（信号与信息处理专业论文）基于sdl的tdscdma确认传输模式的仿真测试的研究.pdf

基于s d l 的t n s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 基于s d l 的t d s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 摘要 t d s c d m a 是n u 正式发布的第三代移动通信空间接口技术规 范之一，它采用了智能天线、联合检测、同步c d m a 、软件无线电、 低码片速率、多时隙、可变扩频系、自适应功率调整等先进技术。 采用软件开发工具，对通信软件的整个开发过程用系统工具的 方法来管理，采用形式化的语言来设计，利用模拟验证工具对软件系 统进行分析验证，排除软件设计中的逻辑错误，提高系统的可靠性。 s d l 语言( s p e c i f i c a t i o n 锄dd e s 嘶b t i o nl a n g i l a g e ) 是c c t 推荐的 规格与描述语言，广泛应用于通信领域。在协议软件的开发流程中 s d l 被应用在系统规范描述和设计阶段。在3 g 终端高层协议的开发 中，也采用了s d l 语言。 本文对t d s c d m a 以及其关键技术进行了简单的介绍，指出了 i d s c d m a 的背景和技术优势，综合分析了t d s c d m a 终端基本 功能，简单介绍了终端业务。进而对终端协议中r i c 子层的传输机 制进行了分析，并且着重对a m 传输机制部分进行了研究，通过s d l 语言进行了仿真及测试。另外，文中还对协议一致性测试进行了描述。 最后研究了基于s d l 和t t c n 的r l c 子层仿真实体的实现。 我们采用t e l e l o 西ca bt a u 的产品s d l 柚dt t c ns u i t e3 4 作为开发 工具。s d l 卸d 订c ns u i t e3 4 是一个集仿真、开发、测试于一体的 软件工具，完全满足t d s c d m a 终端协议开发和一致性测试的需求。 以此为基础，详细描述了基于s d l 语言的i u l c 子层a m 传输机制的 设计和实现，并对下一步的研究方向进行了阐述。 关键词：t d s c d m ai u l cs d l1 t c n 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的1 d s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 r e s e a r c ho fr l ca c k n o w l e d g em o d e t ra n s m i s s i o nm e c h a n s mb a s e do nu ui n t e r r 气c e i nt d s c d m 魄 a b s t r a c t t d s c d m ao f f i c i a l l yr e l e a s e db yi t u ，i so n e0 ff h ew i r e l e s s i n t e r f a c ep r o t o c a l so ft h et h i r d g e n e r a c i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s i t i i i t e g r a t e st h ea d v a n t a g e s0 fc d m t d m 气a n df d m ac e c h n o l o g y ，a n d i sa l s oam o b i l ec 0 姗u n i c a t i o nt e c l l i l o l o g yw i t hl a 唱es y s t c mc a p a c i t y ， h i g i is p e c t m me f f i c i e n c y 卸d 龃c i 面c e r f c 陀n c cc a p a b i j i 哆t d s c d m a a d o p t s s m a r ta n t e 衄a ，( 乃m b i n e d d e t e c t i o n ，s v n c h r o n o u sc d m 气 胁a r er a d i o ，1 0 wc h i pr a t e ，i n u l t i s l o t ，v a r i a b l e s p r e a d i n gs y s t e i n ， a d a p t i v ep o w e ra d j u s t 玎a e n ta n do t h e ra d v a n c e dt e c l l i l o l o g i e s s d lw i t c hh 勰b e e nw i d e l yu s e di nm et e l e m m u n i c a t i o n sf i e l d 。 i st h es p e c i f i c a t i o na 1 1 dd e s 谢p t i o nl a n g i l a g ef e c 0 衄n e n d e db yc c i n s d li s i m p l e m e n t e d i i lt h es o f t w a r e d e v e l o p m e n tp r o c e 鸥b v s t a l l d a r d i z i n gt h ea p p l i c a t i o no ft h es y s t e ms p e d f i c a t i o n na l s ol l s e di n r e s e a f c h i i l gm eh i g l l 1 e v e lp r o t o c a l so f3 gt e 加i n a l f i r s t l y t h i sp a p 盯s i m p l yi n t r o d u c e st h e k e yt e c l l i l o l o g i e s ，t h e b a c k g r o u n d s柚da d v 锄t a g e so ft d s c d m 八扑dm p r e h e n s i v l y a l v z e sm eb a s i cf u n c t i o n so ft h e i d s c d m at e 皿血n a l s t h e nt h er l c t r a n s m i s s i o nm e c h a n i s m si sa n a l y z e da n ds i m u l a t e du s i i l gs d l a n dt h e d r o t o c o lc o n f b 加a n c et e s ti sa l s oi i l t r o d u c e d f i n a l l y t h ei m p l e m e n t i o no fr l ca mt r a n s i n i s s i o nm e c h a n i s mb y s d l 柚dt r c ni sr c s e a r c h e d t l l l et o o lo ft e l e l o 西ca b1 a u ，n a m e ds d l a n dt t c ns u i t e3 4i su s e d ，w h i c hh 孙t h ef u n c t i o n so fs i m u l a t i o n d e v e l o p m e n t 柚dt e s t i tc a n 缸l l ys a t i s f yt h en e e do ft d s c d m au e c o n f b m a n c et e s t i i l ga n dd e v e l o p m e n t b a s e d 叩t h i s ，t h cp a p e rf i n a l l y d e s c r i p t sm ei m p l e m e n t a t i o no ft h ea mt r a n s m i s s i o nm e c h a n i s mb a s e d 2 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的t d s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 o ns d la n dd i s c u s s e st h ef u t i l r ew o r do ft h i sr e s e a r c h k e yw o r d s ：t d s c d m ar l cs d lt t c n 3 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 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期：2 劝。王。 日期：兰型：兰：兰l 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 本人签名： 导师签名： 鬣琶兰垫：! ：望 日期：知丑。3 ：玛 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的1 d s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 1 1 课题背景 第一章绪论 随着人们物质文化水平的进一步提高，对移动通信业务的数量、质量的需 求越来越大，目前的2 g 系统在容量和业务提供能力方面均不能满足社会的巨大 需求，因此第三代移动通信系统( 3 g ) 应运而生。 w c d m a 、c d i i l a 2 0 0 0 和t d s c d m a 是3 g 系统的三个主要标准，而 t d s c d m a 是中国首次提出的国际通信标准，于w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 一起成为 i m r 2 0 0 0 的正式成员，是中国移动通信发展史上的里程碑。1 i ) s c d m a 是我国 自主产权的3 g 系统，它采用一种t d d ( 时分双工) 模式和智能天线技术的公众 陆地移动通信系统，也是唯一采用s c d m a ( 同步c d m a ) 和l c r ( 低码片速 率) 技术的3 g 系统，同时采用了多用户检测、软件无线电、动态信道分配等一 系列新技术。 1 2 课题主要研究内容 本文对t d s c d m a 以及其关键技术进行了简单的介绍，指出了 t d s c d m a 的背景和技术优势，综合分析了，s c d m a 终端基本功能，简单 介绍了终端业务。进而对终端协议中r l c 子层的传输机制进行了分析，并且着 重对a m 传输机制部分进行了研究，通过s d l 语言进行了仿真及测试。另外， 文中还对协议一致性测试进行了描述。 最后研究了基于s d l 和1 t c n 的r j 上子层仿真实体的实现。我们采用 t e l e l o 西ca bt 肌的产品s d l 锄d1 f r c ns u i t e3 4 作为开发工具。s d l 粕dt t c n s u i t e3 4 是一个集仿真、开发、测试于一体的软件工具，完全满足t d s c d m a 终端协议开发和一致性测试的需求。以此为基础，详细描述了基于s d l 语言的 r l c 子层a m 传输机制的设计和实现，并对下一步的研究方向进行了阐述。 1 3 论文的结构 论文共包括六个部分。 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的t d s c d m 确认传输模式的仿真酒试的研究 第一章是绪论，介绍背景与研究重点。 第二章介绍了第三代移动通信系统的发展及三种主流标准的比较介绍，并着 重对t d s c d m a 移动系统的主要技术进行了描述。 第三章研究了t d s c d m a 移动通信系统的网络结构和接口协议，着重研究 了无线接口( u u ) 的协议标准。 第四章着重研究了u u 接口中r l c 子层协议的功能，并分析研究了3 g p p 协 议中确认传输模式的实现原理等。 第五章研究了t d s c d m a 终端协议仿真与一致性测试的理论基础，并分析 了s d l 仿真语言的实现原理。 第六章是用s d l 仿真实现r j 上部分功能协议，主要实现了r l c 透明传输模 式( a m ) 功能，并利用s d l 与t r c n 的协仿真进行了简单的验证。 2 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的t d s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 第二章t d s c d m a 及其关键技术综述 2 1第三代移动通信系统概述 第三代( 3 g ) 移动通信系统也叫“未来公共陆地移动通信系统 ( f p l m t s ) ”，后由国际电信联盟( h l 锄a i i 伽mt d c c o m m 疵c a t i o 锄u 血， r r u ) 正是命名为全球移动通信系统i m t 2 0 0 0 ( i n t c i n a t i o n a lm o b i l e t e l e c o m 咖m i c a t i o n 2 0 0 0 ) 即3 g 。许多电信设备制造商先后提出了十多种3 g 的无 线接口建议，经协商形成了三大主流标准：即中国提出的t d s c d m a 、美国提 出的c d m a 2 0 0 0 、欧洲和日本提出的w c d m a 。 i m t 2 0 0 0 是一个全球无缝覆盖、全球漫游，包括卫星移动通信、陆地移动 通信和无绳电话等蜂窝移动通信的大系统。它的一个突出的特点就是使个人终端 用户能够在全球范围内的任何时间、任何地点，与任何人、用任何方式高质量地 实现任何信息的移动通信与传输。他可以向公众提供前两代产品所不能提供的各 种宽带信息业务，如高速数据、慢速图像与电视图像等，传输速率高到2 m b i t s ， 宽带可达2 m 以上。 m 仃一2 0 0 0 系统要求要能提供多种业务，这些业务具有不同的参数和性能， 由于“t 2 0 0 0 业务的多样化，不同的业务有不同的衡量标准。这些业务的要求 如下： ( 1 ) 恒不变比特率业务，如语音、高质量音频或视频电话和全速率录像等， 这些业务对延时以及延时变化非常敏感。 ( 2 ) 实时可变比特速率业务，如可变比特率编码音频和交互式活动图像专 家组( m p e g ) 视频等，种类业务要求可变化的带宽，同时对时延和 时延变化也很敏感。 ( 3 ) 非实时可变比特速率业务，如交互式和大文件传送，这些业务能够忍 受一时的时延和时延变化。 为了满足未来业务的需求，相对于现有的移动通信系统，3 g 系统应具有一 下功能： ( 1 ) 提供更大的通信容量和覆盖范围 ( 2 ) 具有可变的高度数据率 北京邮电_ 大学硕士学位论文基于s d l 莳t 口s c d m 确认传输模式的仿寞测试的研究 ( 3 ) 同时提供高速电路交换和分组交换业务 ( 4 ) 具有高的频谱利用率 2 23 g 主流标准比较 2 0 0 0 年5 月，国际电联批准了l m t - 2 0 0 0 无线接口5 种技术规范，即i m t - 2 0 0 0 c d ，【ad s ( 【m t d s ) ，【m t 2 0 0 0c d m am c ( 【m t m c ) ，i m t 一2 0 0 0c d 【a ) d ( i m t - t d ) ， i m t 2 0 0 0c d m as c ( t s c ) 和m t 2 0 0 0c d m a f d m a t d m a ( i m t f t ) 。而以其中3 种c d m a 技术为主流，即频分双工方式： m c - c d m a ( c d m a 2 0 0 0 ) 和d s c d m a ( w c d m a ) 、时分双工方式：c d m a t d d ( t d s c d m a 和u l r i 认t d d ) 。其中中国提出的基于t d d 模式的t d s c d m a 虽 然起步较晚，但它在频谱刊用率、对业务支持的灵活性方面以及在许多方面作常 符合移动通信未来的发展方向所具有的优势，使它在3 g 之争中具有强大的竞争 力。 f d d 模式不能实现综合最佳频谱利用率在3 g 的对称语音业务和多媒体业务 方面，上行链路和下行链路产生一个对称双工业务量负载。在3 g 的非对称包交 换业务和互联网业务方面，人们看到，所有不对称的双工业务的典型特征是上行 链路和下行链路中的业务量负载的不对称性，负载的大小取决于不同的业务类 型。为了达到最佳频谱利用率，非对称业务要求每种业务都可灵活地利用频谱资 源。然而，在一个固定的上下行链路进行频率分配，想运用灵活的方法理想地 实现频谱资源的有效利用是不可能的。最佳频域的频谱利用率足不能通过成对的 频谱分配来实现的。因此，对对称频带上的f d d 模式，在方便、灵活的适应性要 求情况下，实现对称业务和非对称的上下行链路业务并不是一个最佳的解决方 案。 对于实现对称和非对称业务的最佳频谱利用率的目标来说，实现灵活的、自 适应的频谱分享是十分必要的。t d d 模式是基于在无线信道时域里的周期地重复 m m a 帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。t d s c d m a 技术采用时 分双工模式( t d d ) ，能在同一帧结构的不同时隙中发送上行业务( 从移动终端 到基站的通信业务) 或下行业务( 从基站到移动终端的通信业务) 。也就是说， 根据所传输数据的类型不同，上、下行链路上的频谱可以被灵活地分配。当从基 站发送电子邮件和下载互联网信息等非对称数据业务时，更多的时隙将被分配给 下行链路。当进行语音电话等对称业务时，上、下行业务占有相同的时隙。码分 多址接入技术( c d m a ) 的特性是在同一时间里同一个传输信道中可支持多个用 户。所传输的信号分布在整个带宽上，从而更加有效地利用现有频谱资源。这种 灵活性使数据的传输速率可高达2 m b i “s ，t d s c d m a 结合了t d d 和c d m a 的优 4 北京邮电大学硕士学位论文 基于s d l 的t m s ( 肼雌确认传输模式的仿真测试的研究 势，因而能够处理很高的传输速率，同时其上下链路分配的灵活性也能够满足非 对称业务的要求。 由上面分析可以看出，在f d d 系统中，由于其固定的上下行链路分配，导 致这个问题不能在频域中被彻底解决。而下d s c d m a 时域操作模式可自行解决 所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上下行链路资源分配的问题。在时 域t d d 模式的系统中，对于频率规划管理来说，不成对频域更容易被分配和利用。 由于中国建议的t d s c d m a 系统带有无线资源灵活时域分配的显著特点，因此 对各种双工业务的全球无线业务发展都可以说是一个里程碑。 2 2 1t d s c d m a 、w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 的技术特点 3 g 的主要技术体制w c d m a 和t d s c d m a 是由3 g p p 开发和维护的规范，而 c d m a 2 0 0 0 是由3 g p p 2 开发和维护规范，这些技术都是以c d m a 技术为核心的。下 面简要介绍一下t d s c d m a ，w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 三种主流制式的技术特点。 ( 1 ) t d s c d m a 制式的主要技术特点： 信号带宽：1 2 3 m h z ；码片速率：1 2 8 m c h i p s ； 采用智能天线( s m a n a n i 锄a ) 技术，提高频谱效率； - 采用同步c d m a ( s y i l c h r o n o u s c d m a ) 技术，降低上行用户间的干扰和保护时 隙的宽度； 接收机和发射机采用软件无线电( s o r w a r cr a d i o ) 技术； 采用联合检测技术，降低多址干扰； 多时隙c d m a - fd s c d m a ，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据业务； 采用接力切换，降低掉话率，提高切换的效率； 语音编码：a m r ，与g s m 兼容； 核心网络基于g s m g p r s 网络的演进，并保持与g s m g p r s 网络的兼容性； - 基站间采用g p s 或者网络同步方法，降低基站间干扰。 ( 2 ) w c d m a 制式的主要技术特点： 基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，灵活组网； 信号带宽： 5 m h z ；码片速率：3 8 4 m c h j p s ； 发射分集方式：t s t d 、s 1 1 d 、f b t d ； 信道编码：卷积码和t u r b o 码，支持2 m b 砧速率的数据业务； 调制方式：上行_ b p s k ，下行q p s k ； 勘率控制：上、下行闭环功率控制，外环功率控制； 懈调方式：导频辅助的相干解调； 语音编码：a m r 与g s m 兼容； 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的r d s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 - 核心网络基于g s m g p r s 网络的演进，并保持与g s m g p r s 网络的兼容性； m a p 技术和g p r s 隧道技术是w c d m a 移动性管理机制的核心，保持与g 肋网络 的兼容性； 支持软切换和更软切换； 基站无需严格同步，组网方便。 ( 3 ) c d m a 2 0 0 0 制式的主要技术特点： - 分成两个方案，即c d m a 2 0 0 0 1 x 和c d m a 2 0 0 0 3 x 两个阶段，c d m a 2 0 0 0 1 x 信号带宽 为1 2 5 m h z ，码片速率1 2 2 8 8 m 出p s ；c d m a 2 0 0 0 3 x 采用多载波c d m a 技术，前 向信号由3 个1 2 5 m h z 的载波组成，反向信号是信号带宽为5 m h z 的单载波，码 片速率为3 6 8 6 4 m 咖p s ； 兼容i s 一9 5 a b ； 前反向同时采用导频辅助相干解调； 快速前向和反向功率控制； 前向发射分集：0 t d ，s t s ； 信道编码：卷积码和1 u b o 码，c d m a 2 0 0 0 1 x 最高4 3 3 5 k b i “s 业务速率( 一个基本 信道+ 两个补充信道) ，c d m a 2 0 0 0 1 x d 0 最高支持2 4 m b i 以业务速率，c d m a 2 0 0 0 3 x 最高支持2 m b i 以业务速率； 可变帧长：5 m s ，1 0 i l l s ，2 0 n 坞，4 0 m s ， 8 0 m s ； 支持f q p c h ，延长手机待机时间； 核心网络基于a n s i 4 1 网络的演进，并保持与a n s i 4 1 网络的兼容性： 网络采用g p s 同步，给组网带来一定的复杂性； 支持软切换和更软切换。 2 2 2t d s c d m a 、w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 技术比较分析 三种制式中t d s c d m a 的优势在于它同时采用了智能天线和联合检测技 术，上下行时除的不对称分配，提高了频谱效率，适应数据业务，其弱点是用户 移动速度比较低，基站问干扰比较大，采用基站同步技术能够减少一部分干扰。 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的技术特点类似，w c d m a 的优势在于基站无需严格同步。 w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 以及t d s c d m a 都在向提高下行链路传输速率的方向发 展，这方面，3 g p p 2 率先推出了最高支持2 4 m b i “s 业务的c d m a 2 0 0 0 l x d o 。而另外 两种制式的高速下行传输协议还在制定之中，下面具体这三种主流方案的差别： ( 1 ) 频率规划 u 目前对第三代移动通信系统的频率规划为：1 9 0 0 m h z 2 0 2 5 ( 上行 f d d ) ，2 1 1 0 m h z - 2 1 7 0 瑚z ( 下行f d d ) 及2 l l o m h z - 2 1 7 0 m h z ( t d d 方式) 3 6 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的m s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 段。t d s c d m a 利用2 1 1 0 m h z 2 1 7 0 m h z 频段。w c d m a ，c d m a2 0 0 0 利用 1 9 0 0 m h z 2 0 2 5 m h z ( 上行) ，1 1 0 m h z 2 1 7 0 m h z ( 下行) 频段。 ( 2 ) 采用双工模式 t d d ：适合于高密度用户地区，城市及近郊区的局部覆盖。无线传输技术不 需要成对频率。具有频谱安排灵活性，适合对称和不对称即语音和第三代移动通 信要求的移动数据( 或i p ) 业务，即提高了频谱利用率。t d s c d m a 采用t d d 模式。 f d d ：适合于大区域的全国系统，适合于对称业务如话音、交互式实时数据 业务等。w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 采用f d d 模式。 ( 3 ) 提高利用率技术 t d s c d m a 采用了空分多址( s d m a ) ，码分多址( c d m a ) ，频分多址 ( f d m a ) ，时分多址( t d m a ) 相结合的多址技术，采用智能天线，联合检测， 上行同步技术，消除扇区间( 玳t e r - c e l l ) 和扇区内( n 灯r a c e l l ) 的同信 道干扰( c c i ) ，多址干扰( m a j ) 和码间干扰( i s i ) 。缩短频率复用距离，提 高了频谱利用率，降低设备成本。w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 采用码分多址，频分多 址相结合的多址技术，采用智能天线导频符号辅助相干检测的多用户检测，上下 行同步技术，消除各种干扰，提高频谱利用率。 ( 4 ) 信道分配 3 g 系统采用的c d m a 技术中，用户间信息的交换都是占有共同信道，因此 不会采用f c a ，而是将d c a 和r c a 结合使用。t d s c d m a 中采用的d c a 分配方 式，可在空域、频域、时域和码域进行信道动态分配。根据实时测试的信道质量 选择空闲信道，这就保证了有效利用信道，提高网络的系统容量，同时也保证了 通信质量，但t d s c d m a 对设备的要求较高。 ( 5 ) 切换 在3 g 系统中软切换是c d m a 技术普遍采用的切换技术，对提高网络容量， 保证通信质量起着关键作用。 w c d m a ：扇区间采用软切换，小区间采用软切换，载频间采用硬件切换 w c d m a 的基站不需要同步，因此不需外部同步资源， c d m a 2 0 0 0 ：扇区间采用软切换，小区间也采用软切换，载频间采用硬切换， 基本信道的软切换类似于i s 9 5 的软切换与w c d m a 相近。 t d - s c d m a ：采用接力切换技术，它不同于传统的软切换和硬切换它可以 工作在同频和异频状态，利用已知的移动台用户位置( 采用用户定位业务) 。结 合切换算法和上行同步技术准确地将需切换的移动台切换到新的基站，大大提高 了系统质量。 7 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的m s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 3 g 系统中软切换最具有c d m a 的特点，c d m a 的信号结构也非常适合软切 换的执行。t d s c d m a 的接力切换是第三代中新的切换技术。三种主流方案的 切换技术都比第二代系统有明显的改善，提高了系统容量，保证了信道质量。 ( 6 ) 功率控制 3 g 系统中分布式功率控制应用很广泛，恒定接收功率控制应用于c d m a 系 统中，而t d s c d m a 系统则在继承第二代g s m 功率控制技术的基础上，主要是 智能天线的恒定接受功率控制方式。 功率控制技术包括前向和反向信道功率控制，重要的是反向信道功率控制。 二者都是采用快速功率控制技术。t d s c d m a 系统开环加慢速闭环功率控制， 速度反为( 0 2 0 ) b i t e ，s 。可见t d s c d m a 系统中由于采用t d m a 和c d m a 的结 合，所以功率控制速度较慢。显然t d s c d m a 系统中，要能以最快的速度达到 最好的同信道干扰控制，克服功率控制速度与性能之间无法同时兼顾的矛盾将是 t d s c d m a 今后发展的主要目标。 2 2 3t d s c d m a 的技术优势 相对于其它两种主流方案，t d s c d m a 技术的主要技术优势如下： ( 1 ) 频谱利用率高。由于t d s c d m a 采用了c d m a 和) m a 的多址技术， 使t d s c d m a 在传输中很容易设置一个上行和下行链路的转换点，来针对不同 类型的业务，类似于可根据交通的流量来控制“红绿灯”转换的时间闯隔。对于 像互联网这样的“不对称”传输业务，可使其转换“不对称”，而对于像语音这 样的”对称”传输业务，可以使其转换“对称”，这样，就使总的频谱效率更高。 ( 2 ) 支持多种通信接口。由于t d s c d m a 同时满足l u b ，a ，g b ，i u ，i u r 多种接口的要求，所以t d s c d m a 的基站子系统既可作为2 g 和2 5 gg s m 基站的 扩容，又可作为3 g 网中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和长远未来的发 展。 ( 3 ) 频谱灵活性强。由于1 d s c d m a 第三代移动通信系统频谱灵活性强， 仅需单一1 6 m 的频带就可提供速率达2 m 的3 g 业务需求，而且非常适合非对称业 务的传输。 ( 4 ) 系统性能稳定。由于t d s c d m a 收发在同一频段上，使上行链路和下 行链路的无线环境一致性很好，更适合使用新兴的“智能天线”技术：由于利用 了c d m a 和t d m a 结合的多址方式，更利于联合检测技术的采用，这些技术都能 减少了干扰，提高了系统的性能稳定性。 ( 5 ) 能与传统系统进行兼容。t d s c d m a 能够实现从现存的通信系统到下 一代移动通信系统的平滑过渡。支持现存的覆盖结构，信令协议可以后向兼容， 8 北京邮电大学硕士学位论文 基于s d l 的t d s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 网络不再需要引入新的呼叫模式。 ( 6 ) 支持高速移动通信。在t d s c d m a 系统中，基带数字信号处理技术是 基于智能天线和联合检测，其限制在设备基带数字信号处理能力和算法复杂性之 间的矛盾。该技术可以确保t d s c d m a 系统在移动速度为2 5 0 k m m 和u m r r s ( 3 g p p ) 移动环境下，可以正常工作。 ( 7 ) 系统设备成本低。由于t d s c d m a 上下行工作于同一频率，对称的电 波传播特性使之便于利用智能天线等新技术，也可达到降低成本的目的。设备成 本在无线基站方面，t d s c d m a 的设备成本至少比ir r rat d d 低3 0 。 ( 8 ) 支持与传统系统间的切换功能。t d s c d m a 技术支持多载波直接扩频 系统，可以再利用现有的框架设备，小区规划，操作系统，帐单系统等。在所有 环境下支持对称或不对称的数据速率。 在世界市场上，由于频率资源的日益紧张，在许多地区，要得到符合f d d 系统要求的成对的频率资源己经十分困难。这样，具有更高的频谱利用率，不需 要成对频谱的t d - s c d m a 系统的优势将日益显现。因此，t d s c d m a 也会大踏 步走向世界市场。此外t d s c d m a 能以比简单的g s m 网络扩容更低的费用改造 网络，不仅可解决频谱资源不足造成的容量问题，满足用户密集区的移动通信需 求，还可为最急需的用户提供第三代业务。同时，为今后全网进入第三代打下基 础。并且在第三代移动通信技术中，t d d 模式的无线传输技术在频谱灵活性、提 供不对称业务和低价格等方面的优势己被国际上认可。在诸多标准中起步较晚的 t d - s c d m a 系统已完成了其全球的首次呼叫。随后又进行了实时图像传输公开 演示，初步验证了t d s c d m a 系统的性能。正是由于这些突破性的进展，大大 增强了人们对t d s c d m a 系统的信心。所有这些都将确保t d s c d m a 技术在未 来的市场上将有强大的竞争能力。 2 3t d s c d m a 通信系统概述 2 3 1 t d s c d m a 技术的发展 中国作为3 g p p 组织成员之一，积极参与m i t 2 0 0 0 标准的制定工作。中国提 交并采用的t d s c d m a 属于c d m at d d 模式，这是中国在百年的通信史上第一 次制定了国际标准。对中国通信业来说，这是一个重大的突破。3 g p p 正在努力 建立一个统一的第三代移动通信技术标准而努力。 2 0 0 0 年5 月，在土耳其伊斯坦布尔召开的国际电联大会上，t d s c d m a 被国 际电联接纳为第三代移动通信系统标准之一，这标志着中国在移动通信技术领域 已经进入世界先进行列。2 0 0 2 年，在国家三部委( 发改委、信产部、科技部) 的 9 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的t d s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 支持下，在大唐的牵头推动下，由大唐、华为、中兴、中国普天、中电赛龙、联 想、华立、南方高科8 家企业共同发起的t d s c d m a 产业联盟正式成立。这是一 个基于国际标准下的，以实现相互间产业合作与配套为目的的企业联盟组织。经 过近几年的发展，联盟成员不断增加，几乎囊括了海信、夏新、波导、t c l 、海 天、展讯、t 3 g 、凯明等目前中国最具实力的通信企业。通过这些企业的运作， 还直接带动了西门子、阿尔卡特、爱立信、北电网络、三星电子、菲利浦、摩托 罗拉等国际通信巨头公司以不同形式加入到产业的发展中来。 在t d s c d m a 产业化进展方面，目前包括大唐移动在内的t d s c d m a 系统 设备开发的厂家有数l o 家，而且产品已经成熟，可提供商用。同时，终端芯片、 终端、智能天线、测试仪表等方面的厂商也不断涌现。国际电联在制定3 g 国际 标准时，为t d d 模式在全球划分了统一的频段，而目前全球作为移动通信t d d 模式应用的只有t d s c d m a ，这就为t d s c d m a 走出去提供了先天有利的条件。 国家组织的3 g 专项测试及大规模现场测试结果表明，t d s c d m a 设备的功能与 性能和理论设计相符，多厂家供货能力已经形成，产业链已经完备，完全能够满 足大规模商用的产业需求。 t d s c d m a 在产业基础、知识产权保护、技术验证、产品供货等关键环节 已经实现突破，具备了代表中国移动通信最高水准与国外企业一决高下的水平。 因为t d s c d m a 技术是中国提出的移动通信标准，所以，这项技术首先将在中 国实现商用。 可以预见，t d s c d m a 独立组网及其规模应用，不但将为我国移动通信业 的腾飞带来机会和希望，彻底改变我国在移动通信领域的竞争格局，极大地增强 国家的持续创新能力，而且将对整个世界移动通信业的发展和变革带来重要影 响。 2 3 2t d s c d m a 关键技术 t d s c d m a 标准之所以被国际电联接受的重要原因是t d s c d m a 除具备上 述节中讲述的技术特点外，还采用了以下的新技术： ( 1 ) 智能天线( s m a r ta n t e n 舱，s a ) ，随着信号处理技术迅速发展，数字 信号处理芯片的能力不断提高，在t d s c d m a 系统中，在不显著增加系统复杂 度，采用数字方法实现波束成型的智能天线将得到充分的应用。t d s c d m a 系 统中所用的智能天线通过各阵元信号的幅度和相位加权来改变阵列的方向图形 状，能够把主波束对准入射信号并自适应实时地跟踪信号，同时将零点对准干扰 信号，从而抑制干扰型号，提高信号的信噪比，改善整个通信系统的性能。另外， 智能天线引入了第4 维多址方式：空分多址( s d m a ) 方式。在相同时隙、相同 l o 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的m s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 频率或相同地址码情况下，仍可以根据信号不同的空间传播路径来区分用户。在 多个指向不同用户的并行波束控制下，可以显著降低用户信号彼此间的干扰，大 大提高系统频率利用效率。 ( 2 ) 同步c d m a 技术。同步c d m a 指上行链路各终端信号与基站解调器完 全同步，它通过软件及物理层设计实现，这样可是正交扩频码的各码道在解扩时 完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步c d m a 多址技术由于移动终端 发射的码道信号到达基站时间不同，造成码道非正交所带来的干扰，从而提高 c d m a 系统容量、简化硬件、降低成本。 ( 3 ) 联合检测( j o i n td e t 吐o n ) 联合检测是t d s c d m a 系统中使用的 又一重要技术。技术是在多用户检测( m u l t i u s 盯d e t e c t i m u d ) 技术基础上 提出的。该技术是减弱或消除多址干扰、多经干扰和远近效应的有效手段，能够 简化功率控制，降低功率控制精度，弥补正交扩频码互相关性不理想所能带来的 消极影响，从而改善系统性能、提高系统容量、增大小区覆盖范围。通过联合检 测，功率控制的复杂度可降低到类似于g s m 等常规无线移动系统，因此，检测 使频谱利用率得到提高，并使在基站和用户设备中的功率控制更加简单。 ( 4 ) 软件无线电( s o 舢咖它r a d i o ) 。软件无线电是近几年发展起来的技术， 它把许多以前需要硬件实现的功能用软件来实现，是利用数字信号处理软件实现 无线通信功能的一种技术，能在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，通过加 载不同的软件，可实现不同的业务性能。其优点是：1 ) 通过软件方式，灵活完 成硬件功能；2 ) 良好的灵活性及可编程性；3 ) 可代替昂贵的硬件电路，实现复 杂的功能；4 ) 对环境的适应性好，不会老化；5 ) 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。 ( 5 ) 接力切换( b a t o nh 锄d o v 盯) 。由于t d s c d m a 系统中智能天线的使 用，系统可得到移动台所在的位置信息。接力切换就是利用移动台的位置信息， 准确地将移动台切换到新的小区。接力切换避免了频繁的切换，大大提高了系统 容量。在切换时可根据系统需要，采用硬切换或软切换的机理。 接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。与软切换相比， 两者都有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。它们的 不同之处在于接力切换并不需要同时有多个基站为一个移动台提供服务，因而克 服了软切换需要占用的信道资源较多，信令复杂导致系统负荷加重，以及增加下 行链路干扰等缺点。与硬切换相比，两者都具有较高的资源利用率，较为简单的 算法，以及系统相对较轻的信令负荷等优点。不同之处在于接力切换断开原基站 和与目标基站建立通信链路几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换掉话率较 北京邮电大学硕士学位论文基于s d l 的t 阻s c d m a 确认传输模式的仿真测试的研究 高、切换成功率较低的缺点。接力切换的突出优点是切换高成功率和信道高利用 率。 ( 6 ) 低速率模式( l 0 wc h i p r a c c ) 。r d s c d m a 系统码片速率( c h i p r a t e ) 采用的是1 2 8 m h z ，为u 1 1 r a 佃d 码片速率的1 3 ，这有利于u r t a r 巾d 系统的 兼容。低的码片速率，在硬件上也容易实现，可大大降低成本。另外，1 2 8 m h z 码片速率的单个载频占用1 。6 m h z 的带宽，较之5 m h z 的u r t _ 坍d d 和 u r e a f d d ，由于占用带宽窄，在频谱安排上有着很大的灵活性。对于利用将来 要空置了的第二代频谱开展第三代业务，可有效地使用日益宝贵的频谱资源。 ( 7 ) 动态信道分配技术。1 d s c d m a 系统中动态信道分配技术一般包含慢 速动态信道分配( s i o wd c a ) 和快速动态信道分配( f h td c a ) 两个过程。慢速 动态信道分配技术主要用在上下行业务比例不对称情况下，调整各小区上下行时 隙比例使时隙的上下行传输能力和业务上下行负载的比例关系相匹配，以获得最 佳的频谱效率；快速动态信道分配技术为申请接入的用户分配满足要求的无线资 源，并根据系统状态对已分配的资源进行