（通信与信息系统专业论文）tdscdma无线网络设计规划.pdf

摘要 t d s c d m a ( t 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 nm u l t i p l ea d d r e s s ，时 分双工同步码分多址) 技术是中国具有自主知识产权的3 g 技术主流标准，经过 多年的高速发展和不断完善，无论是从技术标准的发展还是从设备技术的研究开 发和网络建设，都已经比较成熟，单独组网能力已经不留悬念，t d s c d m a 必 将在未来的3 g 市场中占有一席之地。无线系统规划设计，即无线网络规划是移 动通信网络规划中最为关键的部分，其投资通常能占到总投资的2 3 。 t d s c d m a 无线网规的目标是在满足业务需求的前提下，平衡网络覆盖、质量 和成本之间的关系，这对t d s c d m a 无线网络的预规划和详细规划都提出了严 格的要求。另外，如何在保证一定的网络服务性能的前提下，最大限度地发挥系 统的容量，提高频谱的利用率，使网络的投资收益比最大化，是无线网络规划工 作者不断追逐的目标。 论文从对t d s c d m a 系统本身的技术参数、系统结构、帧结构及其特有技 术如时分双工、智能天线和联合检测等的分析出发，对t d s c d m a 系统各种不 同速率业务的链路预算进行了计算分析，得出了一般情况下的t d s c d m a 系统 的理论覆盖能力，还分别从干扰受限和码道受限两个方面分析了t d s c d m a 系 统的理论容量。然后从传播模型校正、码规划、频率规划、时隙比例规划等各方 面对t d s c d m a 无线网络进行了详细的规划仿真研究。最后结合某城市或称假 想的某区的实际情况用规划仿真软件进行了t d s c d m a 无线网络规划的案例分 析，希望能够对将来的大规模组网实践提供参考。 关键词：t d s c d m a 系统，无线网络规划，关键技术，预规划，无线网络仿 真 i i a b s t r a c t t h et 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 nm u l t i p l ea c c e s s ( t d s c d m a ) t e c h n o l o g yi so n eo ft h em a i n s t r e a ms t a n d a r d sf o rt h e3 gt e c h n o l o g yw h e r ec h i n ai s g r a n t e dw i t ht h ei n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s s i n c et h et d s c d m ah a sd e v e l o p e d r a p i d l yf o rd e c a d e sa n dh a sb e e ng r a d u a l l yi m p r o v e d ，i th a sb e c o m er e l a t i v e l y m a t u r en o to n l yi nt h ef i e l do ft e c h n o l o g ys t a n d a r d sb u ta l s oi nt e r m so fr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to fe q u i p m e n t sa sw e l la sn e t w o r kc o n s t r u c t i o n ，w h i c hu n d o u b t e d l yh a s t h es t a n d a l o n en e t w o r k i n gc a p a b i l i t y d e f i n i t e l y , i ti st h et d s c d m a t e c h n o l o g y t h a to c c u p i e sa ni m p o r t a n tp o s i t i o ni nt h ec o m i n g3gm a r k e t w i r e l e s sn e t w o r k s y s t e mp l a n n i n ga n dd e s i g n ，i e ，w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n g ，p l a y sac r u c i a lr o l ei n t h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r kp l a n n i n g ，w h i c hg e n e r a l l yo c c u p i e s2 3o ft h e t o t a li n v e s t m e n t t h et d s c d m aw i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n ga i m sa t a c h i e v i n ga b a l a n c e de f f e c ta m o n gt h en e t w o r k c o v e r a g e ， q u a l i t y , a n dc o s t ，u n d e rt h e p r e c o n d i t i o no fs a t i s f y i n gt h es e r v i c ed e m a n d s ，a n dc o r r e s p o n d i n g l y , i th a ss t r i c t r e q u i r e m e n t sf o rt h et d s c d m ap r e p l a n n i n ga n dd e t a i l e dp l a n n i n g i na d d i t i o n ， h o wt ou t i l i z et h es y s t e mc a p a c i t yt ot h em a x i m u ml e v e l ，t oe n h a n c et h eu t i l i z a t i o n o ft h ef r e q u e n c ys p e c t r u m ，a n dt om a x i m i z et h er a t eo fr e t u r no ni n v e s t m e n to ft h e n e t w o r k ，w h i l ee n s u r i n gt h en e t w o r ks e r v i c ep e r f o r m a n c ea tac e r t a i nl e v e l ，h a s b e c o m ea ni m p o r t a n tt a r g e tf o rt h o s ee n g i n e e r si nt h ef i l e do fw i r e l e s sn e t w o r k p l a n n i n g 。 t h i st h e s i sb e g i n sf r o mt h ea n a l y s i sa b o u tt e c h n o l o g i e sp a r a m e t e r s ，s y s t e m s t r u c t u r e ，a n df r a m es t r u c t u r eo ft h et d s c d m as y s t e mi t s e l f , a sw e l la si t ss p e c i f i c t e c h n o l o g i e s ，i n c l u d i n gt i m ed i v i s i o nd u p l e x ( t d d ) ，s m a r ta n t e n n aa n dj o i n t d e t e c t i o n ( j d ) i nt h i st h e s i s ，t h el i n kb u d g e t sf o rv a r i o u ss e r v i c e so ft h et d s c d m a s y s t e mu n d e rd i f f e r e n tr a t eh a v eb e e na n a l y z e da n dc a l c u l a t e d ，s oa st oo b t a i nt h e t h e o r e t i c a l c o v e r a g ec a p a c i t y o ft h et d - s c d m as y s t e mu n d e rt h ec o m m o n c o n d i t i o n s ，a n dt h et h e o r e t i c a lc a p a c i t yo ft h et d - s c d m as y s t e mh a sa l s ob e e n a n a l y z e df r o mt w oa s p e c t s ，n a m e l y , l i m i t e db yi n t e r f e r e n c e sa n dl i m i t e db yc o d e i i i r e s o u r c e s t h e n ，t h et d s c d m an e t w o r kp l a n n i n gi sr e s e a r c h e di ng r e a td e t a i l t h r o u g hs i m u l a t i o ni nv a r i o u sa s p e c t si n c l u d i n gp r o p a g a t i o nm o d e lc o r r e c t i o n ，c o d e p l a n n i n g ，f r e q u e n c yp l a n n i n g ，a n dt i m es l o tr a t ep l a n n i n g f i n a l l y , t h et d s c d m a w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gi sa n a l y z e dt h r o u g hac a s ea c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o n o fac e r t a i nc i t yo rc a l l e da l li m a g i n a r yd i s t r i c tt h r o u g hp l a n n i n gs i m u l a t i o ns o f t w a r e ， w h i c ha i m sa to f f e r i n gr e f e r e n c e sa n ds u g g e s t i o n sf o rt h el a r g e - s c a l e dn e t w o r k i n g p r a c t i c e k e y w o r d s ：t d s c d m as y s t e m ，w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n g ，k e yt e c h n o l o g y , p r e p l a n n i n g ，w i r e l e s sn e t w o r ks i m u l a t i o n i v 缩略语词汇 l i s to fa b b r e v i a t i o n s a m r 自适应多速率 b h c a 忙时呼叫 b l e r 误块率 b r u 基本资源单元 c a 码分配 d c a 动态信道分配 d o a 到达方向 d w p c h 下行导频信道 d w p t s下行导频时隙 e i r p 有效全向辐射功率 g o s业务等级 m a i多址接入干扰 o v s f 正交可变扩频因子 r n c无线网络控制器 r n s 无线网络子系统 r s c p接收信号码功率 s d r软件无线电 s f 扩频因子 s y n c d l 下行同步码 s y n c u l 上行同步码 u e 用户设备 u t r a n u m t s 地面无线接 入网 a d a p t i v em u l t i r a t e b u s yh o u rc a l la t t e m p t b l o c ke r r o rr a t e b a s er e s o u r c eu n i t c o d ea s s i g n m e n t d y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n d i r e c t i o no f a n g l e d o w n l i n kp i l o tc h a n n e l d o w n l i n kp i l o tt i m es l o t 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 g r a d eo fs e r v i c e m u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c e o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o r r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m r e c e i v e ds i g n a lc o d ep o w e r s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o s p r e a d i n g f a c t o r s y n c h r o n o u sd o w n l i n k s y n c h r o n o u su p l i n k u s e re q u i p m e n t i ，m t st 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 v 南京邮电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 含为获得南京邮电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： 铱球 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 茌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 也复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 改。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 轲京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：多象砷导师签 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 论文背景 第二章绪论 通信是衡量一个国家或地区经济文化发展水平的重要标志，对推动社会进步 和人类文明的发展有着重大的影响。移动通信是当今通信领域内最为活跃和发展 最为迅速的领域之一，从第一代模拟蜂窝网到第二代数字蜂窝网再到现在的第三 代数字移动通信系统，移动通信一直在我们的生活中扮演着重要角色。 上个世纪七十年代，美国贝尔实验室率先提出蜂窝移动通信的概念，解决了 频率复用的问题。同时大规模集成电路技术及计算机技术的发展突飞猛进，长期 难以解决的移动通信终端小型化的问题得到了初步解决，给移动通信的发展打下 了基础。1 9 7 8 年，美国提出的a m p s 系统在移动通信发展历史上具有里程碑的 意义。具有代表性的还有欧洲的t a c s 、北欧的n m t 和日本的j - t a c s 系统等， 它们采用的都是基于f d m a 的模拟制式，统称为第一代移动通信系统。 第二代移动通信系统( 2 g ) 采用数字技术，除提供语音业务外，还可提供 短消息、低速的分组数据等服务，并可提供无缝的国际漫游。g s m 和c d m a 技 术是2 g 时代最具有代表性的两种移动通信技术标准。 2 0 0 0 年5 月，在土耳其伊斯坦布尔举行的w a r c 会议上，正式确立了 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 为国际公认的第三代移动通信( 3 g ) 三大 主流标准，从而进入3 g 的高速发展阶段。 作为我国提出的具有自主知识产权的t d s c d m a 系统，在“洋制式 落地 中国前景模糊之时，呼声甚高的国产3 g 标准已经整装待发。2 0 0 7 年，t d s c d m a 在中国以十个城市1 5 0 0 0 个基站的大规模建网首当其冲，马不停蹄地朝商业化胜 利前进，除北京之外，基本建成。t d s c d m a 无疑是2 0 0 7 年中国3 g 市场的着 眼点，产业链的不断完善，技术水平的逐步成熟，t d 在2 0 0 8 年正式商用之前可 谓做足了准备。据预测，t d s c d m a 在经历2 0 0 7 年及2 0 0 8 年的建设导入期后， 2 0 0 9 - - 2 0 1 1 将进入建设的高峰期，t d 用户数量将实现放量式增长。 t d s c d m a 采用了集f d m a 、t d m a 、c d m a 和s d m a 为一体的技术， 用1 6 m h z 的载波带宽提供高达2 m b i t s 的数据速率。t d s c d m a 具有上下行链 南京邮电大学硕十研究生学位论文 第一章绪论 路不对称、频谱利用率高、发射功率低等优点，并可提供较高的系统容量；同时， 它能够从我国已大量应用的g s m 系统平滑过渡，与w c d m a 可共用核一i i , 网， 最大限度地保护运营商已有的巨大投资；由于其采用软件无线电技术，运营部门 加载不同的软件即可实现不同的业务性能。t d s c d m a 的主要技术特点有：时 分双工、智能天线与联合检测、动态信道分配、接力切换等。 一个能够与其他两个3 g 技术标准抗衡的完整的t d s c d m a 产业链应该包 括上、中、下游3 个部分： 上游：技术标准的确立和基础技术内容的研究； 中游：网络及终端设备的研究开发和生产制造； 下游：网络的建设和业务的运营。 测试表明，3 g 网络设计规划和优化将作为未来3 g 的第一挑战，网络规划、 系统仿真和网络优化在3 g 的发展中具有十分重要的意义。 移动通信网络规划由网络规模预测、传输系统规划设计、核心网络规划设计、 电源配套规划设计、无线系统规划设计和建设方案几大部分组成。无线网络规划 是其中最为关键的部分，其投资通常能占到总投资的2 3 。无线网络规划指根据 网络建设的整体要求，设计无线覆盖目标及为实现该目标进行的基站位置和配置 的设计。无线网规的目标是在满足业务需求的前提下，平衡网络覆盖、质量和成 本之间的关系。 t d s c d m a 网络规划与其他无线网络规划一样，需考虑多种因素，网规流 程基本一致；但由于其特殊的技术特点，其无线网规又有不同的内容和特点。相 对于w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 来说，t d 网规的技术优势主要体现在呼吸效应不明 显、多业务同径覆盖、高效支持非对称业务等方面。目前，市场上尚未出现公认 的比较成熟的t d s c d m a 规划工具，t d s c d m a 阵营的各相关企业f 与运营 商、各大通信设计院积极合作，开展网络规划和优化方面的研究。t d 网规网优 是长期的工作，一些技术细节还需要在t d 规模网络试验中得到进一步的验证。 1 2 本论文的内容安排 本文主要围绕t d s c d m a 系统无线网络规划以及影响规划过程和结果的因 素予以考虑研究，着重考虑t d s c d m a 无线网络预规划和详细规划及其流程， 2 南京邮电大学硕十研究生学位论文 第一章绪论 掌握利用仿真软件进行t d s c d m a 无线网络设计规划的方法，体会对某一区域 进行t d s c d m a 进行无线网络规划的过程，重点分析了t d s c d m a 关键技术 对其无线网络规划的影响。 综上所述，本文主要包括以下内容： 第一章主要回顾了移动通信的发展，并确立了无线网络规划在t d - s c d m a 系统规划中的重要地位。 第二章主要对t d s c d m a 技术的基本参数、系统结构、物理信道及关键技 术进行了较透彻的分析研究，并分析该标准的技术优缺点。 第三章主要分析并给出t d s c d m a 无线网络预规划的内容和任务，重点研 究了无线覆盖中的链路预算和容量估算的原理及方法，对t d s c d m a 规划的基 站数量进行了计算，并附加对频率规划和多载波技术做了较详细的介绍。 第四章主要研究了t d s c d m a 无线网络详细规划的主要内容，分析并描述 了t d s c d m a 无线网络详细规划中的系统仿真、码规划、时隙比例规划、邻区 规划和t d s c d m a 系统内干扰的方法，且研究了其对无线网络规划结果的影响。 第五章利用仿真软件针对某城市或称假想的某区的无线网络部署情况和模 拟仿真情况就t d s c d m a 无线网络设计规划方法进行探讨。 第六章对全文的工作做一个简单的小结。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章t d s c d m a 主要技术及对规划的影响 第二章t d s c d m a 主要技术及对规划的影响 2 1t d s c d m a 移动通信系统简介 2 1 1t d s c d m a 主要技术参数 3 g 各主流技术的差异在于空中接口和无线传输等方面，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 ) ，由文献 1 】，系统主要技术参数如下： ( 1 ) 载频带宽间隔：1 6 m h z ( 2 ) 码片速率t1 2 8 m c s ( 3 ) 双工方式：t d d ( 4 ) 帧长：1 0 m s ( 子帧5 m s ) ( 5 ) 信道编码方式：1 2 、1 3 卷积编码、t u r b o 编码 ( 6 ) 扩频技术： o v s f ( o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o r ，正交可变 扩频因子) 码，s f = 1 2 4 8 1 6 。前向采用w a l s h ( 信道化) + p n 序列( 区分小 区) ；反向采用w a l s h ( 信道化) + p n 序列( 区分用户) ( 7 ) 调制方式：q p s k s p s k ( 8 ) 功率控制：开环+ 快速闭环 ( 9 ) 功率控制速率：2 0 0 次s ( 1 0 ) 基站同步：同步( g p s 或其他方式) ( 1 1 ) 检测方式：联合检测 ( 1 2 ) 信道估计td w p c h 、u p p c h 、m i d a m b l e ( 1 3 ) 数据传输速率：1 2 2 k b i t s 、6 4k b i t s 、1 4 4k b i t s 、3 8 4k b i t s 、2 mk b i t s ( r 4 m a x ) ，( 1 4 ) 多址接入方式：f d m t d m c d m s d m a ( 1 5 ) 系统频谱( 1 5 5 m ) ： 2 0 10 2 0 2 5 m h z ：一阶段频段，可支持9 个频点 1 8 8 0 1 9 2 0 m h z ：二阶段频段 2 3 0 0 2 4 0 0 m h z ：补充频带 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章t d - s c d m a 主要技术及对规划的影响 2 1 2t d s c d m a 的系统结构 t d s c d m a 系统结构完全遵循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 t 黜蝌) 和核心网( c n ) 。核心网主要处理u m t s 内 部所有的语音呼叫、数据连接和交换，以及与外部其他网络的连接和路由选择。 无线接入网完成所有与无线有关的功能。按照现有3 g p p 的t d s c d m al c r 标 准，其核心网，甚至业务平台与w c d m a 是相同的。 由参考文献 1 】和 2 】可知，t d s c d m a 系统的网络结构按照功能可以分为两 个基本域，用户设备域u e ( u s e re q u i p m e n t ) 和基本结构域。其中，用户设备 域又包含移动设备域( m e ) 和用户业务识别单元( u s i m ) ；基本结构域则分为 接入网域u t r a n 和核心网域c n 。如图2 一l 所示。 2 1 3 物理信道 图2 1t d s c d m a 系统网络结构图 t d s c d m a 系统存在三种信道模式：逻辑信道、传输信道和物理信道。逻 辑信道是m a c 子层向上层( r l c 子层) 提供的服务，它描述的是承载什么类型 的信息：传输信道作为物理层向高层提供的服务，描述的是所承载信息的传送方 式。t d s c d m a 通过物理信道模式直接把需要传输的信息发送出去，即在空中 传输物理信道承载的信息。 ( 1 ) 信道 t d s c d m a 的物理信道采用四层结构：系统帧、无线帧、子帧和时隙码。 南京邮电大学土q f 究生学位论文第二荦t d * s c d m a 主要技术及对规划的影响 其下行前向链路和上行反向链路的信息是在同一载频的不同时隙上进行传送的 使用某一载频和一个扩频码的特定时隙即为一个基本信道。t d s c d m a 的基本 物理信道特性由频率、码和时隙决定时隙用于在时域上区分不同用户信号。 ( 2 ) 帧格式 t d s c d m a 的帧长度为1 0 m s ，分为2 个5 m s 的子帧。这两个予帧的结构完 全相同都包含6 4 0 0 c h i p 。每个子帧中有7 个常规业务时隙( 又称为主时隙) t s 0 t s 6 和3 个特殊时隙d w p t s 、u p p t s 和g p ( g u a r dp o i n t ) 。主时隙中的t s 0 必 须用于下行，用作公菇控制信道传输，作为小区广播使用，t s i 必须用于上行。 其它时隙可根掘用户需要灵活配置成上行或下行每个子帧有两个上，下行转换 点。实际应用中，由于下行数据量大于上行。上下行时隙数比例通常可采用3 ：3 、 2 ：4 、1 ：5 。每个主时隙长6 7 5 1 i s ，由8 6 4 c h i p 组成。如图2 2 所示。 s v s t e mf r a m en u m b e r “ i rs m s 叫 l $ u b 4 t m ij 乒| 。 ”“嘲” t s 2 0t s 3 0t 8 4 _t s 鼬 跫】 _ l 1 。、，g i i l i l ! ! ! l l 霪豳m i a a m n l e 。l l l ! i l l l 翳 1 4 4 c h i p s o 6 7 5 u s 酗2 2t d s c d m a 物理信道帧结构 d w p t s 是下行导频时隙，用于下行同步和小区初搜。陔时隙时长7 5 u s ，由 9 6 c h i p 组成：6 4 用于导频序列s y n c - d l ；3 2 用于保护。3 2 个不同的s y n c d l 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章t d s c d m a 主要技术及对规划的影响 码是一组p n 码，用于区分相邻小区。d w p t s 的发射为全向或扇区传输，不采 用智能天线赋形。 u p p t s 是上行导频时隙，用于建立上行初始同步和随机接入，以及越区切 换时邻近小区测量。该时隙时长1 2 5 9 s ，由1 6 0 c h i p 组成：1 2 8 用于上行同步序 列s y n c u l ；3 2 用于保护。s y n c u l 有2 5 6 种不同的码，可分为3 2 个码组， 以对应3 2 个s y n c d l 码，每组有8 个不同的s y n c u l 码，即每一个小区对 应于8 个确定的s y n c u l 码。s y n c u l 是一组p n 码，用于在接入过程中区 分不同的u e 。b t s 可从终端上行信号中获得初始波束赋形参数。 g p 在n o d e b 侧，是上行与下行间的保护时隙。该时隙时长7 5 1 x s ，由9 6 c h i p 组成。在小区搜索时，确保d w p t s 可靠接收，防止干扰u l 工作；在随机接入 时，确保u p p t s 可以提前发射，防止干扰d l 工作。保护时隙可用于确定基本 的小区覆盖半径约为1 1 2 5 k m ( l = v x 9 6 1 2 8 m = 2 2 5 k m ) 。 ( 3 ) 普通时隙突发和训练序列 t d d 模式下的物理信道用于将一个突发b u r s t 在所分配的无线帧的特定时隙 发射。无线帧可连续也可以不连续。一个b u r s t 由2 个数据部分、1 个训练序列 ( 即中间码m i d a m b l e ) 和保护时隙组成。1 个b u r s t 持续时间1 个时隙。突发的 数据部分由信道码和扰码共同扩频，即将每一个数据符号转换成一些码片，因而 增加了信号带宽，一个符号包含的码片数称为扩频因子s f ( 可取l 、2 、4 、8 或 1 6 ) 。发射机可以同时发送几个突发，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 的信道码，但应使用相同的扰码。中间码部分必须使用统一 的基本中间码，可使用不同的偏移码。 突发结构中的中间码又称为训练序列，用于进行上下行信道估计、测量，其 作用是保持上下行同步以及进行功率测量。 2 1 4 传输信道对物理信道的映射关系 在参考文献【2 】中提出，一个专用传输信道映射到一个或几个物理信道上， 每一次分配都有一个确定的交织周期。将一帧分成几个可用于上下行信息传输的 时隙。 传输信道到物理信道的映射方式，如表2 1 所示。 7 南京邮电大学硕j ：研究生学位论文第一二章1 1 3 s c d m a 主要技术及对规划的影响 表2 1传输信道到物理信道的映射 传输信道物理信道 专用传输信道( d c h )专用物理信道( d p c h ) 广播信道( b c h )主公共控制物理信道( p c c p c h ) 寻呼信道( p c h )辅助公共控制物理信道( s c c p c h ) 前向接入信道( f a c h )辅助公共控制物理信道( s c c p c h ) 随机接入信道( r a c h )物理随机接入信道( p r a c h ) 上行共享信道( u s c h )物理上行共享信道( p u s c h ) 下行共享信道( d s c h )物理下行共享信道( p d s c h ) 下行导频信道( d w p c h ) 上行导频信道( u p p c h ) 寻呼指示信道( p i c h ) 快速物理接入信道( f p a c h ) 2 2t d s c d m a 的技术特征 为实现大容量( 高频谱利用率) 、抗干扰等目标，t d s c d m a 相对于 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 采用了更多的新技术。这些领先的技术优势为t d s c d m a 系统带来了高效的频谱利用率，高效支持非对称数据业务，节省了系统成本。参 考文献 1 】 2 】 3 】 4 】【5 】，在此对t d s c d m a 的主要的七个关键技术进行介绍研 究。 2 2 1时分双工t d d t d d ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x ，时分双工) 技术的采用是t d s c d m a 系统与 其它两大3 g 主流标准f d d 系统的根本区别之一。在时分双工模式中，接收和 发送是在同一频率信道的不同时隙，在时间上来分离接收和发送信道。 在同样满足i m t - 2 0 0 0 要求的前提下，t d d 系统有其他系统不可比拟的优势： ( 1 ) 提高系统的频谱利用率。动态地按需分配时隙，可以使得频谱资源得 以最大、最优地利用，节省的大量频段可用于更大面积的系统覆盖；而f d d 系 8 塑室业- ! 查兰壁型! ! 兰兰些堡兰 星= 兰婴：! ! ! 坚! 圭鐾塾查垦翌里型竺堂堕 统由于其固定的上下行频率的到称占用，在承载非对称业务时会造成对频谱资源 的极大浪费。 ( 2 ) 降低对功率控制的要求。同频干扰较小，降低了系统对终端发射功率 的要求，增大了系统的覆盖面积。 ( 3 ) 提高终端的接收性能。无需笨重的射频双工器基站小巧、降低成本。 ( 4 ) 适合采用智能天线技术。智能天线每一个波束指向一个特定的用户且 能自适应地跟踪任何移动用户，其高效率是建立在上下行链路在无线路径方面的 对称性基础上的，即需要尽量保证无线环境和传输条件的相同。只有这样上行链 路的估计参数才能比较完好地符合下行链路。t d d 上下行在同一频率上，故两 个方向中的传输条件是相同或者| 兑是对称的。 ( 5 ) 更容易实现低功耗的多模小终端。 t d d 系统的主要问题在于终端的移动速度和覆盖距离等方面： ( 1 )小区的覆盖范围受到限制。上下行保护时隙宽度决定覆盖半径约为 1 12 5 k m 。规划中应针对这一点适当增加小区数e l 。 ( 2 ) 干扰问题。t d d 模式最主要产生上下行链路问干扰，这将严重影响 规划质量详细规划中应考虑到这一点。 ( 3 ) 同步要求高。 ( 4 ) 移动速度目前难以与f d d 模式相比。 l 划2 3t d d 剌f d d 的比较 时分双_ _ 给无线伽划带柬的影响包括：提高了网络覆盖容量降低了系统覆 盖半径，产生了多种新的干扰形式，舰划时应注意时隙比例，且不同的时隙干扰 可能会不一样。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章1 d s c d m a 主要技术及对规划的影响 2 2 2 智能天线s a s a ( s m a r ta n t e n n a ，智能天线) 采用空分多址( s d m a ) 技术，利用信号 在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地 利用有限的信道资源。s d m a 意味着同一个小区( c e l l ) 的不同用户，如果处于 s a 可以分辨开的不同空间位置，则可以使用基站侧的相同物理信道。 智能天线主要包括四个部分：天线阵元、模数转换、自适应处理器和波束成 型网络。智能天线由多个天线阵元组成天线阵列，每一个天线后接一个加权器， 即等价于乘以某一系数( 通常是复数) ，可同时调节接收信号的幅度和相位，最 后用相加器对每个天线接收的信号进行合并，即完成自适应的赋形。 t d s c d m a 智能天线的核心在于数字信号处理部分，检测激活用户的d o a ( d i r e c t i o no f a n g l e ，来波方向) 和数字波束赋形是智能天线的两个关键问题。 辨识信号到达方向，代表算法有m u s i c 、e s p r i t 、最大似然法等；自适应波束 赋形的目的是通过自适应算法得到最佳加权系数，自动调整天线方向图，使它在 干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而在有用信号方向形成主波束，达到抑制 干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。 t d s c d m a 的t d d 双工方式更能体现智能天线的优势。上下行链路使用相 同频率传输信号，且间隔时间短( 无线子帧时长5 m s ，所以容许的下行对上行的 反应时间为5 m s ) ，链路无线传输环境差异不大，上行的权值可直接用于下行。 智能天线的种类有很多，工程上常用的是圆环型阵元分布的柱状天线( 用于 全向覆盖) 和直线型阵元分布的板状天线( 用户扇区化覆盖) 。 智能天线的使用对t d s c d m a 系统的性能在以下几个方面作出了改进： ( 1 ) 减少了小区间和小区内的干扰，且降低了多径干扰，相应地增大了覆 盖范围。 ( 2 ) 提高了基站发射机的等效发射功率，降低了基站的成本，更加环保。 ( 3 ) 提高了基站接收机的灵敏度。 ( 4 ) 改进了小区的覆盖。在任意情况下( 复杂环境) ，打开波束赋形比关 闭波束赋形能提高覆盖距离1 0 2 0 ；覆盖面积增大2 0 - 4 0 。 ( 5 ) 提高了系统的容量。智能天线理想目标之一是实现空分复用( s d m ) 。 在波束赋形效果足够好的情况下，可以为不同方向上的用户分配相同的码道( 载 1 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章t d s c d m a 主要技术及对规划的影响 波、时隙、扩频码相同) ，这将会使系统容量成倍的增长。 智能天线给无线规划带来的影响包括：小区的呼吸效应变得不明显，系统覆 盖更加平衡，干扰降低、系统容量增加。控制、业务信道需分别规划：导频信道 d w p t s 和u p p t s 与7 个业务时隙( t s 0 - - - - , t s 6 ) 中t s 0 时隙的公共控制信道b c h 这二者工作在独立时隙，它们在发射功率和干扰储备情况等方面与业务信道( 时 隙) 均有所不同，且不采用波束赋形。业务信道能量仅指向小区内处于激活状态 的移动终端，控制信道仍在小区的范围内实现覆盖，所以，导频信道、b c h 信 道和业务信道的链路预算要分别考虑以确定覆盖半径。此外，智能天线对规划软 件的天线建模和干扰计算方面均有影响。 2 2 3 上行同步( 同步c d m a ) t d s c d m a 系统中的同步技术主要由两部分组成：基站间的同步、基站与 移动台间上行同步技术。t d s c d m a 系统的t d d 模式要求基站之间必须同步， 以达到避免相邻基站的收发时隙交叉，减小干扰的目的。基站间同步采用g p s 、 网络主从同步、空中主从同步等方法，系统内各基站的运行采用相同的帧同步定 时，可达到几微秒的同步精度。 c d m a 系统空中接口的下行链路总是同步的，同步c d m a 指上行同步。对 t d s c d m a 来讲，指使用同一时隙的处于不同位置的用户发送的上行信号同时 到达基站。t d s c d m a 系统中同一时隙的不同用户都采用正交码扩频，如果不 同用户的信号同步到达n o d e b ，则理论上不同用户之间将没有干扰。 t d s c d m a 系统帧结构是其容易实现上行同步的前提：d w p t s 用于下行导 频和同步设计，u p p t s 用于上行同步，g p 可防止上下行间干扰，常规时隙的中 间码m i d a m b l e 用于信道估计、功率测量及上行同步的保持。 u e 开机后首先必须与小区建立下行同步，然后才能开始建立上行同步。上 行同步过程主要用于随机接入过程和切换过程前，用于建立u 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，同步的精度一般要求在 i 8 - - - 1 c h i p 。 精确的上行同步使t d s c d m a 显示了更多的优势： ( 1 ) 可以有效定位联合信道冲击响应。 南京邮电人学硕上研究生学位论文第二章t d s c d m a 主要技术及对规划的影响 ( 2 ) 可以保证接收到的c d m a 码道扩频码保持正交，有效的减少码道间 干扰并消除时隙间干扰，大大提高系统容量，并降低基站接收机的复杂度，简化 硬件，降低成本。 ( 3 ) u e 动态调整发往基站的发射时间，可以进行距离估算，有助于波束 赋形和切换判决。 同步c d m a 的缺点是系统对同步的要求非常严格。上行同步要求为1 8 c h i p 宽度，同步要求5 9 s ，这对于小区中高速移动的u e 非常困难，一旦同步破坏， 将导致通信阻塞和严重干扰。另外，基站中的g p s 接收机增加了系统成本。 上行同步对无线规划并无直接影响，只是在干扰计算中需考虑上行正交因 子。 2 2 4联合检测 c d m a 是一个白干扰系统，主要干扰是同频干扰，包括：多址干扰m a i ， 指同小区内部其他用户信号造成的干扰；符号间干扰i s i ，指本用户由于多径造 成的不同符号间的干扰；小区间干扰，指其它同频小区信号造成的干扰。 抗干扰技术包括： ( 1 ) r a k e 接收机( r e k e 接收、软切换、功控、话音激活及不连续发射) 。 这些技术针对目标用户进行检测，而将其他用户的干扰均看成噪声，所谓单用户 检测。 ( 2 ) 多用户检测。将所有用户信号的分离看作一个统一的过程。包括干扰 抵消和联合检测。 ， 联合检测充分利用m a i ，可在一步之内将所有用户的信号分离。t d s c d m a 因其每时隙内码道数量少、基站扰码短和上行同步，所以计算量小，适合采用联 合检测抗干扰技术，且目前只能在基站侧实现。 联合检测利用了求解多元方程组的原理，如图2 4 所示。甲卷表示一个二 元