向后演进的通用技术。2 0 0 8 年1 1 月，3 g p p 冻结了 l t er e l e a s e8 ，这也就意味着运营商可以部署l t e 及时，实现早期的 规划。在中国t d s c d m a 系统已经在全国商用化的背景下，l t e 系 统极有可能使用3 g 的频段。这就导致了t d s c d m a 系统和l t e 系 统在邻频共存情况下的性能问题。保证两系统能够在共存情况下正常 工作意义重大。本文对更有可能在中国实现的l t e - t d d 系统与 t d 。s c d m a 系统在共存情况下的性能损失做了详细的仿真分析，为 两系统和合理部署提供的参考和建议。 本文使用蒙特卡洛仿真方法，重点研究了在相同上下行时隙配置 下( 消除了基站对基站的干扰以及用户对用户的干扰) ，一系统基站 对另一系统下行用户的干扰，以及系统内用户对另一系统的基站接收 造成的干扰。在共存仿真中，邻信道干扰功率比( a d j a c e n tc h a n n e l i n t e r f e r e n c ep o w e rr a t i o ，a c i r ) 是正确分析相互干扰的重要因素，本 文在3 g p p 和c c s a 提案的基础上，结合t d s c d m a 系统和 l t e t d d 系统的实际情况，提出合适的a c i r 模型，能合理分析两 系统之间的干扰情况。此外，本文还适当仿真了功率控制技术、智能 天线技术、自适应编码调制技术等，这些技术对保证通信质量，提高 系统吞吐量有重要贡献，并且也符合实际情况，更有参考价值。对 t d s c d m a 系统来说，本文关注r 4 版本的语音业务系统容量，对于 l t e t d d 系统来说，本文更关注于系统吞吐量，尤其是边缘小区的 吞吐量。最后，本文详细分析了造成两系统干扰的主要原因，并提出 了相应的对策。这些结果将对未来两系统的部署提供参考依据 关键字 t d s c d m a ，l t e t d d ，蒙特卡洛，共存，a c i r 北京邮电大学硕士学位论文t d - s c d m a 与l t e t d d 系统间共存性能分析 i i ，e，誓静ftt、+ 蠢，。j1jl一孵 北京邮电大学硕士学位论文t d - s c d m a 与l t e t d d 系统间共存性能分析 p e r f o r m a n c ea n a l y s i so fc o e x i s t e n c eb e t w e e nl t e - t d d a n dt d s c d m a a b s t r a c t a st h ep r o g r e s so fs t a n d a r d i z a t i o no f3 g p pl o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) ，i th a sb e c o m et h ec o m m o nt e c h n o l o g yo f3 ge v o l u t i o n o nll t h d e c e m b e r2 0 0 8 ，3 g p pa p p r o v e dt h ef u n c t i o n a l 行e e z eo fl t ea sp a r to f r e l e a s e8 t h e r ei ss i g n i f i c a n tc o m m i t m e n tf r o mo p e r a t o r st od e p l o yt h i s t e c h n o l o g y , a n dt h i sl a n d m a r ka c h i e v e m e n tw i l la l l o wt h e mt or e a l i z e t h e i re a r l yd e p l o y m e n tp l a n s b e c a u s et d s c d m ac o m m e r c i a ln e t w o r k h a sd e p l o y e di nc h i n a ，l 1 7 em a yp r o b a b l yu s et h ef r e q u e n c yb a n do f t d s c d m a i ti so ft h em o s ti m p o r t a n c et oe n s u r et h ec o e x i s t e n c e b e t w e e nl t es y s t e ma n dt d s c d m as y s t e m t h i sp a p e rf o c u s e so n u e - t d d ，w h i c hi sm o s t l yl i k e l yd e p l o y e di nc h i n a , c o e x i s t e n c e sw i t h t d s c d m a ，a n da n a l y s i st h e i rp e r f o r m a n c e1 0 s s ，t h e n g i v es o m e s u g g e s t i o n st h a tm a yg u i d et h ed e p l o y m e n to ft h e s e t w ow i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s b e c a u s eo ft h ef l e x i b l et i m e s l o tc o n f i g u r a t i o no fi t e t d ds y s t e m o n ec o n f i g u r a t i o nc a l lb ef o u n dw h i c hh a st h es i m i l a ru p l i n ka n d d o w n l i n kr a t i o n t h i sw i l le l i m i n a t et h ei n t e r f e r e n c eo fb s t o b sa n d u e t 0 u e s ot h i sp a p e l m a i n l ya n a l y s i st h eb s - t o u ei n t e r f e r e n c e b e t w e e nt h e s et w os y s t e m s a d j a c e n tc h a n n e li n t e r f e r e n c ep o w e rr a t i o ( a c i r ) m o d e la n di n t e r f e r e n c em o d e l ，w h i c ha r et h ef o c u s e so f t h i sp a p e r , a r em o d i f i e dt oa c c o m m o d a t et ot h ec o e x i s t e n c eo ft d s c d m aa n d l t e t d ds y s t e m s w h a t sm o r e ，t h ep o w e rc e n t r e lt e c h n o l o g y , s m a r t a n t e n n aa n da d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ( a m c ) a r ea l s oa d o p t e di n t h i sp a p e r , s ot h er e s u l t sa n dt h es u g g e s t i o n sw o u l db em o r ep r a c t i c a l c a p a c i t yl o s sa n dt h r o u g h p u tl o s s a st h ep e r f o r m a n c ei n d i c a t o r s 撇 d i s c u s s e di nd e t a i lw i t ht h r e ed i f f e r e n ts y s t e mo f f s e t s 、胁a t sm o r e s o m e u s e f u lc o n c l u s i o n so nt h ec o e x i s t e n c eo fl r e t d da n dt d s c d m a s y s t e m sa l ep r e s e n t e d k e y 、o r d s ： t d - s c d m a ，l t e t d d ，a c i r ，c o e x i s t e n c e ，m o n t ec a r l o i i i 北京邮电大学硕士学位论文t d s c d m a 与l t e t d d 系统间共存性能分析 暂*-擘重、 北京邮电大学硕士学位论文 t d - s c d m a 与l t e - t d d 系统间共存性能分析 第一章绪论 目录 - 1 一 1 1 无线通信系统发展简介1 1 2 系统共存研究现状3 1 3 论文主要内容4 第二章t d - s c d m a 系统及其主要技术介绍 6 2 1 网络结构6 2 2 物理层结构8 2 3 关键技术1o 2 3 1 功率控制技术1 0 2 3 2 智能天线1 6 2 3 3 接力切换19 2 3 4 联合检测技术2 0 2 3 5 动态信道分配技术2 卜 2 4 本章小结2 1 第三章l t e - t d d 系统及其主要技术介绍 2 3 3 1l t e 系统架构2 4 3 2 传输技术2 5 3 3 物理层结构2 7 3 4 关键技术3 0 3 4 1m i m o 技术。3 0 3 4 2 自适应编码调制3 0 3 4 3 混合自动重传31 3 5 本章小结3 2 第四章共存干扰分析方法介绍 3 3 4 1 干扰产生原因3 3 4 2 确定性计算方法及其适用范围3 5 4 3 仿真分析方法及其适用范围3 5 4 4 本章小结3 6 第五章t d - s c d m a 系统和l t e t d d 系统仿真分析 3 7 5 1 仿真模型3 7 5 1 1 仿真场景3 7 5 1 2 业务类型3 8 5 1 3 传播模型3 8 5 1 4 智能天线3 9 5 1 5a c i r 模型4 1 - 5 1 6 干扰计算：4 l - 5 1 7 功率控制4 3 5 2 仿真流程及参数4 5 5 3 仿真结果4 8 5 3 1t d - s c d m a 系统性能损失5 0 v 北京邮电大学硕士学位论文 t d s c d m a 与l t e t d d 系统间共存性能分析 5 3 2l t e t d d 系统性能损失- 5 2 - 5 4 改进意见- 5 6 - 5 4 本章小结一5 7 一 第六章总结和展望一5 8 一 霪i 谢。一6 0 一 复参考文南良。一6 l 作者攻读学位期间发表的学术论文目录。一。一一6 3 v l 川髟髂j女重_口、 惫0i墨_-幡 北京邮电大学硕士学位论文 t d - s c d m a 与l t e - t d d 系统间共存性能分析 第一章绪论 随着移动通信系统的飞速发展，3 g 技术以及长期演进( l t e ) 技术逐渐完 善，商用网络也正在全球范围内逐步开展。保证不同的无线通信系统相互之间不 会造成太大的干扰，给出系统干扰的清晰的分析结果成为日益重要的课题。本文 就是在这一背景下，结合中国的实际情况，对t d s c d m a 系统和l t e - t d d 系 统进行了一个较全面的分析。 1 1 无线通信系统发展简介 移动通信系统首先出现在军事上，其中，摩托罗拉为美国陆军通信兵开发的 轻便的双向调幅对讲机和便携式调频双向电台一种在背负式步谈机成为二 次世界大战的一种象征。战争的需求使得移动移动通信技术的研究纷纷展开，促 使了移动通信的起步。此后移动通信系统大量应用于民用。随着大规模集成电路、 微处理器技术的飞速发展，移动终端小型化进程已经达到可以方便携带的程度； 此外，蜂窝技术的发明解决了有限频带资源的广域覆盖的困难。从此，移动通信 进入了蓬勃发展的阶段，经历了第一代模拟无线通信系统、第二代数字无线通信 系统，正积极向更加实用、更加便利的第三代甚至更新技术方向的迈进。 第一代移动通信系统主要采用模拟技术以及频分多址( f r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l ea o v , y 3 8 ，f d m a ) 技术。此系统是使用单个大功率的发射机和高塔，覆盖 地区超过5 0 k m ，仅能以半双工模式提供语音服务，使用1 2 0 k h z 带宽。这样， 后来发展了蜂窝无线电话的原理和技术。利用在地域上将覆盖范围划分成小单 元，每个单元复用频带的一部分以提高频带的利用率，从系统构造和技术原理可 知，受到传输带宽的限制，第一代系统不能进行长途漫游，只能是一种区域性的 移动通信系统。具有代表性的第一代移动通信系统有美国的a m p s 系统、英国 的e t a c s 系统、法国的4 5 0 系统和北欧的n m t4 5 0 系统等。第一代移动通信有 很多不足之处，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差，通话质量不高、 不能提供数据业务、不能提供自动漫游等 。 第二代( 2 g ) 移动通信系统以数字化为主要特征，于上世纪9 0 年代初开始 商用的，其中最具代表性的是欧洲的时分多址( 1 d m a ) g s m 、北美的码分多 址( c d m a ) i s 9 5 ，另外还有日本的p d c 系统等。主要的特点是采用t d m a 、 c d m a 方式实现对用户的动态寻址功能，并以数字式蜂窝网络结构和频率( 相 位) 规划实现载频( 相位) 再用方式，达到扩大覆盖服务范围和满足用户数量增 北京邮电大学硕士学位论文 t d s c d m a 与l t e t d d 系统间共存性能分析 长的需求。第二代数字通信系统与第一代模拟通信系统相比，具有更高的频谱利 用利于提高系统容量；能够提供多种业务服务，除了可以传送语音外，还数据业 务，如传真和分组的数据业务等等，提高了通信系统的通用性；数字通信网络中 无论语音、图像或是数据，其信息形式都是“二进制数字 ，所以2 g 抗干扰， 抗噪声和抗多径衰落的能力强；传输采用电路交换和分组交换；支持漫游功能； 在c d m a 系统中引入话音激活和软切换的技术；移动通信已经发展成为跨洲、 跨国覆盖的广域网，服务质量非常高，系统结构也复杂。 随着互联网业务不断发展，人们对移动通信传输多媒体等高速率数据业务传 输能力的要求越来越高。第三代移动通信技术( 3 g ) 就在这样的背展下发展起 来了。它以多媒体业务为主要特征，在本世纪初刚刚投入商业化运营。 第三代移动通信系统在国际上统称为i m t - 2 0 0 0 ( 简称3 g ) ，是国际电信联 盟( 丌u ) 在1 9 8 5 年提出的工作在2 0 0 0 m h z 频段的系统。主流技术标准有三种： w c d m a ，它占用5 m h z 带宽，通过直接序列进行扩频，主要部署在欧洲和日本； c d m a 2 0 0 0 ，由美国提出的技术，由1 个或多个1 2 5 m h z 的窄带直接扩频系统 组成的一个宽带系统；t d - c d m a 系统，即时分同步码分多址，是由中国提出的， 是c d m a t d d 标准的一员。2 0 0 8 年北京奥运会期间，中国移动已经在多个城市 部署了t d s c d m a 的试商用网络，率先展开了3 g 的发展。2 0 0 9 年1 月，工业 和信息化部宣布批准三大运营商的3 g 业务经营许可，标志着我国3 g 业务的正 式开展。此外，值得一提的还有w i m a x 标准，即i e e e 8 0 2 1 6 x ，全称叫做“微 波存取全球互通技术( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ) ”，后来 也加入3 g 标准，成为t d d 标准的一员和传统的t d s c d m a 、w c d m a 和 c d m a 2 0 0 0 这三个3 g 标准相比，w i m a x 的最大传输半径达到了5 0 公里左右， 接近前者的两倍，而在传输速度上，w i m a x 也让其他3 g 标准望尘莫及。它采 用了l t e 普遍采用的o f d m 技术，使得传输带宽可以达到7 0 m b p s ，甚至超过 了a d s l 等有线网络技术。 3 g 的发展方兴未艾，市场对带宽的需求使得3 9 g 、4 g 技术日益重要。3 g p p 启动l t e 项目的表面原因是应对w i m a x 标准的市场竞争，但其深层次的原因 是移动通信与宽带无线接入( b r o a d b a n dw i r e l e s s a c c e s s ，b w a ) 技术的融合。 宽带无线接入早期定位为有线宽带接入( 如数字用户线( d i # t ms u b s c r i b e rl i n e ， d s l ) ) 技术的替代，其发展经历了从固定局域网接入( 如i e e e8 0 2 1 l x ) 向游 牧城域接入( 如i e e e8 0 2 1 6 d ) ，再向广域移动接入( i e e e8 0 2 1 6 e ) 的发展历程， 体现了明显的“宽带接入移动化”的趋势，为以因特网为代表的信息技术( i t ) 产业向移动通信领域渗透带来了新的机遇，同时也对传统移动通信产业形成了竞 争和挑战。l t e 放弃了长期采用的码分多址( c d m a ) 技术，而选用了新的核心 l 点 -，。-嘶-对 。 北京邮l 【1 人学颀l j 学位论文t d - s c d m a jl t e t d d 系统问共存性能分析 传输技术，即o f d m f d m a 技术。在无线接入网( r a n ) 结构层面，为了降低 用户面延迟，l t e 取消了重要的网元无线网络控制器( r n c ) 。在整体系统架 构方面，和l t e 相对应的系统架构演进( s y s t e ma r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n ，s a e ) 项目推出了崭新的演进型分组系统( e v o l v e dp a c k e ts y s t e m ，e p s ) 架构。 在2 0 0 8 年1 2 月1 l 同，3 g p p 证实l t e 作为r 8 的一部分功能已经冻结了。 l t e 使用o f d m 技术，相比于3 g 技术，可以实现更高的频谱利用率，并减少投 资，向用户提供真正的全球移动宽带体验。运营商对l t e 抱有极大的热情，积 极开始实施他们的早期部署。 1 2 系统共存研究现状 任何无线通信技术的应用都是要以频段为依托的。可以毫不夸张地说，频谱 的划分是通信技术赖以应用的首要条件。但由于频谱资源的有限性，并且存在大 量已被占用的频段，无线通信系统不得不充分利用现有频谱资源。这使得各无线 通信系统在频段上相邻。由于滤波器等设备的不完美，这就必然会对相邻系统造 成干扰。而3 g 通信标准普遍采用了对干扰比较敏感的c d m a 技术，所以3 g 系 统及其演进技术对系统共存的研究非常重要，这关系着无线通信系统能否在系统 共存的情况下正常工作，以及采用什么样的措施来减小或消除干扰。 由于3 g 系统发展较为完善，对3 g 各个标准之间的共存研究已经有了大量 的成果出现。在参考文献【l 】 4 】中，t d s c d m a ( 包括t d h s d p a ) 与w c d m a 系统在各种情况下的共存情况进行了仿真研究；在 5 卜 7 】中，w c d m a 系统不同 宏蜂窝微蜂窝部署的相互干扰，及与其他无线通信系统的相互干扰的情况都进行 了具体的分析；此外，在参考文献 9 卜【1 2 】中，关于w i m a x 的共存干扰也都有 相关的分析。 l t e 系统是目前无线通信研究的热点。3 g p p 和中国通信标准化协会( c c s a ) 已经开展了大量的关于l t e 无线系统的共存研究工作，但目前的研究的重点在 于l t e t d d 系统与l t e f d d 系统，不同带宽l t e 系统之间的干扰分析。对 t d s c d m a 系统和l t e - t d d 系统的干扰尚无系统的仿真研究。t d s c d m a 系 统对与中国有特殊意义，工业化和信息化部已明确将t d s c d m a 拍照发给中国 最大的通信运营商一中国移动，所以t d c d m a 在中国商业化已是铁定事实。 t d s c d m a 系统向后演进的方向是l t e t d d 系统，但两个系统在物理层上存在 根本区别，在一定程度上可以说是不兼容的，从投资和发展角度上看，中国移动 不可能在短时间内将t d s c d m a 系统全部更换为l t e - t d d 系统，而是应该在 较长的时间内，同时存在t d s c d m a 系统和l t e t d d 系统，然后逐步淘汰 北京邮l u 人学烦i ：学位论义 t d s c d m a jl t e t d d 系统问共仔件能分析 t d s c d m a 系统。所以，针对t d s c d m a 系统和l t e t d d 系统的共存分析， 对中国实际有着确切的需求。 1 3 论文主要内容 本文主要针对l t e t d d 和t d s c d m a 系统共存可能造成的干扰进行研究。 本课题主要分析了在多小区情况下t d s c d m a 和l t e t d d 系统共存产生的干 扰对系统系统性能的影响。 在l t e - t d d 与t d s c d m a 系统的共存干扰研究中，本文主要分析以下干 扰场景： 夺系统下行对异系统下行的干扰 系统上行对异系统上行的干扰 这两种情况是均属于基站和用户之间的干扰，本文将使用蒙特卡洛仿真的方 法进行分析。针对t d s c d m a 系统，主要考虑话音业务，关键性能指标是系统 容量损失；针对l t e t d d 系统，主要考虑到是数据业务，性能指标是吞吐量损 失。 此外还存在一种系统上行对系统下行的干扰以及下行对上行的干扰。系统下 行对异系统上行的干扰是基站干扰基站的问题。对该情况的分析不适合使用仿真 的方法，应从极限容量的角度来考虑，并且对于基站，可以增加额外的滤波器及 其他设备等来减小基站与基站的干扰。系统上行对系统下行主要是用户对用户的 干扰。参照其他共存仿真的研究情况来看，相比于系统性能来说，这一干扰对系 统的影响相对较小，存在一个覆盖黑洞的问题，既过于靠近干扰用户的用户可能 会产生信号弱等问题。这一情况的确切分析需要用的更精确的仿真方法来分析。 在本文中，提出一种l t e t d d 时隙的配置方式，可以保证l t e t d d 的上下行 时隙比和t d s c d m a 系统的上下行时隙比基本相同，故可以基本消除基站与基 站的干扰以及用户对用户的干扰。本文不再对这一情况进行具体分析。相关结果 可参考其他文献。 本文在对l t e - t d d 系统与t d s c d m a 系统进行干扰分析时，参考现存研 究成果，提出了能正确模拟两系统相互干扰的建模方法，并对两系统在不同偏移 距离的情况下进行分析，得出对t d 。s c d m a 系统和l t e t d d 系统关键指标的 性能损失情况，并分析造成这一结果的原因，最后提出了减小干扰的一些方法。 本文后续章节的内容安排如下：第二章和第三章是对t d s c d m a 系统和 l t e t d d 系统的简要介绍，主要概括了系统的技术指标和主要采用的技术，这 些技术是现在现行网络中普遍或者确定要采用的技术。本文的分析中将尽可能的 北京邮电大学硕士学位论文t d - s c d m a 与l t e t d d 系统间共存性能分析 将这些技术考虑进来，以求仿真情况更贴近实际，得出的结果能更有指导意义。 第四章介绍了系统共存干扰的一些概念及参数，并对系统干扰进行分析的普遍方 法进行介绍。第五章是本文的主要内容，详细介绍了仿真模型及仿真流程，对两 系统共存情况进行具体分析，分别给出了分析方法及研究结果文章的最后是对 本文的一个总结 北京邮电大学硕士学位论文t d - s c d m a 与l t e - t d d 系统问共存性能分析 第二章t d s c d m a 系统及其主要技术介绍 1 r i ) c d m a 是我国提出的一种t d dc d m a 标准，它具备t d d - c d m a 的一 切特征，能够满足3 g 系统的要求，可在室内、室内外环境下进行语音、传真及 各种数据业务 t d s c d m a 接入方案是直接序列扩频码分多址( d s c d m a ) ，扩频带宽为 1 6 m h z ，采用不需要成对频率的t d d ( 时分双工) 工作模式。因为在t d s c d m a 中，除了采用d s c d m a 外，它还具有t d m a 的特点，因此经常将t d s c d m a 的接入模式表示为t d 燃d m a 。 2 1 网络结构 t d - s c d m a 系统的网络结构完全遵循3 g p p 指定的u m t s 网络结构，可以 分为u m t s 地面无线接入网( u 删) 和核心网( c n ) u t r a n 位于两个开放接口u u 和l u 之间，从承载业务结构来看，u t r a n 的主要功能是为这些接口提供承载业务。u t r a n 的基本结构及其i u 、i u r 和i u b 等主要接口是t d s c d m a 系统网络组成的基础。它的内部结构如图2 1 所示 核心网 1 u 1 u r n s r n s u t jr a n i i u r r n c i r n c 孟。曲彳一曲 崩剀bb 刊e 剀e b 图2 1u t r a 接口 ： 友 l，k圣j0 北京邮电大学硕士学位论文t d - s c d m a 与l t e - t d d 系统闻共存性能分析 基站( n o d eb ) 位于u u 接口和u m t s 接口之间，这里所说的u m t s 接口 是指r n c 和n o d eb 之间的i u b 接口。对于用户终端来说，n o d eb 的主要任务 是实现u u 接口的物理功能；而对于网络端而言，n o d eb 的主要任务是通过使用 为各种接口定义的协议栈来实现i u b 接口的功能。通过u u 接口，n o d eb 可以实 现t d s c d m a 无线接入物理信道的功能，并且能把来自传输信道的信息根据 r n c 的安排映射到物理信道。 无线网络控制器( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ，r n c ) 是u t r a n 的交换和控 制元素，位于i u b 和i u 接口之间，它也可能会有第三个接口i u r ，主要是用于r n s 间的连接。r n c 的整个功能可以分为两个部分：u t r a n 无线资源管理( r a d i o r e s o u r c em a n a g e m e n t ，r r m ) 和控制功能。u t r a nr r n 是一系列算法的集合， 主要用于保持无线传播的稳定性和无线连接的q o s ，采用的方法是高效共享和集 中管理；u t r a r r m 算法。n 控制功能包含了所有和r b 简历、保持和释放的相 关功能，这些功能能够支持r r m 算法 i u 接口定义在核心网( c n ) 和u t r a n 交界处，图2 2 表示了其逻辑结构 划分，对于i u 接口来说，i 瓜a n 的接入点为一个r n c 。连接到核心网电路交 换( c i r c n t i ts w i t c h i n g ，c s ) 域的i u 接1 ：3 称为i u - c s i 连接到分组交换( p a c k e t s w i t c h i n g ，p s ) 域的称为i u p s ；连接到广播( b r o a d c a s t ，b c ) 域的称为i u - b c 。 区分i u - c s 和i u - p s 这两个接口意味着到电路交换和到分组交换将使用不同的信 令和用户数据连接。每个c n 接入点可以连接到一个或者多个u t r a n 接入点 对于c s 域和p s 域，每个u t r a n 接入点只能连接到一个c n 域中的一个c n 接 入点；对于b c 域，每个u t r a n 接入点可连接到一个或者多个c n 接入点i u 接口支持的功能如下：无线接入承载的建立、维护和释放过程；系统内切换、系 统间切换和s r n s 重定位过程；与特定u e 无关的一系列通用过程；为了用户特 定信令管理；每个u e 在协议等级上的分离过程；u e 和c n 之间的信令消息的 传递；小区广播服务；从c n 到u t r a n 请求的位置服务和从u t r a n 到c n 的 位置信息的传递过程，以及单个l i e 同时接入到多个c n 域和分组数据流的资源 预留机制等。 北京邮电大学硕士学位论文 t d s c d m a 与l t e t d d 系统间共存性能分析 2 2 物理层结构 i u 接口 图2 - 2i u 接口结构 物理层处于无线接口协议模型的最底层，它提供物理介质中比特流传输所需 要的全部功能，物理层与媒体接入控制( m a c ) 子层及无线资源控制( 础汜) 子层的接口，如图2 3 所示 层3 层2 层l 逻辑信道 传输信道 图2 3 物理层接口 物理层通过m a c 子层的传输信道实现向上层提供数据传输服务，传输信道 耄 ， 盖 乏 北京邮电大学硕士学位论文1 i ) s c d m a 与l t e - t d d 系统间共存性能分析 特性由传输格式定义，传输格式同时也指明了物理层对这些传输信道的处理过 程。一个l i e 可同时建立多个传输信道，每个传输信道都有其特征。物理层实现 传输信道到相同或者不同物理信道之间的复用，在当前无线帧中传送格式组合指 示( t f c i ) 字段用于唯一标识编码复合传输信道中每个传输信道的传输格式。 物理层的主要功能包括传输信道的f e c 编解码；向上层提供测量及指示( 如 f e r 、s i r 、干扰功率、发送功率等) ：宏分集分布组合及软切换执行；传输信 道的错误检测；传输信道的复用；编码复合传输信道的解复用；速率匹配；编码 复合传输信道到物理信道的映射；物理信道的调制扩频和解调解扩；频率和时 间( 码片、比特、时隙、帧) 的同步；闭环功率控制；物理信道的射频处理等。 一个物理信道是由频率、时隙、信道码，突发类型和无线帧分配来定义的。 建立一个物理信道的同时，也就给出了它的初始结构。物理信道的持续时间既可 以无限长，也可以是分配所定义的持续时间 t d s c d m a 物理信道采用四层结构t 系统帧、无线帧、子帧和时隙，码。时 隙用于在时域上区分不同用户信号，具有t d m a 特性。图2 4 所示为1 i ) - s c d m a 的物理信道信号格式。在一个子帧中，同时存在上行和下行时隙，共计7 个固定 长度的业务时隙。除了时隙t s 0 必须用于下行方向、时隙t s l 必须用于上行方 向外，其余时隙的方向可以变化。d w p t s 与u p p t s 分别对应下行和上行同步时 隙，g p 为上、下行间的保护间隔 1 2 8 m c p s d w p t s ( 9 6 c h i p s ) 1 、r 7 ， s w i t c h i n gp o i n t 辞纠 十 l十l十i l l 图2 _ 4t d s c d m a 无线帧子帧结构 一个t d m a 无线帧的长度为1 0 m s ，分成两个5 m s 的子帧，每个子帧又分成 长度为6 7 5 u s 的7 个常规时隙和3 个特殊时隙：d w p t s ( 下行导频时隙) 、g p ( 保 护间隔) 和u p p t s ( 上行导频时隙) 。 t d d 模式下的物理信道是一个突发信道，在分配到的无线帧中的特定的时 隙发射。无线帧的分配可以是连续的，即每一帧的相应时隙都可以分配给某物理 信道；分配也可以是不连续，即仅有部分无线帧中的相应时隙分配给该物理信道 北京邮电大学硕士学位论文 t d s c d m a 与l t e t d d 系统间共存性能分析 一个突发由两个数据部分、训练序列码( m i d a m b l e ) 部分和一个保护部分组成。 一个突发的持续时间就是一个时隙。一个发射机可以同时发射机个突发，在这种 情况下，几个突发的数据部分必须使用不同的o v s f 信道码，但应使用相同的扰 码。m i d a m b l e 码部分必须使用同一基本m i d a m b l c 码，但这些码都是由基本码的 移位产生的。突发结构如图2 5 所示。 图2 5t d s c d m a 系统突发结构 突发由两个长度分别为3 5 2 c h i p 的数据块、一个长为1 4 4 c h i p 的训练序列码 和一个长为1 6 c h i p 的保护间隔( g p ) 组成。数据块的总长度为7 0 4 c h i p ，所包含 的符号数与扩频因子有关 突发的数据部分有信道码和扰码共同扩频。信道码是一个o v s f 码，扩频因 子可以取l 、2 、4 、8 或1 6 ，物理信道的数据速率取决于所用的o v s f 码所采用 的扩频因子。突发的m i d a m b l e 码部分是一个长为1 4 4 c h i p 的码。 2 3 关键技术 2 3 1 功率控制技术 t d 。s c d m a 系统中的功率控制技术包括开环、闭环和外环功率控制3 部分， 各部分的实现和信令流程将在下面具体阐述。 开环功率控制 由于t d s c d m a 使用t d d 模式，上行和下行链路使用相同的频段，因此 上、下行链路的平均路径损耗存在着显著的相关性。这一特点使得u e 在接入网 络前，或者网络在建立无线链路的时候，能够根据计算下行链路的路径损耗来估 计上行或者下行链路的初始发射功率，这一过程称为开环功率控制。 上行开环功率控制由u e 和网络共同完成，网络需要广播一些控制参数，而 u e 负责测量p c c p c h 的接收信号码功率( r s c p ) ，通过开环功率控制的计算， 确定随机接入时u p p c h 、p r a c h 、p u s c h 和d p c h 等信道的初始发射功率， 具体实现分别如下： 1 u p p c h l ， k 北京邮电大学硕士学位论文t d - s c d m a 与l t e - t d d 系统问共存性能分析 在随机接入过程中，u e 根据下式是确定u p p c h 的发射功率： p u p p c x = l p c c p c n + p r x u p p c t l d e s + ( i 1 ) p w r i a 呻 ( 2 1 ) 式中，p u p p o l 为u p p c h 的发射功率； l v c c r c h 为下行p c c p c h 的路径损耗的测量值，根据下式计算： l v c o , c n = p v c c v c u - r s c p p c c v c n ( 2 - 2 ) p p c c v c n 为p c c p c h 的发射功率，其参考值在b c h 上进行广播，r s c p v c c v c n 为p c c p c h 在l i e 端的接收码功率，由u e 测量得到； p r x u v e c m e , 是n o d eb 期望的u p p c h 接收功率，主要根据u p p c h 上的干扰 测量信息和接收端希望的s i r 值确定，其值在b c h 上进行广播； i 为随机接入的上行同步尝试次数，i = l ，m m a x ，其中m m a x 为上行同 步最大尝试次数； p w r r a m p 为u e 上行同步尝试失败后下一次尝试接入时功率的增加值。 2 p r a c h 上行同步建立后，u e 根据下式确定p r a c h 的发射功率： p p 黜虻h = l v c c v c n + p r x p r a c n d 嚣+ ( i u p p c ：t r - 1 ) 掌p w r i 锄峰 ( 2 3 ) 式中p r x p 弘, c m e , 是n o d eb 期望的p r a c h 接收功率，主要根据p r a c h 上 的干扰测量信息和希望的s i r 值确定，其值由n o d eb 在f p a c h 上回应u e 成功 上行同步的信令中给出；i v v e c n 是u e 上行同步的最后成功的总共尝试次数，即 i 的最终值。 3 d p c h 网络根据下式确定d p c h 的初始发射功率，并通知u e 。一旦u e 收到相应 信道的下行的t p c 命令，立即进入闭环功率控制状态。 p d p c n = p r x d p c h d e s + l v c c p c h ( 2