（信号与信息处理专业论文）cdma智能直放站关键技术研究.pdf

电子科技大学博士论文 摘要 近年来通信技术得到迅速发展和广泛应用， 特别是蜂窝移动通信技术的迅速 发展和普及，使移动用户数量迅速增加。根据我国信息产业部统计:1 9 9 7年全 国共有1 3 3 2 . 9 万移动用户。 而到2 0 0 3 年已 经有2 亿5 千万移动用户。 用户数的 急剧增加使得移动网络营运商投入也不断增加， 而直放站作为一种有效的射频信 号传输和放大设备己经被普遍用于扩展和填补移动通信的盲区， 用来解决盲区覆 盖或将基站信号进行延伸。同时直放站又以低投入、 低运行成本、 相对短的建设 周期和较好的网络质量著称， 因此合理的使用直放站能达到较好的效果和较高的 投资回报。 直放站在实际应用中主要存在两个急待解决的问题。 其一、 直放站往往将多 个基站或多个扇区的信号同时加以放大。 引入直放站后， 导致服务区内基站短码 相位混乱， 导频污染严重， 网络优化工作困难，同时加大了不必要的软切换，甚 至可能导致移动网络瘫痪。 其二、由于直放站的主要作用就是对接收的信号进行 放大以后再重新转发出去， 使基站或者移动台在通信覆盖盲区也能接收到较强的 信号， 那么在直放站系统中存在两个天线一一 施主天线和业务天线， 而两个距离 较近的天线， 如果天线之间的隔离度不够就容易产生自 激，自 激以 后会产生收发 信号混乱，进而导致整个直放站系统以及邻近基站瘫痪， 这也是目 前直放站系统 在实际应用中面临的主要问题。 针对直放站在实际应用中存在的上述问题， 本文提出了解决这些问题的如下 技术方案和措施:( 1 ) 使用智能天线来解决导频污染， 通过增加接收天线数，来 形成对准期望基站的波束; ( 2 ) 通过在发射端加入与c d m a 信号不同的待测信号， 在接收端检测待测信号的功率大小， 以此来计算收发天线的隔离度， 从而实现隔 离度的自 动检测。 本文对这些关键技术及实现方案进行了系统的讨论， 在结构上本文可以分为 五部分，第一部分为第一章: 引言;第二部分为第二章: 主要阐述系统性能指标 要求和实现方案; 第三部分为第三、 四章: 主要从软件算法实现方面进行了阐述， 该部分包括解决前述直放站在实际应用中的两个主要问题: 一是直放站中的多小 区检测即导频污染的问 题;另一个是直放站的自 激问 题，即隔离度的检测实现。 第四部分包括第五、 六、 七章: 主要从硬件实现方面进行阐述，第五章主要论述 系统的硬件实现，第六章给出系统中使用的一种新的c o r 工 d c算法，第七章给出 电子科技大学博士论文 了测试结果。 第五部分为第八章: 对全文内容进行了总结，阐明了作者所做的工 作和工作中的创新之处， 并给出了作者认为该项目需要继续研究的问题和研究方 向的个人看法。 关键词: c d m a 直放站导频污染隔离度检测智能天线 功率检测算法 电子科技大学博止 _ 论文 ab s t r a c t r e c e n t l y , w i t h t h e s w i ft d e v e l o p m e n t o f t h e c o m m u n i c a t io n t e c h n o lo g y , e s p e c i a l l y t h e c e l l u l a r mo b i l e c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , t h e s u b s c r i b e r s o f m o b i l e c o m m u n i c a t i o n a r e r a p i d l y i n c r e a s i n g . b a s e d o n t h e s t a t i s t i c s p r o v i d e d b y i n f o r m a t i o n i n d u s t r y mi n i s t r y , i n o u r c o u n t r y i t i s s h o w t h a t t h e r e w e r e t o t a l l y 1 3 , 3 2 9 , 0 0 0 m o b i l e s u b s c r i b e r s i n 1 9 9 7 , b u t t h e r e w e r e a l r e a d y 2 5 0 ,0 0 0 , 0 0 0 u s e r s i n 2 0 0 3 . t h e in c r e a s i n g o f t h e u s e r s m a k e s i n v e s t m e n t i n m o b i l e c o m m u n i c a t io n i n c r e a s e d g r e a t l y . a s i t i s l o w i n v e s t m e n t , l o w r u n n i n g c o s t , r e l a t i v e l y s h o r t b u i l d i n g p e r i o d a n d g o o d n e t w o r k q u a l i t y , a n d t h u s t h e r e p e a t e r w h i c h i s a k i n d o f u s e f u l r a d i o s i g n a l t r a n s m i s s i o n a n d e n l a r g i n g f a c i l i t y i s u s e d w i d e l y t o e x t e n d a n d c o v e r t h e m o b i le c o m m u n i c a t i o n b l i n d a r e a a n d t o e n l a r g e t h e b a s e s t a t i o n s i g n a l . e f f e c t i v e u t i l i z a t i o n o f r e p e a t e r w i l l b e v e r y b e n e f i c i a l a n d o b t a i n h i g h a w a r d . f o r r e p e a t e r d e s ig n t h e r e a r e m a i n l y t w o p r o b l e m s t o o v e r c o m e . f i r s t l y , r e p e a t e r o f t e n r e l a y s a n d a m p l i f i e s s e v e r a l b a s e s t a t io n d o w n l in k s i g n a l s . wh e n r e p e a t e r i s i n t r o d u c e d t o c d ma s y s t e m , i t w i l l c a u s e p h a s e c o n f u s i o n o f b a s e s t a t i o n s h o rt c o d e , s e v e r e p i l o t c h a n n e l p o l l u t i o n , a n d it w i l l e x a c e r b a t e u n n e c e s s a ry s o ft h a n d o ff . e v e n i t w i l l r e s u l t i n n e t w o r k p a r a l y s i s . s e c o n d ly , i f t h e i s o l a t i o n o f t h e t w o a n t e n n a s o f t h e r e p e a t e r i s n o t h i g h e n o u g h , t h e r e p e a t e r w i l l f a l l i n t o t h e s e l f - e x c i t a t i o n . i t w i l l c a u s e r e c e i v i n g a n d d i s p a t c h i n g s i g n a l c o n f u s i o n , e v e n m a k e r e p e a t e r s y s t e m f a i l e d , n e i g h b o r i n g b a s e s t a t i o n p a r a l y s i s . i n o r d e r t o o v e r c o m e t h o s e p r o b l e m s , a s m a rt r e p e a t e r i s p r o p o s e d i n t h i s d i s s e rt a t i o n . t h e s m a r t a n t e n n a i s a p p l ie d t o r e s o l v e p i l o t c h a n n e l p o l l u t i o n . a a n t e n n a e a r r a y i s u s e d t o a f o r m t o a i m t h e e x p e c t e d b a s e s t a t i o n . a n e w s i g n a l w h i c h i s d i s t i n c t fr o m c d m a s i g n a l i s a d d e d a t t h e s o u r c e , a t t h e s i n k t h e p o w e r o f t h e a d d e d s i g n a l i s d e t e c t e d w h i c h i s u s e d t o s c a l e i s o l a t i o n . t h i s p a p e r i s m a d e u p o f 5 p a rt s . t h e f i r s t p a rt i s t h e f i r s t c h a p t e r : t h e f u n c t i o n a n d k e y f e a t u r e o f r e a p t e r e s p e c i a l c d ma r e p a t e r i s p r e s e n t e d . t h e s e c o n d p a r t i s t h e s e c o n d c h a p t e r , w h i c h e x p l a i n s t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e p r o j e c t . t h e t h i r d p a r t i s t h e t h i r d , f o rt h c h a p t e r s , w h i c h d e s r c i b e s s o l u t i o n s m u l t i - b a s e - s t a t i o n d e t e c t i o n b y s m a rt a n t e n n a t e c h n i q u e a n d t h e p n c o d e a d o p t e d b y s p r e a d i n g s p e c t r u m i n t h i s s y s t e m a n d t h e p o w e r te s t i n g a l g o r i t h m . t h e f o r t h c o n s i s t s o f t h e f i f t h , s i x t h c h a p t e r a n d t h e s e v e n t h c h a p t e r , w h i c h e x p l a in s f o r m t h e h a r d w a r e o f t h i s s y s t e m t h e l a s t p a rt i s i s p r o p o s e d . a n d p r e s e n t s a e i g h t h c h a p t e r , n e w c o r d i c a r i t h m e t i c w h i c h i s d e v e l o p e d b y a u t h o r . t h e c o n c l u s i o n a n d t h e f u t u r e d e v e l o p m e n t a n d r e s e a r c h k e y wo r d s : c d ma r e p e a t e r p i l o t c h a n n e l p o l l u t i o n i s o l a t i o n t e s t i n g s ma r t a n t e n n a p o w e r t e s t i n g a l g o r i t h m 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是木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 均己在论文中作了明确的说明并表示致谢。 签名: 域 曝 熟一 日 期 77 年李月/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:革 咚 粼 -导师签名: 日期: 咖终 介 月 洲 电子科技大学博走论文 第一章引言 1 . 1 无线蜂窝通信系统中直放站的发展 移动通信技术的发展可以 追溯到二十世纪二十 年代川 ， 这个时期主要在短被 频段上实现了小容量专用移动通信系统。直到二 十世纪 7 0 年代，贝尔实验室提 出蜂窝通信组网的理论， 实现了频率复用， 越区切换， 大大提高了系统容量， 这 样蜂窝通信系统才在真正意义上诞生。例如:1 9 7 8年底贝尔实验室研制成功工 作于8 0 0 m h z 的a m p s 系统，( a d v a n c e d m o b i l e p h o n e s y s t e m ) 称为高级移动电话 系统，1 9 8 3 年在芝加哥首次投入商用;日 本于 1 9 7 9 年推出的工作于8 0 0 m h z 频 段的i 1 a m t s系统( h i g h c a p a c i t y m o b i l e t e l e p h o n e s y s t e m ) 称为高容量移动电 话系统;德国西门子公司也于 1 9 8 3 年完成4 5 0 m h z 频段的c网的研发。虽然以 a m p s 和h a m t s 为代表的 第一代蜂窝移动通信系统取得了 较大成功，但是由 于其 采用了模拟无线传输技术并且以频分多址( f d m a ) 作为多址方式，频谱利用率低， 容量已经不能满足日 益增长的移动用户需求， 而且存在保密性差、 设备复杂、费 用昂贵和业务种类受限等缺点。 因而采用数字传输技术的第二代蜂窝移动通信系 统 应 运 而 生 i 3 q 5 二十世纪八十年代中期，欧洲首先推出了工作于 9 0 0 m h z的 g s m ( g l o b a l s y s t e m f o r m o b i l e t e l e c o m c o m m u n i c a t i o n s ) 泛欧数字移动通信网，该系统于 1 9 9 1 年7 月正式投入商用。 由 于g s ” 系统采用了 时分多址( t d m a ) 作为多 址方式， 并且采用了 数字调制、 语音编码和自 适应均衡， 大大提高了频谱利用率， 其系统 容量远高于第一代通信系统，除了 提供话音业务外，还可提供中低速数据业务。 g s m 是第一个统一的区域性国际标准， 具有明确的网络结构和系统接口 标准， 不 但实现了国际漫游， 而且使得不同厂商间设备的互连变得简单易行。 这样的系统 也被称为第二代移动通信系统，除了 g s m系统外还有英国的 d c s ( d i g i t a l c o m n u n i c a t i o n s y s t e m ) 1 8 0 0 、北美的 d a m p s ( d i g i t a l a d v a n c e d m o b i l e p h o n e s y s t e m ) 数字高 级移动电 话系统、日 本的p d c ( p e r s o n a l d i g i t a l c e l l u l a r ) 个人 数字 蜂窝系统6 7 7 。另一个需要特别提及的是由q u a l c o m m 公司于1 9 9 。 年提出的 1 s - 9 5 ( i n t e r i m s t a n d a r d s - 9 5 ) 标准， 该标准于1 9 9 3 年被蜂窝通信工业协会( c t i a c e l l u l a r t e l e c o m 工 。 d u s t r y a s s o c i a t i o n ) 确定 为 基于 码分多 址( c d m a ) 技术的 窄 带 扩频数字蜂窝移动通信系统标准8 1 。由于i s - 9 5 系统采用了c d m a 技术、 r a k e 电子科技大学博 七 论文 接收机和具有语音检测的可变速率语音编码器等， 其频谱利用率较 g s m系统更 高， 而且具有较强的抗多径能力和相同语音质量下更高的数据传输率， 减少了移 动台发射机的电池损耗9 ) 10 ) 。随着移动通信系统用户数量继续不断的增加和 丁 n t e r n e t 的高速发展，移动通信系统正在向第三代移动通信系统( 3 g ) 演进。 第三代移动通信系统工作于2 g h z 频段，能够全球无隙漫游，支持信息速率 高达2 m b p s 的多 媒体业务特别是工 n t e r n e t 业务。目 前第三代移动通信系统尚 未 正式大规模商用化， 主要还是试用系统和标准协议规范完善阶段， 现在已有的标 准包括欧洲和日 本提出的w c d m a ， 美国 提出的c d r a 2 0 0 0 以及中国提出的t d - s c d m a 标准。这些标准都是以c d m a为主要多址方式，拟采用智能天线、多用户检测、 软件无线电等技术，为用户提供更多更好的移动通信服务。 c d m a通信系统以其抗千扰能力强，保密性能好， 低功耗，对人体影响小， 易于实现大容量多址通信等优点深受移动用户的 喜爱。根据c d g( 世界c d m a 发 展集团)统计，1 9 9 6 年底c d m a 用户为1 0 0 万，到1 9 9 8 年 3 月已经迅速增长到 1 0 0 0 万， 2 0 0 0 年初全球c d m a 移动电话用户的总数已 经突破5 0 0 0 万。 c d g 表示， 目 前亚洲已经成为c d m a 市场增长的主要动力， 亚洲地区c d m a 用户数量比一年前 增长8 8 96 ， 达到2 8 0 0 万。 美国地区的增长率更是高达1 4 3 9 6 ， 达到1 6 5 0 万， 但是 用户绝对数量要低于亚洲。增长率位于第三的是中美洲和南美洲，c d m a用户数 量 达到5 0 0 万。 由 于c d m a 系统是使大量不相关的 用户在同一 或者邻近的地方并且在相同的 时间共享相同的频带， 那么针对有限的频率资源和迅猛增加的用户数量之间的矛 盾， 如何有效地利用有限的频率资 源， 满足不断 增长的网 络容量的需求?如何有 效地实施网络覆盖， 合理地解决网络容量与网络覆盖之间的矛盾， 实现网络投资 的最小化和效益的最大化?是摆在运营商面前的 难题。 一般的做法是通过对现有 网络进行系统优化，改变基站小区天线方向 和系统参数，调整网络的覆盖范围， 提高网 络覆盖效果。 在系统优化后， 网络覆盖仍不能满足业务需要时， 需要增加 适量的基站来解决覆盖问题。 但是如果在用户容量较少的地区建设基站， 将会造 成频率资源和网络容量的浪费， 因此直放站就应运而生， 它的使用能有效的解决 资源、 容量等几大影响使用的性价比问题， 因而在移动通信组网中得到广泛应用。 电子科技大学傅士论文 1 . 2 直放站概述 1 . 2 . 1直放站的定义 直放站 ( 中继器) 属于同频放大设备， 是指在无线通信传输过程中起到信号 增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是射频信号功率增强器。 直放站在下行链路中， 由施主天线在现有的覆盖区域中拾取信号， 通过带通滤波 器对带通外的信号进行极好的隔离， 将滤波后的下行信号经功放放大后再次发射 到待覆盖区域。 在上行链接路径中， 待覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的 工作方式由 上行放大链路处理后发射到相应基站， 从而达到基站与手机之间信号 传递。 使用直放站作为实现 “ 小容量、 大覆盖”目 标的必要手段之一， 主要是由 于使用直放站一是在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖， 二是其造价远远低 于有同样效果的微蜂窝系统。 直放站是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优选方 案。 它与基站相比有结构简单、 投资较少和安装方便等优点， 可广泛用于难于覆 盖的盲区和弱区，如商场、宾馆、 机场、 码头、车站、体育馆、娱乐厅、 地铁、 隧道、高速公路、海岛等各种场所，提高通信质量，解决掉话等问题。 1 . 2 . 2直放站的种类与类型 ( 1 )移动通信直放站的种类 从传输信号分有 g s m 直放站和c d m a 直放站; 从安装场所来分有室外型机和室内型机; 从传输带宽来分有宽带直放站和选频 ( 选信道)直放站 从传输方式来分有直放式直放站、光纤传输直放站和移频传输直放站。 ( 2 )移动通信直放站的类型 . g s m 移动通信直放站 g s m 移动通信直放站是解决基站覆盖而存在信号盲区的一种方式。 通过架设 直放站不但能改善覆盖效果，同时能大大减少投资基站之成本。 g s m 直放站是为 消除 g s m 9 0 0 m h z / 1 8 0 0 m h z频段移动通信网的小范围信号盲区或弱信号区而设计 生产的通信设备。 电子科技大学博士论文 . c d m a移动通信直放站 c d m a 直放站可以扩大c d m a 基站的覆盖范围，大大节省c d m a网络建设的投 资( 一个c d m a 直放站的投资约为一个c d m a 基站的十分之一) 。 特别是在高层楼宇、 地一 f ( 如地铁) 、以及盲区等特殊环境下，c d m a直放站将充分发挥它的优势。由 于各种地理环境和用户的要求不同，所需的c d m a 直放站的类型也不同。 . g s m / c d ma光纤直放站 光纤中继移动通信直放站由靠近基站侧的近端机及覆盖区侧的远端机两部 分组成， 适用于在基站拟建直放站区有高山阻挡或两者相距甚远， 同时基站和覆 盖区之间具备光缆情况下建站。 光纤直放站兼备宽带、 选频等功能。 传输距离可达 2 0 k m ，由 于空间隔离度 好， 不产生同频干扰， 重发方向可采用全向天线覆盖，以提高覆盖效果。 应用波 分复用、分路技术、光纤直放机还可组成其它使用系统。 1 . 2 . 3直放站的 应用 ( 1 )直放站的应用原则 根据直放站系列产品的特点和移动通信网络的需求， 不同的地理环境及应用 场合，系统的解决方案是不同的，这需要认真分析，区别对待。 对于无线直放站来说， 信号的隔离显得尤为重要。 无线直放站是从空间接收 信号， 势必要求空间信号尽可能纯净; 而在基站较为密集区 域， 分离不同基站或 扇区信号的难度将大大增加， 容易使直放站增加对基站干扰。 所以在基站较为密 集区域， 建议尽量采用有线信号的引入方式， 比如光纤直放站。 在不具备使用光 纤直放站条件的场所， 只能采用无线直放站， 但其施主天线必须具有足够的方向 选择性。 针对各类地区及应用场所，由于基站的密集性、 用户话务量等不同，建 议采用如下直放站的应用原则: . 城市密集区 由于用户量大， 基站数量较多， 一般不存在大范围的信号盲区， 直放站只是 用于解决小范围区域的补盲以及建筑物内的信号覆盖。 在光纤到楼尚未普及的情 况下， 需采用无线直放站。 随着建筑物的增多， 所需的直放站数量也会随之增加， 就会出现一个基站配置多台直放站的情况。但直放站的引入必然对基站产生千 电子科技大学博士论文 扰， 干扰会随着直放站数量的增多而加大， 特别是大功率直放站的引入， 会使系 统千扰明显加剧。因此，在城市密集区应当采用小功率 ( i w以下)直放站。 . 城市边缘 在c d m a网络建设初期，由于基站数量较少，可以采用大功率的无线或光纤 直放站。 城市边缘地区， 主要是解决信号覆盖问题。 在已铺设光纤的地区最好采 用输出功率为 l o w的光纤直放站。无光纤资源时，可利用无线直放站进行延伸 覆盖。 采用方向 性好的施主天线提取较为纯净的 源信号， 输出功率为5 w / i o w, 等同于基站的输出，达到较好的覆盖效果率。 . 郊区、乡村 郊区、 乡村主要是解决覆盖问 题。 在铺设 光纤的 地区最好采用大功率光纤直 放站 ( i o w/ 2 0 w) 扩大覆盖范围。 对于无光纤资源但又能收到基站信号的地区， 可采用无线直放站解决覆盖问题。 特殊情况下， 还可采用移频直放站来增加覆盖 距离。 ( 2 )直放站的应用场合 g s m , c d m a 和光纤直放站和室内覆盖系统为各种信号盲区可提供不同的详细 解决方案，其适应范围如下: . 扩大服务范围， 消除覆盖盲区， 如高山， 建筑物， 树林等阻挡物而形成 的信号盲区; . 在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖; . 沿高速公路架设，增强覆盖效率; . 解决室内 覆盖，如大型建筑物内 信号衰减信号盲区、地下商城、 地铁、 遂道等衰减信号盲区; 将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内，实现疏忙; 其它因屏蔽不能使信号直接穿透之区域等。 1 . 3 c d m a 移动通信直放站 c d m a 直放站应用于c d m a 移动通信网络的建设和运营中， 双向中继无线信号 电子科技大学博士论文 ( 3 )在组网初期，由于用户较少，投资效益较差，可以用一部分直放站代 替基站。 用户发展起来后再更换为基站， 替换下来的直放站再进一步放置在更边 缘的地区，这样 一 步步地滚动发展。 ( 4 )由于不需要土建和传输电路的施工，建网迅速。 但直放站与基站相比也有明显的不同，主要表现在: ( 1 )不能增加系统容量。 ( 2 )引入直放站后，会给基站增加约3 d b以上的噪音，使原基站工作环境 恶化， 覆盖半径减少。所以一个基站的一个扇区只能带两个以下的直放站工作。 ( 3 ) 直放站往往将多个基站或多个扇区的信号加以放大。引入过多的直放 站后，导致基站短码相位混乱， 从而产生导频污染严重，网络优化工作困难，同 时加大了不必要的软切换。 ( 4 ) 直放站的网管功能和设备检测功能 远不如基站，当直放站出现问 题后 不易察觉。 ( 5 ) 由于受隔离度的要求限制， 直放站的某些安装条件要比基站苛刻的多 使直放站的性能往往不能得到充分发挥。 ( 6 )如果直放站自 激或直放站附近有干扰源，将对原网造成严重影响。由 于直放站的工作天线较高，会将干扰的破坏作用加大，影响面积扩大。c d m a系 统是一个码分多址系统，周边的基站均有可能受到堵塞而瘫痪。 本论文研究主要针对直放站系统与基站相比的不足的第3 , 4 , 5 , 6 点所述 内容， 并提出一套完整的解决方法即智能直放站， 研制出一套样机， 经实地验证 达到设计预期的指标，取得良 好的效果。 1 . 4 国内外研究动态 直放站技术是上世纪八十年代末在移动通信网内 投入使用。 由于当时公用移 动通信网和专用移动通信网数量少， 整个电磁环境相对干净: 城市规模小， 移动 通信覆盖范围没有今天要求这么大。 但是近几年由于移动通信的迅猛发展， 对直 放站的需求愈来愈大， 技术要求愈来愈高， 同时也促进了直放站技术的快速进步 和发展，尤其在c d m a 直放站技术领域。 电子科技大学博上论文 早期的 c d m a直放站的研究主要是集中在它对 c d m a网络的影响。如文献 1 1 1 2 分析了同频直放站的时延扩展和同频直放站在宽带信道中的时延扩展。 由于直放站的引入会引起系统的变化。文献 1 3 分析了直放站对 c d m a系统 反向链路功率控制的影响。文献汇 1 4 分析了光纤直放站对 c d m a 系统反向链路的 性能影响。 文献仁 1 5 提出了一种新型的可以自 动关断的c d m a同频直放站，并且分析了 该新型直放站对 c d m a 系统容量的影响。 随着第三代移动通信技术的发展，人们对直放站在 3 g中的应用也进行了深 入的研究 文献 1 6 分析了 直放站对 c d m a 2 0 0 0系统的覆盖区域和系统容量的影 q ig1 0 目前国内对直放站系 统的研究还是处于起步的阶段， 大多数是引进技术， 国 内生产，以 及比 较重视其工程实现。国内直放站市场从1 9 9 9 年开始活跃起来， 这一年总共有 1 5 家企业、 2 1 种 g s m 直放站产品投放市场。 2 0 0 0 年是直放站飞速 发展的一 年，随着g s m 网 络覆盖越来越大，出于对扩容和话务质量的迫切要求， 直放站的优势被凸现出来，引起业界普遍关注，供应商的数量己上升到3 0 家， 有4 3 种g s m 直放站产品通过国家无委会型号核准。 2 0 0 1 年，随着中国联通公司 c d m a网络的大规模建设，直放站也进入c网的建设中，并成为了c网建设的一 个重要组成部分。 巨 大的c 网 市场促使了 一批新的 直放站供应商的产生。 在争取 c d m a直放站新市场的同时，厂家也注意补上 g s m产品系列的缺口，不断推出新 配套的g s m 直放站产品。这一年，约有 1 0 0 家厂商，共4 8 种g s m 直放站和 1 5 9 种c d m a 直放站通过国 家物委会型号核准。 2 0 0 2 年直放站市场仍然是一道亮丽的 风景线，竞争愈发的激烈。 全国共有 1 1 2 种c d m a 直放站，6 9 种g s m 直放站通过 国家无委会型号核准。 到2 0 0 3 年6 月底，共有1 8 1 家厂商共推出5 9 7 种直放站 产品。 1 . 5项目的意义 1 . 5 , 1 直放站的发展机遇和发展环境 中国信息产业发展的形势和发展环境都非常好，主要体现在以下四个方面: 电子科技大学博士论文 第一、 促进信9 . 化 遇 。 国家明确提出， 优先发展信息产业，以 信息化带动工业化，以工业化 。 这为中国信息产业发展和实施信息化战略提供了前所未有的历史机 第二、 随着中国改革开放的深入， 投资环境日 趋良 好，中国己经成为全球信 息产品制造和开发的最佳投资地区之一 第三、 电信体制改革方案的实施， 将促进电信运营业有效竟争格局的进一步 形成，推动电信业和服务业保持高速增长的势头。 第四、 中国经济的持续健康发展， 为信息产业的发展提供了巨 大的市场空间。 目 前g s m , c d m a i s - 9 5 / 2 0 0 0 ， 数字集群( t e t r a 八d e n ) , p a s等移动通 信系统都正在中国蓬勃发展，3 g也在紧锣密鼓地推出。 在这些通信系统的发展 中， 直放站都发挥着巨大的作用。 因此中国直放站的研究和生产具有十分重要的 意义。 1 . 5 . 2问 题的提出 国内移动网络运营商对直放站的需求仍然保持上升趋势， 主要是因为运营商 之间竞争在逐渐加剧， 客户对优质无线覆盖的需求日 益增加， 以及运营商在成本 效益、 增加投资回报以及业务收入方面所承受的压力日 增， 因此迫使运营商们在 过去和未来几年时间里加大对无线覆盖解决方案的投入， 以改善其网络素质及服 务质量，从而增加业务收入，提高用户满意率。 国内移动用户的持续增长以及最终用户对优质无线覆盖的需求不断增加， 刺 激着g 网和c 网运营商们不断地加大网络覆盖、 网络升级和优化工作。 根据 “ 十 五”规划，中国移动通信业将保持在2 0 % 以上的年均增长速度。目 前，中国国内 移动电 话用户数己 超过3 . 2 亿户， 其中， 仅2 0 0 3 年上半年增加2 4 8 7 万户， 平均 月增加数为4 7 4 . 5 万户。 照此速度，预计到2 0 0 5 年末，中国国内 移动电话用户 数将突破3 亿户。 据初步统计，目 前国内的直放站市场每年有5 0 - 6 0 亿的市场 份额，占蜂窝移动通信的 5 - 6 % ，具有良 好的市场潜力，这使中国成为直放站的 最大销售市场和生产基地。 随着中国 3 g 标准的选用、牌照的发放以及正式商用，将为中国直放站供货 商带来巨大商机。 然而， 正如本文前面章节所述， 直放站也有它自身的一些问题， 电子科技大学博士论文 以及它所处的恶劣的工作环境， 往往导致不能达到预期的效果， 有时还会导致全 网瘫痪，对移动通信网络的运行带来安全隐患。 其一、 直放站只是一种射频设备， 它只是将预先设定好的频段内的信号， 放 大后转发到特定的区域内。由于在c d m a 通信系统中采用的是码分多址技术，因 而一个直放站往往将多个相邻基站或多个相邻扇区的信号同时加以 放大。 引入直 放站后， 导致基站短码相位混乱， 导频污染严重，网络优化工作困难，同时加大 了不必要的软切换。 其二、 由 于直放站的主要作用就是对接收的信号进行放大以 后再重新转发出 去， 使移动台在通信覆盖盲区也能接收到较强的信号。 那么在直放站系统中存在 两个天线施主天线和业务天线， 而两个距离较近的天线， 如果天线之间的隔 离度不够就容易产生自 激， 自 激以 后会产生收发信号混乱， 甚至使整个直放站系 统工作，邻近基站瘫痪， 这也是目 前直放站系统面临的主要问 题。 有鉴于此， 中外的移动运营商们都希望能有一种更加智能的直放站， 能解决 这些问 题;同时笔者在长期的 工作中， 也深感这样一种直放站对运营商的 意义， 甚至国外的运营商， 如印尼、 印 度、 南美洲等国家的运营商都向 笔者所在的公司 询问是否提供类似的设备。 经过笔者广泛的调研， 结合国内外的技术现状，以及 安装、 运行和维护成本方面的综合考虑， 提出了 本课题- - - c d m a 智能直放站研究。 本文的c d m a 智能直放站在现有的c d m a 射频直放站基础上嵌入一个实时信号 处理系统。 第一， 增加了 对多小区， 多扇区导频信号的检测处理， 使直放站覆盖 区域只有一个导频信号存在， 从而解决由于直放站可能带来的导频污染问题。 第 二， 增加了 对收发天线隔离度实时监控， 能实时根据实测的收发天线隔离度来调 节本机的放大增益，并将该信息通过消息上报模块通知网络控制中心及时排故。 该类型直放站具有较高的技术含量， 目前在国内尚属技术前沿。 射频直放站在增 加上述功能以 后， 将大大扩展其应用范围， 充分发挥其价格低、 安装方便的 特点， 并为c d m a 网络安全、 优化提供最大保障。 在硬件实现上， 采用了可编程逻辑器 件和 i p ( i n t e l l e c t u a l p r o p e r t y ) ， 大大 提高了 系统的 可靠性， 并实 现了自 有 知识产权的 保护。 在软件实现上， 采用了 基于l i n u x 的嵌入式操作系统， 大大提 升了 系统的可操作性，实时性。 本课题的提出， 有其现实的需求性， 对提升我国的直放站的技术水平， 把中 电子科技大学博士论文 国的直放站市场培育成一个规模化、 专业化的市场体系， 促使直放站产品逐步走 向系列化、小型化、 数字化、 智能化，为更好地配合当前和未来各种移动通信系 统的建设做出贡献具有十分重要的意义。 1 . 6 论文结构安排 本论文的内容为c d m a智能直放站系统的软硬件的开发和研究。该系统是作 者作为总体负责的一个工程研究项目。 作者的主要工作是负责该系统的总体设计 和实现以及核心算法研究。在项目过程中，提出了一种解决c d m a智能直放站中 的多小区检测的新方法， 该方法采用自 适应波束形成技术， 解决直放站覆盖区域 内的导频污染问题; 对直放站的隔离度检测和直放站中功率检测也进行了 深入的 研究; 在硬件实现中 提出了一种基于新的 角度分割方法的c o r d 工 c 算法。 论文的章节安排如下:论文第一章是引言;第二章是对 c d m a同频直放站的 定义、 分类和结构组成等方面进行了阐述， 然后通过对系统的指标分析提出系统 的实现方案;第三章主要是讨论采用智能天线技术在c d m a 直放站中的应用，并 给出了相应的仿真结果; 第四章主要讨论直放站中隔离度检测， 该章包括两个部 分， 一是隔离度检测信号源扩频序列的选取， 二是直放站天线隔离度检测算法研 究; 第五章论述了系统的硬件结构， 主要是介绍了智能直放站隔离度检测部分的 硬件实现， 包括了各个模块的原理， 结构功能; 第六章论述了一种基于新的角度 分割方法的c o r d i c 算法: 第七章给出了系统的调试与调试结果和系统实物图; 第八章总结了全文的工作并且对今后进一步的工作提出了一些看法。 论文从逻辑体系上可以分为五部分， 第一部分为第一章:引言; 第二部分为 第二章:主要阐述系统性能指标要求和实现方案:第三部分为第三、四章: 主要 从软件算法实现方面进行了阐述， 该部分包括解决直放站在实际应用中的两个问 题: 一是直放站中的多小区检测也即导频污染的问题; 另一个是直放站的自 激问 题，即隔离度的检测实现。 第四部分包括第五、 六、 七章: 主要从硬件实现方面 进行阐述， 第五章主要论述系统的硬件实现， 第六章给出系统中使用的一种新的 c o r 工 d c算法，第七章给出了测试结果。第五部分为第八章:对全文内容进行了 总结， 阐明了作者所做的工作和工作中的创新之处， 并给出了作者认为该项目需 要继续研究的问题和研究方向的个人看法。 电子科技大学博士 论文 第二章c d m a智能直放站系统总述 本章主要从软硬件两方面论述本论文实现的系统方案。 共分成三部分进行阐 述， 第一部分介绍了工 s - 9 5 通信系统下行链路信号， 及p n 码偏移在c d m a 系统中 的作用; 第二部分对c d m a 智能直放站系统进行简介并且阐明本课题的背景以及 性能指标要求。第三部分针对c d m a 直放站在实际应用中存在的两个问题，进行 了深入分析，提出了c d m a 智能直放站的实现方案以及硬件实现原理框图。 2 . 1 c d m a 系统简介 2 . 1 . 1工 s - 9 5 下行链路结构 本论文将涉及到智能直放站关键的部件一个嵌入式软硬件模块， 该模块 将涉及到工 s - 9 5 系统的下行链路。因此需要详细分析工 s - 9 5 系统下行链路。 工 s - 9 5 系统中基站产生的下行链路信道包括导频信道、同步信道、寻呼信道 和 用户 信 道f i7 1 。 这些信 号 经过 不同 的 编 码 交 织 方 式 码 率 达到 1 9 . 2 k b p s ， 码 率 为 1 9 . 2 k b p s的信号经过长度为 6 4的沃尔什 ( w a l s h ) 码进行扩频处理后码率为 1 . 2 2 8 8 m b p s 。 扩频后的 信号分为两路与长度为3 2 7 6 8 的m 序列进行模二加处理， 处理后的信号再进行脉冲成形处理和载波调制处理后送入发射机。 其信号形成及 处理框图如图2 - l a 和图2 - l b 所示。 从图2 - 1 中可以看到在i s - 9 5 系统下行链路中的不同信道是通过w a l s h 码扩 频处理后进行区分的。 w a l s h 码是通过选取哈达马 h a d a m a r d ) 矩阵的行作为码 字而得到的 码。 h a d a m a r d 矩阵m . 是一个由“ 0 ” 和“ 1 ” 构成的n x n 维矩阵 ( n 是偶数) 。该矩阵具有以下特性:将它的任意两行相比较，都在n / 2 个位置上取 不同值; 矩阵中有一行是全0 行， 其他行都包含n / 2 个 “ 0 ”和n / 2 个 “ i ll . 当n = 2 时，h a d a m a r d 矩阵为: ( 2 - 1 ) n0 尸1卫.1.l - m 进 一步可以 按照下述规律由m ,， 产生h a d a m a r d 矩阵m _ m zn = m m 1mjjji m ( 2 - 2 ) 电子科技大学博士论文 wa l s h v 频信道:全零 2 2 8 8 mb p s 图2 - l a i s - 9 5 系统下行链路信号形成框图 反复使用( 2 - 2 ) 式， 可以生成。 _ 2