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j i 北京邮电大学硕士学位论文t d s c d m a 系统家庭基站对宏基站侦听关键算法研究 f 懈 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 何贡献均己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， 本人签名：墨盖! ! 鍪 本人承担一切相关责任。 1 7 1 期：兰! ! ! ：! ：乡 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：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 同期：型! ：型! 日期：三! ! = ：呈： ! f 么下 办， 0一 t d s c d m a 系统家庭堆站对宏皋站侦听关键算法研究 t d s c d m a 系统家庭基站对宏基站侦听关键算法研究 摘要 家庭基站，即f e m t o c e l l ，是一种移动通信系统室内覆盖的解决 方案。目前研究w c d m a 系统下的f e m t o c e l l 基站侦听比较多。 t d s c d m a 系统是我国自主研发的系统，起步较晚，所以 t d s c d m a 系统的f e m t o c e l l 基站侦听还存在很多问题。目前已经有 一些f e m t o c e l l 设备具备基本的业务功能，但还存在一些技术问题。 这些问题包括组网、同步、干扰、切换等，如果这些问题不彻底解决， f e m t o c e l l 很难大规模应用。 f e m t o c e l l 开机工作的时候有两个阶段。第一个阶段是对周围基 站的侦听，即对周围小区进行搜索。第二个阶段是f e m t o c e l l 根据搜 索出来的周围基站的信息进行自配置以达到系统间干扰最小。完成配 置之后的f e m t o c e l l 就开始行使一个基站的功能，不同的是f e m t o c e l l 的发射功率比较小，支持的用户也比较少。 在基站侦听阶段，f e m t o c e l l 要把周围所有频点上存在的宏基站 的配置信息都搜索出来。这个阶段非常重要，因为只有知道周围宏基 站的配置信息之后，f e m t o c e l l 才能对自己进行自配置和优化，以保 证f e m t o c e u 工作之后和周围基站之间的干扰最小化。所以对宏基站 侦听是保证f e m t o c e l l 可以正常工作的前提。 本文对整个侦听过程进行了分析，并且重点研究了侦听过程的关 键算法，在搜索导频信道模块对搜索算法进行了改进，仿真表明改进 后的搜索算法可以在较低的信噪比下搜索出小区。在认真分析 t d s c d m a 系统的帧格式的基础上研究频偏估计算法，用s y n c d l 码 和m i d a m b l e 码进行频偏估计，仿真表明该算法可以将频偏控制在 2 0 0 h z 以内。研究f e m t o c e l l 和宏基站同步的方法，采用搜索第一径 的方法进行f e m t o c e l l 和宏基站进行同步，仿真表明该方法可以将时 间失步控制在3 微妙。 关键宇：t d s c d m a 系统：小区搜索：码捕获：家庭基站： ，_ 公 j p1、0， 一 t h er e s e a r c ho nm l 蛆na i g o r i t h m so f s n i f f e rf o rt d s c d m ah o m e n o d e b a b s t r a c t f e m t o c e l li sam o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mi n d o o rc o v e r a g es o l u t i o n t h e r ei s m o r er e s e a r c ho nw c d m af e m t o c e l l t d - s c d m as y s t e mi sc h i n e s eo w nr d s y s t e mw i t hal a t es t a r t ，s ot h e r ea r es t i l lm a n yp r o b l e m sa b o u tt d - s c d m af e m t o c e l l s o m ef e m t o c e l ld e v i c e sa l r e a d yh a v eb e e nd o n e ，b u tt h e r ea r es t i l ls o m et e c h n i c a l p r o b l e m s t h e s ei s s u e si n c l u d en e t w o r k i n g ，s y n c h r o n i z a t i o n ，i n t e r f e r e n c e ，s w i t c h ，e t c i ft h e s ep r o b l e m sa r en o tc o m p l e t e l yr e s o l v e d ，f e m t o c e l lw o u l dn o tb ei nl a r g e s c a l e a p p l i c a t i o n f e m t o c e l lb o o t i n gh a st w os t a g e s t h ef i r s ts t a g ei s s e a r c h i n gt h es u r r o u n d i n g b a s es t a t i o n s t h es e c o n ds t a g ei st h ef e m t o c e l lc o n f i g u r e si t s e l f , a c c o r d i n gt os e a r c h o u tt h ei n f o r m a t i o na r o u n d ，i no r d e rt oa c h i e v em i n i m a li n t e r f e r e n c eb e t w e e ns y s t e m s a f t e rs e l f - c o n f i g u r a t i o n ，f e m t o c e l lb e g a nt os e r v ea sb a s es t a t i o n t h ed i f f e r e n c ei s t h a tt h et r a n s m i t p o w e ro ff e m t o c e l lr e l a t i v e l y i s s m a l l e r ；u s e r ss u p p o r t e db y f e m t o c e l la r er e l a t i v e l ys m a l l e r i nt h eb a s es t a t i o n s n i f f e rp h a s e ，f e m t o c e l ls h o u l ds e a r c h c o n f i g u r a t i o n i n f o r m a t i o no fa l le x i s t i n gm a c r ob a s es t a t i o n t h i ss t a g ei sv e r yi m p o r t a n t ，b e c a u s e a w a r eo fc o n f i g u r a t i o ni n f o r m a t i o no fm a c r ob a s es t a t i o n ，f e m t o c e l lc o u l dc o n f i g u r e i t s e l fw i t hm i n i m i z i n gi n t e r f e r e n c eb e t w e e nb a s es t a t i o n s s os n i f f e ri st oe n s u r et h a t f e m t o c e l lc o u l dw o r k p r o p e r l y i nt h i sp a p e r , s n i f f e rp r o c e s sh a sb e e na n a l y z e da n dm a i na l g o r i t h m d u r i n gt h e s n i f f e rp h a s eh a sb e e nr e s e a r c h e d i nt h es e a r c hm o d u l eo fp i l o tc h a n n e l ，s e a r c h a l g o r i t h mh a sb e e ni m p r o v e d ，a n dt h es i m u l a t i o ns h o w st h a tt h ei m p r o v e ds e a r c h a l g o r i t h m c a nw o r ka tal o w e r s i g n a l t on o i s er a t i o a f t e rf r a m ef o r m a to f t d s c d m as y s t e mh a sb e e na n a l y z e d ，a l g o r i t h mf o rf r e q u e n c yo f f s e te s t i m a t i o n w i t hc o d ea n dm i d a m b l ec o d e ss y n c d lh a sb e e nr e s e a r c h e d t h es i m u l a t i o ns h o w st h a t w i t ht h ea l g o r i t h mf r e q u e n c yo f f s e tc a nb ec o n t r o l l e dw i t h i n2 0 0 h z o f f s e t u s i n gt h e m e t h o do fs e a r c ht h ef i r s tp a t ht om a k ef e m t o c e l ls y n c h r o n i z ew i t hm a c r os t a t i o n s ， l l 北京邮电大学硕士学位论文 t d s c d m a 系统家庭基站对宏皋站侦听关键算法研究 a n dt h es i m u l a t i o ns h o w st h a tt i m eo f f s e tc a nb ec o n t r o l l e dw i t h i n3m i c r o s e c o n d s k e yw o r d s ：t d s c d m a s y s t e m ；c e l ls e a r c h ； c o d ea c q u i s i t i o n ；h o m en o d e b i i i ， 玉 一。o， 北京邮电大学硕士学位论文t d s c d m a 系统家庭皋站对宏雉站侦听关键算法研究 目录 第一章绪论1 1 1 移动通信。1 1 1 1 移动通信发展简述【1 1 1 2 三大主流3 g 标准技术比较【2 1 1 3t d s c d m a 标准的优点以及关键技术【3 1 2 家庭基站侦听介绍6 1 2 1f e m t o c e l l 产生的背景6 1 2 2f e m t o c e l l 的特点8 1 3 课题背景9 第二章t d s c d m a 系统里的家庭基站介绍1 0 2 1t d s c d m a 基本情况介绍1 0 2 2 物理层概述1 9 j 1 0 2 2 1 总体协议结构1 1 2 2 2 向高层提供的服务1 1 2 3 物理信道，传输信道介绍以及之间的映射1 2 2 3 1 传输信道1 2 2 3 2 物理信道1 3 2 3 3 传输信道到物理信道的映射关系1 6 2 4 扩频和调制1 1 1 j 1 6 2 4 1 扩频1 7 2 4 2 调制1 9 2 5t d - s c d m a 的s y n c d l 码、s y n c u l 码和m i d a m b l e 码2 0 2 5 1 下行导频信道( d w p c h ) 2 0 2 5 2s y n c _ u l 2 0 2 5 3 扩频突发的训练序列2 l 2 5 4 码分配2 1 2 6 物理层过程2 2 2 6 1t d s c d m a 系统的上行同步2 2 2 6 2f e m t o c e l l 和周围宏基站的同步2 3 2 6 3f e m t o c e l l 基站侦听的物理层过程2 4 第三章移动传播环境介绍以及标准规定的传播环境分析2 6 3 1 大尺度衰落传播1 2 | 2 6 3 1 1 自由空问的传播2 6 3 1 2 正态阴影路径损耗模型2 7 3 2 小尺度衰落传播2 7 3 2 1 多径衰落1 1 1 2 8 3 2 2 多普勒频移3 0 3 3t d s c d m a 标准规定的传播环境分析3 1 第四章t d s c d m a 系统家庭基站对宏基站侦听算法研究，3 2 4 1 基站侦听概述3 2 i v 北京邮电人学硕士学位论文t d s c d m a 系统家庭幕站对宏基站侦听关键算法研究 4 2 搜索d w p t s 时隙位置3 4 4 2 1 手机搜索d w p t s 位置以及s y n cd l 码号算法缺陷分析3 4 4 2 2f e m t o c e l l 搜索d w p t s 位置算法的研究3 6 4 3 基本m i d a m b l e 码确认3 8 4 4 频偏估计4 1 4 5 多帧同步一4 4 4 6 读取b c h 信息。4 6 4 7 家庭基站和宏基站的同步4 6 第五章关键算法仿真结果以及性能分析5 0 5 1d w p t s 位置的搜索模块仿真分析5 1 5 2 频偏估计模块仿真分析5 5 5 3 多帧同步模块设计与分析6 0 5 4f e m t o c e l l 和宏基站同步模块仿真分析6 1 5 5 基站侦听整体仿真6 6 5 5 1 在a w g n 信道下的侦听仿真结果6 7 5 5 2 在衰落信道下的侦听仿真结果6 8 5 5 3 总结分析6 9 第六章总结与展望7 1 参考文献7 3 附录7 5 致谢7 7 攻读学位期问发表的学术论文7 8 v 北京邮电大学硕上学位论文t d s c d m a 系统家庭基站对宏基站侦听关键算法研究 1 1 移动通信 1 1 1 移动通信发展简述1 l 第一章绪论 移动通信的发展非常迅速，它是2 0 世界人类最伟大的科技成果之一，它是实 现个人通信的必由之路口1 。早在2 0 世纪4 0 年代，无线电台在第二次世界大战中 的广泛应用便开创了移动通信的第一步。然而，移动通信真正走向广泛商用还应 该从2 0 世纪7 0 年代末的蜂窝移动通信开始算起，7 0 年代，美国贝尔实验室提出蜂 窝的概念，解决了频率复用的问题。美国为了满足用户增长的需求，提出了建立 在小区制的第一个蜂窝通信系统a m p s ( a d v a n c em o b i l ep h o n es e r v i c e ) 系 统。这也是世界上第一个现代意义的，可能商用的，能够满足随时随地通信的大 容量移动通信系统。它主要建立在频率复用的技术上，较好地解决了频谱资源受 限的问题，并拥有更大的容量和更好的话音质量。这在移动通信发展历史上具有 里程碑的意义。a m p s 系统在北美商业上获得的巨大成功，有力地刺激了全世界 蜂窝移动通信的研究和发展。随后，欧洲各国和日本都开发了自己的蜂窝移动通 信网络，具有代表性的有欧洲的t a c s ( t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 系统、北欧的n m t ( n o r d i cm o b il et e l e p h o n es y s t e m ) 系统和日本的n t t ( n i p p o n t e l e g r a p ha n dt e l e p h o n e ) 系统等。这些系统都是基于频分多址( f d m a ) 的模 拟制式的系统，我们统称其为第一代蜂窝移动通信系统。 第一代模拟系统主要建立在频分多址接入和蜂窝频率复用的理论基础上，在 商业上取得了巨大的成功，但随着技术和时间的发展，问题也逐渐暴露出来：所 支持的业务较为单一、频谱效率太低、保密性差等。特别是在欧洲，一个国家有 一个自己的标准和体制，无法解决跨国家的漫游问题。模拟移动通信系统经过1 0 余年的发展后，终于在2 0 世纪9 0 年代初逐步被更先进的数字蜂窝移动通信系统 所代替。 推动第二代移动通信发展的主要动力是欧洲，欧洲国家比较小，要解决标准 和制式的统一才可能解决跨国家漫游。故从8 0 年代处就丌始研究数字蜂窝移动 通信系统，一般称其为第二代移动通信系统。它是随着超大规模集成电路和计算 机技术的飞速发展，语音数字处理技术的成熟而发展起来的。在8 0 年代欧洲各 国提出了多种方案，并在8 0 年代中、后期进行了这些方案的现场实验比较，最 后集中为时分多址( t d m a ) 的数字移动通信系统，即g s m ( g l o b a ls y s t e mf o r 北京邮电人学硕，卜学位论文t d s c d m a 系统家庭皋站对宏基站侦听关键算法研究 m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 系统。由于其技术上的先进性和优越的性能已经成为目 前世界上最大的蜂窝移动通信网络。 与欧洲相比较，美国在第二代数字蜂窝移动系统方面的起步要迟一些。1 9 8 8 年，美国制定了基于t d m a 技术的i s 一5 4 i s - 1 3 6 标准，i s 一1 3 6 是一种模拟数字 双模标准，可以兼容a m p s 。更值得一提的是美国q u a l c o m m 公司在9 0 年代初提 出的c d m a 技术，并在1 9 9 3 年由t i a 完成标准化成为工s 一9 5 标准。这也是3 g 标准 中c d m a 2 0 0 0 技术的雏形。 i s 一9 5 引入了直接序列扩谱c d m a 空中接口的概念。由于a m p s 已有的广大市 场，i s 一9 5 也必须使用相同频段，故在码片速率及射频特性等方面必须兼容a m p s 的模拟制式。c d m a 技术有其固有的很多优点，如比f d m a 及t d m a 系统高得多的容 量( 频谱效率) 、良好的话音质量及保密性等等，使其在移动通信领域备受瞩目。 i s - 9 5 技术也在北美和韩国等地得到了大规模商用。但是，由于起步较晚及在网 络和高层信令方面考虑不足，市场份额还是远低于已经非常成熟的g s m 网络。 第三代移动通信系统由卫星移动通信网和地面移动通信网所组成，将形成一 个对全球无缝覆盖的立体通信网络，满足城市和偏远地区各种用户密度，支持高 速移动环境，提供持话音、数据和多媒体等多种业务( 最高速率可达2 m b p s ) 的 先进移动通信网，基本实现个人通信的要求。 1 1 2 三大主流3 g 标准技术比较1 】 w c d m a 最初主要由e r i c s s o n 、n o k i a 公司为代表的欧洲通信厂商提出。这些 公司都在第二代移动通信技术和市场占尽了先机，并希望能够在第三代依然保持 世界领先的地位。日本由于在第二代移动通信时代没有采用全球主流的技术标 准，而是自己独立制订开发，很大程度上制约了日本的设备厂商在世界范围内的 作为，所以日本希望借第三代的契机，能够进入国际市场。以n t td o c o m o 为主 的各个公司提出的技术与欧洲的w c d m a 比较相似，二者相融合，成为现在的w c d m a 系统。w c d m a 主要采用了带宽为5 m h z 的宽带c d m a 技术、上下行快速功率控制、 下行发射分集、基站间可以异步操作等技术特点。 c d m a 2 0 0 0 是在i s - 9 5 系统的基础上由q u a l c o m m 、l u c e n t 、m o t o r o l a 和 n o r t e l 等公司一起提出的，c d m a 2 0 0 0 技术的选择和设计最大限度地考虑和 i s - 9 5 系统的后向兼容，很多基本参数和特性都是相同的，只是在一些无线接口 进行了增强而已。 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 都是采用f d d 模式的技术，而t d d 技术由于本身固 有的特点突破了f d d 技术的很多限制，如：上下行工作于同一频段，不需要大段 的连续对称频段，在频率资源f 1 益紧张的今天，这一点尤显重要；这样，基站端 2 北京邮电人学硕士学位论文t d s c d i v i a 系统家庭基站对宏幕站侦听关键算法研究 的发射机可以根据在上行链路获得的信号来估计下行链路的多径信道的特性，便 于使用智能天线等先进技术；同时能够简单方便地适应于3 g 传输上下行非对称 数据业务的需要，提高系统频谱利用率；这些优势都是f d d 系统难以实现的。因 此，随着技术的发展，国际上对使用t d d 的c d m a 技术日益关注。 t d s c d m a 无线通信系统综合t d d 和c d m a 的所有技术优势，具有灵活的空 中接口，并采用了智能天线、联合检测等先进技术，使得t d s c d m a 具有相当 高的技术先进性，并且在三个标准中具有最高的频谱效率。随着对大范围覆盖和 高速移动等问题的逐步解决，t d s c d m a 将成为可以用非常经济的成本获得令 人满意的3 g 解决方案。 表1 - 1 - 1 三种主流3 g 标准主要技术性能的比较 w c d m at d s c d m ac d m a 2 0 0 0 载波间隔 5 m h z1 6 m h z1 2 5 m h z 码片速率3 8 4 m c p s1 2 8 m c p s1 2 2 8 8 m c p s 基站同步不需要需要需要 功率控制 快速功控：上下 0 - 2 0 0 h z 反向：8 0 0 h z 行1 5 0 0 h z前向：慢速，快速功控 下行发射分支持支持支持 集 频率问切换支持，可用压缩支持，可用空闲时隙支持 模式进行测量进行测量 检测方式相干解调联合检测相干解调 信道估计公共导频 d w p c h ，u p p c h ，m id a m前向，方向导频 b l e 1 1 3t d s c d m a 标准的优点以及关键技术 t d s c d m a 第三代移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院( 现大唐 移动通信设备有限公司) 在国家主管部门的支持下，根据多年的研究而提出的具 有一定特色的3 g 通信标准。是中国百年通信史上第一个具有完全自主知识产权的 国际通信标准，在我国通信发展史上具有里程碑的意义并将产生深远影响，是整 个中国通信业的重大突破。t d s c d m a 标准文件在我国无线通信标准组( c w t s ) 最 终修改完成后，经原邮电部批准，于1 9 9 8 年6 月代表我国提交至t j i t u ( 国际电信 联盟) 和相关国际标准组织。 t d - s c d m a 标准采用时分双工( t d d ) 、t d m a c d m a 多址方式工作，基于同步 c d m a 、智能天线、软件无线电、联合检测及正向可变扩频系数等技术，其目标是 3 北京邮电大学硕十学位论文t d s c d m a 系统家庭皋站对宏甚站侦听关键算法研究 建立具有高频谱效率、高经济效益和先进的移动通信系统。 1 ) t d d 模式 在t d d 模式下，t d - s c d m a 采用在周期性重复的时间帧里传输基本t d m a 突发脉 冲的工作模式，通过周期性转换传输方向，在同一载波上交替进行上下行链路传 输。该方案的优势是：( 1 ) 根据不同业务，上下行链路间转换点的位置可任意 调整。( 2 ) t d - s c d m a 采用不对称频段，无需成对频段，系统采用1 2 8 m c h i p s 的低码片速率，扩频因子有l 、2 、4 、8 、1 6 五种选择，可灵活满足3 g 要求的不同 数据传输速率；( 3 ) 单个载频带宽为1 6 m h z ，帧长为5 m s ，每帧包含7 个不同码 型的突发脉冲同时传输，占用带宽窄，在频谱安排上有较大灵活性； ( 4 ) t d d 方式上下行工作在同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技 术，可达到提高性能、降低成本的目的；( 5 ) t d d 系统设备成本低，无收发隔离 的要求，可使用单片i c 实现r f 收发信机，其成本l e f d d 系统低2 0 5 0 。 t d d 系统的主要缺陷在于终端的移动速度和覆盖距离：( 1 ) 采用多时隙不连 续传输方式，抗快衰落和多普勒效应能力比连续传输的f d d 方式差，因此i t u 要求 t d d 系统用户终端移动速度为1 2 0 k m h ，f d d 系统为5 0 0 k m h ；( 2 ) t d d 系统平均功 率与峰值功率之比随时隙数增加而增加，考虑到耗电和成本因素，用户终端的发 射功率不可能很大，小区半径较小，一般不超过l o k m ，而f d d 系统的小区半径可 达数l o k m 。 2 ) 智能天线 t d - s c d m a 系统利用t d d 使上下射频信道完全对称，以便基站使用智能天线。 智能天线系统由一组天线及相连的收发信机和先进的数字信号处理算法构成。能 有效产生多波束赋形，每个波束指向一个特定终端，并能自动跟踪移动终端。智 能天线改进了小区覆盖，智能天线阵的辐射图形完全可用软件控制，在网络覆盖 需要调整等使原覆盖改变时，均可通过软件非常简单地进行网络优化。此外，智 能天线降低了无线基站的成本，而且降低了对电源的要求及增加可靠性。 但是智能天线无法解决由时延超过码片宽度的多径干扰和高速移动多普勒 效应造成的信道恶化。所以，在多径干扰严重的高速移动环境下，智能天线必须 和其它抗干扰的数字信号处理技术同时使用，才可能达到最佳效果。这些数字信 号处理技术包括联合检测、干扰抵消及r a k e 接收等。 3 ) 联合检测 c d m a 系统是干扰受限系统，干扰包括多径干扰、小区内多用户干扰和小区间 干扰。这些干扰破坏各个信道的正交性，降低c d m a 系统的频谱利用率。过去传统 的r a k e 接收机技术把小区内的多用户干扰当作噪声处理，而没有利用该干扰不同 于噪声干扰的独有特性。联合检测技术即“多用户干扰”抑制技术，是消除和减 4 北京邮电大学硕士学位论文t d s c d m a 系统家庭基站对宏基站侦听关键算法研究 轻多用户干扰的主要技术，它把所有用户的信号都当作有用信号处理，这样可充 分利用用户信号的拥护码、幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址 干扰，但存在多码道处理复杂和无法完全解决多址干扰问题。结合使用智能天线 和多用户检测，可获得理想效果。 4 ) 同步c d m a 同步c d m a 指上行链路各终端信号在基站解调器完全同步，它通过软件及物理 层设计实现，这样可使使用正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不 会产生多址干扰，克服了异步c d m a 多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到 达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰，大大提高了c d m a 系统容量， 提高了频谱利用率，还可简化硬件，降低成本。 同步c d m a 的缺点是系统对同步的要求非常严格，上行的同步要求为l 8 码片 宽度，网络同步要求为5ps 。由于移动终端的小区位置不断变化，电波从基站到 移动终端的传播时间不断变化，引起同步变化，若再考虑多径传播影响，同步将 更加困难，一旦同步破坏，将导致通信阻塞和严重干扰。 5 ) 软件无线电 软件无线电是利用数字信号处理软件实现无线功能的技术，在同一硬件平台 上利用软件处理基带信号，可通过加载不同的软件，从而实现不同的业务。软件 无线电可通过软件方式，灵活完成硬件功能；具有良好的灵活性及可编程性；可 代替昂贵的硬件电路，实现复杂的功能；对环境的适应性好，不会老化；便于系 统升级，降低用户设备费用。对t d - s c d m a 系统来说，软件无线电可用来实现智能 天线、同步检测和载波恢复等。 6 ) 接力切换 移动通信系统采用蜂窝结构，在跨越小区时，必须进行越区切换，即完成移 动台到基站的空中接口转换，及基站到网入口和网入口到交换中心的相应转移。 由于采用智能天线可大致定位用户的方位和距离，所以t d - s c d m a 系统的基站和基 站控制器可采用接力切换方式，根据用户的方位和距离信息，判断手机用户现在 是否移动到应该切换给另一基站的区域。 t d - s c d m a 系统是f d m a 、t d m a 和c d m a 三种基本传输模式的灵活结合。t d s c d m a 是第三代移动通信c d m at d d 标准中最具竞争力的技术。 5 北京邮电大学硕一i ：学位论文t d s c d m a 系统家庭媾站对宏攘站侦听关键算法研究 1 2 家庭基站侦听介绍 1 2 1f e m t o c e l l 产生的背景 图卜2 一l 家庭基站应用场景 f e m t o c e l l 是低功率无线接入点，在授权范围经营，以标准的移动设备连接到 一个移动运营商的网络，利用住宅d s l 或有线宽带连接。图卜2 一l 为典型的家庭基 站的应用场景。 据调查3 ，7 0 移动数据业务发生在室内，欧洲2 0 - 4 0 、美国4 0 - 5 0 、中 国6 0 的移动电话通话发生在室内。这些数据说明，虽然是移动业务，但是大部 分却发生在固定场所。而在现有的移动服务中，由于墙壁引起的损耗使室内信号 覆盖较差；移动网中基站覆盖半径和用户容量及每个用户可用带宽一直是一对矛 盾；新基站的建设面临着站址选择、机房、电源、环保等诸多困难。 随着3 g 技术大规模商用化，在3 g 无线系统分配的频谱资源大都在2 g 频段。 而3 g 网络通常采用较高的频段部署无线覆盖，由电磁学理论可知，频率越高 无线电波的穿透能力越差，3 g 网络的信号穿墙后的衰减很大( 穿墙损耗约1 0 d b 左右) ，导致室内覆盖质量相对较差。若采用部署宏基站的传统方式增强室内覆 盖，一方面覆盖效果有限，且面临基站选址等诸多难题；另一方面，3 g 时代 采用宏基站增强室内覆盖，其成本较高，不利于大规模部署。f e m t o c e l l 基站则 可同时解决上述两类问题，且能有效地提升室内无线信号质量，因此允许用户 终端在室内环境下以非常低的发射功率工作，从而显著地延长终端的通话和待 机时间。f e m t o c e l l 基站作为低成本、高效率的室内覆盖解决方案，正受到业界 的广泛关注。 f e m t o c e l l ( 毫微微蜂窝基站) 技术h 1 是一种扩展移动通信室内覆盖的解决方 案，可以把用户手机发出的话音和数据呼叫传输到基于标准接口的3 g 核心网络， 且它的家庭接入点即插即用，可连接到任何现有的基于i p 的传送网络。f e m t o c e l l 6 北京邮电大学硕十学位论文t d s c d m a 系统家庭基站对宏基站侦听关键算法研究 是运营商发起的技术。 f e m t o c e l l 聆1 可以利用核心网的分组交换来传输话音等实时业务，这种方案可 以获取相当的成本优势，用户将可以在家中以固定线路和互联网电话的价格优势 使用他们的移动电话，享受近乎免费的“家庭域”资费标准；另外，由于f e m t o c e l l 仅用于家庭网络覆盖，这种环境下一般不会出现用户数量明显增加的情况，因此， 网络服务质量能够得到很好的保证，并且能后支持高速率数据业务，很好得解决 了现有蜂窝网络普遍存在的问题。更便捷的是，用户可以根据自己的需要任意购 置部署f e m t o c e l l 基站，灵活性强；此外还支持与室外小区的无缝切换。 对用户来说，使用f e m t o c e l l 有以下好处呻3 ：室内处处满格信号，f e m t o c e u 可以提供遍及全家各处的优质信号覆盖；更优质丰富的服务，由于f e m t o c e l l 的特 性，用户可以获得较普通基站功能更强、内容更丰富的语音和互联网服务；更经 济的服务，由于f e m t o c e l l 放置在用户家中，运营商可能给予用户补贴、优惠和更 经济实惠的家庭域套餐；改善宽带体验，由于覆盖的用户少，f e m t o c e l l 可以为每 个用户提供更高速率的宽带服务和给用户更好的宽带体验；优质的语音质量，由 于每个f e m t o c e l l 只连接几个用户，f e m t o c e l l 采用新一代的语音编码技术，使语音 质量更好；终端通用，f e m t o c e l l 与现有网上的移动终端通用，用户无论在外面还 是在家中，都可以把手机作为主要通信工具，实现一个手机、一个号码、一个通 信录、一个账单的便利；节省电池，f e m t o c e l l 覆盖半径小，接入的手机会降低其 发射功率，从而节省电池，减少对人体的辐射。 但是t d s c d m a 系统的f e m t o c e l l 还存在很多问题，首先是产业链比较薄弱， 技术有待于进一步成熟；目前可以选择的芯片和设备都比较少，已有的f e m t o c e l l 设备可以具备基本的业务功能，但还存在一些技术问题有待完善，这些问题包括 组网、同步、干扰、切换等，如果这些问题不彻底解决，很难大规模应用。同步 是不可忽略和避免的问题，尤其是国内环境下，f e m t o c e l l 同步是一个挑战，目 前家庭基站和网络的同步主要是用g p s 同步瞳1 ，这在国外可能是可行的，因为国 外很多是一些郊区的木头房子，穿透损耗比较小，但中国的情况完全不同，国内 的住宅都是高层的钢筋混凝土住宅，穿透损耗很大，很多场景下没有办法获得足 够多的g p s 信号。基于此，必须要寻求不依赖与g p s 的替代方式，f e m t o c e l l 彳。能真 正实现用户安装即插即用。 另外，如果f e m t o c e l l 用在室内分布系统中，连续的大面积覆盖的情况下需要 用多个f e m t o c e l l 进行覆盖，这时候需要考虑f e m t o c e l l 之间的切换n 3 ，该问题在企 业里会比较典型。 其他问题还包括f e m t o c e l l 是工作在开放的模式还是封闭的模式下运行，在目 前的覆盖场景中，非授权用户很容易处于f e m t o c e l l 的覆盖区域里，比如用户在家 7 北京邮电大学硕卜学位论文t d s c d m a 系统家庭基站对宏肇站侦听关键算法研究 里安装了f e m t o c e l l ，有可能隔壁收到的信号比用户收到的还要强，相当于给邻居 增加了干扰。所以开放方式很有必要，或者采用开放、封闭混合的方式。 1 2 2f e m t o c e l i 的特点 考虑到家庭基站是部署在室内家庭，用户自己控制家庭基站是否上电工作和 部署位置等。这样运营商对于f e m t o c e l l 的控制能力已经被弱化，而由不具备专业 知识的普通用户参与f e m t o c e l l 的部署和运行、维护。这就对家庭基站自配置、自 优化能力和参数设置提出了很高的要求。因为在开始f 常运行后，还需要针对新 的突发情况进行及时调整。这种自配置和自优化能力能将将网络部署和运行、维 护过程中人为参与的程度降到最低，赋予网络自行完成网络部署初始配置以及运 行过程中的性能优化和故障处理的能力。f e m t o c e l l 应该有以下特点口1 和优点： ( 1 ) 和宏蜂窝网络共存 f e m t o c e u 支持与宏蜂窝网络的同频或异频组网：异频组网时，由于f e m t o c e l l 满足3 g p pt s2 5 1 4 1 的要求，可以很好地控制邻频干扰，同时也支持异频的漫 游和切换。同频组网时，由于f e m t o c e l l 具有自动配置和优化功能，可以智能地选 择扰码和邻区列表，根据周围无线环境的测量报告来自适应地调整发射功率使 其与宏蜂窝之间的干扰最小。同时也支持同频的漫游和切换。 ( 2 ) 自动配置和优化 f e m t o c e l l f l l j 插即用，自动配置和优化，由用户提供电源和宽带接入自行安 装。 ( 3 ) 移动性管理以及系统内干扰 无线频率资源是非常有限的，在小区间必然需要对无线资源进行重用。当邻 近小区采用的无线资源相同时，就会产生小区间干扰。小区间干扰协调就是对邻 近小区使用的无线资源进行协调，尽量避免在同一时段内邻近小区使用相同的频 率资源，或者是在干扰可以接受的情况下允许邻近小区使用相同的频率资源。 ( 4 ) 覆盖和容量优化 在网络运行过程中需要对覆盖和容量进行优化似1 ，包括网络覆盖盲区的检测 和修复、小区边缘覆盖质量的优化，以及通过调整接纳控制f - j 限等参数，减少于 扰，提升系统容量。 ( 5 ) 移动负载均衡 移动通信网络中，流量负载的分布会随时间的推移发生改变，为了提高资源 利用率，避免出现网络拥塞，可以通过调整小区问切换参数或小区重选参数，将 小区负载转移到邻近小区中。这需要邻近小区问能及时互通负载信息。 8 北京邮电大学硕士学位论文t d