（信号与信息处理专业论文）cdma450无线网络规划方案与研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 在电信市场激烈竞争的今天，无线市话作为新的业务增长点异军突起，在个人通 信领域占有一席之地。本文从农村数字无线接入产生的背景着手，阐明了在农村和山 区进行c d m a 4 5 0 网络建设的必要性，并对无线网络规划进行了研究与设计。 无线网络的系统特性是规划的基础，不同的无线网络特点决定了网络规划中的重 点和难点。c d m a 系统具有软覆盖、软容量等特点，使系统的无线网络规划变得比较复 杂。 本文首先介绍了此课题的背景及选题的意义，接着粗略地介绍了c d m a 4 5 0 系统的 工作频段和组网结构：然后介绍了c d m a 技术的特点及关键技术，再下一章给出了无 线网络规划的一般流程，并对流程的各个环节作出了说明，其中主要讨论了网络拓扑 结构设计、天线选用的原则和无线参数设置。对无线网络规划的重要内容，如覆盖规 划和容量规划进行了比较深入的探讨。最后给出了规划地区的仿真效果，并仔细的进 行了说明。文章最后简单地介绍了建网后期的优化工作。 关键词：c d m a ，无线网络规划，软容量，功率控制，仿真 里壅坚皇奎堂堡主鲨苎 塑墨 a b s t r a c t t o d a y , w h i l e t h e r ea l eh o tc o m p e t i t i o n si nt e l e c o m m u n i c a t i o nm a r k e t s ，p e r s o n a la c c e s s s y s t e mg a s ) ，b e i n g an e ws e r v i c ei m p r o v e m e n tp o i n t ，h a sg r o w nu pa n dp l a y e dar o l ei n p e r s o n a lc o m m u n i c a t i o na r e a t h i sp a p e rf i r s ts t a r t sf r o mt h eb a c k g r o u n da n dd e v e l o p m e n t o fr u r a ld i g i t a la c c e s ss y s t e m t h e ne x p a t i t a t e st h en e c e s s i t yo fc d m a 4 5 0n e t w o r ki n r u r a la n dm o u n t a i n o u sa r e a f i n a l l ys t u d i e sa n dd e s i g n st h er a d i on e t w o r kp l a n n i n g r a d i on e t w o r kp l a n n i n gi sb a s e do nt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mc h a r a c t e r i s t i c c d m as y s t e mh a st h ef e a t u r eo fs o f tc o v e r a g ea n ds o f tc a p a c i t y , w h i c hm a k e st h er a d i o n e t w o r kp l a n n i n gf o rc d m am u c hd i f f i c u l t t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n da n dt h es i g n i f i c a n c eo ft h i sp r o j e c t , t h e n d e s c r i b e st h ep e c u l i a r i t ya n dt h ek e yt e c h n o l o g y , a n dp r e s e n t st h ew o r kf r e q u e n c ya n dt h e n e t w o r kc o n f i g u r a t i o n a n dt h e n ，t h ep a p e rg i v e st h eg e n e r a lf l o wc h a r t ，a n de l u c i d a t e sa l l t h es t e p so f t h en e t w o r kp l a n n i n gp r o c e s s t h ed e s i g n sf o rt h en e t w o r kt o p o l o g yf r a m e w o r k ， t h er u l e so f c h o o s i n ga n t e n n a , a n dt h es e t t i n go f t h er a d i op a r a m e t e ra r e t h em a i na r g u m e n t s f o rt h i sp a p e r , a n dt h ei m p o r t a n tc o n t e n t ss u c ha st h ec o v e r a g ep l a n n i n ga n dc a p a c i t y p l a n n i n ga r ed e e p l ye l u c i d a t e d f i n a l l y , t h ep a p e rp r e s e n t st h ee f f e c to ft h es i m u l a t i o no f p l a n n i n ga r e a , a n de x p a t i a t e si t i nt h ee n do ft h i sp a p e r t h en e t w o r k so p t i m i z a t i o ni nt h e f u t u r ei sg i v e n k e yw o r d s ：c d m a ，r a d i on e t w o r kp l a n n i n g ，s o f tc a p a c i t y , p o w e rc o n t r o l ，s i m u l a t i o n i i - 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。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，也不包含为获得重庆鲣电太堂或 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谢意。 学雠文储躲褊以签字吼州年钼彦日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重麽邮电友堂有关保留、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。本人授权重麽邮电太堂 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适用本授权书) 签字日期：一6 年钼日签字日期：硎年石月8 咱 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景及选题的意义 信息产业部组织各基础电信运营企业在全国范围开展“村村通电话工程”，以完成 “十五”规划中农村通信发展目标，要求在2 0 0 5 年底，全国至少有9 5 的行政村开通 电话。到去年底，还有少部分地区没有实现村村通。受地理、经济条件的制约以及受 到一些偏远农村地区的影响，通信状况更差。 c d m a 4 5 0 系统主要是针对农村的数字无线接入。受地理、经济条件的制约，一些偏 远乡镇、农村、山区对通信的要求有一些特点：存在电信普遍服务的迫切需求；用户 分散、地形复杂、交通不便，工程施工和维护困难；消费水平低，话务量小，业务需 求以话音业务为主。若采用传统的有线建设，将会出现以下一些弊端：农村用户距离 交换点远，分布零散，铺电线电缆投资大，收益见效慢；线路工程需要大量的资金和 建设周期；位置偏远，交通不便，维护困难，容易遭到自然灾害或人为破坏；话务量 小，投入产出比效果差。如果采用无线接入，将是大范围的面覆盖，只要在覆盖区内， 投资和维护成本固定，不会像有线接入那样投资和维护成本都随距离的增加而增加。 可以根据不同电信传输条件，灵活多变地采用不同的有线和无线传输方式，以最小的 成本达到最佳的覆盖个质量。 通过对昆明市电信走访调研，再结合昆明市的地理地形及下面的县电信负责人的 反映，觉得无线接入要比有线接入更实际，投资成本少，维护方便，见效快，普遍认 为非常有建设无线网络的必要性! 应云南省电信的要求，昆明电信决定对除了市区以外的其他县城及农村进行4 5 0 m 无线网络全覆盖，用无线的方式代替有线，解决村村通问题。 1 2c d m a 4 5 0 系统介绍 1 2 1 概述 c d m a 4 5 0 是码分多址的接入技术，在技术的先进性和向3 g 的演进方面有着小灵 通( p h s ) 无法比拟的优势。由于4 5 0 m 的频率特性，相对于其他频段，其空间损耗更 小、信号传播距离更远，所以工作在4 5 0 m 频段的c d m a 基站具有更大的覆盖半径。 此外，c d m a 4 5 0 是先进的码分多址技术，其基站完全可以过度n 3 g ，是未来移动网 络技术的发展方向。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 采用现有的c d m a2 0 0 0 的产品在4 5 0 m h z 上建设的c d m a 网络是一个面向未来的 网络。c d m a 4 5 0 将沿用大部分c d m a 2 0 0 0 在8 5 0 m h z 蜂窝频段和1 9 0 0 m h z p c s 频段的 开发设计成果，只需对射频( i 强) 部分作一些改动。 c d m a 4 5 0 完全遵从1 1 ui m t - 2 0 0 0 的3 g 建议。从c d m a 4 5 0 演进到1 xr ，r r 和e v d o 及至达到e v d v 是一条清晰的3 g 演进。数据速率在c d m a 4 5 0i x 网络中可以达到 1 5 3 6 k b p s ，而在c d m a 4 5 01 x e v d o 系统中可以达到2 4 m b p s 由于拥有较高的数据速 率和数据吞吐量，许多先进的和增值应用都可以在c d m a 4 5 0 平台上实现。c d m a 4 5 0 系统可以实现和在其它频段上运营的基于c d m a 技术的系统之间的国内漫游和国际 漫游。 c d m a 4 5 0 数字无线接入系统，除可以提供普通的语音业务外，还可提供高达 1 5 3 k b p s 的无线上网业务，其主要特点有以下几个方面【l j ： 1 、覆盖范围大，组网成本低，维护成本少； 2 、具有高效的频谱利用率； 3 、系统容量大、切换效果好、语音清晰； 4 、优异的传输特性，可以提供良好的室内覆盖： 5 、优异的语音和网络质量，更丰富的业务。 1 2 2 工作频段 c d m a 4 5 0 无线数字接入系统的频段范围为 上行：4 5 旷_ 4 5 7 4 7 5 m h z 下行：4 6 0 - - 4 6 7 4 7 5 h z 在农村推荐使用： 上行：4 5 3 - - 4 5 7 4 7 5 m h z 下行：4 6 3 - - 4 6 7 4 7 5 m h z 1 2 3 系统指标 1 服务等级( g o s ) ：5 ： 2 忙时每用户爱尔兰( e r l ) ：0 0 3 5 3 覆盖区边沿通信概率：7 5 ； 4 面积覆盖率：县区内室外9 0 ； 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 2 4c d m a 4 5 0 组网结构图 c d m a 4 5 0 系统的组网结构【1 1 如图1 1 所示： 图1 1c d m a 4 5 0 系统组网结构图 图1 1 中各设备组网方案说明： 1 ) s u c ( 服务单元控制器，含主控机架和声码器机架) 和o m m ( 本地操作维护 台) 均设在市局机房，各县可反拉网管终端。 2 ) s u c 通过v 5 2 接1 3 接入到本地p s t n 端局，对现有网络不产生影响( 仅需端 局提供v 5 接口相应的中继电路) 。 3 ) 一个s u c 可支持接入多个本地网，最多可提供1 5 个v 5 接1 3 ，即可以和多个 l e 相连( 提供最多1 5 个局向) 。1 个l e 也可以通过多个v 5 接口和同一个s u c 上的 多个v 5 接口对接( 高话务量时) 。 4 ) 可以同时提供高达1 5 3 6 k b p s 的分组数据业务( 需要p d s n 支持) ；以及电路 型数据业务( 如g 3 传真和最高1 4 4 k b p s 电路数据业务，需要i w f 板支持) ； 5 ) v 5 接1 2 1 和a b i s1 2 1 ( s u 和s u c 之间的接1 2 1 ) 可以支持多种传输方式，常规光 纤、电缆传输、微波传输，卫星传输，以及5 8 gb w a 产品做为传输。 6 ) 支持s u c 之间互连( 最多1 0 个) ，可以实现用户在不同的s u c 下漫游( 这些 s u c 可以在一个城市或不同城市) 。 7 ) 支持基于脉冲的和基于反极性的无线公话，可支持1 2 k h z 及1 6 k h z 脉冲( 需 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 l e 支持) ； a 脉冲计费就是交换侧需要定时发送f l a s h 消息给终端，终端根据消息中的脉冲 时长，脉冲频率，脉冲个数( 很关键，标明终端挂着的计价器显示模块跳价速度) 来 记费。 b 极性反转记费就是支持双极性的终端模块有号码分析计费计算模块，这样就不 需要交换机反复发送计费用的f l a s h 消息，只需要在电话建立后发送一条f l a s h 消息 触发终端模块开始计费就行了( 极性反转) 。 8 ) 支持数字集群业务( 需要增加d s s 部分) 1 3 本人工作 该项目是昆明电信在郊县建立c d m a 4 5 0 无线网络代替有线网络来解决村村通 问题的一个预规划方案，本人参与了该项目的全部规划过程，其规划结果基本满足了 昆明电信的覆盖要求，最后通过仿真来予以验证。该规划方案对于在山区建立 c d m a 4 5 0 无线网络具有很重要的意义，对具体工程实施具有实际的指导作用。 1 4 论文结构 本文共分六章，各章的内容安排如下： 第一章首先介绍了课题背景及选题的意义，接着对c d m a 4 5 0 的特点、工作频段 及组网进行了介绍。说明了在山区农村建设c d m a 4 5 0 的必要性。 第二章介绍了c d m a 的技术特点，对关键技术如功率控制、软切换和分集技术 进行了说明。 第三章主要介绍c d m a 4 5 0 无线网络规划的过程。 第四章对昆明郊县c d m a 4 5 0 网络进行具体的容量和覆盖规划，然后用仿真给予 了验证。 第五章总结了c d m a 4 5 0 无线网络规划的解决方案，展望了c d m a 4 5 0 无线市话 出现的意义，并对建网后期的工作优化和扩容进行了大致的介绍。 重庆邮电大学硕士论文 第二章c d m a 技术介绍 2 1 c d m a 技术的特点 2 1 1 概述 第二章c d m a 技术介绍 c d m a 是一种以宽带扩频技术为基础的多址接入方式，它可以将相同时段和频率 的信号分离开来，其中所有的信号共享相同的频谱，每个移动台的信号能量被分配在 整个频带范围内，经过编码以后它们对其他移动台而言就成为宽带噪声 2 1 。接收机利 用一个与扩频信号相同的信号来识别和解调不同信号，这一过程能够提取我们需要的 信号，而将其他信号视为宽带干扰剔除掉。 我们可以将c d m a 这一概念与其他多址方式来进行比较，在频分多址( f d m a ) 方式中，每个移动台占用一部分频域中的全部时隙 3 1 。这一技术将频域划分为多个窄 带信道，每个移动台用户的信号能量就限制在其中的一条信道里。基站和移动台利用 带通滤波器来分离占用同一时隙的不同信号。在时分多址方式( t d m a ) 中，每个移 动台占用整个频谱的一部分时隙，这一技术将信道划分为多个时隙，每个移动台用户 的信号能量就限制在其中的一个时隙里，基站和移动台利用定时选通来分离开占用相 同频域的不同信号。在码分多址方式( c d m a ) 中，每个基站用户占有这个信道的全 部时隙，它的信号能量分布在整个带宽里，基站和移动台利用为每个信号分配唯一的 编码来分离具有相同时隙和频域的信号 4 1 。 2 1 2c d i v l a 蜂窝通信系统的技术特点 1 大容量 由于c d m a 系统中所有小区都共有相同的频谱，对于网络的频率分配和管理十 分便利，同时可以大大增加系统的容量，影响通信容量的关键因素在于系统中的多址 干扰。在相同的频率带宽下，窄带码分多址系统是模拟f d m a 系统的l o 倍以上，是 数字g s m 系统的3 倍以上【5 】。 2 软容量 在码分多址系统中，信道是靠不同的码型来划分的，其标准的信道数是以一定的 输入、输出信噪比来决定的，当系统中增加一个通话的用户时，所有用户的输入、输 出信噪比都有所下降，但不会出现因没有信道而不能通话的现象。对于解决通信高峰 期的通信阻塞问题和提高用户越区切换的成功率是非常有益的。 3 软切换 重庆邮电大学硕士论文 第二章c d m a 技术介绍 在c d m a 系统中，由于所有小区( 或扇区) 都可以使用相同的频率，小区( 或 扇区) 之间是以码型的不同来区分的。当移动用户从一个小区( 或扇区) 移动到另一 个小区( 或扇区) 时，不需要移动台的收、发频率切换，只需在码序列上作相应的调 整，这就称之为软切换。同时，软切换的优点还在于首先与新的基站接通新的通路， 然后切断原通话链路，这种先通后断的方式克服了“乒乓”效应，并且切换时间很短。 4 语音激活技术 统计表明，人们在通话过程中，只有3 5 的时间在讲话，另外6 5 的时间处于听 对方讲话、说话间停顿或其它等待状态，当某一个用户没有讲话时，该用户的发射机 不发或发射功率小，其他用户所受到的干扰相应减少。为此，c d m a 系统中，采用相 应的编码技术，使用户的发射机的功率随着用户语音编码的需求来作调整。当用户讲 话时语音编码输出速率高，发射机发射功率大，当用户不讲话时，语音编码器输出速 率低，发射机发射功率很小，这就是语音激活技术。 5 特有的分集形式 c d m a 系统有分离多径的能力，可以实现路径分集，由于移动通信环境的复杂和 移动台的不断运动，接收到的信号往往是多个反射波的叠加，会形成多径衰落。c d m a 系统可以采用特有的技术( 如r a k e 接收技术) ，将多径信号分离出来，分别接收【神， 这样不但克服了多径衰落对通信带来的不利影响，还等效增加了接收有用信号的功 率。 6 良好的保密能力 码分多址移动通信系统的体制本身就决定了它有良好的保密能力，首先在c d m a 数字移动通信系统中必须扩频技术，发射信号频谱扩展的很宽，从而使信号完全隐蔽 在噪声干扰之中，不易被发现和接收，其次在通信中，各用户的地址码不相同，对其 他用户来说是一种噪声，所以c d m a 系统可以防止有意或无意的窃取，具有很好的 保密性能。 2 2c d m a 关键技术 2 2 1 功率控制 如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则近处终端到达基站的信号强，远处 终端到达基站的信号弱，导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的“远近效应” 问题1 6 1 1 9 。 c d m a 系统是一个干扰受限系统，由于“远近效应”，它的系统容量主要受限于 系统内各移动台间的干扰，因而，若每个移动台的信号到达基站时都能达到保证通信 重庆邮电大学硕士论文第二章c d m a 技术介绍 质量所需的最小信噪比时，c d m a 系统的容量将会达到最大。功率控制就是为了克服 “远近效应【7 】，实现此目标而采取的一项技术，它是在对接收机端的接收信号能量 或解调信噪比指标进行评估的基础上，适时补偿无线信道中引入的衰落，从而既维持 了高质量的通信，又不对同一无线资源中的其他用户产生干扰，保证了系统容量。因 此，在c d m a 系统中，功率控制被公认为是所有关键技术的核心。 由于c d m a 系统是一个自干扰的系统，每个用户都被扩频到相同的带宽内并发 射信号，使得每个用户都成为其他用户的干扰源，当这个干扰达到一定程度后，每个 用户都没法正常解调自己的信号，这时系统的容量也达到了极限，因此精确的功率控 制将对提高系统的容量和服务质量起到了至关重要的作用。精确的功率控制能快速实 时的跟踪无线环境的变化，使得每个用户发射的功率尽可能的小，但是又能满足解调 时所需的e b ，i 。功率控制的目的就是使移动台和基站收到的误帧率接近一个目标值， 例如对于话音业务，该目标值为l ，对于数据业务该目标值通常取定为5 。系统容 量的增加可以通过选择一个更高的目标f e r 值而仍能满足话音质量。更高的目标 f e r ，意味着更低的平均发射功率，这样使得系统可以容纳更多的用户。总之，由于 功率控制的存在使得每个移动台可以发射最小的功率而仍能满足通话质量。在功率控 制中需要考虑系统负载的变化、信道状态的快速和慢速的变化以及信道的衰落。在 c d m a 系统中，功率控制分为前向链路( 从基站到移动台) 功率控制和反向链路( 从 移动台到基站) 功率控制，而反向功率控制又主要分为开环功率控制和闭环功率控制， 并分别独立进行控制。 在所有的移动通信系统中都存在远近效应。因为移动台在给定的小区中是移动 的，一些移动台距离基站近，而另外一些移动台距离基站远，如果不进行功率控制， 距离基站近的移动台将到达基站时的信号比较强，因此在反向链路上会对其他移动台 造成很大的干扰。在功率控制中，当移动台的信噪比( s n r ) 超过给定的门限时，基 站命令该移动台降低发射功率，反之则要求其提高发射功率。在前向链路，如果要使 各个移动台的话音质量相同，则在小区边缘附近的移动台所需要的功率比距离基站近 的移动台要高。在移动台的辅助下，基站调整分配给每一个业务信道的功率以使每一 个移动台的s n r 基本相同。 e b i t 与信噪比( s n ) 的关系是：e b i t ( w r ) = s n 通常，能满足解调所需要的e b i 。大约为6 d b 左右，w r 为2 1 d b ，这样，典型的 s n 将为。1 5 d b 。 移动台在空闲状态、接入状态和业务信道的呼叫处理状态下都可以进行功率控 制。在空闲状态时，开环功率控制测量值用来估计路径损耗。移动台根据这些测量值 计算接入时需要的初始功率值。在系统接入状态下，开环功率控制总在进行，闭环功 率控制根据接入过程的类型来决定是否起用。在业务信道状态下，同时使用开环功率 重庆邮电大学硕士论文 第二章c d m a 技术介绍 控制和闭环功率控制【1 0 1 。 2 2 1 1 前向功率控制 对于前向链路，当终端向小区边沿移动时，终端受到相邻基站的干扰会明显增加： 当终端向基站方向移动时，终端受到的多径干扰会增加。这两种干扰都将影响信号的 接收，使通信质量下降。因此，在c d m a 系统的前向链路中引入了功率控制，使前 向业务信道的发射功率在满足终端解调最小需求信噪比的情况下尽可能小。通过功率 控制，既能维持基站与小区边沿终端之间的通信，又能在较好的通信传输环境时最大 限度地降低前向发射功率，减小对相邻小区的干扰，增加前向链路的容量。 前向功率控制又称为下行链路功率控制，它的实现是基站根据移动台提供的测量 结果，调整对每个移动台的发射功率。其目的是对路径衰落小的移动台分配相对小的 前向发射功率，而对那些较远的和解调信噪比低的移动台分配较大的前向发射功率。 基站通过移动台对前向解调误帧率的反馈报告来决定针对该移动台的前向链路功率 的增大或减小。 2 2 1 2 反向功率控制 c d m a 系统的容量主要受限于系统内终端的相互干扰，所以，如果每个终端的信 号到达基站时都刚刚达到所需的最小信噪比门限，系统容量将会达到最大值。因此在 c d m a 系统的反向链路中引入了功率控制，通过调整用户发射机功率，使各用户不论 在基站覆盖区的什么位置和经过何种传播环境，都能保证各个用户信号到达基站接收 机时具有相同的功率。在实际系统中，由于用户的移动性，使用户信号的传播环境随 机变化，使得每时每刻到达基站时所经历的传播路径、信号强度、时延、相移都随机 变化，接收信号的功率在期望值附近起伏变化【1 0 1 。 反向功率控制包括三部分：开环功率控制、闭环功率控制、和外环功率控制。在 实际系统中，反向功率控制是由上述三种功率控制共同完成的。反向功率控制示意图 如图2 1 所示。 1 反向开环功率控制 在c d m a 系统中，当终端接收到从基站来的信号很强时，表明要么离基站很近， 要么有一个特别好的传播路径，这时终端可降低它的发射功率，而基站依然可以正常 接收；相反，当终端接收到的信号很弱时，它就增加发射功率，以抵消衰耗；这就是 开环功率控制。 反向开环控制有两个主要功能：第一个是调整移动台初始接入时的发射功率，第 二个是弥补由于路径损耗而造成的衰减的变化。 重庆邮电大学硕士论文第二章c d m a 技术介绍 图2 1 反向功率控制示意图 不管是前向链路还是反向链路的闭环功率控制都是用来弥补衰落的。 开环功率控制简单、直接，不需要在终端和基站之间交换控制信息，同时控制速 度快，并节省开销。但在c d m a 系统中，前向和反向传输使用的频率不同，频差远 远超过信道的相干带宽，因而不能认为前向信道上衰落特性等于反向信道上衰落特 性，这就是开环功率控制的局限之处，因此引入了闭环控制。 。 2 反向闭环功率控制 为了克服前向和反向链路上的不相关性，可以由基站检测来自终端信号的信噪 比，并与一个门限值做比较，根据比较结果在前向功控子信道上向终端发送功控比特， 终端根据收到的指令来调节其发射功率，这就是闭环功率控制。前向功控子信道仅在 前向基本信道或前向专用控制信道( f d c c h ) 上发射。当终端工作在非门控模式时， 功控子信道以每1 2 5 m s ( 8 0 0 h z ) 发送一个比特的速率发送功控比特。当终端工作在门 控模式时，门控模式分别为l 2 和l 4 对应的功控子信道4 0 0 b p s 或2 0 0 b p s 的速率发 送。 在闭环功率控制中，信噪比的门限值不是恒定的，而是在外环功率控制下动态变 化的。 重庆邮电大学硕士论文 第二章c d m a 技术介绍 3 反向外环功率控制 所谓外环功率控制，实际上是发生在基站内或基站与移动交换中心之间的一种功 率控制过程，它以直接影响话音质量的误帧率作为判决依据，及时地做出上调或下调 功控门限的指令。 反向外环功率控制将影响话音质量的误帧率与反向功率控制中的信噪比有机地 结合起来，使功率控制的作用不仅体现在保证系统容量上，而且在保证话音质量方面 也有直接的效果。 2 2 2 软切换 软切换就是当终端在与一个新的基站建立通信的过程中，并不先中断与原基站的 联系，而是同时与这两个基站保持通信联系，直到原基站信号降低到一定程度才中断 服务。软切换过程使得系统为越区的用户提供平滑可靠的服务。 在进行软切换时，移动台首先搜索所有导频并测量它们的强度。移动台合并计算 导频的所有多径分量( 最多k 个) 的e c i 。( 一个比特的能量e 。与接收总频谱密度， 噪声加信号，i o 的比值) 来作为该导频的强度，k 是移动台所能提供的解调单元数。 当该导频强度e 川。大于一个特定值：导频检测门限( ta d d ) 时，移动台认为此导 频的强度已经足够大，能够对其进行正确解调，但尚未与该导频对应的基站相联系时， 它就向原基站发送一条导频强度测量消息( p s m m ) ，以通知原基站这种情况，原基 站再将移动台的报告送往移动交换中心，移动交换中心则让新的基站安排一个前向业 务信道给移动台，并且原基站发送一条消息指示移动台开始切换。可见c d m a 软切 换是移动台辅助的切换。 当收到来自基站的切换指示消息后，移动台将新基站的导频纳入有效导频集，开 始对新基站和原基站的前向业务信道同时进行解调。之后，移动台会向基站发送一条 切换完成消息，通知基站自己已经根据命令开始对两个基站同时解调了。 接下来，随着移动台的移动，可能两个基站中某一方的导频强度已经低于某一特 定值：导频去掉门限( td r o p ) ，这时移动台启动切换去掉计时器( 移动台对在有 效导频集和候选导频集里的每一个导频都有一个切换去掉计时器，当与之相对应的导 频强度比特定值d 小时，计时器启动) 。当该切换去掉计时器t 期满时( 在此期间， 其导频强度应始终低于d ) ，移动台发送导频强度测量消息。两个基站接收到导频强 度测量消息后，将此信息送至m s c ( 移动交换中心) ，m s c 再返回相应切换指示消息， 然后基站发切换指示消息给移动台，移动台将切换去掉计时器到期的导频将其从有效 导频集中去掉，此时移动台只与目前有效导频集内的导频所代表的基站保持通信，同 时会发一条切换完成消息告诉基站，表示切换已经完成【l 】【l l 】。 i s 9 5 系统的软切换过程如图2 2 所示。 重庆邮电大学硕士论文第二章c d m a 技术介绍 醢 t a d d td r o p 0 时问 图2 2 软切换过程中导频集的变换示意图 在图2 2 中，各时间点发生的操作如下： 1 ) 终端检测到某个导频强度超过ta d d ，发送导频强度测量消息p s m m 给基 站b s ，并且将该导频移到侯选集中； 2 ) b s 发送切换指示消息： 3 ) 终端将该导频转移到有效导频集中，并发送切换完成消息； 4 ) 有效集中的某个导频强度低于td r o p ，终端启动切换去定时器( tt d r o p ) ； 5 ) 切换去定时器超时，导频强度仍然低于td r o p ，终端发送p s m m ； 6 ) b s 发送切换指示消息； 7 ) 终端将该导频从有效导频集移到相邻集中，并发送切换完成消息。 2 2 3 分集技术 c d m a 系统的分集主要有三种类型：时间分集、频率分集、空间分集i 1 1 引。 2 2 3 1 时间分集 由于终端的运动，接收信号会产生多普勒频移，在多径环境中，这种频移形成多 普勒频展。多普勒频展的倒数定义为相干时间，它表示时变信道对信号的衰落节拍， 这种衰落发生在传输波形的特定时间上，称为时间选择性衰落，它对数字信号的误码 性有明显的影响。 重庆邮电大学硕士论文第二章c d m a 技术介绍 若对波形振幅进行顺序采样，那么，在时间上间隔足够远( 大于相干时间) 的两 个样点是不相关的，因此可以采用时间分集来减小多普勒频展的影响。例如，将给定 的信号在时间上相隔一定的间隔重复传输n 次，只要时间间隔大于相干时间，就可以 得到n 条独立的分集支路。 c d m a 系统中的卷积编码、块交织、纠错编码技术和r a k e 接收，可以用来实 现时间分集。 1 卷积编码技术 卷积编码技术能有效地克服随机单个数据错误。该技术1 9 5 5 年由e l i a s 最早提出， 由于其编码方法可以用卷积运算形式表达，因此而得名。卷积码是有记忆编码，它有 记忆系统，即对于任意给定的时段，其编码的r 1 个输出不仅与该时段的k 个输入有关， 而且还与该编码器中存储的m 个输入有关。卷积编码需要选择编码约束长度和码速 率，约束长度应尽可能大，以便获得良好的性能，然而随着编码约束长度的增加，解 码的复杂性也会增加。 2 块交织和纠错编码技术 该技术的目的是尽可能避免连串突发数据错误，使得在接收端解块交织后落入每 个接收字里的差错个数不大于纠错码能纠正的个数。在陆地移动通信这种参变信道 上，比特差错经常是成串发生的，这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串 的比特。然而，信道编码仅在检测和校正有限个差错和不太长的差错串时才有效。为 了解决这一问题，希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中 的相继比特以非相继方式( 分散) 发送，这样，在传输过程中即使发生了成串差错， 解交织后恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成非相继的单个或几个，这种 方法就是交织技术。解交织后含有随机差错的接收字通过纠错译码，纠正差错并恢复 原消息。交织带来的性能改进，取决于信道的分集级别和信道的平均衰落间隔。交织 长度由业务的时延需求来确定，语音业务需要的时延比数据业务短，因此，需要将交 织深度与不同的业务相匹配。 3 r a k e 接收 发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反 射和折射，到达接收机时每个波束具有不同的延迟，形成多径信号。如果不同路径信 号的延迟超过一个伪码的码片时延，则在接收端可将不同的波束区别开来。将这些不 同波束分别经过不同的延迟线，对齐后合并在一起，把原来的干扰信号变成有用信号。 这就是r a k e 接收机的基本原理，r a k e 接收可以认为是一种时间分集技术【垮】。 2 2 3 2 频率分集 频率分集技术是将待发送的信息，分别调制在不同的载波上发送到信道。由于衰 重庆邮电大学硕士论文第二章c d m a 技术介绍 落具有频率选择性，当两个频率间隔大于相关带宽时，它们受到的衰落是不相关的。 也就是要获得频率分集，载波之间的间隔v 必须足够大，大于频率相关带宽，即 v = i l l ( 2 1 ) 式中，三为接收信号时延功率谱的带宽。 举例来讲，在某8 0 0 9 0 0 m h z 频段传播环境中，典型的时延扩散值为5 j ，这时 有： v 廿= 1 , = 1 5 1 a s = 2 0 0 k h z ( 2 2 ) 即要求频率分集的载波间隔要大于2 0 0 k h z 。 市区的相关带宽一般为5 0 k h z 左右，郊区的相关带宽一般为2 5 0 k h z 左右。对于 宽频信号，衰落像陷波滤波器，在频谱上看，陷波只是宽频信号中的一部分。c d m a 系统的信号带宽为1 2 3 m h z ，无论在市区还是在郊区都远远大于相关带宽的要求，所 以，c d m a 系统作为一个宽带系统本身就可以实现频率分集。 2 2 3 3 空间分集 对于移动通信系统，可以通过在接收端架设几副水平方向或者垂直方向间隔的 天线，利用电磁波到达各接收天线信号的不完全相关性，减小衰落影响，以此获得空 间分集增益。多径衰落时，一副接收天线信号产生深衰落，而另一副天线接收的信号 可能保持不变。 c d m a 系统特有的软切换也可以看成是一种空间分集。软切换过程中，终端与新 基站开始通信后，为了获得好的通信质量，保持与原基站的联系，两个参与软切换的 b t s 看上去像两个分集天线1 3 3 3 钔。 在反向信道，两小区分别接收来自终端的有用信号，以帧为单位译码分别传给 b s c ，b s c 内的选择器声码器也以帧为单位，通过对每一帧数据后面的c r c 校验码 来校验这两帧的好坏，b s c 选择质量好的帧接收，这样就保证了最佳效果。 在前向信道，两个小区的基站同时向终端发射有用信号，终端把其中一个小区来 的有用信号作为多径信号，进行分集接收，然后进行多径合并，获得增益。软切换可 以大大提高终端在小区边沿的通信质量。 2 2 4 多用户检测 在c d m a 系统，由于多个用户的随机接入，所使用的扩频码集一般并非严格正 交，非零互相关系数会引起各用户间的相互干扰，即多址干扰( m a i ) ，在异步传输 信道以及多径传播环境中多址干扰将更为严重。在c d m a 系统中随着同时接入系统 用户数的增加，多址干扰的功率也在增加，致使误码性能下降，系统的容量将受到限 重庆邮电大学硕士论文第二章c d m a 技术介绍 伟, j t 9 l t “。 多址干扰可以通过选择互相关性好的扩频码，结合功率控制，纠错编码等进行抑 制。目前商用的c d m a 系统中，主要采用功率控制技术处理多址干扰问题，减小彼 此间影响，提高系统容量。但功率控制的方法并没有从接收信号中真正去除多址干扰， 只能缓解这种矛盾，不能从根本上解决问题。另一方面，由于信号在移动通信信道中 呈现瑞利衰落，功率控制系统无法补偿由快衰落引起的信号功率变化，特别是当终端 速度很快时，功率控制技术会失效，多用户检测认为多址干扰与白噪声具有互不相同 的统计特性，是可估计、可再生、可去除的。它通过挖掘有关干扰用户的信息来消除 多址干扰，进而提高信号检测的稳定性，不再像传统检测器那样忽略系统中其他用户 的存在。 c d m a 系统中多用户检测【3 6 l 的定义是：综合考虑同时占用某个信道的所有用户 或某些用户，消除或减弱其他用户对任一用户的影响，并同时检测出所有这些用户或 某些用户信息的一种信号检测方法。基于信息论最佳信号检测理论，在多个用户的匹 配滤波接收基础上，进行多用户联合检测，并充分利用扩频码的已知结构与统计信息， 设法消除其他所有用户对有用信号的干扰，这在理论上是完全可行的。 多用户检测技术的主要用途是提高带宽效率，获得系统容量和覆盖的改进。 多用户检测通过消除小区内干扰来提高上行链路的带宽效率，因此增加了系统容 量。实际的容量增加值取决于算法的有效性、无线环境和系统负载。如果上行链路的 容量超过了下行链路，可以降低上行链路的处理增益，将节约出的带宽用于下行链路， 从而提高整个系统的频带利用率。 除了提高带宽的效率以及改进容量，多用户检测可以降低多址干扰，缓解“远近 效应”问题，有些检测算法是专门消除“远近效应”的。多用户检测技术可以缓解功 率控制的负担。 多用户检测技术减少了上行链路中多址干扰功率，这意味着降低了对终端发射功 率的要求，节省出的发射功率可以用于增大小区的覆盖面积【1 3 1 。 重庆邮电大学硕士论文第三章c d m a 4 5 0 无线网络规划介绍 第三章c d m a 4 5 0 无线网络规划介绍 3 1 c d m a 4 5 0 无线网络规划的特点 无线网络规划是根据覆盖需求、容量需求以及其他特殊需求，结合覆盖区域的地 形地貌特征，设计合理可行的无线网络布局，以最小的投资满足需求的过程。 c d i v i a 4 5 0 无线网络系统建设过程中，系统性能受很多网络方面因素的影响，主要包 括以下几个因素： 1 在c d i v i a 4 5 0 无线网络中，覆盖随系统负载、移动用户速度、数据速率等参数动 态变化： 当负载增大时，干扰增大，导致反向覆盖半径变小；移动用户速率越高，基站侧 解调所需的e b n t 相应提高，导致覆盖半径减小；移动用户所需数据业务速率越高， 扩频增益减小，导致相应速率的数据业务的覆盖半径比语音业务、低速率的数据业务 的覆盖半径减小。 2 系统容量与前反向干扰、软切换比例、所需的服务质量等因素有关： 由于c d i v i a 4 5 0 系统是一种自干扰系统，本基站内部的干扰、基站之间的干扰也 会造成系统容量的相应减小，因此控制系统内部干扰，合理建设网络结构，是网络规 划的重要内容：软切换比例的大小关系到基站系统容量的利用率，过大的软切换比例 导致系统可用资源在一定程度上的浪费，而过小的软切换比例又会带来在小区边缘地 区的话音质量下降，软切换不平滑带来掉话；语音和数据业务所需的服务质量的不同 又是提高网络容量的又一重要措施。 3 软切换边界的可变性： 由于无线移动网络是随用户发展不断发展的，建设初期由于用户教少，基站覆盖 半径相对较大，但是当用户逐渐增多时，基站的覆盖半径相对有一定的减小，这使原 来的软切换区域就会变化。 4 数据业务和语音业务共存： 由于数据业务覆盖与语音不同，数据业务用户与语音业务用户共同占用资源，所 以在进行网络规划时，要充分考虑该地区数据业务和语音业务容量需求、覆盖需求。 5 实际系统非常复杂： 在实际网络规划时，由于地形地物的不同，无线空中传播模型不同，传播损耗差 异很大。因此在做网络规划选择站址时，要充分考虑地形地物的影响。 重庆邮电大学硕士论文 第三章c d m a 4 5 0 无线网络规划介绍 3 2c d m a 4 5 0 规划的特殊问题 采用c d m a 技术的无线系统，相对于g s m 技术，具有众多优势、尤其表现在容 量方面、若配给相同的频率资源，前者容量常常可以达到后者的3 5 倍。然而新的技 术也带来了一系列新的问题，尽管采用c d m a 技术，各个蜂窝小区可以使用相同的 频率，无需像g s m 网络那样进行复杂的频率规划，但是容量与覆盖之间特殊的相关 性，软切换对系统性能的影响及导频偏置的选择都给无线网络规划增添了新的研究课 题。 1 变化的网络负载与规划 c d m a 是一个干扰受限的系统，干扰水平的增大直接影响着系统容量，影响着系 统提供服务的质量。研究表明，若要保持系统性能稳定，负载约在6 0 一8 0 之间。当 负载超过这个值时，用户受到的干扰将急剧增大，服务质量会下降得很快，小区覆盖 范围收缩，从而产生覆盖的盲点。因此，如何合理的布局基站，选择基站参数，使得 用户需求在各个基站之间均匀承担，成为c d m a 无线网络规划需要解决的重要问题。 2 软切换与规划 软接换是c d m a 系统的独到之处，采用软切换技术能保证小区边缘用户的服务 质量。但是，处于软切换中的用户比普通用户多占用系统资源( 信道板资源，功率资 源) 等，过高的软切换比例会带来系统资源的浪费，使得网络中可得到服务的总用户 数下降。如何选择站址，如何配置导频功率使得每小区内软切换率保持适当的水平， 在规划过程中，网络设计人员尤其应当注意。 3 导频与规划 导频对c d i v u 系统至关重要。移动台使用导频区分基站，如果同导频相位的复 用距离不恰当，或者相邻导频的距离不恰当，移动台可能把来自不同基站的导频信号 误认为同一基站的导频信号；如果导频搜索敞口的大小设置不合理，一方面移动