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c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 摘要 由于移动通信系统通信环境的特殊性，导致了c d 姒系统的干扰 受限，存在严重影响系统容量和通信质量的阴影效应、远近效应以及 多址干扰等问题。为此c d m a 系统中提出了一系列的技术来降低各种 干扰，功率控制技术就是其中一种。其目的就是要克服远近效应等问 题，提高通信系统的系统容量，维持高质量通信，同时又不对同一信 道内的其他用户产生干扰。 功率控制是c d m a 2 0 0 0 系统中的关键技术。同时它也是无线资源 管理的重要组成部分。c d m a 2 0 0 0 是第三代移动通信系统的重要组成 部分。它由i s 一9 5 体系演变发展而来。相比较i s 啕5 系统，c d m a 2 0 0 0 前向和反向的信道分类更加复杂，功能也越来越强大。在前向和反向 链路的各种公用和专用信道上，功率控制技术也存在有不同的特点。 c d m a 2 0 0 0 系统的前向链路主要是采用了快速功率控制技术。随着数 字技术的迅速发展，移动通信中的数据业务也越来越多的受到人们的 重视。由于数据业务与话音业务的不同特点，导致c d m a 2 0 0 0 系统的 前向链路控制越来越复杂，因此也需要有更加有效的前向链路功率控 制技术。 神经网络理论是近年来发展较为迅速的一种科学理论，它通过对 于人脑或者自然神经网络的若干基本特征的抽象和模拟来应用到各 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 种领域中。人们通过神经网络来进行各种软件模拟和硬件实现的研 究，同时神经网络还应用到模式识别，信号处理，机器人控制等多种 领域。随着神经网络理论本身以及相关理论和技术的发展，神经网络 也得到了越来越多的研究和应用。 神经网络功率控制正是一种基于这种神经网络模型和理论的功率 控制方案。与其他功率控制技术相比较，它具有较好的实时性，可以 较好的提高信道容量，改善通信质量，同时也能有效地减轻局域网的 拥塞现象，使通信资源得到合理使用。 关键词：c d m a 2 0 0 0 无线资源管理功率控制步长神经网络信干比 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 p o 、e rc o - r o lt e c h n o l o g y o fc d “气2 0 0 0s y s t e m a b s t r a c t c d m as y s t 锄i s 锄i n t e m 1 i m i t c dc o 衄u n i c a t i o ns y s t 锄 b e c 踟s eo ft h ee s p e c i a lc o m 咖n i c a t i o c i r c u m s 伽1 c eo ft h em o b l i e s y s t 锄i th a ss o m es e r i o u sp r o b l e m 鲫c h 勰“f a r 矾甜e 饪酏t ”，“s h a ( i o w e 虢柚d m u l t i a d d r e s si n t e r f ；耐t h a t 硼u c e 也cs y s t 锄c 印a c 时锄d q u a l i 够t h e r ea r cal o to ft e c h i l o l o g yt oc u td 0 咖i n t e r f c r c o n ei sp o w e f c o n 插0 1 t h ea i mo f p o w e rc o n t f o li st 0d e c r c a s et h o s e r i o 璐p r o b l 铡够， i n c r e 舔e t h ec 印a c 毋a n dq u a l 时o f t h es y s t e m ，锄d m a k es i l r e i t 谢un o t 晰n g i n t e 】r f c r ct 0o m e ru s e r si nt h es 锄ec h a n n d p o w 盯c o n 舡o li sac o r et e c h n o l o 蹦i nc d m a 2 0 0 0s y s t e 叫i ti s 雅 i m p o n a 呲c o m p o 呦to fr 丑d i 0r e s o u r c cm 拙a g e m e m c d m a 2 0 0 0i s r o o 矧i s - 9 5 ，a l s oi s 舳i m p o r t a n tc o m p o n c n to fn et h 耐w i r e l 铭s c o n l f 喇c a ：t i o n t h a ea r em o r ec h a n n e l si nf o r w a r da n dr 瓠r e r s el i n kf o r c d m a 2 0 0 0 ，i ti sm o r cp o w e r 向lm 锄i s - 9 5s y s t e m p o w e rc o n t r o l t e c h n o l o g yo fm ec o 咖o na n ds p e c i a lc h 锄e li nf o r w a r d0 rr c v e r s el i n k i sa l s od i v e r s i 够a n dt h ef a s tp o w c rc o n t r o li sm e m a i n l yp o w c rc o n t r o l t e c h n o l o g ) ，i n 伽w 砌l i n k a st h ed e v d o p m c n to f t h ed i g i t a lt e c h n o l o 踽 t h ed a t es c n ，i c eo fm ec o m m n u n i c a t i o nb e c o m em o r ci m p o n a n t t h e f o 刑捌l i n kc o n 的lo fc d 也0 0 0i sm o r ec o m p l i c a t e d ，f o rt h c r c 玳 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 m a n yd i 虢d e n c e sb e t 、) l ，e e nd a t ea n dv o i c es e n ，i c e ，t h c nm o r ee 船c t i v c p o w c rc o n 仃o lt e c h n o l o g yi sn e e d e da sw e n n e u m ln e t 、) l ，o r kg r o w sv e 盯风tr e c e n ty e a r s ，i ti sa p p l i e dt 0m a l l y f i e l d sb yt h ea b s t i 邪ta n ds i m l a t i o n 劬ms o m eb a s i cc h a r a c t e ro ft h e b r a i na n dn a n l r a ln e l h - a ln e t 、) l ，o r k n ni su s e dt or e s e 硼c hs o m es o 脚a r e s i 瑚【u l a t i o na n dh 剐d w a r er c 讲i z a i o n a n di ti sa l s os t i l d i e di ns i l c h 丘e l da s p a 仕锄r e c o g i l i t i o n ，s i 弘a lp r o c e s s ，r _ o b o tc o m r o la n d o n n nh 勰 b e e nr 豁e a r c h e d 锄da p l p l i e dm o r c 柚dm o r e 勰t h ed e v e l 叩i n go fi t s c l f a n dc o r r c l a t i v em e o 彤 n e u r a ln e t 、) l ，o f kp o w 盯c o n 扛o ls c h e m ei sj u s tb a s c do nm i st h e r o y t h i ss c h 鼬ch o l d sm o r c 删v er e a l t i m et h a no t h e rp o w e rc o n t r o ls c h e m e ， a n di tc a ni n c r e 弱et h ec h 锄e lc a p a c i 锣a n dq u a i l i 锣e 行& t i v l 弘a l s oi t m a i r et h er 嚣o u r c cu s c dm o r er e 私o n a b l yb ye 鹊i n gc m l g 鼯6 0 no f t h el o c a l n e 咖r k k e yw o r d s ：c d m a 2 0 0 0 ，r 砌讧，p o w e fc o n t r o l ，s t 印l e n g m ，n e i l r a l n e t 、 ，o r ks 瓜 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：2 垄心3 芷瓠日期：型盟b 五! 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一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学 本人签名 导师签名 适用本授权书。 日期：巡z 墨! ! 生 日期：兰竺22 ：! c i 舭0 0 0 系统中的功率控制技术 第一章绪论 1 1 第三代移动通信系统概述 现代移动通信技术的发展始于上世纪2 0 年代，近几十年来，移动通信发展 尤为迅速，随着数字通信和互联网技术的迅猛发展，以数据业务和多媒体业务相 结合为特征的第三代移动通信成为发展的必然趋势。 第三代移动通信，即国际电信联盟( i t u ) 定义的i 町一2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a l m o b i l et e l e c o 棚u n i c a t i o n 一2 0 0 0 ) ，俗称3 g 。第三代移动通信系统最初的研究 工作始于8 0 年代中期，1 9 8 5 年晚些时候，i t u r ( c c i r ) 成立临时工作组，提 出了未来公共陆地移动通信系统( f p l m t s ) ，所要达到的目标为实现全球无缝的 移动漫游。1 9 9 6 年，f p l m t s 被正式更名为i m t 一2 0 0 0 ，即国际移动通信系统，工 作在2 0 0 0 潮z 频段，2 0 0 0 年左右投入商用。在欧洲第三代网络被称为通用移动 通信系统( u m t s ) 。u 盯s 概念的核心是如何将g s m 发展成为i m t 一2 0 0 0 相兼容的 系统。1 9 9 9 年底，国际电联i t u - r t g 8 1 在芬兰召开会议，通过了“第三代移动 通信系统( i m t 一2 0 0 0 ) 无线接口技术规范”建议，为今后全球第三代移动通信产 业的发展指明了方向。 第三代无线接入技术分为c d m a 和t 呲两大类，具体包括5 种无线传输技术： w c d m a ，c d 姒2 0 0 0 ，t d - s c d 姒，u w c l 3 6 和e p d e c t 。u w c 1 3 6 是一个纯t d m a 技术， 是在北美i s 一1 3 6 t d 姒( d a h i p s ) 技术的基础上提交的，将被i s 一1 3 6 运营者继续使 用。欧洲d e c t 无线接入标准作为i m t 一2 0 0 0 的微小区微微小区组成部分，适合 无线p b x 等应用。其他传输技术都是基于c d 姒技术。目前全世界主要存在三种 c d m a 标准，即欧洲和日本的w c d m a ，北美的c d i a 2 0 0 0 和中国的t d _ s c d m a 标准。 三种标准主要都是采用码分多址接入技术，但同时又各有特点，欧洲和北美的 w c d 姒是基于g s m 的三代技术，对于现有的g s m 的网络资源具有极好的兼容性， 同时可以提供前两代产品所不能提供各种宽带信息业务如高速数据，慢速图像与 电视图像等，速率达2 舫s ，带宽大于5 姗z 以上，它采用自适应天线和微小区， 可以降低成本，提高容量。北美的c 删a 2 0 0 0 是基于i s 一9 5 c d 姒的宽带c d 姒技术， 它的技术特点是反向信道连续导频，相干接受，前向发送分集，电磁干扰影响小， 与i s 一9 5 的兼容性好，性能上没有太大区别，综合经济技术性能良好，其代表商 主要有高通，朗讯，摩托罗拉和北方电信。t d - s c d i l a 是由我国信息产业部的电 信科学技术研究所提出的技术，具有上下链路不对称、频谱利用率高、发射功率 低等优点，适合于三代移动通信将大量应用在互联网浏览等非对称移动数据，视 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 频点播等多媒体业务方面具有突出优势，且可以提供较高的系统容量，特别是能 满足我国一些地方人口密集而频谱资源紧张的需要，同时它能够从目前的大量二 代资源平滑过渡，最大限度的保护运营商和用户已有的巨大投资 1 2 第三代移动通信系统的特征 第三代移动通信系统存在如下特征： 首先是具有全球统一的标准。i h f r 一2 0 0 0 在世晃范围内有高度共同性的全球 标准，能同时容纳各种不同的系统：它具有世界统一的频段和基于终端移动性的 全球漫游特性，可以实现全球同一频段、统一标准、无缝隙覆盖、全球漫游。 其次，它是从第二代移动通信( i s 一5 4 、i s 一9 5 和g s m ) 网络演进和发展而来 的，与固定网兼容，而不是一个完全重新建设的移动通信网络。 最后是它能够提供多种新业务和新功能。第三代移动通信系统i m t 一2 0 0 0 的 第一阶段的目标是支持用户信息速率低于2 m b i t s 的包括多媒体宽带电信业务 在内的各种业务。i m t 一2 0 0 0 目标和框架的要求超出了第二代移动通信系统的要 求，主要表现在： 提供宽范围的业务，支持低速率的话音和数据业务达到2 m b i t s 速率数据业 务，包括多媒体业务和不对称数据传输业务，在室内和高速移动工作环境中， 车速环境1 4 4 k b s ，步行环境3 8 4 k b s ，室内环境2 i b s 。 高服务质量要求的数据业务，具有与固定通信网相比拟的高话音质量和安全 性。 高系统容量和高频谱利用率，采用新技术增强频谱效率，使用户得到更多的 系统容量。i m t 一2 0 0 0 提供先进的宽带业务。它要求更多的频谱资源，采用先 进的编码和调制技术可以提高频谱利用率，降低系统对频谱资源的需求。 以灵活的混合小区( 宏小区、微小区和微微小区等) 方式工作，i 盯一2 0 0 0 将会在四种无线工作环境( 室内环境，室外人行道并进入室内环境、高速 移动环境和卫星环境) 中工作，每种工作环境有其要解决的覆盖和容量问题。 但是，为了扩大系统容量和覆盖面积，定会有混合小区工作方式的情况， 因此需要能够灵活的在不同小区间进行接入和切换。 1 3 码分多址系统中功率控制的必要性 随着现代通信技术的快速发展，频谱资源有限的问题已经称为移动通信系统 容量的瓶颈。码分多址( c d 姒) 接入技术相对于频分多址( f d m a ) 和时分多址( t d 姒) 接入技术的一个最大特点就是多个用户可以共用同一个信道，这就极大的解决了 频谱资源日益紧张的问题，决定了c d m a 系统容量大的特征。 2 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 然而，同时c d h i a 系统又是一种干扰受限系统由于所有的移动台在相同 的频段传送信号，因此系统内产生的内部干扰在决定系统容量和话音质量方面起 到了关键作用。必须对来自每个移动台的发射功率进行控制，从而限制干扰；然 而同时功率电平值必须足够使话音质量达到比较满意的程度。 c d m a 系统中存在的干扰主要有： ( 1 ) 在无线移动环境中存在阴影、多径衰落和远距离损耗等影响，而移动台 在小区内的位置是随机的，且经常变动，所以路径损耗的变化非常大；同时分 配给不同用户的扩频码由于多径传播，到达接收端并非完全正交，会造成严重 的多址干扰。 ( 2 ) 在多小区蜂窝系统中，由于频率复用，在下行链路中，位于小区边缘处 的移动台( m s ) 将受到相邻小区的较大的干扰，通信质量会迅速下降，甚至中断 通信，这种现象通常被称为“边缘效应” ( 3 ) 在上行链路中，如果小区中所有用户均以相同的功率发射，由于无线信 道的衰落及移动台与基站( b s ) 间距离不同，b s 接收到的较近的m s 的信号功率要 比接收到的较远m s 的信号功率强，这样就会对远离基站的m s 造成很大的影响， 使其性能下降，甚至不能正常工作，这种现象被称为“远近效应” 当移动台到处移动时，由于快衰落和慢衰落、阴影效应、外部干扰和其他因 素造成了r f 环境处于不断变化之中。功率控制的目标就是在所有条件下保持链 路质量，同时限制前向和反向链路的发射功率。由于基站的非相干检测，在反向 链路的干扰比前向链路的干扰严重的多。因此，对c d m a 系统来说反向链路功率 控制是必不可少的，并且根据c d 姒2 0 0 0 标准强制实行。 在c d 姒系统中解决远近效应问题同样需要功率控制。为了将远近效应问题 减到最低程度，c d 姒系统的目标是确保所有的移动台在基站达到相同接收功率 电平。接收功率电平的目标值必须使链路能够满足用户定义的性能目标( b e r ， f e r ，容量，掉话率和覆盖) 的最小电平值。为了实施这样的策略，越是靠近基 站的移动台发射的功率越是要比远离基站的移动台发射的功率小。话音质量与前 向和反向链路的帧误差率( f e r ) 有关。 c d m a 系统采用功率控制技术，控制发射端的发射功率，减少小区间的干扰， 补偿无线信道衰落，使得c d 姒移动通信系统具有下列优点： 降低干扰，最大化系统容量： 保证通信链路要求的q o s 以支持对q o s 敏感的多媒体业务： 提供服务区内不相等负载小区间的负载分流： 在达到服务质量要求时，最小化移动台的发射功率，延长移动台电池的寿命。 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 1 4 本文的主要贡献和章节安排 c d m a 系统中的功率控制技术尽管已经是一种比较成熟的技术，但随着数据 业务需求的增加，c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术相对于现有的系统复杂度来 说已经无法适应，需要有更加先进的功率控制技术，因此对于功率控制技术的研 究仍然是c d m a 2 0 0 0 中的一个重点问题。 本文的主要贡献在于详细介绍了移动通信系统中的功率控制方案，重点介绍 了i s 一9 5 和c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制，其中主要是c d m a 2 0 0 0 系统中前向链路 的快速功率控制，并对两者进行了比较说明。最后介绍了一种基于神经网络的功 率控制方案，在此基础上建立模型对其进行仿真并给出了仿真结果。 全文的章节安排如下： 第二章主要介绍了c d m a 系统，概要的介绍了c d m a 2 0 0 0 系统的演进过程，网 络体系结构和协议分层结构，以及c d m a 系统相关的关键技术和现代移动通信体 系中的无线资源管理系统。 第三章主要介绍了c d 姒系统中的功率控制技术，概要的介绍了前向、反向 功控原理，功控算法以及功控存在的问题及解决方法；病介绍了功控准则、方法 及功控方案，为后面的理论分析和算法设计提供了指导。 第四章主要介绍了i s 一9 5 和c d m a 中的功率控制技术，重点介绍了c d m a 2 0 0 0 前向链路快速功率控制和c d m a 2 0 0 0 各种信道上的功率控制技术，并对i s 一9 5 和 c d l a 2 0 0 0 中的功率控制方案进行了比较说明。 第五章介绍了一种基于神经网络的功率控制方案，基于固定步长和可变步长 两种基础理论，建立了模型并给出仿真结果。 4 c d m a 2 0 系统中的功率控制技术 第二章c d m a 2 0 0 0 系统 2 1c d m a 2 0 0 0 系统介绍 2 1 1c d m a 2 0 0 0 系统的演进过程 在无线移动系统中有三种基本的多址接入方案，分别为：f d m a ( f r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ：t d 姒( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ：c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 。无线系统最重要的资源就是频谱，由于c d 姒 具有较高的频谱利用率，能提供较大的系统容量，所以在第三代移动通信中几乎 都采用了c d 姒多址方式。 基于c d 姒技术的数字蜂窝通信系统是由q u a l c o 棚公司于1 9 9 0 年提出的。 1 9 9 3 年7 月被采纳为美国第二代数字蜂窝系统标准并命名为i s 一9 5 。1 9 9 5 年i s 一9 5 修订完成，即i s 一9 5 a 。主要支持语音业务，数据功能较弱，使用8 k ( 亚洲) 1 3 k ( 北 美) e v r c 语音编码器，蜂窝系统中，容量一般约2 2 2 5 用户载频扇区。为了增 加对数据业务的支持，提高系统容量，进一步改善i s 一9 5 a 的性能，1 9 9 8 年在i s 一9 5 a 的基础上提出i s 一9 5b i s 一9 5 b 在关键技术上并没有明显的进步。但通过对物理信 道的捆绑，能提供更高速率的数据业务。同时改善了信道接入、切换等部分，减 小了掉话率，并提供了一些新业务，其他的改进有移动台发起硬切换，定位功能 提升，支持真正的i m s i ，主叫号码表达，主叫姓名表达等。在i s 一9 5 的a 、b 两个 版本之间出现过一种支持1 4 4 k b p s 的数据速率和宽带扩频蜂窝系统下的p c s 交互 的系统，称为t s b 7 4 系统。这些基于i s 一9 5 标准的蜂窝系统和产品总称为c d m o n e ， 与后来的c d m a 2 0 0 0 相对应。 c d m a 2 0 0 0 是在第二代移动通信i s 一9 5 的基础上发展演进而来。它是美国向国 际电信联盟( i t u ) 提交的第三代移动通信空中接口标准的建议，同时也是i s 一9 5 标准向第三代移动通信系统演进的的技术体制方案。c d 衄2 0 0 0 标准体系是一种体 系结构，统称为c d 姒2 0 0 0 家族，它包含一系列子标准。由c d i a o n e ，c d m 2 0 0 01 x ， c d 髓2 0 0 03 x ，c d m 2 0 0 0l xe v d o ，c d m 2 0 0 01 xe 、卜d v 。除了c d n l a o n e ，其他都 属于第三代移动通信技术。 c d 舶a 2 0 0 0l x 是c d m a 2 0 0 0 系统的第一个阶段，于1 9 9 9 年7 月由3 g p p 2 公布。它 的主要特点是与现有i s 一9 5 a b 系统后向兼容。它为多载波定义了物理信道， 1 x 使用一个载波，n x 使用n 个载波；采用1 2 5 删z 的带宽，技术上使用反向导频，反 向相干解调，前向快速功率控制，t u r b o 码等先进技术，使得系统容量大大提高。 在无线接口性能上较i s 一9 5 系统具有较大进步，在相同条件下c d 帆2 0 0 01 x 的话音 5 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 业务容量是i s 一9 5 系统的2 倍，数据业务容量则是i s 一9 5 系统的3 2 倍。c d i i l a 2 0 0 01 x 的无线i p 网络接口采用成熟的开放的i e t f 协议，支持简单的i p 和移动i p 的 i n t e r n e t i n t r a n e t 接入方式，真正实现了i n t e r n e t 的接入的移动性。 由于无线因特网的概念逐渐演化为现实，对于高数据业务的要求不断增长。 无线因特网业务的典型特征是反向链路上数据的不对称性，所以要求前向链路的 吞吐量大大高于反向链路。原有的c d m a1 x 标准缺乏对这种情况的考虑，同时 c d i i l a 2 0 0 0l x 不能提供国际电信联盟( i t u ) 要求的2 m b i t s 的高速率数据业务。因 此后续的c d m a 2 0 0 0l xe v 标准研究的重点在于改善前向链路，反向链路设计和性 能则无明显变化。cd i i l a 2 0 0 01 xe v 是c d m a 2 0 0 01 x 在提高分组数据传输能力的演 进技术的统称。e v 代表“e v o l u t i o n ”，有两个方面的含义，一是指比原有的技 术容量更大而且性能更好；另一方面是和原有技术后向兼容。1 xe v 的发展主要 有两个分支：1 xe v d 0 ( d a t eo n l y ) 和e v d v ( d a t ea n dv o i c e ) 。 由于话音业务与分组数据业务对资源的需求具有截然不同的特点：话音业务 比较连续，突发性不强，对时延，时延抖动较为敏感，可以容忍一定的b i t 差错， 上下行对称，追求e r l a n g 容量最大化。数据业务突发性强，对时延较不敏感，上 下行链路需求不同，追求的目标是系统的吞吐量最大化。因此如果将数据和话音 业务放到同一个载波上在技术上必然会相互影响，需要复杂的的控制机制来协 调，代价太大。为了更好的提供数据业务，提出了h d r ( h i g hd a t er a t e ) 一高速 数据速率，由q u a l c o 咖公司与1 9 9 7 年8 月向c d l i a 发展组织( c d g ，c d 姒d e v e l o p m e n t g r o u p ) 提出的。2 0 0 0 年3 月3 g p p 2 开始对h d r 进行标准化，2 0 0 0 年1 0 月，命名为1 xe v d 0 标准，并获得通过。针对高速分组数据传输的特点，1 xe v d o 前向链路 ( f l ，f o r w a r dl i n k ) 采用了快速最佳服务小区选择，动态速率控制，高阶调制， 自适应编码和调制等与c d m a 2 0 0 0l x 区别较大的技术。反向链路针对前向链路的 的高速数据传输做了一些改变，与c d m a 2 0 0 01 x 本质上没有大的区别。1 xe v d o 系统针对分组数据特点优化了空中接口，最大化系统吞吐量，去掉了话音业务的 q o s 限制，话音与数据不共享同一载波，资源控制实现简单，速度大，容量大， 频谱利用率高。同时由于可以共用i s 一9 5 ，c d 嘲2 0 0 0 系统的基站设备，利用现有 的主流i p 骨干网，为运营商和服务提供商节约的成本。 由于l xe v - d o 系统中话音和数据应用在不同的载波上，数据业务无法利用在 话音业务空闲时的资源，减低了系统资源带来的经济效益，同时支持1 x d o 的双 模终端在两种系统间的切换为硬切换。针对这种情况，3 g p p 2 在2 0 0 0 年初提出一 种新的系统方案，将话音和数据业务放到同一个载波上传输，且分组数据业务采 用和1 xe v - d o 相同的方式，使得数据用户能充分利用系统资源，提高了的频带利 用率。这种新的方案就是1 xe v d v 。l xe v d v 融合了d o 和1 x 的最佳功能，在相同 6 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率挣制挂末 的载波上同时支持语音和数据业务，因此可以动态的优先分配固定频谱资源。l x e 1 ，一d o 的特点在于使其在高峰时段专注于语音业务，而在数据业务需求量大时灵 活的提供资源，从而可以满足日益增长的数据业务的需求。由于采用了自适应调 制和编码配置，应用了时分多址和码分多址两种技术，引入新的控制信道和业务 信道，增强了系统容量，提高了系统的吞吐量。同时l xe v - d v 后向兼容1 x ，可以 为语音和已有的数据业务提供无缝支持，所有的l x 终端在运营商 b 9 络升级后仍然 可以得到支持。 2 1 2c d m a 2 0 的网络体系结构 第3 代移动通信网络支持数据业务和多媒体业务因此需要充足的带宽和 网络承载的灵活性。带宽需求与空中接口有关，而空中接口的高速率和可变比特 率意味着需要新的、更灵活的传送和交换技术。c d m a 2 0 0 0 体系结构由无线接入 网、核心网电路域、核心网分组域、智能网、短消息中心、无线应用协议网关( 融p ) 以及定位部分组成，如下图2 一l 所示。 图2 1c d 姒2 0 0 0 系统的网络体系结构 无线接入部分由基站传输系统b t s 和基站控制器b s c 组成。b t s 主要负责接收 移动台的无线信号，b s c 则负责管理多个b t s ，与移动交换中心m s c 和分组控制功 能p c f 进行话音和数据的交互。p c f 则主要负责与分组数据业务相关的无线资源管 理控制。 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 核心网电路域包括m s c ，暂时寄存器v l r 和本地寄存器h l r ，和鉴权中心a c 组 成。该部分主要用于控制电路域的业务。 核心网分组域包括p c f ，分组数据服务节点p d s n ，认证，授权，计费( a 从) 本地代理h a 该部分主要用于控制分组数据业务。其中p d s n 负责管理用户通信状 态，转发用户的数据到另外一个m s c 网络中。从a 主要用来对用户的权限和计费进 行管理。 智能网部分包括m s c ，业务交换点s s p 、i p 、业务控制节点s c p 等。智能网是 目前移动通信系统中一个非常重要的部分，许多新业务都需要用智能网来展开。 短消息中心m c 部分主要完成短消息相关业务。 无线应用协议w a p 主要完成一系列网络协议的转换，将i n t e r n e t 网与移动通 信网络联系起来。 定位部分是c d m a 提供的一个特殊服务，主要用在各种切换技术中。 2 1 3c d m a 2 0 0 0 的协议分层结构 图2 2 描述了c d m a 2 0 0 0 的协议分层结构。 个t o s i i s 9 5 层a 椭2 0 # 它p e 淞令 丹虬敢据生务话音生芳i 乜埘 致厮生势 7 ) 甓 电路信l 层信 工山 、l f i s 9 5 0 曲m z o 分纰致掴w 信令i 苒它f 阿令 审晨i 电路艘鼻 于j 蠛2 _ | = 1第2 县 第2 屠 第2 屠 m a c 们2 的p l i c f t o 引。 m c 俩 帕融j c f ( 舅妇啦令) 伸_ 如钳组戒i 乜路戡船北铆 m a 第2 屉o 日懈 倒1 的p l d c f 拥2 的p u ) c = f 千l ll p l c i c fh 扎和q 幛予晨 l 霉浊物堙展 o d m a 2 0 糖理层 a 蛹- 业务质量 图2 2c 嗍2 0 0 0 的协议分层结构 c d 眦2 0 0 0 分层结构包括三层：l 1 ( 物理层) ，l 2 ( 链路层r l c ) ，l 3 ( 上层) 。 物理层：p h y s i c sl a y e r 称为l 1 层，由一系列的前向物理信道和反向物理 信道组成。 前向物理信道包含： 前向导频信道( f p i c h ) ，用于提供定时和相位信息。所有业务信道共享 f p i c h ，并利用f p i c h 来估算信道增益和相位，检测多路径射线，以及小区的 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 捕获和切换。 前向同步信道( f - s 1 n c ) ，给移动台提供初始化时间同步。 前向寻呼信道( f p c h ) ，寻呼信道用来发送从基站到移动台的控制信息和 寻呼信息，工作速率为9 6 或4 8 k b p s ( 与i s 一9 5 相同) f - p c h 承载基站到 移动台的开销消息、寻呼、确认、信道分配、状态请求和s s d 更新信息。 前向共用控制信道( f - c c c h ) ，用于上层以及基站到移动台h i a c 消息通信的 共用通道。 前向共用辅助导频信道( f - c a p i c h ) ，主要用于增大覆盖，增加大业务量地 区的容量。多个用户可以共用f _ c a p i c h 。 前向广播共用信道( f - b c c h ) ，专门用来承载开销消息和可能存在s l s 广 播消息的寻呼信道。 前向快速寻呼信道( f - q p c h ) ，用于时隙模式下基站与移动台的联系。 前向专用辅助导频信道( f - d a p i c h ) ，为某个移动台生成可选的辅助导频。 前向基本信道( f - f c i ) ，在通话或者传输数据业务时向移动台发送用户信 息和信令信息。 前向补充信道( f s c h ) ，用来在通话或者传输数据业务时向特定的移动台 发送用户信息，主要是为了支持数据业务。 前向专用控制信道( f - d c c h ) ，作用和前向基本信道类似，但不会单独构成 业务信道，其主要作用是传输信令信息。 反向物理信道包括： 反向接入信道( r a c h ) 和反向共用控制信道( r c c c h ) ，这些共用信道用 于上层和移动台到基站之间m a c 消息的通信。 反向导频信道( r p i c h ) ，包括固定的参考值和前向功率控制的复用信息。 用于初始捕获、时间跟踪、r a i ( e 接收机相干参考恢复和功率控制测量。 反向专用控制信道( r d c c h ) ，作用和前向专用控制信道类似，主要用来传 输移动台到基站的信令信息。 反向基本信道( r f c h ) ，用来传输移动台到基站的用户信息和信令信息。 反向辅助信道( r - s c h ) ，功能与前向补充信道相似，主要用来支持数据业 务。 链路层：l i n kl a y e r 称为l 2 层。 链路层根据具体上层业务的需要提供各种等级的可靠性和q 0 s 特性。它为 数据传送业务提供了协议支持和控制机制，并完成把上层数据传送需求映射为物 理层具体功能和特性。 链路层又分成链路接入控制( l a c ) 子层和媒体接入控制( m a c ) 子层。l a c 子 9 c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 层管理对等上层实体之间的点对点通信信道，并具有能够支持各种不同端对端可 靠链路层协议的框架。c d m a 2 0 0 0 系统包括灵活而又有效的m a c 子层，它支持高 级设备( a d v a n c e d s t a t e 眦c h i n e ) 多种状态，每种状态分别对应有效分组或电 路数据的实例。i i a c 子层与q o s 控制实体一起实现了3 g 无线系统复杂的多媒 体、多业务功能，并使每个有效的业务都具有q o s 管理功能。 上层：称为l 3 层，主要为用户提供以下几种业务。 话音业务。话音电话业务，包括p s t n 接入、移动到移动话音业务和 i n t e r n e t 电话。 终端用户数据承载业务。给移动用户提供的任何一种形式的数据业务，包括 分组数据业务( 例如i p 业务) 、电路数据业务( 例如b i s d n 仿真业务) 和s m s 。 分组数据业务符合已经工业标准化的面向连接和无连接分组数据，它包含i p 协 议( 例如t c p 和u d p ) 和i s o o s i 无连接互通协议( c l i p ) 。电路数据业务仿 真国际标准规定的、面向连接的业务，如异步( a s y n c ) 拨号接入、传真、v 1 2 0 速率适配i s d n 和b i s d n 业务。 信令。控制所有移动操作的业务。 2 1 4c o m a 2 0 0 0 与i s - 9 5 的技术差别 c d i i l a 2 0 0 0 系统是在i s 一9 5 系统的基础上平滑过渡产生的，两者在技术上大同 小异。对于功率控制而言，反向信道的功率控制基本相同。i s 一9 5 中前向为同步 码分，反向为异步码分，传输的瓶颈主要在反向，因此对前向功率控制要求比较 低。但在c d i i l a 2 0 0 0 中，反向亦改为相干检测( 需要发送导频) ，为了使前向、反向 性能趋于平衡，就增加了前向信道的闭环和外环功率控制。 ( 1 ) c d n l a 2 0 0 0 与i s 一9 5 相关物理信道方面存在如下相同之处： 基本带宽与i s 一9 5 一样，均为1 2 5 瑚z ，可共有相同的射频单元。 前向信道中的基本信道与i s 一9 5 中的前向业务信道基本相同，仅仅增加了最 低两种速率的校验码c r c 以及相应的编码删除技术。 前向信道中的导频信道、同步信道、寻呼信道与i s 一9 5 相同。 反向基本信道帧结构相同。 ( 2 ) c d 眦2 0 0 0 与i s 一9 5 在物理信道方面主要有如下几种不同： 前向信道： 增加了辅助信道，其最高速率可达3 0 6 k b i t s 。 基本信道的每种速率均增加了帧校验。 增加了前向信道闭环和外环功率控制。 反向信道： l o c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 增加了反向导频信道。 增加了专用导频信道，使用基站相干接收称为可能。 取消门控发送，改为编码删除。 增加了辅助业务信道，其最高速率可达3 0 6 k b i t s 。 2 2c d m a 2 0 0 0 中的关键技术 2 2 1 功率控制技术 c d 髓2 0 0 0 是一个干扰受限的系统，移动台公用相同的频段发射和接收信号， 近基站的移动台信号抑制较远移动台弱信号的可能性很大，称为“远近效应”； 另一方面，各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，通信容量主要受限于 同频干扰。在不影响通信的情况下，尽量减少发射信号的功率，通信系统的总容 量才能相应地达到最大，c d m a 系统的主要优点才能得以实现。因此，功率控制 是c d m a 2 0 0 0 系统中最为重要的关键技术之一。 功率控制的目的是保证每一个用户的发射功率到达基站时都是最小的可用 功率，既能够保证用户的正常通信，又不至于对其他用户产生干扰。从而可以减 少系统内干扰，增大系统容量。在c d 2 0 0 0 系统中，上行链路采用开环、闭环和 外环功率控制相结合的技术，主要解决“远近效应”问题，保证所有信号到达基 站时都具有相同的平均功率；下行链路则采用闭环和外环功率控制相结合的技 术，主要解决同频干扰问题，可以使处于严重干扰区域的移动台保持较好的通信 质量，减小对其它移动台的干扰。 2 2 2 软切换技术 所谓切换是指当移动台m s 靠近原来服务小区的边缘，将要进入另外一个小区 中时，原基站与 i s 之间的链路将由新的基站与l i s 之间的链路来代替的过程。 软切换是指移动台m s 在两个或者多个基站的边缘进行切换过程中，在切断与 旧小区的联系之前，先与新的小区建立联系，m s 同时接收两个基站的信号，直到 满足一定条件后再切断与原有基站的链路。 软切换本身是一个比较有争议的c d 姒特性，一方面软切换在两个基站覆盖 区的交界处起到了业务信道的分集作用，以减少移动台发射功率和由切换造成的 掉话。但另一方面，它由于同时占用多个信道资源而加强了设备投资和系统设备 的复杂性。但无论怎样，由于c d m a 系统的相邻小区同频工作，为避免由于同频在 重迭覆盖区域的强干扰，必须采用软切换。它与快速功率控制一样，是c d m a 必不 可少的核心技术之一。而且实现软切换以后，由于切换引起掉话的概率大大降低， c d m a 2 0 0 0 系统中的功率控制技术 确保了c d m a 网络的通信质量。 2 2 3 分集接收机 在移动通信系统中，移动台经常工作在各种复杂的地理环境中，多径衰落和 复杂恶劣的电波环境是移动通信信道的特征，这是由运动中进行无线通信这一方 式本身所决定的。在城市环境中，一辆快速行驶的车辆上的移动台所接收到的无 线电信号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次，衰落深度可达2 0 一3 0 d b 。这种衰 落现象严重降低接收信号的质量，影响通信的可靠性。为了有效地克服衰落带来 的不利影响，必须采用各种抗衰落技术，包括：分集接收技术、均衡技术和纠错 编码技术等。 分集的基本思想是将接收到的多径信号分离成不相关的的独立的多路信号， 使得接收到的有用信号能量最大，对数字系统而言，使接收端的误码率最低；对 话音系统而言，提高接收端的信噪比。 在c d 阮2 0 0 0 系统中，所传输的信号是宽带信号，其带宽远大于移