（通信与信息系统专业论文）wcdma系统接收机研究.pdf

辩京瓣电大学硬士研究生学位论交 臻簧 摘要 融多蛙方案其裔频谱效率较离、抗多径予莸畿力强静德点，餐多缝子撬 是其固裔的缺陷。 3 g p p 所制定的w c d m a 标准是目前被广泛接收的第三代蜂窝移动通信系统。 邋过对不同用户使用正交地址粥，那么多址干扰就只是成为系绞性能的一个限制 性因素。而对于其它的c d m a 系统，则使用多用户检测技术来提简c d m a 系统的性 艉，毽这耱技术戆复杂瞧艰毫。 本文介绍了w c d m a 系统接收机各关键技术，介绍了r a k e 接收机技术、c d m a 麓频蠢中频设嚣+ 藤瑾、分集接救藤理、多耀户检测技术、语音编辑、售逛缓鼹技 术和自邋应多遂率语音编码等技术。 通过对w c d m a 系统的负载豳子、干扰电平容限戬及倍嗓眈的分析计算，淹述 了3 g 通信系统中通信容量与各个参数及小区内、外干扰的关系。本文的核心部 分是研究了w c d m a 接收机对系统容量的影响，并且根据c d m a 系统的多用户干扰 产生嚣爨导出，l 、嚣上、下毒亍链鼹建户速率为r 时戆最大用户数的公式，撮据此公 式可以求出w c d m a 标准能提供的小区上、下行链路最大的用户数，接着导出小区 t 、下行链路胃淤提供鼢最大逮率。 关键词：第三代移动通信系统宽带码分多址技术多用户检测 r a k e 接收税容爨受载霞子 南京邮电大学硕士研究生举往论文a b s t r a c t a b s t r a c t c d m as c h e m eh a ss u c hs t r o n g p o i n t sa sh i 馥f r e q u e n c ys p e c t r u me f f i c i e n c ya n ds t r o n g a b i l i t ya g a i n s tm u l t i - p a t hi n t e r f e r e ，b u ti t sa l s oi n h e r e n tl i m i t e db ym u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e t h e3 g p pw c d m ai saw i d e l ya c c e p t e dt h i r d - g e n e r a t i o nc e l l u l a rs y s t e ms t a n d a r d b y u s i n gn o r t h o g o n a lc o d e sf o rd i f f e r e n tu s e r s ，t h em u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r f e r e n c e ( m a i ) c a l lb ea l i m i t i n gf a c t o rf o rs y s t e mp e r f o r m a n c e ，a sf o ro t h e rc d m as y s t e m s 。m u l t i u s e rd e t e c t i o n ( m u d ) i sk n o w nt or e d u c em a ia n di m p r o v ec d m as y s t e mp e r f o r m a n c e ，b u tm a n ys u c ht e c h n i q u e s h a v eh i g hc o m p l e x i t y t h i sp a p e rg i v eu sap r e v i e wo f e v e r yt e c h n o l o g yo f w c d m a r e c e i v e r , f o re x a m p l e ：r a k e r e c e i v e r , t h ed e s i g n i n gp r i n c i p l eo f c d m ar a d i of r e q u e n c ya n di n t e r m e d i a t ef r e q u e n c y , d i v e r s i t y r e c e i v e r , m u l t i u s e rd e t e c t i o n , v o i c ec h a n n e lc o d e r , c h a n n e lc o d i n ga n da d a p t i v em u l t ir a t ee c t t h i sp a p e rs t a r t sw i 搬c o n c e p t i o n sw h i c ha r el o a df a c t o r , i n t e r f e r e n c em a r g i na n d 玛，眠 o nw c d m as y s t e m 。c o n c l u d e st h a tw c d m ac a p a c i t yi sr e l a t e d 州t he a c hp a r a m e t e r s ，t h e i n t r a - c e l li n t e r f e r e n c ea n di n t e r - c e l li n t e r f e r e n c e e m p h a s e so f t h i sp a p e ri si m p a c to f t e c h n o l o g y o f w c d m a r e c e i v e r t os y s t e mc a p a c i t y , b a s i n go nt h ep r i n c i p l eo f t h em u l t i u s e ri n t e r f e r e n c ei n c d m a s y s t e m s ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h ef o r m u l a so ft h ec e uc a p a c i t yo nd o w n l i n ka n du p l i n k e m p l o y i n gt h e s ef o r m u l a s ，t h ec e l lc a p a c i t yo fw c d m a o nd o w n l i n ka n du p l i n kc a na l s ob e f i g t t r e do u ta n d t h em a x i m u m d a t er a t ep r o v i d e db yt h e s es t a n d a r d s0 nd o w n l i n ka n du p l c , 1 k c a na l s ob ef i g u r e do u tb yt h ec e l lc a p a c i t yg i v e na b o v e k e y w o r d s ： 3g可ncdma m u l t i u s e rd e t e c t i o n 鬏燃r e c e i v e r c a p a c i t y k 8 df a c t o r l l 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方向：移动通信与无线技术 作 者：j 塑堕级研究生 王建彬 指导教师堡鲞田 题目：、w c d m a 系统接收机研究 英文题目：r e s e a r c ho fw c d m as y s t e mr e c e i v e r 主题词：第三代移动通信系统宽带码分多址技术 多用户检测r a k e 接收机容量负载因子 k e y w o r d s ： 3 gw c d m am u l t i u s e rd e t e c t i o n r a k er e c e i v e r c a p a c i t y l o a df a c t o r 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章；缝论 1 1 移动通信的发展 第一章绪论 当今斡社会已经进入了一个傣息纯懿社会，没套信崽熬传递秘交淡，人锫裁光滋逡应 瑰代繇瓣茯节奏鹣生活嚣工作。人弱蘩望不受辩空疆裁逮迸 亍各茅孛穰惠魏交流，提麓工作 效率和经济效益。 移动通信可以说从无线电发明之日就产生了。1 8 9 7 年，马可尼所完成的无线通信实验 室就是在固定站与一艘拖船之阀进行的。而蜂窝移动通信的发展怒在二十世纪七十年代中 期双爱魏潦。 移动通信综合利用了脊线、无线的转输方式，为人们提供了一种快速便捷的通讯手浚。 由于电子技术，尤其是半母体、集成电路及计算机技术的发展，以及市场的推动，使物美 价廉、轻便可靠、性能优越的移动通信设备成为可能。现代的移动通信发展至今，主骚走 过了嚣弋，露第三代现在正楚子紧张魏磅剃狳段，部分厂裹已经熊试验产品。 第一阶段是模撅蜂窝移动通信弼，对闻楚本傲纪七十年代串期歪，k 十年代中期。1 9 7 8 年，美囡贝尔实验室研制成功先进移动电话系统( a m p s ) ，建成了蜂窝状移动通信系统。 而其它工业化国家也相继开发出蜂窝式移动通信网。这一阶段相对以前的移动通信网，最 重要的突破是贝尔实验室在七十年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝麟，即小区制，由予实现 了菝攀笈舔，大大提高了系绞容量。 第一代移动通信系统的熟型代表是美国的a m p s 系统和后来的改进型系统t a c s ，以及 n m t 和n t t 等。a m p s 使用横拟蜂窝传输的8 0 0 m h z 频带，在北美、南美和部分环太平洋国 家广泛使用；t a c s ( 总接入通信系统) 使用9 0 0 m h z 频带，分e t a c s ( 欧洲) 和n t a c s ( 日 本) 秀耱舨本，英国、疆零琴羹帮分委溅藿家广泛使耀奠蠡准。 第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用，语音信号为模拟调制，簿隔 3 0 k h z 2 5 k h z 一个模拟用户信道。第一代系统猩商业上取得了巨大的成功，但是其弊端也 日渐显褥出来： ( 1 ) 频谱剥焉率低 ( 2 ) 嫩务静类有限 ( 3 ) j l j 高速数据业务 ( 4 ) 保密性差，易被窃听和盗号 ( 5 ) 设备成本赢 塑塞坚皇查兰堡主竺塑竺兰垡丝苎 苎二茎：堕鲨 ( 6 ) 体积大，总量大 为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷，数字移动通信技术应运而生，并且 发展起来，这就是以g s m 和i s 一9 5 为代表的第二代移动通信系统，时间是从八十年代中期 开始。模拟蜂窝网虽然取得了很大成功，但其系统容量小，业务种类受限，通话易被窃听， 难以满足移动通信系统的发展。到了八十年代中期，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网 ( g s m ) 的体系。随后，美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制。数字移动通信网 相对于模拟移动通信，提高了频谱利用率，支持多种业务服务，并与i s d n 等兼容。第二 代移动通信系统以传输话音和低速数据业务为目的，因此称为窄带数字通信系统。 第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的d a m p s 系统、i s 一9 5 和欧洲g s m 系 统。 g s m ( 全球移动通信系统) 发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的t d m a 标准而设 计的，支持9 6 k b p s 的数据速率，可与i s d n 互连。g s m 使用9 0 0 m h z 频带，使用1 8 0 0 m h z 频带的称为d c s l 8 0 0 。g s m 采用f d d 双工方式和t d m a 多址方式，每载频支持8 个信道，信 号带宽2 0 0 k h z 。g s m 标准体制较为完善，技术相对成熟，不足之处是相对于模拟系统容量 增加不多，仅仅为模拟系统的两倍左右，无法和模拟系统兼容。 d a m p s ( 先进的数字移动电话系统) 也称i s 一5 4 ( 北美数字蜂窝) ，使用8 0 0 m h z 频带， 是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种，指定使用t d m a 多址方式。 i s 一9 5 是北美的另一种数字蜂窝标准，使用8 0 0 e q z 或1 9 0 0 i h z 频带，指定使用c d m a 多址方式，己成为美国p c s ( 个人通信系统) 网的首先技术。 由于第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的，从1 9 9 6 年开始，为了解决 中速数据传输问题，又出现了2 5 代的移动通信系统，如g p r s 和i s - 9 5 b 。 c d m a 系统容量大，相当于模拟系统的1 0 到2 0 倍，与模拟系统的兼容性好。美国、韩 国、香港等地已经开通了窄带c o m a 系统，对用户提供服务。由于窄带c d m a 技术比g s m 成 熟晚等原因，使得其在世界范围内的应用远不及g s m 。但从发展前景看，由于自有的技术 优势，c d m a 技术已经成为第三代移动通信的核心技术。 移动通信现在主要提供的服务仍然是语音服务以及低速数据服务。由于网络发展，数 据和多媒体通信的发展势头很快，所以，第三代移动通信的目标就是宽带多媒体通信。 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝 覆盖，具有全球漫游能力，与因定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地 点进行任何种类的通信系统。由于其诸多的优点，深深地吸引了全世界各个运营商、生产 厂家与广大用户。第三代移动通信系统的目标可以概括为： 童室坚生态堂堡圭堡塞竺兰焦鲨苎 笙二堂! 缝鲨 ( 1 )憝实瑶全球漫游：囊户哥鞋在整个系绞甚至全零范豳两漫游，萎霹淡在不瓣豹 速率、不同的运动状态下获得有暇务质量的保证； ( 2 )能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频非话业务，特别是多 媒体业务； ( 3 )l 适应多静嚣壤：可以综合现有的公众电话交换丽( p s t n ) 、综合业务数字网、 无绳系统、遗蕊移动通信系统、翌鬃运信系统、提供秃缝隙覆盏； ( 4 )足够的系统容髓，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量。为宓现 上述目标，对熊无线传输技术( r t t ：r a d i ot r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y ) 提出 了以下要求： a ) 高速建簸戳支持多媒体韭务。 室内环境至少2 m b p s ； 室内外步行环境歪少3 8 4 k p s ； 室外车辆运动中至少1 4 4 k b p s ： 卫塞穆魂环凌至少9 。6 k b p s 。 b ) 传输速率能够按需分配。 c ) 上下行链路能适应不对称需求。 箱三代移动通信系统最早由国际电信联盟( i t u ) 于1 9 8 5 年撬出，当时称为未爿龟公众 陆她移动通整系绞( f p l 溅sf u t u r ep u b l i cl a n dm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) ， 1 9 9 6 冬燹名灸i m t 一2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n - - 2 0 0 0 ，国际移动通 信- - 2 0 0 0 ) ，意即该系统工作在2 0 0 0 m h z 频段，最高业务速率可达到2 0 0 0 k b p s ，预期谯2 0 0 0 年左右得到商用。主要体制有w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和u w c 一1 3 6 。1 9 9 9 年1 1 月5 日，国际电 联i t u rt 6 8 1 第1 8 次会议通过了“i m t 一2 0 0 0 无线接口技术规藏”建议，其中我国提如 赘t d - s c d m a 鼓拳写在了筵三找无线揍盈囊蔻建浚煞i m t 一2 0 0 0 c d m at d d 蘩分中。“i 漤一2 0 0 0 无线接翻技术规范”建议的通过表明t 0 8 1 制定第三代移动通信系统无线接口技术飙范方 面的工作已经基本完成，笫三代移动通信系统开发和应用将进入实质阶段。与此同时，i m t - - 2 0 0 0 许可证的发放工作也在世界各国如火如荼地开展起来。 1 2 论文髓主要安排 本文总体分为五个章节，第一章概括地介绍了移动通信的现状，分析了未来秽动涌信 的发展趋势，介绍了移动通债从第二代向第三代演进的过程。第二章介绍了c d m a 数字穆 童室堡塞盔兰堡生塑塞兰兰燕堡奎篷二整：堕望 动通信技术，介绍了曝前的三种多址技术：时分多址、频分多址、码分多址；然后介绍了 r a k e 接收技术、多用户检测技术、分集技术、地址粥的选择等c d m a 数字移动通信技术。 第三章主要分缓了w c d m a 系绞整体梅絮，分缀tu m t s 系统蛇网络梅残，u t r a n 鲍基本结梅 及功能，最后介绍了w c d m a 系统的关键技术。第四章主要从原理的角度介绍了w c d m a 收发 售撬熬各个缀戏部分戆结梅，龟菇r a k e 接浚艇蕊瓤蓬_ ；霹缝麓、射频帮中菝处理技术、信 道编解码技术以及自适应变速率语音编码和多用户检测的基本原理。第五章是本文的最后 一章，也是最霪要豹一章，本章针对w c d m a 系统静将点分丰厅了影响光线链黯容量的一些具 体因索，并分别给出了上下行链路的容量估算式，并且在此糕础上，提出了影响w c d m a 系 统容黧各种接收机技术。 1 3 主要的工作和成聚 本文主簧研究w c d m a 系统的接收枫技术，通过对w c d m a 系统接收税技术的研究 。 艇誊 翻2 - 2 三种( = j ) m 扩凋方式概念示誊翻 孵避 e 粼a 按照获得带宽信舄所采取的调制方式分为壹接序列扩蹦( d s ) 、跳频( f h ) 蕈秘蹴 时( 豫) ，如篷 2 所示； 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章ic d m a 数字移动通信技术 2 2 扩频通信的原理 所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术怒一种信息传输方式，冀信号 瘊砉裔翡频带宽度远大予象簧信怠必褥懿最小豢塞；簇繁赘扩震是遴遘个独立静秘痔到 来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进 彳亍相关同步接收、解扩及恢复所传信怠数据”。 扩频通信的基本特点，怒传输信号所占用的频带宽度( w ) 远大予原始信息本囊实际 所需的最小带宽( b ) ，其比值称为处理增益( g p ) ： 慈之，我l | 、】用扩殿频谱鲍宽带信号亲传埝售息，就是为了提裹邋售蟾挽干扰能力，朝 在强干扰条件下保证可靠安全她通信。这就鼹扩展频谱通信的基本思想和理论依据。 2 2 1扩频通信系统的主要优点 1 ) 易于敷复使用频率，提高了光线频谱利用率 2 ) 挠于摅性强，误码率低。扩频逶信凌空闼簧竣露爨占有戆豢囊摆对较宽，瓣接收 端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信母恢复成窄带信号，而把非所需信号 扩震筏宽繁箔号，然籍逶过窜蒂滤波技术提敬有趸熬信号。逸祥，辩予各穗予旎信弩，蠢 其在收端的非相关性，解扩后窄带信母中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干扰性 强。 3 ) 保密j 艟好，对备静窄带通信系统的干扰很小。由于扩频信号在相对技宽的频辩上 被扩腿了，单能频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步 缝测壤号螅参数( 熟爨慈梳编褐序烈) 裁曼翔骥难，毽藏说其像密睦黪。 4 ) 可以实现码分多址。扩频通倍提高了抗干扰性能，代价是占用频带宽。但是如果 许多掰户共雳这一竟频带，黧哥提赢频带豹秘瘸率。塞予在扩颓逶僚中存在扩频强泞裂豹 扩频调制，充分利用各种不司码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在 接投端翱雳稽关检铡技术进行解扩，燕口在分配给不同厢户码墅的情况下可以簸分不丽用户 的信号，提取嫩有用傣号。这样在这一频带上许多对用户可以同时通话丽互不于扰。 5 ) 抗多径干扰。在无线通信中，长期以来，多径干扰始终是一个难以解决的问题之 一。奁扩频逶壤孛到潮扩频璐麴鑫稳关慧蛙，在接浚璇鼓多经蓿号孛提取帮分离塞簸强翡 有用信号，或把多个路径来的间一码序列的波形相加含成，都可以起到抗多径干扰的作用。 7 南京邸电大学硕士研究生学位论文第二鬻：c d m a 数字移动谶信技术 2 。2 。2 扩频通信的分类 按照扩展频谱的方式不弼，现有的扩频通信系统可以分为以下几种： 崴接序列扩频。随接序列扩频( d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ) 工作方式，简称 壹扩( 泌s s ) 方戏。魇镄壹接黟列扩频，就是纛接建其蠢毫妈搴的扩频鼹廖罗# 在发端去扩展 信号的频谱。而在接收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原 始熬穰悫。 跳频( f r e q u e n c yh o p p i n g ) 。另外一种扩展信号频谱的方式称为跳频( f h - - f r e q u e n c y h o p p i n g ) 。所谓澎l 频，魄较确切的意愿是：掰一定蕊序列进行选择的多频率额移键控。也 就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。 跳时( t i m eh o p p i n g ) 。与跳频相似，跳时( t h - - t i m eh o p p i n g ) 麓使发射信号在时间轴 上黟交。首先把时阗辘分成诲多时片。在一犊内哪个瞻片发射售号由扩频璐彦列去遴行控 制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了窄得很 多靛辩片去发送售号，程对滋寒，痿罨熬壤港氇藏袋宽了。 宽带线性调频( c h i r pm o d u l a t i o n ) 。宽带线性调频工作方式，简称c h i r p 方式。如果 发射瀚射频繇冲信号在一个潮麓肉，菸载频翡频率佟线性交纯，翊称为线毪调频。 1 ) 直接序列扩频系统 与一般模拟或数字通信系统比较，直接序列扩频在信息识别与解调、射频的上变频和 下变频帻援基本租因。壹扩邋信系统的主要特点在予壹扩信弩靛产生，即扩频调制秘直扩 信号的接收，即相关解扩。 扩频调簇足霜塞弱率豹粼羁躲狰彦列采遴嚣调涮麸瑟护震售号戆频谱靛。逶紫采鬟 的调制方式为b p s k ，输入信母与p n 码在平衡凋制器调制而输出展宽的扩频信号。 蠢扩系统在发端掰涨弼迸季亍调掰戳扩展信号颡潜。在缎端一般采用籀关检溺绒廷配 滤波的方法来解扩。所谓相关检测，一个简单的譬喻就是用像片去对照找人。如果想在一 群人中去寻找某个不相识的人，最简单有效的方法就是手里肖一张浆入的照片，然尉用照 片一个一个懿对魄，邋样下去，基然够找至蔡a 。煎理，巍像想梭测出掰瓣要静褥月信 号，脊效的方法是在本地产生一个相同的信号，然后用它与接收到的信号对比，求其相似 往。羧句话说，就是建本蘧产生静稳阉懿售譬与菝故弱熬信弩送行摇关运算，萁中秘关丞 数最大的就最可能是所要的有用信号。 耩关解扩在性能上嗣然很好，毽怒需要谯接收端产生本地p n 褐。这一点有拜于带来许 多不方便。例如，解决本地信号与接收信号的同步问题就很麻烦，述不能做到实时搬有用 采 童室塑垒态鲎堡圭丝錾皇兰堡笙壅薹兰塑! 曼里坠墼兰堑塑璧堡楚鲞 绩弩稔灏纛采。藩蔻嚣嚣滤波粒程关疆溺豹彳睾麓巍本获上楚一撵惑，我 j 霹殴矮莲酝滤波 嚣来解扩藏扩信号。 掰谗鼹醚滤波器，裁楚与傣号穗匹配的滤波嚣，它能在多耪镶馨戴干挽中把与之叛懿 的信号检测出来。这同样是种“用相片找人”的方法。对于视频矩形脉冲序列来说，凭 瀛嚣聚滤波器簸楚撞头廷迟线上掇上趣法累热嚣。 2 ) 蹒颓鬃绞 我销潺常簇舷蜀的无线邋信系统帮是载波频窀瀚定鹃邋信系统，如移动电话等，掰璐 也称作怒频通信。这j 申定频邋倍系统，一旦受到于拭就将使通信旗嫩下降，严重时鼓黧使 通信申羧。 舅矫猩教筏双方戆遵詹瓣菝中，敬方企鹫菠瑗我方戆遴蕊频率，阪蠖予截获搿传送斡 信息内容，或者发现我方通信机所在豹方位。定频通信系统容易黎褥日标且易于被截获， 这瓣，袋翊彩频逶信藏毙较瓣薮瞧鼹滋被截获。 因此，跳频通信具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源按享。所以在当前现 钱稼瓣壤予竣孛魏频遁箍纛驻示塞嚣太麴往遴镶。舅努；躞频逶繁也疲熏弱涎震逶镶审鞋 抗衰落、抗多径、菝朋间于扰和提高频谱剽弼宰。 为了不让敌方知道我们邋信使用的频率，黼舞缴常改变载波频举，即对载波频率进行 黟变，掰频邋信中载波频率敬变的规掺，叫夥8 频嬲熬。 定频蕊鸯豹绩牧设备孛，一般都袋用超豁羧式熬接竣方法，帮接收瓿零缝振荡嚣熬频 率毙蹬羧睃翁癸寒售譬瓣鼗波频率穗燕一令中籁，缝蓬凌菝螽产燮一个露定熬孛蔟露弩秘 混频产激的组合波频率成分。经过中频带通滤波器的滤波作用，滤除组合波频率成分，而 使中频信蟹避入解调貉。解调器豹输疆就是掰黉悸懑给收璃的信慰。 跳颗僚号的接收，其过趱与定频穰似。为了绦诞混频后虢褥中频信号，要求频率念成 器戆赣爨频率囊篦癸絮售号鑫爨一令中颧。嚣兔辨来瓣薷号载波额攀是魏变戆，黧要求零 媳频率台戏爨竣出黪频率也瓣整终寒傣号数麟燮勰黪嚣跳交，这徉对镰! 通过湿频获撂一个 固定的中颇信号。 跳灏嚣鼹鼹频系统静关键藩挎，露虢薮溺疹刘燕跳菝系绞熬款心按术。魏频系统豹丽 步包箍戳下凡璞恣窖： 收端鞍发端产生黧雾藏辫察耀溺，帮有糍褥的虢额巍律。 收、缴端的跳变频率应保证在接收端产生固定的中频信号，即跳杰的载波频率与收端 产生的本地跳变频率相差个中频。 频率瓣交翁起止慰亥雀| l 雪阀上麓步，嚣霞步蹒变，或摇使一羧。 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章：c d m a 数字移动通信技术 在传送数字信息时，还应做到帧同步和使同步。 2 3 功率控制 由于c d m a 系统不同用户同一时问采用相同的频率，所以c d m a 系统为是干扰系统，如 果系统采用的扩频确不是完全正交的( 实际系统中使用的缝址码鼹近似芷交的) ，因而造 成穗互之间的干扰。在一个c d m a 系统中，每一码分信道都会受到来自其它码分僖道的于 扰，这种干扰是一种固有的内在干扰。由于各个用户距离獭站距离不同而使得基站接收到 各令璃户豹镕号强弱不疆，凑于信号阗存农于撬，戈其是强羡号会瓣弱售弩造成缀大熬予 扰，甚至造成系统的崩溃，因此必须采用某种方式来控制各个用户的发射功率，使得各个 溪户爨这基站静信号强度基本一致。 c d m a 系统的容量主要受限于系统内部移动台的相互干扰，所以每个移动台的信号达到 基站时都达猁最小所需的信噪比，系统容量将会达到最大德。 c d m a 功率控制分为：前向功率按制和爱向功率控制，发向功率控制又分为开耶嬲 i l 环 功率控制。 2 3 。1 反向开环功率控制 反向开环功率控伟9 是移动台根据在小区中所接收功率的变化，迅速调节移动台发射功 率。其曩泌楚试图馒所有移动台发如的信号在到达蒸站时都有相同麴标称功率。 汗环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须有一个很 大懿韵态范黧。i s 9 5 空孛接霹怒定嚣强功率控豪l 动态蓬围怒一3 2 d 8 + 3 2 r i b 。 1 ) 刚进入接入信道时( 闭环校派尚未激活) 平均输出功率( d b m ) = 一平均输入功率( d b m ) 一7 3 + n o t p w r ( d 8 ) + i n i l 掰r ( d b ) 其中；平均功率是相对予1 2 3m h z 标称c d m a 僚道带宽而言； i n i t p w r 是对第一个接入信道序列所需作的调籀： n o mp w r 是为了枣 偿由予兹趣c d m a 信遒帮反肉c d 碡a 蕊道之阕不糟关造成躲路径损 耗。 2 ) 其爱豹试探序裂不凝壤燕发瓣：受率( 步长为p w rs t e p ) ，越到羧劐一令效嶷戴彦 列结束。输出的功率电平为： 平均输毽功率( d b m ) = 一平均输入功率( d b m ) 一7 3 + n o mp w r ( 嘏) + i n i t _ p w r ( d b ) + 涮k s t 醋 之和( d b ) 1 0 堕室堕塞查堂堡主鲤塑兰堂堡堕苎苎三璧! 塑! 竺塑兰塑垫避堕苎查 3 ) 在反目业务傣道开始发送之聪一旦收到一个功率控制比特，移动台的平均输出功 率变为： 平均输出功率( d b m ) = 一平均耱入凌率( d b m ) 一7 3 + n o mp w r ( d b ) + t n i tp w r ( 龌) 瓣艮s t e p 之和( d b ) + 所有闭环功率校正之和( d b ) 箕中：n o m _ p w r 的范围为一8 7 疆，标称蓬为o d b i n i t _ p w r 的范围为一1 6 1 5d b ，标称戗为o d b p w r _ s t e p 的范围为o 7 d b 2 3 2 反商闭环功率控制 闭环功率控帚的强的是傻基站辩移动台的开环功率估计迅速俸滋翻正，以便移动台保 持最联想的发射功率。 功率控制比特是涟续发送的，速率为每比特1 2 5 m s ( 部8 0 0 b i t s ) 。“0 ”比特指示移 动台增搬平均输出功搴，“1 ”e e 特指示移动套减少平均输出功率，步长戈l d b 比特。基站 发送的功率控制比特比反向业务信道延迟2 i 2 5m s 。 一个功率控翻魄特熬长度歪努等予兹匀黢务售道溪兮璃麟罄号瓣长度( 帮1 0 4 6 6 u s ) 。 每个功率控制比特将祷代两个连续的前向业务信道调制符号，这个披术就是通常所说的符 号抽鞭技术。 反向外环与闭环功率控制如图2 3 所示： l 一 团堑。 ! 堕f 蚕2 - 3 前彝礁率控涮 鏊菇簿辩莲建簿羝发射麴移交台瓣发射功率，移麓套嚣霪误犊攀，当诶滚率蓬遵溪定 义值时，移动台要求基站对它的发射功率增加l ，每1 5 2 0 m s 进行一次调艇。下行链路 低速撩翻调整的动态范围是+ 6 d b ，移动台的报告分为定蘩缀告和门限报告。 雪一藿蓊 溺 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二奄；c d m a 数字移动滋信技术 2 4 软容量 对于c d m a 系统，用户数与服务级别存在比较灵活的关系，运髓离可在话务量海峰期 将误帧率稍微提高，来增加可用信道数，提高系统容量。 较容量蔻通过e d 淞系统的呼吸凌来实现验。 孵吸功能是c d m a 系统中特有的改善用户相互干扰、合理分配蒸站容量的功能。它是 撵稳邻基菇闻，懿巢莱基菇覆盖区燕在通话鹣露户数量较多孵，该鏊蛞静褥户之闻会产生 较大的干扰，这时，该基站可通过降低该基站的导频信道的发射功率使部分用户通过软切 换切换弼负荷较轻相邻基站中去，执丽降低该基站的负荷，减轻该纂站的干扰，这怒所谓 蛇“孵”功熊；当该纂站的用户数量减少、予扰减轻时，该爨站又可增加导频信道的发射 功率，将相邻基站的用户通过软切换纳入自己的覆盖区域，遮是所谓的“吸”功能。c d m a 系统实现呼吸功能的本质在予其可默方埂懿控制各个基站敬覆盖藏匿积系绫姥够襄理较 切换，通过改变基站的覆盖范围来调熬各个基站下面使用用户的容量，c d m a 系统通过呼吸 囊辘，实瑗穗邻基菇之阕静签重均衡，降低器令基蘩凑部豹溺户于挽，获整拿系统考虑是 增加了容量。 2 5 软切换 切换是指将一个正在进行的呼叫从一个小区转移剐另一个小区的过程。切换是用于无 线转播、翌务分配、激活猱像维护、设备敌豫等蘸西褥产垒。 c d m a 系统中的切换有两类：硬切换和软切换。 2 5 1 硬切换 硬切换是指在切换的过程中，业务信道脊瞬时的中断的切换过程。硬切换包括以下两 种谤魏： 间一m s c 中的不同频道之间； 不同m s c 之间。 2 5 2 软切换( s o f th a n d o f f ) 软切换是指在切换过程中，在中断与旧韵小区的联系之前，先用相同频率建立与新的 小区的联系。手机在嬲个或多个基站的覆盖边缘区域遴行切换时，手桃同时接收多个基旗 1 2 堕塞嫂曼奎兰蟹圭翌塑生意垒笙三釜三塞! ! ! 堡艴塑兰蔓黧望焦垫鲞 ( 大多数情况下是两个) 的信号，几个基站也同时接收该手机的信号，直到满足一定的条 件厢手机才切断同原来基辩的联系。如果两个基站之间采用的是不同频率，则这时发生的 切换是硬切按。软切换包援以下四葶孛情况： 同一基站的两个扇区之间；( 如果切换发生猩两个相同频率的扇区之 润赘透，这耱蟋换称为更软切换( s o f t e rh a n d o f f ) ) ； 不同基站的两个小区之间； 不两鏊活静小隧秘赢鏊之间的三方切换； 不同基站控制器之间。 2 5 3 软切换的实现 能够实现软切换的原因在于：l 、c d m a 系统可以实现相邻小区的同频复用：2 、手机和 基辩对于每个信道都采用多个r a k e 接收税，可以同时接收多路信号，在软切换过程中各 个熬站的信号对于手机来讲楣当于是多径信号，手机接收到这些信号相当于是一种窆闻分 集。 。 导频：搬导频镶遴 导频集合：指所有具有相同频率但不问p n 码相位的导频集。 寄效导频集：与正在联系瓣基滚g 对瘦豹导频集台。 候选导频集：当前不在有效导频集里，但是已有足够的强度表明与该 导频福对应的麓站的前向业务储道可以被成功解调的等频集合。 相邻导频集：当前不在商效导频集或候选导频集里但又根据某秘算法 被认为很快就可以迸入候选导频集里的导频集合。 剩余导频集：不被包括在相邻鼯频集。候选导频集秘蠢效导鼗嶷量黪 所有其它导频的导频集合。 软落羧过程磐强2 - 4 掰示： a 、当导频强度达到，r j d d ，移动台发送一个寻频强度测量消息，并将该导频转到候选导频 集合； b 、基站发遴一个切按指示消息； c 、移动台将此导频转到有效导频集并发送一个切换完成消息； d 、娄导频强度搏裂t _ d r o p 黻下对，移动台癌动翅揍去搏定对器； e 、切换去掉定时器到期，移动台发送一个导频强度测量消息； 南京都电大学碗士研究生学位论文第二章：c d m a 数字移动通信技术 f 、基站发送一个切换指示消息； g 、移动台把蹲频从肖效导频集移至n 相邻导频集并发送切换党成消息。 ta d d td 曼o p l 、j ，j 、 h abcd o f g 时间 2 6 地址码的选择 图2 - 4 软切换豹过程 地址码选择的要求；所选的地址码应能提供足够数量的相关函数特性尖锐的码系列， 保 芷依号经过地址码解扩后共有较嵩的信嗓院。遗址码提供的码序列应接通自噪声特性， 同时编码方案简单，保证具肖较快的同步建立速度。 2 6 1 伪随机序列 伪随机序列( p n 码) 具有类似噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上是有规律的 周期性二进制序列。c d i i a 系统中采朋m 序列。 m 序列定义：“最长线性反馈移位寄绺器序列”静忿称。如果r 级线性移搜骞存器廖烈煞 周期怒p ：2 r - - l ，则该移位序列为m 序列。 2 6 2m 序列的基本性质 a 、周期是p = 2 r - - l 。一个周期内，l 的个数是2 r - 1 ，0 的个数是2 r - 1 1 ，遍历的状态数 先2 r l 。 b 、在一个周期内，共有2 r 一1 个游稷。长度为r 的1 游程和长度为r - 1 的0 游程备有 令。 c 、m 序列和其移位后的序列逐位模2 相加，所得的序列还悬n l 序列，只是相位不同。 d 、其有双僮窦相关特注。 1 4 南京邮电大学硕士研究生学像论文第二带：c d m a 数字移动邋信技术 2 。6 。3p n 码的码捕获 c d 姒中，p n 码的码捕获采用两段搜索冀法，实现快速捷获。实现过程如下： a 、在相关解调过程中，先设疆一较低门限，然后相关解调p n 码的一小段，如果没有超过 门限，则表明在该攘继无毒煺售号，耀租霞愿移一段，再作摆关簿调。 b 、如果超过门限了，在该相位再做更长一段p n 码的相关解调，以判定该相位是否有有用 信号。 c 、每次移p n 码的半个比特的长度。 2 6 4p n 码在c d m a 中的应用 在前向倍道中，长度为2 4 2 一l 的m 序列被用作对业务信道进行扰码( 注意不是用作扩 频，程蓊惫信道孛是镬嗣正交鹃w a l s h 函数进行扩颓) 。长浚为2 1 5 一l 翡翔痔列投溺作瑟 前向傣道进行正交调制，不同的基站使用不同相位的m 序列进行调制，其相位差至少为6 4 个比特，这样，最多有5 1 2 个不同的相位可糟。 谯反向信遂中，长度为2 4 2 一l 蛇m 序列皱用作羹接进行扩频，每个用户被分配一个m 序列的相位，这个相位是由用户的e s n ( 移动台的电子序号) 计算出来，这魑m 序列的相 位是隧瓿分森显不会蒸复的。长度兔2 t 5 一l 熬列璐盘旋爰俘对反翔监务繁遴遴季亍菠交键 制，其相位偏置为0 。 童塞些生盔堂璧：! 坚窒兰兰竺篓茎 燕曼篓! 鲨! 望坚垒垄篓篓塑燕2 第三章w c d m a 系统结构篱介 3 1 系统概述 u m t s ( u n i v e r s a lm o b ；l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ：道用移动遥蕊系统) 怒浆露 并c d m a 空中接圈鲍第三代移动通信系统。通常穗怒u m t s 系统稿为w c d m a 通信系统。l j i l t s 系统应用了与第二代移动通信系统一样的结构，它包括一些逻辑网络单元。不同的嗣格单 元可以从功能上、也可以从其所属的不同予网上进行分组。 从功能上，网络单元可以分戒无线按入嘲络( r a n ) 和核心网( c n ) 。其中无线接入网 终趸予处溪所有与无线育关游功髓，恧蹬处理c m t s 系统蠹所有的语音；| 孚嘲季噩数器凌接与 外帮潮络的交换和路由。上述两个单元与用户设备一忿构成了整令u m t s 系统。其系统结 构如图3 - l 所示。 醒3 - 1u m t s 的系统结构 扶g p p 喾标漤静蹩度亲器，疆黍u t k a n ( l t 颡t s 懿菇遗无线接入丽) 畜全毅效协议礴 戒，其设计基予w c d m a 秃线技术。丽e 慕巅采翅了g s g p r s 鼹定义，这样可以实现瓣终静 平滑过渡，此外在三代网络建设的初期可以实现全球漫游。 3 u m t s 系统网络祷成 双下甄3 2 的u 蕊s 系统丽络摘戒示意图中可以看出，u m t s 系统的网络单元镪疆翔下 部分： 1 u e ( u s e re q u i p m e n t ) e 鼹用户终稳设备，它主要包括射频处谶攀元、慕带处理单元、协议棱模块以及应 6 塑塞塑生盔鲎堡主里塞竺兰垡望塞 篓兰童! 型竺竺! 竺墨篓璧楚燕垒 趸层较穆模块等：u e 逶：；毫毯u 蒙蜀与瓣络设餐遽行数据交互，蔻麓户提筷毫终域亵分缀竣 内的各种业务功能，包括謦通语音、宽带话音、移动多媒体、i n t e r n e t 应用。 u e 包括两部分： m e ：提供应用和服务 u s i m 提供用户麦爨谈剐 2 u t r a n ( u 湃s 陆地无线羧八阚) u t r a n 分为基站( n o d eb ) 和无线网络控制器( r n c ) 两部分。 图3 - 2u m t s 网络单元构成示意图 1 ) n o d eb n o d eb 是氍d 激系统豹蘩滔，餐菇无线浚缎傣狙露基带憝蓬郑传。逶过标准熬l u b 接 口和r n c 互联，主要完成u u 接口物理层协议的处理。它的主要劝能是扩频、调制、倍道 编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信母和射频信号的相互转换等功能。 2 ) r n c r n c 是无线霹络控铡器，主要竞藏连接建立露瑟秀、餐抉、宏分集合著、无线资源管 理控稍等功能。具体如下： ( 1 ) 执行系统信息广播与系统接入控制功能； ( 2 ) 切换和r n c 迁移椁移动性管理功能； ( 3 ) 宏分集合并、功窭控制、无线承载分瓣等无线资源管壤葶瓣控麓功能。 3 。e n c n 负责与其他网络的避接和对u e 的通信和管理。主要功能模块如下： ( 1 ) v m s c v l r s e v l r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，它遥过i uc s 接e l 与u t r a n 相连，遁过 ， 堕室塑皇查堂堡主! 堂堂垒丝苎苎三皇! ! ! 里! 竺墨! 垄堕塑! 坠 p s t n i s d n 接口与外部网络( p s t n 、i s d n 、其它p l 州) 相连，通过c d 接口与h l r a u c 相 连，通过e 接口与s c v l r 或s m c 相连，通过c a p 接口与s c p 相连，通过g s 接口与s g s n 相连。s c v l r 的主要功能是提供c s 域的呼叫接续、移动性管理、鉴权和加密等功能。 ( 2 ) g m s c g m s c 是w c d m a 移动网c s 域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节点，它通过 p s t n i s d n 接口与外部网络( p s t n 、i s d n 、其它p l m n ) 相连，通过c 接口与h l r 相连，通 过c a p 接口与s c p 相连。它的主要功能是完成v m s c 功能中的呼入呼叫的路由功能。 ( 3 ) s g s n s g s n 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，它通过i u p s 接口与u t r a n 相连，通过g n g p 接口与g g s n 相连，通过g r 接口与h l r a u c 相连，通过g s 接口与v m s c v l r ，通过c a p 接 口与s c p 相连，通过g d 接口与s m c 相连，通过g a 接口与c g 相连，通过g n g p 接口与s g s n 相连。s g s n 的主要功能是提供p s 域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权、和加密 功能。 ( 4 ) g g s n g g s n 是网关g p r s 支持节点，通过g n 接口与s g s n 相连，通过g i 接口与外部数据网