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华东师范大学硕士学位论文 t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 2 0 1 0 sd i s s e r t a t i o nf o rm a s t e r d e g r e e u n i v i d ：1 0 2 6 9 s t u d e n ti d ：5 0 7 1 2 0 2 0 5 e a s tchin anor maluni v er s i t y r e s e a r c ho nt h eh a n d o v e r a l g o r i t h m so f h i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e si nt d s c d m a s y s t e m d e p a r t m e n t ：q 坐磐望望i 塑丛q 塾星塾g i 望曼皇i 塾g m a j o r ： i 塾i 丝跫塾亟s y 曼! 皇也 。 d i r e c t i o n ：m i t s u b i s h iw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s t u t o r ： a s s o c i a t ep r o f e s s o rm a om i n c a n d i d a t e ： 圣旦垦盟g 丛q 望g ：塑q 坠g m a y 2 0 1 0 华东师范大学硕士学位论文t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 华东师范大学学位论文原创性声明 f i i i i i iii l l l j l lii l li ii l l l f y 17 4 2 0 11 郑重声明：本人呈交的学位论文 耻弓洲能和印移嗡纵砀钆，是在华东师范大学攻读疆矽 博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表 示谢意。 作者签名： 纽亟盈：日期：加d 年婀功日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 一r 9 一罗m j q 伤m 倾荡阪留移系本人在华东师范大 学攻读学位期间在导师指导下完成的硕老博士( 请勾选) 学位论文，本论文的 研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用 此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学 位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查 阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进 行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理 复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文 ， 于年，月日解密，解密后适用上述授权。 ( 2 不保密，适用上述授权。 导师签名歪鱼窆本人签名基全盏鱼、 加o 年广月) 日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员镁审定 过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方 为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权) 。 华东师范大学硕士学位论文t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 郑塞塞硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 华东师范大学信息 郑正奇教授主席 学院通信工程系 华东师范大学信息 黄昶副教授 学院通信工程系 华东师范大学信息 刘锦高教授 学院通信工程系 华东师范大学硕士学位论文t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 论文摘要 t d s c d m a 是我国提出的第三代移动通信标准，也是目前国际三大主流3 g 标准之一。目前，t d s c d m a 在我国已经进入大规模商用阶段，发展前景十分 光明。在现实生活中，尤其是在大城市，由于地铁公交等各种交通工具的存在， 使得用户终端经常会在高速与低速中不断变换。这种频繁切换往往会导致用户在 使用手机时通信质量下降，严重时还会有掉话发生。只有解决这个问题，才能提 高t d s c d m a 网络质量，使其能在竞争激烈的通信市场占据主导地位。 分层小区结构的概念，简单地说，就是采用宏小区覆盖多个微小区，形成分 层结构。而分层小区切换算法就是网络布局采用分层小区结构，并根据用户终端 ( u e ) 移动速度，当u e 高速移动时，将其切换至宏小区；当u e 低速移动时， 将其切换至微小区。这样可以兼顾网络的容量与质量，提高网络性能。 本论文对分层小区切换算法的原理和实现过程进行了详细介绍。在该算法 中，如何确定u e 的移动速度，从而选择将其切换至对应的小区是算法的关键。 目前已有的判决方法有如下几种：根据u e 在小区中驻留的时间进行判定；或者 根据u e 在单位时间内发生的同层小区切换次数进行判定；或者根据单位时间内 最好信号质量的微小区基站的变换次数进行判定。这些方法都存在一定的局限 性，可能会导致速度判定的不准确性。本文的创新处在于在分层小区切换算法中 引入滑窗概念，计算一定时间内的滑窗中的有效切换事件数目，与设定的高速和 低速门限进行比较，从而实时判断用户终端当时的移动速度，并根据该移动速度 选择其对应的处理流程，将其切换至宏小区或微小区。为了验证算法，我们采用 了外场测试的方法，在世博园区内对算法的功能和性能进行了详细验证。测试结 果证明，采用滑窗机制的分层小区切换算法能够达到提高网络性能的要求。 关键词：t d s c d m a ，分层小区结构，滑窗机制，外场测试，世博场景 华东师范大学硕士学位论文t s c d m a 分层小区切换算法研究 a b s t r a c t t d - s c d m aw h i c hw a sp r o p o s e db yc h i n ai so n eo ft h et h r e em a i n s t r e a m3 坩m o b i l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d s c u r r e n t l y , t d - s c d m ai nc h i n ah a se n t e r e dap h a s eo f l a r g e - s c a l ec o m m e r c i a la n di th a sap r o m i s i n gf u t u r e i nr e a ll i f e ，e s p e c i a l l yi nl a r g e c i t i e s ，a st h ee x i s t i n go ft r a n s p o r t a t i o ns u c ha su n d e r g r o u n d ，l i eo f t e nc h a n g ei t s s p e e dt oh i 【g hs p e e do rl o ws p e e d s u c hc o n t i n u a l l yh a n d o v e ro f t e nl e a d st os e r i o u sd e c l i n ei n q u a l i t yo fc o m m u n i c a t i o nw h e nu s e ru s et h e i rm o b i l et e l e p h o n e ，s o m e t i m e sm a yt h ed r o p - c a l l h a p p e n si nb a dc o n d i t i o n o n l yb ya d d r e s s i n gt h i si s s u ei no r d e rt oi m p r o v et h eq u a l i t yo f t d s c d m an e t w o r k , i tc a nb ei nt h eh i g h l yc o m p e t i t i v ec o m m u n i c a t i o n sm a r k e td o m i n a n c e i nb r i e f , t h ec o n c e p to fh i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e si sm a c r o - c e l lo v e r r i d es e v e r a lm i c r o - c e l l s a n df o r mh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e t h eh a n d o v e ra l g o r i t h m so fh i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e su s e h i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e si nn e t w o r kt o p o l o g y , a n di tg i v e st h ev e r d i c tb yt h em o v e m e n tv e l o c i t y o fu e w h e nu em o v e sa th i g hs p e e d ，i tm a k e sah a n d o v e rt om a c r o - c e l la n dw h e nu em o v e s a tl o ws p e e d ，i tm a k e sah a n d o v e rt om i c r o - c e l l u s i n gt h i sm e t h o d ，i tc a ng i v ec o n s i d e r a t i o nt o b o t hn e t w o r kc a p a c i t ya n dq u a l i t y , a n di tc a ni m p r o v en e t w o r kp e r f o r m a n c e t h i sd i s c o u r s er e c o m m e n d st h e p r i n c i p l ea n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s so ft h e h a n d o v e ra l g o r i t h m so fh i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e si nd e t a i l i nt h ea l g o r i t h m ，h o wt od e t e r m i n et h e m o v e m e n tv e l o c i t ya n dh a n d o v e rl i et ot h eo p p o s i t ec e l li sak e yo ft h ea l g o r i t h m s a tp r e s e n t ， t h e r ea r es e v e r a ld e c i s i o nm e t h o d s ：j u d g e db yt h er e s i d e n c et i m eo fu ei nt h ec e l l ；o rj u d g e db y t i m e so fu eh a n d o v e rb e t w e e nc e l l sw i t ht h es a m el e v e li nu n i tt i m e ；o rj u d g e db y c h a n g et i m e so f t h em i c r o c e l lw i t hb e s ts i g n a lq u a l i t yi nu n i tt i m e t h e s em e t h o d sh a v es o m el i m i t a t i o n sw h i c h m a yc a u s ei n a c c u r a c yo ft h es p e e dj u d g e t h ei n n o v a t i o no ft h i sp a p e ri st h a tw el e a di nt h e c o n c e p to fs l i d ew i n d o wi n t o t h eh a n d o v e ra l g o r i t h m so fh i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e s w e c a l c u l a t e t h ev a l i dh a n d o v e re v e n tn u m b e rw i t h i nac e r t a i np e r i o do ft i m e ，a n dw e c o m p a r ei tw i t hal o c a t e dt h r e s h o l do fh i g hs p e e do rl o ws p e e da n dt h e nv e r d i c tt h e m o v e m e n ts p e e do fu e b a s e do ni t sm o v e m e n tv e l o c i t y , w ec h o o s et h eo p p o s i t ep r o c e s s i n g p r o c e d u r e s ，h a n d o v e rt h eu et ot h em a c r o - c e l lo rm i c r o - c e l l t ov a l i d a t et h ea l g o r i t h m , w e u s e dt h em e t h o do ff i e l dt e s ta n da m p l yt e s t e d t h ef u n c t i o na n dc a p a b i l i t yo ft h e a l g o r i t h mi nt h ee x p os i t e t h et e s tr e s u l t sp r o v et h a tt h eh a n d o v e ra l g o r i t h m so f h i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e su s e ds l i d ew i n d o wc a ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fn e t w o r k k e y w o r d ：t d s c d m a ，h i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e s ，s l i d ew i n d o w , f i e l dt e s t ， s c e n eo ft h ee x p os i t e 华东师范大学硕士学位论文 t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 目录 第一章绪论l 1 1 弓i 言1 1 2 第三代移动通信系统发展概况。l 1 3 本论文的主要研究工作及结构安排3 第二章t d s c d m a 系统简介5 2 1 t d s c d m a 系统特点一5 2 2t d - s c d m a 的物理信道。6 2 2 1 帧结构6 2 2 2 时隙结构7 2 3t d s c d m a 的网络结构8 2 3 1t d s c d m a 各单元接口描述9 2 4t d - s c d m a 的关键技术1o 第三章t d s c d m a 分层小区切换算法1 4 3 1t d s c d m a 的切换技术l4 3 2t d - s c d m a 的分层小区切换算法1 5 3 2 1h c s 网络的基本概念l6 3 2 2h c s 网络中的u e 移动状态2 0 3 3 算法实现2 5 3 3 1u e 移动状态判决实现2 5 3 3 2u e 移动状态的测量控制2 9 3 3 3 基于u e 移动状态的切换算法的实现3 0 3 4 算法评估标准3 3 第四章分层小区切换算法验证3 5 4 1 外场测试简介3 5 4 2 分层小区切换算法外场测试3 5 4 2 1 测试重点3 5 4 2 2 测试目的3 7 4 2 3 测试环境3 7 华东师范大学硕士学位论文t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 4 3 分层小区算法验证4 0 4 3 1 分层小区算法性能验证4 0 4 3 2 算法测试小结4 8 第五章结束语5 0 5 1 论文工作总结5 0 5 2 进一步的研究工作5 0 附录1 英文缩略语5 2 附录2 研究生阶段取得的成绩5 3 参考文献5 4 致谢5 6 华东师范大学硕士学位论文t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 第一章绪论 1 1 引言 1 9 7 8 年，美国贝尔实验室采用频分多址技术成功研制了先进的模拟移动电 话系统( a m p s ) ，建成了蜂窝式移动通信系统网。这是第一代移动通信系统，也 是模拟制式的蜂窝移动通信系统的开始。在该系统体制中，由于频率得到复用， 频率的使用效率得到了提高。第一代移动通信系统存在许多缺点，如频谱利用率 低，提供的移动业务种类有限，保密性差等【l 】。 为了解决模拟系统中存在的种种技术缺陷，第二代数字移动通信系统应运而 生，这就是以g s m 和i s 9 5 为代表的窄带数字移动通信系统。欧洲于2 0 实际 8 0 年代中期率先推出了全球数字移动通信网系统( g s m ) ，随后，美国和日本也 制定了各自的数字移动通信体制。g s m 通信网相对于第一代移动通信系统，优 点在于提高了频谱利用率、支持多种业务服务，并与i s d n 等兼容。但是，第二 代移动通信由于不能实现全球业务自动漫游、业务种类还不够丰富、数据速率比 较低，不能完全适应现代社会的全数字、多媒体等发展需要，使得国际电联开始 了第三代移动通信系统的研发和推动【2 1 。 国际电联( i t u ) 在1 9 8 5 年就提出了第三代移动通信系统，当时称为未来公 众陆地移动通信系统( f p l m t s ) ，后更名为i m t - 2 0 0 0 。工作在2 g h z 频段，最 高业务速率可达2 m b i t s 。i m t - 2 0 0 0 的主要体制有w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和 t d s c d m a 。其中，t d s c d m a 是我国自主提出的3 g 通信标准1 3 1 。 在t d s c d m a 系统中，切换成功率以及切换时延是网络质量验收的重要指 标之一。而在现代生活中，由于各种交通工具的存在，使得无线通信环境日益复 杂化。在这种情况下，用户终端的移动速率常常会改变，导致频繁切换，从而影 响业务质量，出现掉话和数据丢失，影响用户正常使用。针对这一现状，本文通 过对t d s c d m a 分层小区切换算法的研究，试图给出一种简单实用的解决方案。 1 2 第三代移动通信系统发展概况 1 9 9 9 年，在火爆的移动通信领域，世界目光的焦点是3 g 标准，在各方努力 下，3 g 的无线接口技术标准趋于融合。在技术融合的推动下，同年1 1 月初，国 际电联终于确定了一个全球统一的无线接口标准叫m t 2 0 0 0 。 3 g 标准制定的过程并不顺利，代表不同利益的各标准化组织围绕最终以谁 的技术作为全球标准展开了激烈的纷争。纷争的焦点主要集中在以爱立信为首的 华东师范大学硕士学位论文t d s c d m a 分层小区切换算法研究 欧洲w c d m a 技术和以高通为代表的c d m a2 0 0 0 技术之间。在1 9 9 9 年，无线 接口技术的融合迈出了关键性的步伐，一系列的重要事件将第三代移动通信系统 标准推向现实。表1 1 是第三代移动通信标准的发展t i 蕾；, , a t 4 1 。 1 9 9 9 年3 月i t u r t g 8 1 第1 6 次会议在巴西召开，此次会议确定了第三代移 动通信技术的大格局。i m t - 2 0 0 0 地面无线接口被分为两大组，即 c d m a 与t d m a 。会后不久，爱立信与高通达成专利互用许可协 议。 1 9 9 9 年5 月在国际运营者组织多伦会议上，3 0 多家世界主要无线运营商以及 1 0 多家设备厂商针对c d m af d d 技术达成了融合协议。 1 9 9 9 年6 月i t u r t g 8 1 第1 7 次会议在北京召开，这次会议不仅全面确定了 第三代移动通信无线接口最终规范的详细框架，而且在进一步推 动c d m a 技术融合方面取得了重大成果。 1 9 9 9 年l o 月i t u rt g 8 1 最后一次会议最终完成第三代移动通信无线接口标 准的制定工作。 2 0 0 0 年i t u 完成第三代移动通信网络部分标准的制定。 2 0 0 1 年各个制式的协议相继完成样机设计。 2 0 0 2 年进行现场试验。 表1 1 第三代移动通信标准发展情况 在3 g 系统所要实现的目标中，最核心的问题是要高效地提供不同环境下的 多媒体业务并实现包含水、陆、空的全球覆盖。因此，它要求实现多种网络的综 合：无线网与无线网的综合：移动网与固定网的综合；陆地网与卫星网的综合等， 它又要能适应多种业务环境，且与第二代移动通信系统兼容，以便于平滑升级。 对于通信终端而言，它面对的是多种网络的综合系统，因此需要实现多频多模式 终端。 为满足未来业务的需求，相对于现有的移动通信系统，3 g 系统应具有下列 功能： ( 1 ) 提供更大的通信容量和覆盖范围。 ( 2 ) 具有可变的高速数据率。 ( 3 ) 同时提供高速电路交换和分组交换业务。 华东师范大学硕士学位论文 t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 ( 4 ) 具有高的频谱利用率。 除上述外，3 g 系统还有许多其他的优点，如提供更加可靠的信道编码、灵 活配置的传输信道和逻辑信道、支持多种语音编码方案、为用户提供更为灵活的 接入服务等。此外，3 g 系统还继承了容易通过使用软件无线电实现窄带c d m a 系统、语音质量高、手机功率小等优点。 i m t - 2 0 0 0 - 一个主要标准中的t d s c d m a ( 时分一同步码分多址接入) 标准， 是中国无线通信标准化组织( c w t s ) 提出并得至u i t u 通过的3 g 无线通信标准。 t d - s c d m a 系统特别适合用于城市人口密集区提供高密度大容量话音、数字和多媒 体业务。系统可以单独运营，也可以与其他无线接入技术配合使用。目前 + t d s c d m a 在我国已经进入商用阶段。由于具有我国自主的知识产权，在网络 规划、系统设计、工程建设以及为国内运营商提供长期技术支持和技术服务等方 面带来方便，建设t d 网络可大大节省系统建设投资和运营成本。随着技术的发 展以及软硬件建设的不断提高，t d s c d m a 必将会有更美好的明天。 1 3 本论文的主要研究工作及结构安排 在人口密集的热点地区，受高层建筑和交通工具的影响，t d 网络会出现一 些“盲点”和“热点”，造成业务质量下降，影响用户的正常使用。为了解决上 述问题，可采用小区分层结构( h i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e ，h c s ) 引入层之间的优 先级，优先级低的层提供覆盖，而优先级高的层提供容量，即室外覆盖可以考虑 使用微小区作为宏小区的补充，即通过宏小区满足大部分区域的覆盖和容量，微 小区来对部分区域“补盲”和“补热”。 随着t d s c d m a 网络规模的逐步加大，在t d 网络中应用分层小区技术显得 越来越迫切。本文从h c s 基本概念出发，对h c s 算法的原理及实现进行由浅人深 的分析和研究，为运营商在t d 网络中引入h c s 技术提供有益的参考。 本文的创新处在于在h c s 算法中引入滑窗概念，实时判断用户终端当时的移 动速度，并根据该移动速度选择其对应的处理流程，将其切换至宏小区或微小区。 此外，本文还通过外场真实环境的测试，设计相应测试用例，对算法的可用性进 行了详细的验证。 本论文结构如下： 第一章，介绍了3 g 的发展概况，叙述了课题的研究背景及其意义，并介绍了 本文的内容，结构以及创新点； 华东师范大学硕士学位论文 t d s c d m a 分层小区切换算法研究 第二章，介绍了t d s c d m a 系统的一些基本概念和结构，以及所采用的关键 技术； 第三章，详细介绍了分层小区算法，并对现有算法进行改良； 第四章，对分层小区算法进行外场测试验证，设计测试用例构建不同测试场景， 完成功能测试和性能测试，并对测试结果进行分析； 第五章，进行全文总结并提出今后的研究工作。 华东师范大学硕士学位论文t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 第二章t d s c d m a 系统简介 2 1t d s c d m a 系统特点 t d s c d m a 的多址接入方案是直接序列扩频码分多址( d s c d m a ) ，码片 速率为1 2 8 m c p s ，扩频带宽约为1 6 瑚z ，采用不需配对频率的t d d ( 时分双工) 工 作方式。它的下行( 前向链路) 和上行( 反向链路) 的信息是在同一载频的不同时隙 上进行传送的。 在t d s c d m a 系统中，其多址接入方式上除具有d s - c d m a 特性外，还具有 t d m a 的特点。因此t d s c d m a 的接入方式也可以表示为t d m a c d m a 。 t d s c d m a 的基本物理信道特性由频率、码和时隙决定。其帧结构将1 0 m s 的无线帧分成2 个5 m s 子帧，每个子帧中有7 个常规时隙和3 个特殊时隙。 信道的信息速率与符号速率有关，符号速率由1 2 8 m c p s 的码速率和扩频因 子所决定到上下行的扩频因子在1 至1 1 6 之间，因此各自调制符号速率的变化范围 为8 0 o k 符号秒一1 2 8 m 符号秒【5 1 。 t d s c d m a 是一种t d d 模式技术，比起f d d 来说更适用于上下行不对称的业 务环境，是f d m a 、t d m a 和c d m a 技术的灵活结合，同时采用了先进的智能天 线( s m a r ta n t e n n a ) 技术，充分利用了t d d 上下行链路在同一频率上工作的优势， 这样可大大增加系统容量、降低发射功率、更好地克服无线传播中遇到的多径衰 落问题；另外在t d s c d m a 中还用到了联合检测、动态信道分配、同步等技术， 这使得系统在性能上有了较大程度的提高。 t d d 技术对频谱资源的利用也要比f d d 系统更为灵活。f d d 系统的上下行信 道要同时占用相同的带宽( 如w c d m a ，其上下行各需5 m 的带宽) ，而且上下行 之间需要有几十兆赫兹的频率间隔作为保护。而目前移动通信系统面临的一个重 大的问题就是频谱资源的极度紧张，在这种条件下，要找到符合要求的对称频段 是非常困难的。而t d s c d m a 系统采用t d d 模式，在频谱利用上可以作到见 缝插针，只要有一个载波的频段就可以使用，从而能够灵活有效的利用现有的 频率资源在同等频带宽度下，由于t d s c d m a 系统是多时隙结构，并且理论上 能工作在满码道情况下，小区的容量将大于f d d 系统。同时t i m 系统可以根据业 务的具体要求，灵活的分配时隙和码道，而f d d 系统只能通过调整码道的分配来 适应不对称业务的需求，因而，t d s c d m a 系统更容易满足不对称业务的需要。 在系统组网方面，由于3 g p p 在制定第三代标准时己充分考虑了己有的第二代网 络的投资，因此t d s c d m a 系统将尽量与3 g p p $ 1 定的第三代标准在高层取得一 华东师范大学硕士学位论文 t d s c d m a 分层小区切换算法研究 致，以更好地实现第二代网络向第三代网络的演进与过渡。中国提出的 t d s c d m a 技术，在技术上被公认有明显优势。根据此标准所开发的设备可以 达到提供高频谱利用率、灵活和低成本的目标，在市场上将具有很强的竞争能力 【6 】 o 2 2t d s c d m a 的物理信道 t d s c d m a 系统的物理信道采用4 层结构：系统帧号、无线帧、子帧、时 隙码。依据资源分配方案的不同，子帧或时隙码的配置结构可能有所不同。系 统使用时隙和扩频码来在时域和码域上区别不同的用户信号7 1 。物理层的层次结 构如图2 1 所示。 无线帧( 1 0 m s ) 图2 1 物理信道结构 2 2 1 帧结构 3 g p p 定义的一个t d m a 帧长度为1 0 m s 。t d s c d m a 系统为了实现快速功 率控制和定时提前校准以及对一些新技术的支持( 如智能天线) ，将一个1 0 m s 的帧分成两个结构完全相同的字帧，每个字帧的时长为5 m s 。系统的子帧结构如 图2 2 所示。 每个5 m s 的子帧由3 个特殊时隙和7 个常规时隙( t s 0 t s 6 ) 组成。常规时 隙用作传送用户数据或控制信息。在这7 个常规时隙中，t s 0 总是固定地用作下 行时隙来发送系统广播信息，而t s l 总是固定用作上行时隙。其他的常规时隙 可以根据需要灵活地配置成上行和下行，以实现不对称业务的传输，如分组数据。 华东师范大学硕士学位论文t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 每一个子帧总是从t s 0 开始。用作上行链路的时隙和用作下行链路的时隙之间 由一个转换点( s w i t c hp o i n t ) 分开。每个5 m s 的子帧有两个转换点，第一个转 换点固定在t s 0 结束处，而第二个转换点则取决于小区上、下时隙的配置，可 位于t s i t s 6 结束处【8 】o 子帧5 m s 1 1 , 0 4 u u c l u p ) 7 转哕 。 t s o 豳t s t s 2t s 3t s 4t s 5t s 6 图2 2 系统子帧结构 2 2 2 时隙结构 时隙结构也就是突发的结构。t d s c d m a 系统共定义了4 种时隙类型，它 们是d w p t s 、u p p t s 、g p 和t s 肚t s 6 。其中d w p t s 和u p p t s 分别用作上行同 步和下行同步，不承载用户数据，g p 用作上行同步建立过程中的传播时延保护， t s 0 t s 6 用于承载用户数据或控制信息。 d w p t s 时隙 d w p t s 时隙用来发送下行同步码( s y n cd l ) ，其时隙长度为9 6 c h i p ，其 中同步码长度为6 4 c h i p ，前面有3 2 c h i p 用作t s 0 时隙的拖尾保护( 见图2 3 ) 。 n o d e b 必须在每一个小区的d w p t s 时隙发送下行同步码。不同的下行同步码标 识了不同的小区，其发送功率必须保证全方向覆盖整个小区。按物理信道来划分， 发送下行同步码的信道也叫做下行同步信道( d 、p c h ) 。在d w p t s 时隙没有码 分复用，也就是说，该时隙仅有一个物理信道d w p c h 。 i 7 。p o 7 ig p ( 3 2 c h i p )s y n c _ d l ( 6 4 c h i p ) 图2 3d w p t s 的突发结构 华东师范大学硕士学位论文 t d s c d m a 分层小区切换算法研究 u p p t s 时隙 u p p t s 时隙被u e 用来发送上行同步码( s y n c u l ) ，以建立和n o d e b 的 上行同步。u p p t s 时隙长度为1 6 0 c h i p ，其中同步码长为1 2 8 c h i p ，另有3 2 c h i p 用作拖尾保护( 见图2 4 ) 。多个u e 可以在同一时刻发起上行同步建立。n o d e b 可以在同一子帧的u p p t s 时隙识别多达8 个不同的上行同步码。按物理信道划 分，用于上行同步建立的信道也叫做上行同步信道( u p p c h ) 。一个小区中最多 可有8 个u p p c h 同时存在。 125zs。 s y n c _ d l ( 1 2 8 c h i p ) g p ( 3 2 c h i p ) 图2 4u p p t s 的突发结构 t s 0 t s 6 时隙 t s 0 - , t s 6 共7 个常规时隙被用作用户数据或控制信息的传输，它们具有完全 相同的时隙结构。每个时隙被分成了4 个域：两个数据域、一个训练数据域 ( m i d a m b l e ) 和一个用作时隙保护的空域( g p ) 。 图2 5 常规时隙结构 2 3t d s c d m a 的网络结构 t d s c d m a 系统由核心网( c n ) ，u m t s 陆地无线接入网( u t r a n ) 和用 户设备( u e ) 三部分组成。c n 和u t r a n 之间的接口称为i u 口，u t r a n 和 u e 之间的接口称为u u 接口。见图2 6 。 其中，u t r a n 由若干个通过i u 接口连接到c n 的无线网络子系统( r n s ) 组成。每一个r n s 包含一个无线网络控制器( r n c ) 和一个或多个节点b ( n o d e b ) ，而n o d e b 通过i u b 口与r n c 相连。在u t r a n 内部，r n c 之间通 华东师范大学硕士学位论文t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 过i u r 接口进行信息交互。每个r n s 管理一组小区资源。u t r a n 内部结构见图 2 7 。 l i c n i t 。j 塞i - l i u t r a n tt 。士涟i - - 1 v u 以h u e 图2 6t d - s c d m a 网络结构 图2 7u t r a n 内部结构 2 3 1t d s c d m a 各单元接口描述 i u 口 华东师范大学硕士学位论文 t d s c d m a 分层小区切换算法研究 u t r a n 与c n 之间的接口为i u 口。连接到核心网电路交换( c s ) 域的i u 接口称为i u c s ，连接到分组交换( p s ) 域的i u 口称为i u p s ，连接到广播( b c ) 域的称为i u b c 。 i u 接口主要支持的功能为：无限接入承载的建立、维护和释放过程；系统内切换、 系统间切换和s r n s 重定位过程；小区广播服务等。 l u b 口 在u t r a n 中，r n c 和n o d e b 之间的逻辑接口叫做i u b 口。i u b 口的主要功 能为：系统信息管理；n o d e b 的逻辑操作维护；n o d e b 硬件资源的处理；i u b 传 输资源的管理；公共信道的管理；定时和同步管理；专用信道的管理等。 i u r 口 u t r a n 内任意两个r n c 之间的逻辑连接被称作i u r 接口，它被用来传送 r n c 之间的控制信令和用户数据。其主要功能为：传输嘲络的管理；公共传输 信道的业务管理；专用传输信道的业务管理；下行共享传输信道的业务管理和 t d d 上行共享传输信道的业务管理；公共和专用测量对象的测量报告。 u u 口 u t r a n 与u e 之间的接口称为u u 口，也叫做无线接口或空中接口，简称 空口。u u 口按功能和任务，可以分成物理层( 层一) 、数据链路层( 层二) 和网 络层( 层三) 。其中层二又分为媒体接入控制、无线链路控制、分组数据会聚协 议和广播多播控制等4 个子层。 2 4t d s c d m a 的关键技术 t d c s d m a 作为中国提出的第三代移动通信标准，其关键技术有智能灭线 结束、联合检测技术、同步技术、功率控制技术、接力切换技术和动态信道分配 技术等。下面将对这些技术一一介绍。 智能天线技术 智能天线技术的核心是自适应天线波束缚形技术，将该技术运用在移动通信 中将会大大降低系统内部的干扰，提高系统的容量。智能天线可将无线电的信号 导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁 瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并删除或抑制干扰 信号的目的。同时，利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技 华东师范大学硕士学位论文t d - s c d m a 分层小区切换算法研究 术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不互相干扰。使无线电频谱的利 用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可提高 服务质量，提升网络容量。智能天线可以为每一个方位的用户提供较高的增益， 降低用户间的干扰。它使通信资源不再局限于时间域( 田) m a ) 、频率域( f d m a ) 或码域( c d m a ) ，并使其拓展到了空间域，即空分多址( s c d m a ) 9 1 。 联合检测技术 联合检测技术是多用户检测技术的一种。在t d c s d m a 系统中结合了系统 的特点、利用了训练码的冲激响应计算结果和智能天线的算法结果，根据系统生 成矩阵，在一步之内通过矩阵算法分离了互相之间存在干扰的用户信号。所以， 联合检测技术和智能天线无疑会给整个系统的容量带来质的提高【m 】。 c d m a 系统中的主要干扰是同频干扰，它可以分成两部分，一种是小区内 干扰，指的是同小区内部其他用户信号造成的干扰，又称多址干扰( m a i ) ；另 一种是小区间干扰，指的是其他同频小区信号的干扰，这种干扰可以通过合理的 小区配置来减小其影响。 传统的c d m a 系统信号分离方法是把多址干扰( m a i ) 看做热噪声一样的 干扰，导致信噪比严重恶化，系统性能和容量也随之下降。这种将单个用户的信 号分离看作是各自独立的过程的信号分离技术称为单用户检测。 由于m 砧中包含许多先验的信息，如确知的用户信道码，各用户的信道估 计等，因此m a i 不应该被当作噪声处理，它可以被利用起来以提高信号分离方 法的准确性。这样充分利用m a i 中的先验信息而将所有用户信号的分离看作一 个统一的过程的信号分离方法称为多用户检测技术。联合检测是多用户检测的一 种。 同步技术 1 、下行同步 移动台接入系统的第一步是获得与当前小区的同步。该过程是通过捕获小区 下行同步时隙d w p t s 的s y n cd l 来实现的。 2 、上行同步 上行链路同步是u e 发起的一个业务呼叫前必须的过程，如果u e 仅驻留在 某小区而没有呼叫业务时，l i e 不用启动上行同步过程。 t d c s d m a 系统对上行同步定时有着严格要求，不同用户的数据都要以基 站的时间为准，在规定的时刻达到n o d e b 。步进调整的时间精度为1 s c h i p ，对 华东师范大学硕士学位论文 t d s c d m a 分层