（通信与信息系统专业论文）cdma+tdd系统动态信道分配技术.pdf

电子科技大学硕士论文 摘要 随着无线多媒体业务的迅速扩展，业务上下行不对称的特点日益明显。t d d c d m a 系统具备时隙分配的灵活性和对多媒体业务良好的适应性，使得对t d d 模式下c d m a 系统的d c a 算法以及性能的研究成了近几年的一个热点。要充 分发挥t d d 模式的优势，关键就在于动态信道分配算法的有效性。为了增加系 统的容量，同时尽可能的减少系统的干扰，大量的信道分配算法和策略被提出并 被研究。 本文对于c d m at d d 系统无线资源管理策略之一的动态信道分配技术进 行了分析和研究，涉及到如量何有效、合理的在上下行和小区间安排信道。在我 们提出的c d m a f ! d d 系统中，上下行使用不同数目的时隙，而且，每个方向的 时隙数目可以根据业务结构调整。 本文所作的分析就是针对t d dc d m a 系统中帧结构的时隙分配进行的。着 重分析了话音、数据多业务混合情况下的不同时隙安排对系统总容量的影响，并 分别考虑了在单小区和多小区环境下的不同分配策略。对每种信道分配算法都给 出了计算或仿真结果。 在选择信道分配方案时，总体目标是：获得较高的信道利用率；较令人满意 的系统服务质量；尽可能短的搜寻时间以及采用尽可能简单的算法。因为在系统 的通信服务质量和信道分配算法执行的复杂性之间存在矛盾，而且它与信道搜寻 时间和信道利用率也有关系，所以任何一种解决方案的提出总是不同矛盾折中的 结果。 因此在实际的组网中，要根据具体情况采用合理，。可行的方案。本文的研究 成果对于c d m at 1 ) d 系统的性能分析和小区规划具有一定的参考意义。 关键词：c d m a 时分双工信道分配交叉时隙 电子科技大学硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ew i r e l e s sm u l t i m e d i as e r v i c e s ，t h et r a f f i c a s y m m e t r yb e t w e e nu p i n ka n dd o w n l i n ki s l l l o r ea n dm o r eo b v i o u s t d dc d m a s y s t e mh a sb o t ht h ef l e x i b i l i t y o ft i m e s l o ta l l o c a t i o na n dg o o da d a p t a b i l i t yt ot h e m u l t i m e d i as e r v i c e s t h er e s e a r c ho nt h ed c a ( d y n a m i cc h a n n e l a s s i g n m e n t ) a l g o r i t h ma n dj t sp e r f o r m a n c ei nt h et d dc d m as y s t e mh a sb e e nah o t s p o ti nt h e s e y e a r s t h ev a l i d i t yo fd c aa l g o r i t h m h a sb e e nv i t a lt ou t i l i z et h ea d v a n t a g e so ft d d m o d e la n dal o to f a l g o r i t h m sh a v eb e e np r o p o s e dt oi n c r e a s et h es y s t e mc a p a b i l i t y a n dd e c r e a s et h ei n t e r f e r e n c ei nt h es y s t e ma sp o s s i b l e t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ed c a t e c l m i q u e ，w h i c hi s o n eo ft h es t r a t e g i e si nt h e w i r e l e s sr e s o u r c e sm a n a g e m e n t i ti sa b o u th o wt oa r r a n g et h ec h a n n e l sa m o n gt h e u p l i n k , d o w n l i n ka n dc e l l se f f e c t i v e l y ，i no u rc d m a t d ds y s t e m sd i f f e r e n tn u m b e r s o f t i m es l o ta r ca p p l i e da n d t h e yc a nb ea d j u s t e da c c o r d i n g t ot h et r a f f i cp a t t e r n s o u r a n a l y s i si sa i m i n ga tt h es l o ta l l o c a t i o ni nt h et d dc d m as y s t e m w ep u t t h ee m p h a s i so nt h ee f f e c t so fd i f f e r e n ts l o ta l l o c a t i o n0 nt h ec a p a b i l i t yo ft h es y s t e m w i 出t h eh e t e r o g e n e o u st r a f f i cs u c ha sv o i c ea n dd a t a w ea l s oc o n s i d e rd i f f e r e n t a s s i g n m e n ts t r a t e g i e si nt h es i n g l ec e l la n dm u l t i - c e l l se n v i r o n m e n t t h ea l g o r i t h m s a n ds i m u l a t i o nr e s u l t so f e a c h s t r a t e g ya r ep r o v i d e d t h es e l e c t i o no ft h ec h a n n e la s s i g n m e n ts t r a t e g i e si sa l w a y s a i m i n ga ta c h i e v i n g h i g h e r c h a n n e l e f f i c i e n c y , b e t t e rq o s ，s h o r t e r c h a n n e ls e a r c ht i m ea n d s i m p l e r a p p l i c a t i o no f t h ea l g o r i t h m t h e r ee x i t sc o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h eq o s g u a r a n t e ea n d c o m p l e x i t y o fc h a n n e la s s i g n m e n t a l g o r i t h m s a n d t h ec h a n n e ls e a r c ht i m ei s c o r r e l a t e dw i t i lt h ec h a n n e l u t i l i z i n ge f f i c i e n c y s o e a c hs o l u t i o n p t m a i st h e c o m p r o m i s ea m o n g t h e s ef a c t o r s t os e l e c tad c a s t r a t e g y , w es h o u l d c o n s i d e rw h e t h e ri ti sf e a s i b l ei nt h e p r a c t i c a ln e t w o r k c o n s t r u c t i o n t h ec o n c l u s i o n si nt h i sp a p e rw i l lb ev a l u a b l ef o rt h e p e r f o r m a n c ea n a l y s i sa n d c e l l sp l a ni nt h ec d m at d d s y s t e m k e y w o r d s ： c d m a ，t d d ( t i m e d i v i s i o nd u p l e x ) ，c h a n n e la s s i g n m e n t ，c r o s s e dt i m es l o t i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我 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，也不包含为获得电子科技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谢意。 签名： 查篁 日期：2 0 0 3 年6 月f 2 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 鳌燮导师签名：差篮生 日期：2 0 0 3 年6 月 电子科技大学硕士论文 第一章绪论 1 1 c d m a t d d 技术在i m t - - 2 0 0 0 中的应用 第三代移动通信系统( 3 g ) 能实现任何人在任何地点，任何时问与任何人进行 任何方式的通信。它的主要特性有： 全球化，系统中的业务以及它与固定网之间的业务可以兼容，能提供全球漫 游。 、 多媒体化，提供高质量多媒体业务，包括话音、可变速率数据、音视频和图 象等。 综合化，能把寻呼、蜂窝、卫星通信系统综合在统一的系统中，提供多种业 务。 智能化，采用移动智能网和软件无线电技术。 个人化用户可用唯个人电信号码( p t n ) 在任何终端上获取所需的电信业 务。 3 g 中的无线传输技术( r t t ) 主要有三种：基于u t r af d d ( w c d m a ) 的 c d m a d s ，基于c d m a 2 0 0 0f d d 的c d m a - m c ，以及t d dc d m a 。时分双工 ( t d d ) 是指在上行链路和下行链路传输时用相同的载波频率进行时分，在t d d 方 式中，包括有基于u t r at d d 的t d s c d m a 和我国提出的t d s c d m a 。在第一 代和第二代移动通信系统中无一例外采用f d d 模式，t d d 没有引起重视。但随着 电信业务的发展，t d d 模式正臼益受到重视。在第三代移动通信标准制定过程中， 国际上对t d d 双工方式第一次给予了高度重视，很多国家的营运商都表示了首 先选用t d d 系统的愿望。这是因为： ( 1 ) 业务方面。3 g 要求能提供i n t e r n e t 、f t p 和多媒体等业务，通常这些业务 上下行容量不对称，如果用f d d 提供这些业务，会造成下行资源的浪费。而t d d 可通过调整时隙交换点动态分配上下行信道的容量，因此特别适用于非对称业务 通信。 ( 2 ) 覆盖方面。t d d 模式的移动通信系统适合于微小区、业务量繁忙、上下 行业务不对称、低速移动性的环境，可以解决电信业务中的“热点”问题。 ( 3 ) 上下行信道的互惠性。在t d d 中，上下行信道用同样的频率，基于接收信 号，发信机能知道多径信道的快衰落。这种上下行信道的互惠性使基站的接收和 发送可以共用一些电子设备，降低了系统的复杂性。 电子科技大学硕士论文 ( 4 ) 频谱利用。t d d 能使用各种频率资源，不需要成对的频率； 以上情况说明，移动通信一定是以f d d 为主流的传统论点已受到挑战，t d d 系统在第三代移动通信中的位置已不可动摇。目前，多数人预测第三代移动通信 网络的前景是一个共同的网络，卫星移动通信系统用来完成全球无缝覆盖，f d d 系统用来建设全国和国际移动通信网，而t d d 系统用来在城市人口集中地区提 供高密度和高容量的话音、数据及多媒体业务，用双模甚至多模用户终端来实现 全球漫游。 1 2c d m at d d 系统的标准化现状 i m t - 2 0 0 0c d m at d d 目前实际上包括了低码片速率t d s c d m a 和高码片 速率u t r at d d ( t d c d m a ) 两个技术。目前两个技术的物理层完全分开，分别 采用我国c w t s 和3 g p p 的两套技术规范。2 层和3 层基本相同。目前这两个技 术虽然已经进行了部分关键内容的融合，包括： ( 1 ) 码片速率3 8 4 m o p s 和1 2 8 m c p s ( 3 8 4 m o p s 的1 3 ) ； 佗) 层2 、层3 基本一致，采用3 g p p 的技术规范，定义了部分兼容互可 ( h o o k s ) ，以便制定兼容t d s c d m a 的相应扩展协议( e x t e n s i o n ) 应该说，目前的两个c d m a t d d 技术既没有融合为一个标准，也不是两个 完全不同的标准。已经具备了进一步融合的基础，需经过技术上的协调之后，使 二者最大程度地融合之后，才可称为融合的c d m at d d 标准。所以说c d m a t d d 的融合工作正进入关键时期。 1 3 本文研究的具体内容和意义 对c d m at d d 系统的研究是一个复杂且范围广泛的领域。本文对于c d m a t d d 系统无线资源管理策略之一的动态信道分配技术进行了分析和研究。对于 t d d 模式的c d m a 移动通信系统，一个重要的方面就是对上下行不对称业务( 如 互联网的接入) 的支持，这就涉及到如何有效、合理的在上下行和小区间安排信 道。本文所作的分析就是针对t d dc d m a 系统中帧结构的时隙分配进行的。着 重分析了话音、数据多业务混合情况下的不同时隙安排对系统总容量的影响，并 分别考虑了在单小区和多小区环境下的不同分配策略。对每种信道分配算法都给 出了计算或仿真结果。本文的研究成果对于c d m a t d d 系统的性能分析和小区 规划具有一定的参考意义。 电子科技大学硕士论文 第二章c d m at d d 系统介绍 在t d d 的移动通信系统中，接收和传送在同一频率信道( 即载波) 的不同时 隙，用保证时间来分离接收和传送信道。该模式在不对称业务中有着不可比拟的 灵活性，由于每帧内时域上下行切换的切换点可灵活变动，所以对于对称业务储 音和多媒体等) 和不对称业务( 包交换和因特网等) ，可充分利用无线频谱。 t d d 与f d d 的操作原理如图2 1 所示： f d d 带宽5 m h z帮宽5 锄 骷筻5 m 】眦 f 、 、 图2 - 1f d d 与t d d 的操作原理 j t d d 系统有如下特点： 不需要成对的频率，能使用各种频率资源，适用于不对称的上下行数据传 输速率特别适用于i p 型的数据业务。 上下行数据的传输由控制上下行的发送时间决定，发送时段内不接收，接 收时段内不发送，而且可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例。对于因 特网等非对称业务的数据传输，下行数据量远大于上行数据量，这时可增加下行 的时段时间，缩短上行的时段时间达到高效率传送非对称业务数据的目的。 上下行工作于同频率，电波传播的对称特性使之便于使用智能天线等新 技术达到提高性能、降低成本的目的。 。 由于采用t d d 模式，上下行链路使用同频率，同一对刻上下行链路的空 间物理特性完全相同，所以只要根据上行数据在基站端进行空间参数的估值，再 根据估值对下行链路的数据进行数字赋形，就可达到自适应波束赋形的目的，充 分发挥智能天线的作用。由于采用智能天线和上行同步技术，只有来自主瓣方向 和较大副瓣方向的多径干扰才会影响有用信号。极大地降低了多址干扰，有效提 高了系统容量，从而提高了频谱利用率。采用智能天线，可有效提高天线增益。 在智能天线系统中，有多台收发信机共同工作，任何一台收发信机损坏都不会影 响系统的基本工作特性，提高了设备的冗余度。采用智能天线，可大致定位用户 电子科技大学硕士论文 的方位和距离，基站和基站控制器可采用接力切换方式。根据用户的方位和距离 信息，判断用户是否移动到应切换给另一基站的临近区域，如果进入切换区，便 由基站控制器通知另一基站做好切抉准备，达到接力切换目的。接力切换可提高 切换成功率，减少切换时对邻近基站信道资源的占用时问。 2 1c d m a t d d 物理层规范 u t r at d d 多址接八方案有两个标准：u t r at d d ( 高码片速率) 和 t d s c d m a ( 低码片速率) 。除了直扩的码分多址方式外，还包含了时分多址方 式( t d m a ) 的部分。因此，c d m a t d d 可以看作是t d m a c d m a 相结合的 产物，如图2 2 所示。 图2 - 2t d dc d m a 多址方式示意图 物理层构成及功能模块 u t r at d d 物理层主要包含下列功能模块： 传输信道误码检测及同高层的通信 传输信道的前向纠错编码( f e c ) 传输信道复用和编码组合传输信道( c c t r c h ) 的解复用 速率匹配( 专用和共享信道的数据复用) c c t r c h 同物理信道的映射 功率均衡及物理信道的结合 物理信道的调制扩频和解调盘 扩 时间和频率( 码片、比特、时隙和帧) 同步 链路特性测量( 包括误帧率( f e r ) 、信噪比( s i r ) 、干扰功率水平等) 并同上层通信 闭环功率控制 射频处理 4 电子科技大学硕士论文 上行信道对定时提前技术( t i m ef l d v f l n c e ) 的支持 c r c 校验为特殊传输信道上的传输块，提供了错误检测的手段。根据不同 的业务要求，c r c 编码长度可以是0 ，8 ，1 6b i t 或2 4b i t 。 在传输块级聪和编码块分段的功能模块中，将完成这些传输块的串联，并在 一个传输时间段( t t h ) 中传输。如果需要的话，还可以分成若干个编码段分别 进行传输。 信道编码的类型有卷积码、t u r b o 码及无编码选择。实时业务仅需要f e c ， 非实时业务需要联合使用f e c 和自动请求重传( a r q ) 。a r q 功能位于l 2 层的 r l c 层中。卷积码速率为1 2 或l 3 ；t u r b o 码速率为l 3 。可选的交织深度 为1 0 ，2 0 ，4 0 m s 或8 0 m s 。无线帧分段实现比特的填充操作，实现了对多数据 速率业务的速率匹配，即它可以消除多种不同速率业务之间的差异，使它们都能 够在给定的物理层支持的速率上传输。这里，数据重复及数据打孔就是为实现这 一目的。 一1 传输信道复用以串行的方式将多个传输信道连接起来。这种操作是每1 0 m s 完成次，它的输出被称为“编码组合传输信道( c c t r c h ) ”。如果多个物理信 道将同时用来传输数据的话，就需要对物理信道的各单位段进行分离。 传输信道 传输信道是物理层同m a c 层之间的接口，传输信道定义了什么样的数据将 在物理层中传输。一般来说，传输信道主要分为两种：专用信道和公用信道，后 者是被许多用户设备( u e ) 所共享的。需要的话，可以引人一段包含地址信息 的数据。物理信道本身也定义了专用的信道。 u t r a t d d 模式的传输信道可以分为专用和公共信道。专用信道( d c h ) 的特 性和f d d 模式的基本一样，公共信道可以进一步分为公共控制信道( c c c h ) 、 随机接入信道( i u c h ) 、下行链路中的下行共享信道( d s c h ) 以及上行链路中 的上行共享信道( u s c h ) 。每个传输信道都被映射到相应的物理信道。 物理信道 u t r at d d 模式中的物理信道包括专用物理信道( d p c h ) 、公共控制物理 信道( c c p c h ) 、物理随机接八信道( p r a c h ) 、寻呼指示信道( p i c h ) 和同 步信道( s c h ) 。对于s c h 和p i c h ，不存在对应的传输信道。物理信道的结构 将在下面详细讨论。 时隙和帧格式 u t r at d d 模式中的物理帧长度为l o i n s ，每帧被分成1 5 个时隙，每一 时隙包含2 5 6 0 个码片，也就是说，每一时隙的长度为6 6 7 p s 。图2 - 3 中列出了 电子科技大学硕士论文 u t r a t d d 模式中的帧结构。 码 亡 j! 、。1 ： 悖 耐时 粥 时时时时 鞭 时时时时 凛昧醵醇诛鱼碱 骧骧骧 12 56781 l1 21 31 4 一十时骧可用的码道散取于棒播条件。m a = 皿i d 衄曲e 。 图2 - 3t d d 模式的帧结构 在1 0 m s 帧1 5 个时隙中的每一个都可以分配作为上行或者下行，每帧中不 同传输方向的多个切换点允许使用闭环功率控制和专用下行时隙的物理同步信 道( p s c h ) 来加速小区同步。 切换点布局 4 图2 4 给出了几种可行的切换点布局示例。在此，考虑了单切换点或多切换 点的布局以及对称或非对称的上行链路下行链路。对于任何一种布局，至少有 一个时隙必分配给上行链路，同样，也至少有一个时隙必需分配给下行链路。 干33 4 t m c h i p s 多切换点结构，对称d u u l 分配 多切换点结构，不对称d l u l 分配 单切换点结构，对称d l u l 分配 单切换点结构，不对称d 圳l 分配 6 电子科技大学硕士论文 图2 4 切换点布局示例 由于u t r at d d 方式中t d m a 传输是非连续的，则平均传输功率减少到 1 0 1 0 9 l o ( n 1 5 ) ，这里n 表示每帧中有效时隙的数目。例如，单时隙传输速率为 1 4 4 k b p s 的数据时，为了有同样的覆盖范围，u t r a t d d 方式的基站数目至少要 比u t r a f d d 方式多4 倍。如果平均功率降低1 2 d b ，则对于典型的宏区环境， 小区的覆盖范围要降低一半以上。这样，小区的面积就成了原来的1 4 。对于使 用同样硬件的u e 端，使用低工作周期的t d m a 非连续传输将导致上行链路范 围的降低。使用较高的数据传输速率可必降低t d d 方式和f d d 方式收敛范围之 间的差异。由于这些特点，t d d 应当使用在功率不是限制因素，并且覆盖规划 所使用的数据速率比较高的较j j - , j j , , 区环境中使用。 突发类型 u t r at d d 中有三种突发类型：业务突发、随机接入突发和同步突发。它 们都可以在专用信道中使用，而公共信道一般只用到其中的一个子集。 突发类型1 和2 在上行方向和下行方向上都可以使用，类型1 和类型2 之间 的差别在于训练序列( m i d a m b l e ) 的长度。图2 - 5 中图示了般的下行信道，图 2 - 6 中是具有传输功率控制( t p c ) 和传输格式组合指示( t p c i ) 的上行突发业 务结构。带有两种不同长度训练序列的突发类型可以在直至2 m b p s 的所有业务 类型中使用，包含有用户数据的逻辑业务信道( t c h ) 也对应于一种突发类型。 数据突发包含有被训练序列隔离开的两个数据城，在数据域的后面是保护周 期。一个突发的周期是一个时隙。训练序列用于信道均衡和接收机的相关解调。 训练序列降低了信息的有效载荷。表2 1 中详细说明了突发类型1 和突发类型2 的结构。 图2 - 5 一般u t r at d d 下行突发结构 注：数据域被用作信道估计的训练序列分隔，传输格式组合指示( t f c i ) 用 来指示在专用物理信道( d p c h ) 中应用的传输信道的组合，在每帧中只发送一 次，t f c i 使用带内信号，有自己的编码方式，t f c i 的比特数目是可变的，在呼 叫的开始设定。 电子科技大学硕士论文 图2 - 6 一般上行突发结构 注：结构中即有传输功率控制( t p c ) ，又有t f c i ；t f c i 和t p c 在同样的物 理信道中传输，使用同带信号传输，t p c 命令的长度是一个符号。 表2 - 1 业务突发域结构 突发类型数据域1 长度训练序列长度数据域2 长度保护周期长度 突发类型19 7 6 码片5 1 2 码片9 7 6 码片9 6 码片 突发类型21 1 0 4 码片2 5 6 码片1 1 0 4 码片9 6 码片 突发类型39 7 6 码片5 1 2 码片8 8 0 码片1 9 2 码片 由于突发类型3 中的训练序列较长，它被用作估计1 6 个不同的上行信道的 脉冲响应；而突发类型1 用于活动用户难一的下行链路，如果在一个时隙中用户 的数目少于4 个，突发类型2 也可以用于上行信道。 不同用户的训练序列是一个周期性基本码经过不同的时延得到的。不同的小 区有不同的周期性基本码，也就是说，不同的训练序列集。由于训练序列从同样 的循环基本码中产生，所有活动用户的信道估计可以在一个时隙中完成，例如使 用同个循环相关器。不同用户的信道脉冲响应的估计可以在相关器的输出中顺 序获得。 在3 g p p 的r e l e a s e9 9 中，在终端支持的范围内，为了获得高比特速率，下 行信道可以使用多码传输方法( 此时扩频因子为1 6 ) ，也可以使扩频因子为l 。 在上行信道中，则使用了扩频因子从1 到1 6 的正交可变长扩频码( o v s f ) 。在 下行信道中，共有2 0 种不同的业务突发格式；而在下彳亍链路中，这个数目是9 0 。 突发类型3 只用于上彳亍链路方向。突发类型3 是为p r a c h 需要而提出的， 它还可以使需要定时提前情况下的切换更容易完成。其1 9 2 码片( 5 0 us ) 的保 护时间相当于半径为7 5 k r n 的小区。 物理随机接入信谴 ( p r a c h ) 逻辑随机接入信道( r a c h ) 对应于一个物理随机接入信道( p r a c h ) 。表 2 - 1 显示了p r a h 中使用的突发类型3 的情况，p r a c h 中使用的扩频因子的数 值为1 6 和8 ，p r a c h 一般不使用t p c 或i f c i 比特。 同步信道( s c h ) 时分双工方式对同步信道有一些特殊的需要。小区同步将引起捕获问题，也 就是说，当强信号掩盖了弱信号时将出现这种问题。不同小区的不同同步信道的 时间差异使在单个时隙内区分不同的小区成为可能，出于这种原因，在s c t t 瓤 系统的时隙定时之间保留了一个变化的时间偏移量( f 。) 。两个连续移位之间 的偏移是7 1z 。u t r at d d 模式中存在两种不同的s c h 结构。s c h 可以映射 到第k 个时隙，h e ( 0 1 4 ) ，也可以映射到时隙k 和k + 8 ，其中h ( 0 6 ) 。 电子科技大学硕士论文 这种每帧双s c h 结构有希望在小区中使用，s c h 的位置能基于长期性变化。 终端可以在一个步骤内为小区中b c c h 达到同步状态并获得其编码机制， 从而能够立刻检测到小区消息。主码( c p ) 和三个从码( c s ) 的同步序列是同时传输 的。和u t r af d d 模式下一样，码长为2 5 6 个码片，而且主码的产生方式也同 f d d 模式下一样，都是通用的分层格雷( g o l a y ) 序列。从码( c s ) 从每个哈德码 ( h a d a m a r d ) 序列h s 的第1 6 行中选择，这一点也和f d d 模式相同。通过上述 操作，t d d 模式下只有1 6 种可能的码字，而f d d 中这个数目是3 2 ，这些码通 过q p s k 调制。下面的信息由s c h 指示： 在3 2 种可能的方案中选出的基站码组( 5 个b i t ) ； 交织周期中帧的位置( 1 个b i t ) ； 帧中时隙的位置( 1 个b i t ) ； 主c c p c h 位置( 3 个b i t ) 。 使用这种序列，我们就可以将帧同步、时间偏移( t o f f s 。t ) 、训练序列和基站 的扩频码集进行译码，同时也可以获得广播信道( b c c h ) 的扩频码及其位置。 每个码组中的小区参数在两个帧中循环以随机化两个基站间的干扰，从而提 高系统的性能。同时，由于参数循环的平均特性，网络规划也变得愈发简单了。 公共控制物理信道( c c p c h ) 一 一旦获得同步，则主广播信道( b c h ) 的定时和编码方式也就知道了。这时， c c p c h 可以映射到包括p s c h 时隙在内的任意下行时隙，这由主b c h 指出。 c c p c h 和下行的专用物理信道( d p c h ) 相似。同其他信道相比，c c p c h 可以 使用与其他信道相比冗余度更大的编码方案来简化信息的捕获。 共享信x 道( d s c h u s c h ) j u 渔) d 规范中也定义了下行共享信道( d s c h ) 和上行共享信道 ( u s c h ) 。这些信道使用和专用信道完全相同的时隙结构，不同的是它们是基 于临时性被分派的。 下行链路中，用于指出哪些终端需要将信道译码的信令是利用t f c i 通过检 测使用中的训练序列或者通过高层实现的。在上行链路中，u s c h 使用高层信令， 因此在实际中它并不逐帧地进行共享。 调制和扩频 我们考虑了u t r at d d 方式的两种扩频选择：一种固定扩频或扩频因子 q = 1 6 的多码传输，另一种是扩频因子可变q = i ，2 ，4 ，8 ，1 6 的单码传输。这两种方 式都提供很大程度的比特速率量化间隔和灵活性。因此，从低比特率至高比特率 电子科技大学硕士论文 的业务范围都能够得以支持实现。 f 1 ) 固定扩频的多码传输 宽6 6 7 us 的每个时隙中，可以使用固定长度为1 6 的一些扩频编码。同一个时隙 内的多种资源可以分配给不同的用户，还可以部分或者全部的分配给一个用户。 同一个时隙的多种资源通过不同的扩频编码来进行区分。 ( 2 ) 扩频因子可变的单码传输 除了多码传输之外，还可以使用扩频因子可变q = i ，2 ，4 ，8 ，1 6 的单码传输。 上行链路 在上行链路中，移动终端在宽度为6 6 7 ps 的每个时隙内通过调节扩频因子 来进行单码传输，其中扩频因子是数据传输速率的函数。通过使用这种方法，能 够显著的降低功率放大器对峰值与平均值之比的要求。这一点对于移动终端的高 速率业务来说尤为重要。在基站，同一个时隙内仍然能够收到几个移动台的信息， 它们之间根据各自的码字来相互区分，同时联合检测能够改善各自的解码性能。 下行链路 类似地，在下行链路中基站也能够调节作为数据传输速率函数的扩频因子。 具体有联合检测处理能力的终端仅在一个时隙内就应完成每个移动站的多个资 源的要求，要采用这样的终端支持这样的高速数据传输，所要求的吞吐量占据了 整数倍的时隙加上附加时隙部分。单一突发传输可出现在除附加时隙之外的所有 时隙中，几个移动站的附加突发在附加时隙中并重叠，这里只有附加时隙需要联 合检测。， 在u t r a t d d 模式中的数据调制方式是q p s k ，调制后的数据符号使用长 度在l 一1 6 的特定信道化码扩频，最后用一种长度为1 6 的伪随机序列对调制和 扩频后的数据进行加扰。在u t r a f d d 系统中也用到了同样类型的正交信道码。 数据扩频之后是使用小区专用或者信源专用扰码序列进行的加扰；加扰处理的方 式是码片与码片相乘。信道化码和小区专用扰码相乘合并是一个用户或者小区特 定的扩频过程。最后，在发送端进行脉冲波形滤波：每个码片使用滚降因子a = o 2 2 的平方根升余弦滤波器滤波。 用户数据速率 表2 2 中列出了u t r at d d 模式中使用1 2 比率的信道编码和扩频因子为 1 6 的用户比特速率、尾比特、t f c i 、t p c 或者c r c 等杂项开销没有计算在内。 当扩频困于不是1 6 ( 来自正交可变扩频机制) 时，这时可以看作是扩频因子为 1 6 的一个子集( 例如，上行链路中扩频园子8 则对应于下行链路中扩频因子为 1 6 的两个并行码) 。当所需时隙数超过7 时，相应的数据速率只能提供给上行链 电子科技大学硕士论文 路或者下行链路。 扩频因子为1 6 时分配时隙的数目 分配码的数目 141 3 l 1 3 8 k b p s5 5 2 k b p s 1 7 9 k b 口s 8 1 1 0 k b p s 4 4 l k b _ p s 1 4 3 m b p s 1 6 2 2 0 k b p s8 8 3 k b p s2 8 7 m b p s 表2 2 中显示的是时隙和码字限制的比特速率，最大干扰限制的比特速率可能 要低一些。 为了便于比较，我们最后给出了u t r at d d 高码片速率与t d s c d m a 的 物理层主要参数的比较如下表。 表2 3 两种t d d 标准物理层参数和特性比较 项目u t r a t d dt d - s c d m a备注 占用带宽5 m h z 1 6 m h z 每载波码片速3 8 4 m c p s 1 2 8 m c d s 窒 扩频方式 d s ，s f = 1 2 4 8 1 6 d s ，s f = i 2 4 8 16 调制方式q p s kq p s k 信道编码卷积码：r = 1 2 ，1 3卷积码：r = i 2 ，1 3 t u r b o jt u r b o 交织 1 0 2 0 4 0 8 0 m s1 0 2 0 “0 8 0 r r i s 帧结构超帧7 2 0 m s ， 超帧7 2 0 m s ， 无线帧1 0 m s无线帧1 0 m s 子帧无 5 m s 突发结构m i d a m b l e m i d a m b l e 时隙数 】57 上行同步t a ( 8 c h i p )1 2 c h i p 智能天线困难基于智能天线 容量：每时隙话 8 1 6同时工作 音信道数 每载波提供的7 x 8 = 5 6 3 x 1 6 = 4 8对称业务 话音信道数 频谱利用率 1 0 e r l m h z2 5 e r l ，m h z对称话音业务 ( 使用话音激活可能 增加5 0 ) 容量：每时隙总2 2 0 8 k b p s2 8 1 6 k b p s 数据业务 传输速率 每载波提供的3 3 1 m b p s1 9 7 1 m b p s 总传输速率 频谱利用率0 6 6 2 m b r l s m h z1 2 3 2 m b p s 不对称数据业 务 电子科技大学硕士论文 其它功能如提供提供 0 d m a ， d c a ，a r q ， d t x 等等 2 2 无线资源管理技术 无线资源管理的目标是在有限带宽的条件下，为网络内无线用户终端提供业务 质量保障，其基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰弱和干 扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源， 最大程度地提高无线频谱利用率，防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷。无 线资源管理( 砒t m ) 的主要包括以下几个部分：功率控制、信道分配、调度技术、 切换技术、呼叫准入控制、端到端的q o s 、无线资源预留和自适应编码调制等。 功率控制 功率控制的目的是使得各个无线链路的干扰最小。上、下行链路中的专用物 理信道( d p c h ) 和物理随机接入信道( p r a c h ) 都使用了功率控制。前向接八 信道( f a c h ) 也可以使用功率控制。使用先进的接收机，比如联合检测器，可 以抑制小区( 本小区) 内干扰，从而降低对于快速功率控制的需求。最优多用户 检测接收机可以抵抗远近效应，但在实际中，次优多用户检测器的有限的动态范 围限制了它的性能。在表2 4 中列出了u t r a t d d 功率控制的特性。 下行链路中，闭环在初始传输后使用，信道的互易性用于上行链路开环功率 控制。基于基站的干扰程度以及下行链路的路径损耗，移动台对路径损耗测量结 果加权，从而设置发射功率，干扰程度及基站的发射功率都进行广播。移动台的 发射功率根据下面的等式进行计算： r 腰= c 正c cd ，+ ( 1 一芦) 厶+ l 描+ s i r 蹦脚r + c ( 2 - 1 ) 在等式f 2 1 ) 中，p u e 是以d b m 为单位的发射功率级别；l p c c p c h 是以d b 为单位的 测量出的路径损耗：k 是以d b 为单位的路径损耗的长期平均；i b t s 是基站接收 机接收到的干扰信号功率水平，它以d b m 为单位；a 是代表路径耗测量结果特 性的加权参数，n 是上行时隙和最接近的下行p c c p c h 时隙之间时延的函数， s i r t a r g e t 是目标s n r 值，以d b 为单位；这可以通过外环功率控制来调整；c 是一个常数值。 表2 4u t r a t d d 的功率控制特性 电子科技大学硕士论文 方法开环基于s i r 的闭环控制 动态范6 5 d b 3 0 d b ( 在一个时隙内，所 围最小功率为4 4 d b m 或更小有用户在2 0 d b 以内) 最大功率为2 1 d b m 步长 1 , 2 ，3 d b1 ，2 ，3 d b 速率可变从1 0 0 h z 到大约7 5 0 h z 1 7 时隙间隔f 2 个时隙p c c p c h ) 1 1 4 时隙间隔( 1 个时隙p c c p c h ) 联合检测 u t r at d d 要求使用联合检测技术分离在一个时隙中同时存在的扩频码； 使用传统的检测器在基站端要求严格的上行功率控制，比如匹配滤波器或者 r a k e 接收机。由于上行链路不是连续可用的，这种功率控制很难在t d d 系统中 应用。这样，t d d 系统中应当使用联合检测技术来消除用户间发射功率不同导 致的远近效应，由多径传播引起的码间串扰( i s i ) 和不同用户的数据符号之间 的多址干扰( m a d 都在下行链路中存在。下行链路中，由于蜂窝内的干扰被正 交码所抑制，因此对于联合检测器的需要不如上行链路中强烈。在u t r at d d 模式中，同时激活的用户数较小，相对较短的扰码和扩频码的使用使得联合检测 接收机的应用更具有吸引力。 次优的联合检测技术可以分类为单用户检测器和多用户检测器两种。在 u t r at d d 中，单用户检测器可以在所有用户通过同样的传播信道的情况下使 用，也就是说，它们主要应用在下行信道中，其他的各种晴况下则主要使用多用 户检测。 单用户检测器首先均衡接收到的数据突发来消除由信道引起的失真。假设使 用了理想的均衡，则均衡器的输出端将恢复码的正交性，此时可以由码匹配滤波 器将所需信号分离。同联合检测相比，使用单用户检测器的优点是不需要知道其 他用户的激活码字，而且其计算复杂度较低。 为了克服u t r at d d 方式中的m a i 和i s i ，可以使用基于诸如迫零( z f ) 或最小均方误差( m m s e ) 的均衡器，这两种均衡方式都可以在有或无判决反馈 ( d f ) 的情况下使用。它们的计算复杂度基本相同，但m m s e 均衡器的性能要 优于z f 均衡器。使用判决反馈可以提高系统性能( 实际误码率的e ，d 要求大 约低3 d b ) ，并且m m s e 算法一般要优于( 对e 0 的要求有小于l d b 的差异) 迫零反馈。天线分集技术可以和联合检测一起使用来进一步提高性能。 定时提前 为了避免大的小区中连续时隙间的干扰，在基站接收机中使用定时提前策略 电子科技大学硕士论文 来定位各自的发送时间。这种定时提前是由具有4 个码片( 1 0 4 2 l as ) 准确度的一 个6 b i t 数字决定的，基站测量所需的定时提前，终端根据高层的消息调整自己的 发送。最大的小区范围是9 2 k m 。 u t r at d d 模式中，没有定时提前的小区范围可以由业务突发的保护周期 ( 9 6 码片= 2 5us ) 来计算，计算结果是3 7 5 k i n 。这个值超出了实际中的t i ) d 小 区范围( 微小区和微微小区) ，因此在实际中定时提前也许不需要。 信道分配 第二层的媒体接入控制( m a c ) 实体负责及时为传输进行资源分配。资源 单元( r u ) 分配( 信道频率、时隙和码字) 是通过分配资源给小区( 慢速d c a ) 和承载业务( 快速d c a ) 实现的。为了支持d c a ，无论终端还是基站都要执行 周期性的检测和报告。快速d c a 总是在基站端终止，而慢速d c a 可以在组成 无缝覆盖区域的基站之上的任何网络实体端终止，实际上这就是r n c 。 慢速d c a 慢速d c a