（电子科学与技术专业论文）基于博弈论的tdlte的网络规划.pdf

t d l t en e t w o r kp l a n n i n gb a s e do n g a m e t h e o r y at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h e r e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y l i s h u d o n g ( e l e c t r o n i cs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rl iz u o z h o u j u n e2 0 1 1 哪8川6m 75 98jly 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文：基王蝗銮诠鲍! 旦：l i 曼圆终规划：。除论文中已经注 明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或 未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：捌龟 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密r ( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名：匀芝书? 寸表导 钐 毛乏 日期：，o t 年石玛彤日 中文摘要 摘要 移动运营商在无线移动通信系统建设之前都会进行详尽的网络规划，目的是 确定通信网络系统中各种参数的值以满足一定的通信服务。t d l t e ( t i m e d i v i s i o n l o n gt e r me v o l m i o n ) 移动通信系统是3 g 移动通信系统的长期演进( l t e ) 系统，是准4 g 的技术，所以又被称为3 9 g 。 t d l t e 结合了o f d m 、t d d 技术的优点，有效提高了频谱利用率和系统容 量，支持2 0 m h z 的大系统带宽以及5 0 m b p s 和l o o m b p s 的上、下行数据传输速率。 空中接口技术采用了更适合大系统带宽的o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 技术，并且结合多入多出( m u l t i p l ei n p u t sm u l t i p l eo u t p u t s ，m i m o ) 与智能天线( s m a r ta n t e n n a ，s a ) 提高了系统频谱利用率和用户服务质量。 由于t d l t e 系统无论在空中接口技术还是网络架构方面都与以往的移动通 信系统有很大的区别，所以l t e 系统对3 g 的演进又被称为革命。o f d m 技术是 移动通信系统的新技术，对于新移动通信网络建设来说缺乏建网经验，需要在实 践中不断探索。 本文首先讨论了t d l t e 系统的关键技术，制定了t d l t e 无线网络规划流 程，对无线传播模型、链路预算、容量和网络规模估算等网络规划指标进行了推 导，同时考虑了t d l t e 系统与其它现有移动通信系统的共存。论文引入博弈论 理论设计了分布式功率分配算法，该算法可降低用户间相互干扰，提高系统性能。 论文在理论分析与仿真的基础上，利用m a t l a b2 0 1 0 b 作为设计平台，设计了网 络规划所使用的基于博弈论算法的t d l t e 无线网络规划软件。运行该t d l t e 无线网络规划软件，可以得到t d l t e 网络基站分布图，及相应的网络指标，例 如容量、功率等分布图。从运行结果来看，本文设计的基于博弈论的无线网络规 划符合t d l t e 系统的要求。 关键词：移动通信；t d - l t e i 网络规划；博弈论 英文摘要 a b s t r a c t b e f o r ec o n s t r u c tt h ew i r e l e s sm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，o p e r a t o r ss h o u l d m a k ead e t a i l e dn e t w o r kp l a n n i n gi no r d e rt oe n s u r ep a r a m e t e r so ft h ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r km e e tt h er e q u i r e m e n t so fc e r t a i nc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s t d l t e ( t i m e d i v i s i o n l o n gt e r me v o l u t i o n ) m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sal o n g - t e r me v o l u t i o n s y s t e mo f3 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，i n f o r m a l l yc a l l e d3 9 g ，w h i c hi sa q u a s i - 4 gt e c h n o l o g y t d - l t ec o m b i n e sw i t ht h ea d v a n t a g e so fo f d ma n dt d d t e c h n o l o g y ，l a r g e l y i m p r o v i n gt h es p e c t r u me f f i c i e n c ya n ds y s t e mc a p a c i t y i t s u p p o r t sb i gs y s t e m b a n d w i d t ho f2 0 m h z ，a n du p l i n kd a t ar a t ew i t h5 0 m b p sa n dd o w n l i n kd a t ar a t ew i t h lo o m b p s a i ri n t e r f a c et e c h n o l o g ya d o p t st h eo f d mt e c h n o l o g yw h i c hi sm o r e s u i t a b l ef o rb i gs y s t e mb a n d w i d t h ，c o m b i n i n gw i t hm u l t i p l ei n p u t sa n dm u l t i p l eo u t p u t s ( m i m o ) a n ds m a r ta n t e n n a ( s a ) ，w h i c hi sb e n e f i c i a lt oi m p r o v et h es p e c t r u m e f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fs e r v i c e b e c a u s eo ft h ed i s t i n c td i f f e r e n c e sb e t w e e nt d l t es y s t e ma n d3gm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，s u c ha sa i ri n t e r f a c et e c h n o l o g y , n e t w o r ks t r u c t u r ea n de t c ，t h e e v o l u t i o nf r o m3 gt ol t es y s t e mi sa l s oc a l l e dar e v o l u t i o n a r yi n n o v a t i o n o f d m t e c h n o l o g yi san e wc h a l l e n g eo fm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w h i c hl a c k sf o rt h e e x p e r i e n c eo fc o n s t r u c t i o nn e t w o r k ，r e q u i r i n gf o rt h ec o n t i n u o u se x p l o r a t i o ni np r a c t i c e i nt h i sp a p e r ，w ef i r s t l yd i s c u s st h ek e y t e c h n o l o g ya p p e a r e di nt d l t es y s t e m ， a n dt h e np r o v i d et h ep r o g r a mo ft d l t en e t w o r kp l a n n i n g ，d e r i v et h ep a r a m e t e r so f t h en e t w o r kp l a n n i n g ，s u c ha st h er a d i op r o p a g a t i o nm o d e l ，l i n kb u d g e t , c a p a c i t ya n d n e t w o r ks c a l ee s t i m a t ea n de t c t h ec o e x i s t e n c eb e t w e e nt d l t es y s t e ma n do t h e r m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m si sc o n s i d e r e di nt h i sp a p e r an o v e la l g o r i t h mb a s e do n g a m et h e o r yi sp r o p o s e df o rd i s t r i b u t e dp o w e ra l l o c a t i o n , w h i c hc a nm i n i m i z em u t u a l i n t e r f e r e n c ea m o n gu s e r s ，a n di m p r o v i n gs y s t e mp e r f o r m a n c e a f t e rt h ed e t a i l e d c a l c u l a t i o n sa n ds i m u l a t i o n s ，at d - l t er a d i on e t w o r kp l a n n i n gs o f t w a r e b a s e do nt h e g a m et h e o r y , i sd e s i g n e db yu s i n gt h ep l a t f o r mo fm a t l a b2 010 b r u n n i n gt h i s s o f t w a r e ，w eo b t a i nt h ed i s t r i b u t i o nm a po fb a s es t a t i o n si np l a n n i n ga r e aa n do t h e r 英文摘要 p a r a m e t e r so fn e t w o r k ，s u c ha sc a p a c i t yd i s t r i b u t i o n , p o w e rd i s t r i b u t i o na n de t c t h e r e s u l t so fr u n n i n gs o f t w a r ed e m o n s t r a t et h a tt h et d l t er a d i on e t w o r kp l a n n i n gb a s e d o ng a m et h e o r ys a t i s f i e st h er e q u i r e m e n t so ft d l t es y s t e mc o n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ；t d l t e ：n e t w o r kp l a n n i n g ；g a m et h e o r y 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 2 目前技术现状6 1 3 论文的主要工作以及章节安排8 第2 章t d l t e 移动通信系统基本原理9 2 1t d l t e 系统原理概述9 2 1 1 资源块1 1 2 1 2 物理信道概述1 3 2 2t d l t e 系统关键技术15 2 2 1o f d m 多址接入技术1 5 2 2 2m i m o 和智能天线1 6 2 2 3 干扰协调( i c i c ) 17 2 3 本章小结1 9 第3 章t d l t e 无线网络规划概要2 1 3 1t d l t e 无线网络规划流程2 1 3 2 无线传播模型仿真及校正一2 3 3 2 1 无线传播模型与仿真_ 2 3 3 2 2 传播模型的校正2 7 3 - 3t d l t e 链路预算2 8 3 4 容量规划及网络规模估算3 0 3 5t d l t e 频率规划3 2 3 6 本章小结3 8 第4 章t d l t e 与其它系统的共存3 9 4 1t d l t e 系统共存3 9 4 1 1t d l t e 网络同频共存一3 9 4 1 2t d l t e 网络异频共存4 1 4 2t d l t e 和l t ef d d 共存及仿真分析4 3 4 2 1 干扰分析4 4 4 2 2t d l t e 和l t ef d d 共存时的性能损失仿真与分析4 4 4 3t d l t e 与t d s c d m a 系统组网规划4 8 4 3 1t d l t e 与t d s c d m a 组网频率规划4 8 目录 4 3 2t d l t e 与t d s c d m a 同频组网时的时隙规划4 9 4 3 3 共天馈研究51 4 3 4 干扰分析与仿真51 4 3 5t d l t e 网络组网策略5 4 4 4 本章小节一5 5 第5 章基于博弈论的t d l t e 网络规划。5 7 5 1 博弈论简介5 7 5 1 1 博弈论的发展5 7 5 1 2 博弈论的分类5 7 5 1 3 博弈论的基本要素5 8 5 1 4 博弈论表达式5 9 5 1 5 经典问题囚徒困境：6 0 5 2 网络规划中的博弈论算法6 0 5 2 1 系统模型6 1 5 2 2t d l t e 规划中的博弈论算法6 2 5 2 3 博弈论算法性能仿真及分析6 5 5 3t d l t e 无线网络规划6 7 5 3 1 规划区域信息统计6 8 5 3 2 无线电波传播模型及校正6 9 5 3 3 无线链路预算7 0 5 3 4t d l t e 无线网络规划软件7 1 5 4t d l t e 无线网络规划软件设计7 2 5 5 网络规划结果及分析7 4 5 6 本章小结7 7 第6 章总结7 9 参考文献。8 1 攻读学位期间公开发表论文8 5 致谢8 7 研究生履历8 9 基丁二博弈论的t d l t e 网络规划 第1 章绪论 移动通信技术的发展日新月异，从迄今最为成功的g s m ( g l o b a l t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mf o rm o b i l e ) 和c d m ao n e ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s o n e ) 为代表的2 g ( 2g e n e r a t i o n ) 系统，到正在全球范围内大规模商用的基于c d m a 空中接口技术的3 g ( 主流系统标准有t d s c d m a ( t i m e d i v i s i o n s y n c h r o n o u sc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 、w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 、 c d m a 2 0 0 0 ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ) 系统以及即将试商用的以o f d m 为空中 接口技术的准4 g 系统，无不代表了科技对社会发展的推动。以“移动宽带”为特 性的4 g 网络将会给用户带来前所未有的移动互联体验。 1 1 研究背景及意义 全球移动通信系统先后经历了2 g 、3 g 以及未来4 g 的发展演进。当前商用的 移动通信标准是由业界的3 g p p 和3 g p p 2 两大标准化组织负责制定的，移动通信 系统标准的演进路线如图1 1 所示 1 】： 图1 1 移动通信系统标准演进路线 f i g1 1m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ms t a n d a r de v o l u t i o n l 、3 g p p 2 g ( g s m ) g s m 最初是由欧洲电信标准化协会( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n s 第1 章绪论 s t a n d a r d si n s t i t u t e ，e t s i ) 于1 9 8 9 年制定完成的。g s m 的空中接口技术基于f d d ( f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x i n g ) 和t d m a ( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 技术， 其主要工作频段为9 0 0 m h z 、1 8 0 0 m h z 和1 9 0 0 m h z 。g s m 主要提供语音和低成本 的短信服务，数据传输速率为9 6 k b p s 。g s m 于1 9 9 1 年在芬兰开始正式商用，由 于其优越的性能和良好的语音服务，如今已经成为全球最大的蜂窝移动通信系统。 目前该项目由3 g p p 组织负责维护和开发。 2 5 g ( g p r s ) ：g p r s ( g e n e r a lp o c k e tr a d i os e r v i c e ) 采用通用分组通信技术， 用户在数据传输过程并不固定占用无线信道，能够更加合理的运用信道资源，数 据是以封包的形式传输的。g p r s 是g s m 的演进、并与之完全兼容，与g s m 采 用相同的工作频段。g p r s 在核心网引入了分组域，其中包括s g s n ( 服务g p r s 支持节点) 、g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 等功能实体，可以提供5 4 k b p s 1 1 4 k b p s 的中速数据传输，并且支持互联网的w a p 业务。 2 7 5 g ( e d g e ) ：e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ) 是于2 0 0 0 年3 月完成的3 g p pr 9 9 版本，能够与w c d m a 系统共存。它也是g s m 系统的演 进，在g s m 系统中采用了新的8 p s k 的调制方法和先进的多时隙操作，使其最高 数据传输速率可达到3 8 4 k b p s ，在一定程度上满足了对无线多媒体应用带宽的需 求。 3 g ( u m t s ) ：u m t s ( u n i v e r s a lm 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 ) 的所有标准 是从3 g p pr 9 9 开始的，现在已经发展到了r l l 版本。其物理层技术基于w c d m a 和t d s c d m a ，空中接1 2 技术采用了d s c d m a ( d i r e c ts e q u e n c e c o d ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ) 。w c d m a 最初由欧洲和日本分别提出，由于双方提出的标准比 较相似，最后进行了融合并形成了现在的w c d m a r 9 9 标准。t d s c d m a 由于采 用了智能天线、联合检测等先进技术，而且有中国政府、运营商和设备制造商的 支持，也受到业界的重视。通过国内电信运营商和设备制造商的努力，t d s c d m a 写入2 0 0 1 年3 月确定的3 g p pr 4 版本中，与w c d m a 一起成为国际主流的3 g 标 准。 基于博弈论的t d l t e 网络规划 3 5 g ( h s d p a 、h s u p a ) ：h s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n kp o c k e ta c c e s s ) 于 2 0 0 2 年6 月写入r 5 版本中，h s u p a ( h i 曲s p e e du p l i n kp o c k e ta c c e s s ) 写入随后 的r 6 版本中，与3 g 使用相同的工作频段。h s d p a 在物理层引入了下行高速共享 信道( h s d s c h ) 等技术，使下行链路的数据传输速率达到1 4 4 m b p s 。h s u p a 在上行引入了e d p d c h 、e d p c c h 、e a g c h 、e r g c h 、e h i c h 五条新的物 理信道，并且n o d eb 实现以前r n c 的分组调度功能，实现基于n o d eb 的快速分 组调度，并通过2 m s 无线短帧、多码传输以及混合自动重传( h a r q ) 等关键技 术，提高了上行业务的承载能力，使得上行链路数据吞吐率的峰值达到5 7 6 m b p s 。 h s d p a 和h s u p a 合称为h s p a 。 h s p a + 是对h s p a 技术的演进，写入r 7 版本中，引入了简单的p 核心架构， 并增加了m 1 m o 、1 6 q a m ( 上行) 6 4 q a m ( 下行) 高阶调制技术，在一定程度 上提高了无线数据传输的速率。在r 8 版本冻结时，h s p a + 已经支持下行4 2 m b p s 和上行1 1 m b p s 的数据传输速率。 3 9 g ( l t e ) ：l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 是3 g p p 为应对w i m a x ( w o r l d w i d e i n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ) 的竞争压力在2 0 0 4 年年底发起的3 g 长期演 进计划，有f d d 和t d d 两种双工方式。在网络架构方面采用了更适合于网络数 据传输的扁平化p 网络架构，从3 g 的c n - - r n c - - n o d eb 三层网络架构到l t e 的c n - - e n o d eb 的两层网络架构并且采用了先进成熟的o f d m 空中接口技术，在 上下行链路的天线配置为2 1 和2 2 时，上下行数据传输峰值速率分别达到 5 0 m b p s 、1 0 0 m b p s a 4 g ( l t e a d v a n c e d ) ：l t e a d v 锄c e d 是3 g p p 针对国际电信联盟( r r u ) 无线 电通信部门( i t u r ) 对i m t - a d v a n c e d ( 4 g ) 标准的建议做出的l t e 演进，完全 兼容l t e 。l t e a d v a n c e d 支持1 0 0 m h z 的系统带宽，上下行峰值数据传输速率分 别可以达到5 0 0 m b p s 和1 g b p s 。 2 、3 g p p 2 2 g ( c d m ao n e ) - c d m ao n e 是美国高通和t i a ( t e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r y a s s o c i a t i o n ) c d m a 技术的2 g 移动通信系统，基本的信令标准为i s 9 5 ，其演进 第1 章绪论 版本有i s 9 5 b ，相当于3 g p p 中的g p r s 。在c d m ao n e 系统中，每个用户分配 一个码型，并且这些码型之间是准正交的，所以在通信过程中的互干扰就很小， 其他用户的信号当做噪声。用户共享时间、频率、空间，小区中每增加一个用户 就会增加小区中其他用户的干扰，只要系统中还有剩余的码字，直到其他用户无 法忍受干扰强度时系统就无法响应用户的接入请求。 2 5 g 3 g ( c d m a 2 0 0 0 ) ：e d m a 2 0 0 0 是3 g p p 外的另一个主流3 g 标准。通常认 为它是2 5 g 技术。支持的频段有4 0 0 m h z 、7 0 0 m h z 、8 0 0 m h z 、9 0 0 m h z 、1 7 0 0 m h z 、 1 8 0 0 m h z 、1 9 0 0 m h z 、2 1 0 0 m h z 。 3 5 g ( e v - d o ) ：e v - d o ( e v o l u t i o nd a t ao n l y ) 采用c d m a 和t d m a 复用技 术，是c d m a 2 0 0 0l x 演进的一条路径中的一个阶段，主要有以下几个版本： r e v 0 ：支持2 4 m b p s 的下行数据传输速率和15 3 k b p s 的上行数据传输速率。 r e v a 相比r e v 0 ，上下行数据传输速率分别提高到1 8 m b p s 和3 1 m b p s 。 r e v b ：在r e v a 的基础上，捆绑多个载波，达到更高的数据传输速率和更低 的系统时延。 u m b ：u m b 是e d m a 2 0 0 0 的后续演进版本，采用与l t e 相似的网络架构和空 中接口技术。由于2 0 0 8 年1 1 月美国高通公司宣布放弃u m b 技术的开发，所以此 技术在行业中较少提及，没有应用前景。 凝事 图1 2 空中接口技术的演进路线 f i g1 2r a d i oa c c e s st e c h n o l o g ye v o l u t i o nr o u t e 阃 基于博弈论的t d l t e 网络规划 物理层空中接口技术的演进路线如图1 2 所示： 2 g 到4 g 的过程中，空中接口技术经历了t d m a 、c d m a 、o f d m a 的发展 演进过程。用户资源分配更加灵活，系统带宽更宽、频谱效率更高。 t d l t e 是l t e 的t d d 版本。t d l t e 的上下行链路工作在同一频率上，即 上下行链路信息对称，s a 可以利用上行信道信息进行下行链路信道信息的近似估 计，采用波束赋形，降低系统内的下行链路干扰。在t d d 双工方式中，用户数据 是在断续的时隙中发送的，而且上下行传输时隙可配置且不需要对称频段，这使 得t d l t e 更适合传输非对称数据业务、利用零散频段等优势。在频谱资源紧张的 今天，t d d 方式将是未来移动通信发展的主流方向。 遵 矿6p 。n l b c 、i u b 、 一夸r b 图1 3 移动通信系统架构演进 f i g1 3m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ms 饥l c t u r ee v o l u t i o n 网络架构的整体演进趋势向着扁平化的全i p 网络架构发展，如图1 3 所示。 本文研究的t d l t e 网络规划引入了博弈论方法。博弈论是微观经济学中的基 本分析工具之一，提供了在一个竞争的环境中个体获得最大利益时整体利益也达 到最大的数学理论分析和解决方法。博弈论的应用已经扩展到了政治、军事、自 然、社会等众多领域，与人们的日常生活紧密相关，无法割离。 网络规划分为核心网规划和无线接入网规划。本文主要研究的是无线接入网 规划，又称为无线网络规划。无线网络规划的主要任务是根据系统无线接入网技 一 露一。一 m 、一缀= 第1 章绪论 术特点、射频要求、无线传播环境，运用一系列网络规划方法，确定合理的基 位置、天线发射功率、系统带宽、工作频率等配置。t d l t e 是全新的移动通信 统，其特点是：低时延、高传输数据速率、高系统容量等。t d l t e 采用了先进 o f d m 空中接口技术，使得网络规划与以往的移动通信系统的规划将会有很大的 不同，例如：上下行链路预算2 ，3 1 、容量规划【4 】、系统共存0 1 、天线配型1 1 。1 3 1 等。 新网络新规划，新的网络规划方法要从借鉴以往2 g 、3 g 的经验以及结合新网络 的技术特点总结出来。 由于技术的先进性，在t d l t e 无线网络建设时没有先前的建网经验可以借 鉴。所以处于试验网阶段的t d l t e ，应在试验网建设、运行、维护等方面积累经 验，并做进一步探讨。寻找适合于t d l t e 网络规划的方法，是网络建设前的必备 工作。本文的重点就是探讨t d l t e 无线网络规划的方法，希望可以为t d l t e 网 络运营商甩提供帮助。 1 2 目前技术现状 2 g 的代表系统是g s m 和i s 9 5 ，所代表的空中接口技术分别为t d m a 和 c m d a 。g s m 是由e t s i 在1 9 8 9 年制定完毕的，由于采用了语音数字调制、t d m a 等先进技术，以及优越的语音性能，自1 9 9 1 年在芬兰商用以来迅速成为世界上最 大的蜂窝移动通信系统。i s 9 5 是由美国的高通公司开发的第一个基于c d m a 接 入技术的数字蜂窝标准，系统中每个用户分配一个码型，共享时间和频率，并采 用软容量的概念，提高了系统容量。 由于移动数据业务和互联网的发展，人们渐渐提出了对移动互联网的需求， 而2 g 系统显然无法满足要求，g s m 的演进系统g p r s 、e d g e 依然无法满足日益 增长的移动互联网需求。早在1 9 8 5 年，i t u 就打算制定3 g 移动通信系统，当时 称为公众陆地移动通信系统( f 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 ， f p l m t s ) ，后改为i m t - 2 0 0 0 ，是指工作在2 g h z 频段的移动通信系统。由于i s 9 5 标准采用的c d m a 无线接口技术带来的系统容量、性能的优越性，所以3 g 主流 标准w c d m a 、t d s c d m a 、c d m a 2 0 0 0 都采用了c d m a 的空中接口技术。值得 基于博弈论的t d l 1 匝网络规划 骄傲的是具有中国自主知识产权的t d s c d m a 技术第一次在世界主流通信标准 中占据了一席之地，这是中国通信史上一次巨大的突破，写入了3 g p pr 4 版本。 就在3 g 商用标准已经制定完毕并开始商用的时候，2 0 0 4 年底到2 0 0 5 年初， 由i n t e l 等i t 巨头推出了以i e e e8 0 2 1 6 e 为基础的移动w i m a x 系统。w i m a x 支 持1 0 m h z 以上的大带宽，以o f d m a 为空中接口技术，可以提供几十m b p s 的高 速数据服务，实现了“宽带移动化”的思想。由于3 g p p 商用的3 g 系统的数据速 率只有2 m b p s ，即使是w c d m a 单载波的h s d p a 峰值速率也只有1 4 4 m b p s ，与 w i m a x 相比并不具有竞争力【i4 1 。 鉴于o f d m 与c d m a 相比在大带宽上的成本及系统复杂度优势，3 g p p 为保 持其移动通信系统的竞争力决定研究基于o f d m 空中接口技术的3 g 长期演进移 动通信系统l t e 。l t e 下行采用o f d m 接入技术，上行采用峰均比( p a p r ) 较低 的s c f d m a ( s i n g l ec a r r i e r - f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 接入技术，并 配合使用m i m o 技术。l t e 要求在天线配置为上行2 1 ，下行2 x 2 时；下行峰 值速率达到10 0 m b p s ，上行峰值速率为5 0 m b p s 1 5 】。 在l t e 系统中3 g p p 采用了先进的o f d m 技术。自2 0 0 4 年开始3 g p p 展开了 对l t e 的研究工作，直至2 0 0 8 年1 2 月t d l t e 标准的冻结，标志着l t e ( 包括 f d d 、t d d ) 标准全部制定完成。2 0 1 0 年5 月在上海世博会上中国移动向世界展 示了首张t d l t e 演示网，标志着t d l t e 向正式商用又前进了一步。2 0 1 1 年将 在上海、杭州、南京、广州、深圳5 个城市组织开展t d l t e 规模技术试验，可以 说这是我国布局4 g 的关键性举措 16 】。 在完成l t e 标准的制定工作之后，3 g p p 根据国际电联对i m t - a d v a n c e d ( 4 g ) 的要求，进行了l t e a d v a n c e d 的研究工作，其中t d l t e a d v a n c e d 制式的标准是 由我国主导制定的，其帧结构参考了t d l t e 的帧结构，所以能与t d l t e 在系统 帧级别兼容。2 0 1 1 年2 月份在西班牙巴塞罗那闭幕的2 0 1 1 年世界移动通信大会上， l t e a d v a n c e d ( 包括f d d 和t d d ) 和8 0 2 1 6 m 成为4 g 国际标准的候选技术，而 最终的4 g 标准结果将会在2 0 1 2 年春天召开的世界无线电全会上正式公布 1 7 1 。 第1 章绪论 1 3 论文的主要工作以及章节安排 本论文的研究工作是以t d l t e 移动通信系统的无线网络规划为课题，使用博 弈论的方法确定网络规划中基站天线的发射功率，在降低系统干扰的同时提高系 统性能。以博弈论算法为核心设计t d l t e 无线网络规划软件，用图形的方式给出 t d l t e 无线网络规划结果，并给出了结果分析。 本文包括六章，结构如下： 第1 章绪论：主要介绍了课题背景以及当前技术的发展方向，并介绍了本论 文的主要工作和框架。 第2 章t d l t e 移动通信系统基本原理：本章主要介绍了t d l t e 物理层技 术、无线接口技术以及t d l t e 系统采用的关键技术等，为后续章节提供了理论基 础。 第3 章t d l t e 无线网络规划概要：主要介绍了t d l t e 无线网络规划的一 般流程，着重介绍了t d l t e 网络规划与以往2 g 、3 g 网络规划差异最大的几个方 面，包括：链路预算、容量估算、网络规模估算。 第4 章t d l t e 与其它系统的共存：主要从干扰的角度出发研究了t d l t e 与l t ef d d 、t d s c d m a 等系统共存时对系统性能的影响。 第5 章基于博弈论的t d l t e 网络规划：简要介绍了博弈论的发展及应用， 着重研究了无线网络规划中的博弈论模型、算法，并利用这个算法设计t d l t e 无线网络规划软件，最后对规划软件输出的结果进行了分析。 第6 章总结：简要总结了本论文研究的t d l t e 无线网络规划的几个主要方 面。 基于博弈论的t d - l t e 网络规划 第2 章t d - l t e 移动通信系统基本原理 作为t d s c d m a 长期演进系统的t d l t e ，在我国多家电信设备制造商、电 信运营商等的大力支持和推动下，逐渐被越来越多的国际电信运营商和设备制造 商所接受和支持。由于空中接口技术采用了o f d m a 技术，在2 0 m h z 的系统带宽 下，t d l t e 的上下行链路吞吐能力分别达到了5 0