（信号与信息处理专业论文）scdma系统与3g+fdd系统共存干扰研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文摘要 s c d m a 系统与3 gf d d 系统共存干扰研究 摘要 2 0 0 2 年l o 月我国对3 g 系统频率使用进行了规划，根据此规划方案， s c d m a 系统和3 gf d d 系统( 包括w c d m a 系统和c d m a 2 0 0 0 系统) 将在多 个频点处邻频共存。由于发射机和接收机的不完善性，共存的两个系统 会产生相互干扰，造成链路质量下降和系统容量降低。为此在2 0 0 4 年 1 1 月召开的c c s a t c 5 一w g 卜s w g l 会议上，决定对s c d m a 系统与3 gf d d 系统的共存问题进行立项研究。 首先，本文介绍了干扰研究的背景和论文的研究内容，即s c d m a 系 统基站和移动台对3 gf d d 系统基站的干扰问题。本文只研究语音业务， 系统均采用宏蜂窝结构。下面分别介绍了w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、s c d m a 三个 系统的基本特点，其中主要详细说明了s c d m a 系统的网络结构和几项关 键技术。 其次，说明了产生干扰的原因，是发射机和接收机特性两方面的不 完善造成的。干扰的计算有两种方法：最小耦合损耗计算方法和m o n t e c a r l o 仿真方法。通过最小耦合损耗计算方法，初步得到了s c d m a 系统 与c d m a 系统共存所需要的额外隔离a c i r 值。由于最小耦合损耗计算方 法研究的是在最坏情况下邻信道干扰的大小，所以结果对额外隔离的要 求比较苛刻。m o n t ec a r l o 仿真方法是本文所采取的仿真方法，在后面 的章节中具体阐述了仿真的步骤和干扰分析假设条件。仿真的步骤采用 静态抓拍( s n a p s h o t ) 法，重复多次结果取平均。分析假设条件中包括了 系统的网络结构、参数、传播模型、智能天线模型、功率控制过程和容 量准则几个部分。 最后，提供了m o n t ec a r l o 仿真方法的仿真结果和相应的干扰解决 方案。通过仿真得到的s c d m a 系统与3 gf d d 系统间需要隔离的a c i r 值 比最小耦合损耗计算方法得到的结果要小一些，也更接近实际情况。由 于s c d m a 系统与3 gf d d 系统上行所使用的频段紧邻，s c d m a 系统基站对 3 gf d d 系统基站的干扰是比较严重的，需要采取额外的保护措施才能达 北京邮电大学硕士学位论文 摘要 到共存要求。干扰的保护措施包括保护带隔离、增加滤波器、空间隔离、 调整天线的安装等方法，实际应用环境中可根据实际情况采用多种方法 相结合。 关键词：干扰功率基站移动台 n 北京邮电大学博士学位论文英文摘要 t h ec o e s t e n c ea n di n t e r f e r e n c eb e t w e e n s c d m a a n d3 gf d ds y s t e m a b s t r a c t o u rc o u n t r vd i s t r i b u t e dt h ef r e q u e n c yo f3 gi no c t o b e r2 0 0 2 a c c o r d i n g t ot h i sp r o j e c t ，s c d m as y s t e ma n d3 g f d ds y s t e m ( w c d m a s y s t e ma n d c d m a 2 0 0 0s y s t e m ) w i l ln e a ra ts e v e r a lp o i n t so ff r e q u e n c y b e c a u s eo ft h e f a u l t i n e s so ft r a n s m i t t e r sa n df e c e i v e r s ，c o e x i s t e n t s y s t e m s w i l l b r i n g i n t e r f e r e n c et oe ac ho t h e r ，a n dm a k et h er e d u c t i o no f1 i n k sq u a l i t va n d s y s t e m sc a p a c i t y s oi n v e l b e r2 0 0 4 ，c c s a i 5 w g l s w g ld e c i d e d t ob e 西nt os t u d yt h ec o n c o l n i t a n c eb e 押e e ns c d m a s v s t e m 卸d3 g f i ) d s y s t e m f i r s c l ) li nt h i sp a p e r w ei n t r o d u c et h eb a c k g r o u n da n dt h ec o n t e n to ft h e i n t e r f e f e n c es t u i i v 。i n c l u d e ss c d m ab a s e si n t e r f e r e3 gf d db a s e sa n d s c d m at e m i n a l si n t e r f e r e3 gf d db a s e s w 色o n l vs t u d vv o i c eo p e r a t i o ni n m a c r o c e l l u l a rs c e n a r i o t h e nw ed r e s e n tt h ee s s e n t i a lc h a r a c t e f i s t i co f w c d m as y s t e m ，c d m a 2 0 0 0s v s t e ma n ds c d m a s y s t e m ，s p e c i a l l vt h e n e t w o r kc o n f i g u r a t i o na n dm a i nt e c h n i q u eo fs c d m as v s t e m s e c o n d l y ，w ee x p l a i nt h er e a s o no ft h ei n t e r f e r e n c ei st h ef a t l l t i n e s so f t r a n s m i t t e r sa n dr e c e i v e r s 1 、v 色u s et w om e t h o d st oc a l c u l a t et h ei n t e r f e r e n c e o n ei sm i n i m u mc o u p l i n gl o s sm e t h o d ，t h eo t h e ri sm o n t ec a r l om e t h o d u s i n gm i n i m u mc o u p l i n gl o s sm e t h o d ，w eg e tt h en e e d e da c i rb e t w e e n s c d m as v s t e ma n dc d m as v s t e m t h er e s u l ti ss t f i c tb e c a u s et h e c a l c u l a t i o ni sb a s e do nt h ew o r s ts i t u a t i o n m o n t ec a r l om e t h o di st h em a i n m e t h o di n t h i sp a p e r ，w ei n t r o d u c et h ep r o c e s sa n ds u p p o i t i o ni nt h el a t e r c h a p t e r s w ec i r c u l a t em a n ys n a p s h o t sf og e tt h ef i n a lr e s u l t t h es u p p o s i t i o n i sc o m p o s e do fm es y s t e md 印l o y m e n t ，s y s t e mp a r a m e t e t s ，p r o p a g a t i o n m o d e l ，s m a r ta n t e n n am o d e l ，p o w e rc o n t r o la n dc a p a c i t yr u l e f 主n a l l y ，t h es i i n u l a t i o nr e s u l t sa n dr e 刚u t i o ns u g g e s t i o n sa r es u p p l i e d u l 北京邮电大学博士学位论文 英文摘要 1 1 1 er e s u l to fm o n t ec a r l om e t h o dl sb e t t e rt h a nm i n i m u mc o u p l i n gl o s s m e t h o d ，a n da l s om u c ha p p r o a c ht h ep r a c t i c e a sar e s u l to ft h ef r e q u e n c yo f s c d m a s y s t e mi sv e r yn e a rt ou p l i n ko f3 gf d ds y s t e m ，t h ei n t e r f e r e n c e f r o ms c d m ab a s e st o3 gf d db a s e si s r e l a t i v e l yg r e a c ，w en e e dt oa d o p t s o m em e a s u r e st o k e 印c o e x i s t e n c e t 1 l er e s 0 1 u t i o ns u g g e s t i o n sc o m p r i s e p r o t e c t i o nf r e q u e n c y ，u s i n gf i l t e r ，d i s t a n c es e p a r a t i o na n dt h ea d j u s t m e n to f a n t e n n a w 色c a nc o m b i n es e v e r a lm e t h o d st o g e t h e rt od e c r e a s ei n t e e r e n c e i np f a c t i c e k e y w o r d s ：i n t e 疵r e n c e ，p o w e r ，b a s e ，t e 姗i n a l i v 独创性说明 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：互鸯铭 日期： 血：苎：1 2 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_ 一丝是 f | 期：地：互 导师签名：望塑 r 期：j 照l l 丑一 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 研究背景及研究内容 1 1 1 研究背景 第一章概述 在c d m a 移动通信系统中有频分双工f d d 和时分双工t i m 两种接入模式，这 两种模式在第三代移动通信i m t 2 0 0 0 系统中，均已被采用，采用f d d 模式的有 c d m a 2 0 0 0 和w c d m a ，采用t d d 模式的有欧洲的u 认t d c d m a 和中国的 t d s c d m a 。在h ) d 模式中，利用不同的频段频率来区分上下行，在t d d 中，使 用同一个频段频率，上、下行用不同的时隙来区分。故h ) d 需要对称频段，适用于 对称业务；t d d 模式通过时隙区分上、下行，可以灵活地调整资源在上、下行之间 的分配，同时t 1 ) d 也便于使用联合检测和智能天线等先进技术，提高频谱效率。 根据信息产业部无线电管理局的频率分配建议，将1 9 2 0 1 9 8 0 m h z 2 1 l o 2 1 7 0 z 频段作为f d d 的主要使用频段，1 7 5 5 1 7 8 5 m h z 1 8 5 0 1 8 8 0 姗z 频段作为f d d 的补充工作频段，由w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 共享；1 8 8 0 1 9 2 0 糊z 2 0 1 0 _ 2 0 2 5 m h z 频段作 为t d d 的主要使用频段，2 3 0 0 2 4 0 0 m h z 频段作为t d d 的补充工作频段。1 7 8 5 1 8 0 5 洲z 频段是s c d m a 的工作频段，这样在1 7 8 5 删z 频段附近就存在w c d m a 、c d m 2 0 0 0 和s c d m a 三种不同体制，频谱分配如图卜1 所示。 d c s ，s o o f l 。f is c n m a ：jn c s ，s o o l l 阳n l | n 。蹦s 1 7 l o1 7 5 5 1 7 8 5 1 8 0 51 8 5 01 8 8 01 9 1 9 2 0 m 毗 图1 1 邻频干扰共存示意图 1 1 2 研究内窑 3 gf d d 方式与s c d m a 系统工作在不同频率，其中3 g 上行频率和s c d m a 频率相邻。 s c d m a 与3 g 下行频率相差很远，并且3 g 基站的下行频段抗干扰能力远大与上行频段， 而3 g 手机与s c d m a 基站之间的距离通常会大于3 g 基站与s c d m a 基站之间的距离。 本文主要考虑s c d m a 系统对3 gf d d 系统基站的干扰，和3 gf d d 系统移动台对s c d m a 基站的干扰。 考虑到实际系统多采用三扇区结构，因此建议对下列4 种情况进行研究，即： 1 全向结构宏小区( m a c r o ) ：s c d m a 移动台对3 gf d d 系统基站的干扰； 2 全向结构宏小区( m a c r o ) ：s c d m a 基站对3 gf d d 系统基站的干扰； 3 全向结构宏小区( m a c r o ) ：3 gf d d 系统移动台对s c 硼a 基站的干扰； 7 北京邮电大学硕士学位论文 4 三扇区结构宏小区( m a c r o ) ：s c d m a 移动台对3 gf d d 系统基站的干扰； 5 三扇区结构宏小区( m a c r o ) ：s c d 姒基站对3 gf d d 系统基站的干扰； 6 三扇区结构宏小区( c r o ) ：3 gf 叻系统移动台对s c d 姒基站的干扰： 研究内容只考虑话音业务，主要以小区半径为5 7 7 米的典型宏蜂窝基站作为研究 重点，并将以不同系统基站间的距离分三种情况( 即干扰系统和被干扰系统的基站 共站址、两系统基站间距为小区半径的一半、所有受扰基站位于干扰系统的小区边 缘) 进行研究。 1 2w c d m a 系统简介 1 2 1 主要技术特点 图1 2 三种情况下的网络布置图 一 信息社会的到来对通信手段提出了越来越高的要求，w c d m a 是应运而生的全新 第三代移动通信系统方案，与前两代系统相比有较多的优点，主要概括为以下几个方 面： 1 比第二代移动通信系统有更好的性能。包括更大的系统容量和更大的覆盖区域， 且可以从第二代系统逐步演进。 8 t 。y 0r_r，r。，、， ，_r一，1、 ，_，+-、，。， _ _ _ 。 _ 一 _ 北京邮电大学硕士学位论文 w c d m a 由于自身的带宽较宽，因而由多径效应引起的信号衰落较小，上下行链路 发射时分复用导频信号，从而实现相干解调，能大幅度提高链路容量。w c d m a 中采用 快速功率控制技术，使发射机的发射功率总是处于最小的水平，从而减少了多址干 扰。另外，在下行链路发送用户专用导频信号而不是公共导频信号，能使下行链路使 用自适应天线成为可能，从而减少小区的多用户干扰，这些技术都提高了系统容量， 对一般话音服务，系统容量至少提高两倍。 2 提供更加灵活的服务。包括支持更宽范围的服务，最高可支持2 f b i t s 的高速数 据业务：支持一条连接上传输多条并行业务：支持高速率的分组接入。 w c d m a 最重要的一个特点是功率对用户来说是共享资源。在下行链路上，基站中 码分复用的用户分享总的功率，上行链路中，基站有一个最大干扰容限，这个功率在 小区中产生干扰的移动台之间分配。共享功率使w c d m a 能灵活地处理具有不同速率 的业务。当数据速率变化时，无须对码字、时隙等重新分配，也即无须重新分配物理 信道，只要调整功率分配即可保证业务传输质量不受影响。w c d m a 中使用正交变扩频 增益扩频码( o v s f ) ，这种码字保证了下行链路不同屑户信道或同一用户不同业务信 道的正交性，对于不同的数据速率，这种正交性仍然存在。这一措施也保证了w c d m a 适应多种业务的要求。 w c d m a 方案中采用了对不同q o s 要求的业务进行不同的信道编码的策略。标准 业务仅采用卷积编码，高质量业务在卷积编码的基础上增加r s 编码或采用t u r b oc o d e 的编码方法，而对特定业务则在第一层不采用纠错编码而完全由高层来采取差错控 制，这样处理的结果使得各种业务变化为同一种数据。 此外，w c d 】i i a 中电路和分组交换业务能以创新方式在同一信道组合，使一个终端 能处理多项业务。带宽不同的电路和分组交换业务可自由组合，同时向同一个用户投 送。 3 采用更加灵活的系统操作。包括支持基站间的异步操作：支持自适应天线阵技术 与多用户检测的技术：支持非平衡频带下采用时分双工的模式，采用单信元频率 复用等。 1 2 2 物理层技术指标 1 基本参数 ( 1 ) w c d m a 工作频段：1 9 2 0 1 9 8 0 m h z 频段分配给f d d 上行链路使用，2 1 1 0 2 1 7 0 州z 频 段分配给f d d 下行链路使用，1 9 0 0 1 9 2 0 m h z 频段由于在高频段没有相应的镜像频段， 分配给t d d 双工方式使用。 9 北京邮电大学硕士学位论文 ( 2 ) 基本标称带宽5 m z ，但其实际值可以以2 0 0 k h z 为步长，根据需要在4 4 5 2 m h z 之间调整。基本带宽可以扩展至l o 2 0 m h z 。 ( 3 ) 基本扩频码速率4 0 9 6 舫i t s ，它也可以扩展到8 1 9 2 1 6 3 8 蛳b i t s 。 ( 4 ) 帧长1 0 m s ，每帧包含1 6 个时隙，每时隙o 6 2 5 m s ，代表一个功控周期。 2 信道结构 w c d m a 信道可分为专用信道和公共信道两大类。专用信道包括：业务信道、独立 专用控制信道，伴随专用控制信道。公共信道包括：广播控制信遒、前向接入信道、 寻呼信道、随机接入信道。这些信道通过不同的方式映射到相应的物理信道。下面 我们分别对上下行链路进行介绍。 ( 1 ) 上行链路 上行链路专用物理信道分为：专用物理数据信道( d p d c h ) 和专用物理控制信道 ( d p c c h ) 。公用物理信道为物理随机接入信道( p r a c h ) 。 a 专用物理信道。上行链路专用物理数据信道用来承载第二层和更高层的专用 数据。专用物理控制信道用来承载第一层产生的控制信息，包括用于信道估计的导频 信号( p i l o t ) 、功率控制信号( t p c ) 以及传送格式指示比特( t f i ) 。 b 公共物理信道。上行链路公共物理信道只有一种，即物理随机接入信道。移动 台仅在相对于所在小区广播控制信道帧边界的一系列给定时间偏置处发起接入尝 试。这样的时间偏置称为接入时隙。每个接入时隙都会与别的接入时隙之间有1 2 5 m s 的时间间隔，以防止接入尝试的相互碰撞。本小区中哪些接入时隙可用的消息在广播 控制信道中发布。 ( 2 ) 下行链路 下行链路物理信道由专用物理数据信道( d p d 2 c h ) 和专用物理控制信道 ( d p c c h ) 、基本公共控制物理信道( p r i m a r yc c p c h ) 和辅助公共控制物理信道 ( s e c o n d a r yc c p c m 组成。专用物理信道的功能与上行链路相同。基本公共物理控 制信道用来承载广播控制信道( b e c h ) ，辅助公共控制物理信道用来承载前向接入信 道( f r a c h ) 、寻呼信道( p c h ) 和同步信道( s c h ) 。 a 专用物理数据信道。下行链路专用物理信道是d p c c h 和d p d c h 的时分复用。第 二层及高层的数据与第一层的控制信息( t p c ，t f i ，p i l o t ) 通过时分复用复用到 同一条物理信道上。 同样，下行链路d p c h 一帧也是由1 6 个o 6 2 5 m s 的时隙组成的，帧长为1 0 m s 。7 2 个连续的帧组成一个超帧。 当总的比特率大于一条物理信道所能承载的最大码速率时，可采用多码传输的 方法，即在下行链路发送多个并行的相同的物理信道。此时，第一层控制信息只需要 在第一条物理信道发送，其他物理信道在相应的时间段中不发送任何信息。多码传输 1 0 北京邮电大学硕士学位论文 的另一种方法是每个发送的物理信道的扩频增益不同，因此，此时每条物理信道都需 要发送第一层的控制信息。 b 基本公共控制物理信道。p r i m a r yc c p c h 承载b c c h ，它的码速是固定的，为 3 2 k b i t s 。其帧结构与下行链路d p c h 的差别是它不包含t p c 和t f i ，只包含p i l o t 和d a t a 。每时隙有8 b i t 的p 订o t 和1 2 b i t 的d a t a 。 c 辅助公共控制物理信道。s e c o n d a r yc c p c h 承载f a c h 和p c h ，f a c h 和p c h 分另u 映射 到不同的s e c o n d a r yc c p c h 。s e c o n d a r yc c p c h 码速是恒定的。但这里的恒定，只是对 一条s e c o n d a r yc c p c h 而言。对不同的辅助公共控制物理信道，它的码速是可以不同 的，以适应不同的f a c h 和p c h 容量。每条辅助公共控制物理信道的码速及时通过 b c c h 通知移动台的，可能的取值范围为3 2 2 0 4 8 k b i t s 。辅助c c p c h 帧结构和基本 c c p c h 相同，由p i1 0 t 和d a t a 组成。 s e c o n d a r yc c p c h 和p r i m a r yc c p c h 的主要区别是前者的码速对不同信道是不同 的，虽然在同一信道中是恒定的，后者码速对每个小区都是相同的：并且前者是在有 数据时才发送，且可能只在某个方向发送，后者是在整个小区连续发射的。 同步信道由两个子信道组成，基本同步信道和辅助同步信道。 可见，上下行链路有很大不同，主要是下行链路专用数据信道和专用控制信道是 时分复用的，而上行链路专用数据信道和专用控制信道是并行发送的。 1 3c d m a 2 0 0 0 系统简介 1 3 1c d m a 2 0 0 0 系统中的若千关键技术 l i 信道估计与多径分集接收技术 与其它通信信道相比，移动通信信道是最为复杂的一种。多径衰落和复杂恶劣 的电波环境是移动通信信道的特征，这是由运动中进行无线通信这一方式本身所决 定的。在典型的城市环境中，一辆快速行驶的车辆上的移动台所接收到的无线电信 号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次，衰落深度可达2 0 3 0d b 。这种衰落现象将 严重恶化接收信号的质量，影响通信的可靠性。为了有效地克服衰落带来的不利影 响，必须采用各种抗衰落技术，包括：分集接收技术、均衡技术和纠错编码技术等。分 集接收技术是指接收机能够同时接收到多个输入信号，这些输入信号荷载相同的信 息而且遭受的衰落互不相关。接收机分别解调这些信号，并且按照一定的规则进行合 并，从而大大减小信道衰落的影响。 在c d m a 2 0 0 0 系统中，所传输的信号是宽带信号，其带宽远大于移动信道的相 干带宽，因而可以采用具有良好自相关特性的扩频信号，在时间上分辨出较细微的 多径分量。对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合成之后的信号得以增强，从 1 1 北京邮电大学硕士学位论文 而可在较大程度上降低多径衰落信道所造成的负面影响，相应的最佳接收机称为 r a k e 接收机，它是c d m a 2 0 0 0 系统中实现多径分集接收的核心部件。 为了实现相干形式的r a k e 接收，在c d m a 2 0 0 0 系统的上行链路和下行链路中均采用 了连续的公共导频信道进行信道估计( 在i s 2 9 5 系统中，上行链路中没有导频信道， 这使得基站接收机中的同步和信道估计变得困难，通常采用差分相干或非相干接收 方案) ，使得接收机能够在确知已发数据的条件下，估计出衰落信道中时变参数的 幅度和相位信息，从而实现相干方式的最大比合并，以获得合并增益。 2 有效的信道编译码技术 在c d m a 2 0 0 0 系统中，由于传输信道的容量远大于单个用户的信息量，所以特别 适于采用高冗余度的前向纠错编码技术。其上行链路和下行链路中均采用了比i s 2 9 5 系统中码率更低的卷积编码，同时采用交织技术将突发错误分散成随机错误，两者配 合使用，从而更加有效地对抗移动信道中的多径衰落。 为了适应高速数据业务的要求，在c d i a 2 0 0 0 系统中还采用了t u r b o 编码技术。 t u r b o 码是由法国人c b e r r o u 等人于1 9 9 3 年提出的，是一类并行级联的递归系统卷 积码( r s c ) 。t u r b o 编码器由两个以交织器相连的子编码器组成，两个子编码器的输 出码元经过并串变换和凿孔( p u n c t u r e ) 及重复( r e p e t i t i o n ) 操作后输出t u r b o 码 元。t u r b o 译码器由首尾相接、中间由交织器和解交织器隔离的两个以迭代方式工作 的软判决输出卷积译码器构成。t u r b o 码编码器的两个子码可以独立交替地译码，并 通过软输出相互传递信息，因而满足迭代译码的要求。事实上，只要对任何种软判 决输出译码算法作一定的修正，取出当前符号中的正反馈部分，就可以用于t u r b o 译 码。从计算机仿真结果来看，在交织器长度大于l 0 0 0 、软判决输出卷积译码采用标 准的最大后验概率( m a p ) 算法的条件下，其性能比约束长度为9 的卷积码提高1 o 2 5 d b 。 目前t u r b o 码用于c d 咐2 0 0 0 系统的主要困难体现在以下几个方面： ( 1 ) 由于交织长度的限制，无法用于速率较低、时延要求较高的数据( 包括语音) 传 输； ( 2 ) 基于软输出m a p 的译码算法所需的计算量和存储量较大，而基于软输v i t e r b i 的译码算法所需的迭代次数往往难以保证； ( 3 ) t u r b o 码在衰落信道下的性能还有待于进一步研究。 3 功率控制技术 在c d m a 2 0 0 0 系统中，一方面，许多移动台公用相同的频段发射和接收信号，近 地强信号抑制远地弱信号的可能性很大，称为“远近效应”；另一方面，各用户的扩 频码之间存在着非理想的相关特性，通信容量主要受限于同频干扰。在不影响通信 北京邮电大学硕士学位论文 的情况下，尽量减少发射信号的功率，通信系统的总容量才能相应地达到最大，c d m a 系统的主要优点才能得以实现。因此，功率控制是c d m a 2 0 0 0 系统中最为重要的关键技 术之一。 c d m a 2 0 0 0 系统中采用的功率控制技术可分为三种类型：开环功率控制、闭环功 率控制和外环功率控制。开环功率控制的基本原理是根据用户接收功率与发射功率 之积为常数的原则，先行测量接收功率的大小，并由此确定发射功率的大小。开环功 率控制用于确定用户的初始发射功率，或用户接收功率发生突变时的发射功率调 节。开环功率控制未考虑到上、下行链路电波功率的不对称性，因而其精确性难以得 到保证。 闭环功率控制可以较好地解决上述问题i 通过对接收功率的测量值与信干比门 限值的比较，确定功率控制比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射 端，并据此调节发射功率的大小。 外环功率控制通过对接收误帧率的计算，调整闭环功率控制所需的信干比门限， 通常需要采用变步长方法，以加快信干比门限的调整速度。 在c d m a 2 0 0 0 系统中，上行链路采用开环。闭环和外环功率控制相结合的技术，主 要解决“远近效应”问题，保证所有信号到达基站时都具有相同的平均功率：下行链 路则采用闭环和外环功率控制相结合的技术，主要解决同频干扰问题，可以使处于严 重干扰区域的移动台保持较好的通信质量，减小对其它移动台的干扰。 4 同步技术 同步技术历来是数字通信系统中的关键技术。同步电路如果失效，将严重影响系 统的误码性能，甚至导致整个系统瘫痪。 c d m a 2 0 0 0 系统采用与i s 2 9 5 系统相类似的初始同步技术，即通过对导频信道的捕 获建立p n 码的同步和符号同步，通过对同步信道的接收建立帧同步和扰码同步。 p n 码雷勺同步过程分为两个阶段：p n 码的捕获( 粗同步) 和p n 码的跟踪( 细同步) 。 p n 码的捕获是使本地产生的p n 码与接收到的p n 码之间的定时误差小于一个码片间隔j 可以采用基于滑动相关的串行捕获方案或者基于时延估计问题的并行捕获方案。p n 码的跟踪将进一步缩小定时误差，使之小于几分之一的码片间隔。典型的p n 码跟踪环 路有两类：二类是基于迟早门定时误差检测器的延迟锁定环，另一类是t2 抖动环。 在通信开始之后，这一定时误差应该进一步被调整并使之趋近于零。另外，由于基站 和移动台之间的相对运动以及时钟频率的不稳定，对p n 码定时的校正工作必须不断 进行。 5 前向发射分集技术 如果可能的话，通信系统应该综合利用各种分集接收方法( 包括时间分集、频率 1 3 北京邮电大学硕士学位论文 分集和空间分集等) 来抵抗衰落对信号的影响，以保证高质量的通信性能。但是， 实际情况并非总是如此。例如：在慢衰落信道中，时间分集技术在对时延敏感的应用 场合下就不再适用：当时延扩展很小时，频率分集技术也将不再适用。目前，基站可以 采用双天线或多天线实现空间分集接收，但这对于移动台是难以实现的。由于移动台 的尺寸所限，多天线之间的电磁兼容和多路射频转换等问题将难以解决。基于以上 原因，c d m a 2 0 0 0 系统采用了前向发射分集技术，以改善在室内单径瑞利衰落环境和 慢速移动环境下系统的性能。 在c d m a 2 0 0 0 下行链路中，有两条信道专门用于前向发射分集，即：发射分集导频 信道和辅助发射分集导频信道。c d m a 2 0 0 0 系统中具体采用的发射分集技术有两种： o t d 方式( 0 r t h o g o n a lt r 8 n s m i td i v e r s i t y ，正交发射分集) 和s t s 方式( s p a c et i m e s p r e a d 2 i n g ，空时扩展分集) 。在0 t d 方式下，两根天线上发送的信号采用相互正交的 w a l s h 码加以隔离；在s t s 方式下，两根天线上发送的信号采用不同的空时编码方案， 以实现信号的隔离。 6 宏分集与软切换技术 在越区软切换的过程中，移动台同时接收来自两个或多个基站发射的相同信息， 对其进行分集合并和判决，从而改善移动台处于越区切换时的接收信号质量，并保 持越区切换时的数据不丢失，相对于多径分集方式，这种分集称为宏分集。 在c d m a 2 0 0 0 系统中，不同基站采用相同的p n 码，差别仅在相位上，因此移动台的 搜索单元可以采用滑动相关的方法检测相邻基站的导频信道的接收强度。在宏分集 时，搜索单元可以将接收机的三个分支分别分配到两个基站各自的最强径上，从而 有效地保证了接收质量。 l _ 3 2 物理信遵结构 首先介绍c d 凇2 0 0 0 的物理层，它为上层的链路层提供编码和调制处理功能。 c d m a 2 0 0 0 物理信道全部速率均采用c r c ( 循环冗余校验) 方式，增加了系统稳定性：同 时，采用1 4 速率卷积编码器，来提供更强的纠错能力。对于高速数据业务，则采用性 能更加优异的t u r b o 码。c d m a 2 0 0 0 通过凿孔( p u n c t u r e ) 、符号重复以及序列重复等方 式来实现速率匹配，较i s 2 9 5 单一的码元重复，显得更灵活。此外，除了2 0 m s 的帧结构 外，c d m a 2 0 0 0 还支持5 m s 的短帧，以传输控制信息和短消息业务。c d m a 2 0 0 0 支持多速率 业务，除了支持i s 2 9 5 基本速率业务外，还支持高速的数据业务，因此可提供i s 2 9 5 不 能提供的图像、视频等多媒体业务，可以根据不同的数据速率要求，采用不同的传输 信道配置。 1 c d m a 2 0 0 0 系统反向信道 1 4 北京邮电大学硕士学位论文 ( 1 ) 反向公共控制信道和反向增强型接入信道 公用信道是用于第3 层和移动台到基站之间m a c ( 媒体接入控制) 消息的通信。反 向公共控制信道( r 2 c c c h ) 用于移动台在非通话状态下的信令信息的传送。r 2 c c c h 的 帧结构和发送方式与r 2 e a c h 相同。反向增强型接入信道( r 2 e a c h ) 用于移动台发起同 基站的通信以及响应基站发来的呼叫，同时在移动台没有转入业务信道之前，移动台 通过r 2 e a c h 向基站传输控制信令。 ( 2 ) 反向专用控制信道( r 2 d c c h ) r 2 d c c h 用于在通话状态下，传送针对某一用户的专用控制信息。反向业务信道至 多有一个专用控制信道。专用控制信道的数据速率为9 6 k b i t s ，帧长为5 m s 或2 0 m s 。 专用控制信道帧的时间偏置由帧偏置参数决定。 ( 3 ) 反向基本业务信道和反向辅助业务信道 反向基本业务信道( r 2 f c h ) 用于传输用户语音数据和其它控制信息。移动台在 r 2 f c h 上以可变速率96 0 0 、48 0 0 、27 0 0 和15 0 0b i t s 的数据速率发送数据， 其帧长为5 m s 或2 0 m s 。基本业务信道帧的时间偏置同专用控制信道。反向辅助业务 信道( r 2 s c h ) 用于传输用户数据，支持高速率业务。对于有q o s ( 服务质量) 要求的 业务也可利用辅助业务信道传输。反向业务信道可包含1 2 个辅助业务信道，其帧 长为2 0 i i l s 。 2 c d m a 2 0 0 0 系统前向信道 ( 1 广导频信道 ， 导频信道不停地发送不含数据信息的扩频信号，基站覆盖区中的移动台利用导 频信号获取同步。当移动台通过最强的导频信号完成与最近的基站同步后，就可以知 道引导p n ( 伪随机) 序列相位偏移量与导频信号强度的关系，由此建立周围基站的这 种对应关系表，从而为移动台越区切换提供依据。导频信号也是移动台开环功率控制 的依据。前向导频信道、传输分集导频信道、辅助导频信道和辅助传输分集导频信 道中均是未经调制的扩频信号，用来同步在基站覆盖区内的移动台。前向导频信道在 基站上一直不停地在发送信号，它用零号w a l s h 函数扩频。 ( 2 ) 同步信道 在基站覆盖区中，处于开机状态的移动台通过同步信道来获得初始的时间同步。 同步信道的信息数据主要包括系统时间和导频偏置，使移动台准确地知道正在接入 的是哪个基站：公布寻呼信道的速率是9 6 0 0 b i t s 或4 8 0 0 b i t s 、长伪随机码的状态 等。 ( 3 ) 寻呼信道 每个基站包括个或最多7 个寻呼信道。当呼叫时，在移动台没有转入业务信道 之前，基站通过寻呼信道传送控制信息给移动台。当需要时，寻呼信道可以变成业务 1 5 北京邮电大学硕士学位论文 信道，用于传输用户业务数据。寻呼信道的作用如下：a 定时发送系统信息，使移动 台能收到入网参数，为入网做准备；b 基站通过它寻呼移动台。 ( 4 ) 前向广播信道 前向广播信道用来在前向链路中向基站覆盖区中的移动台提供系统附加信息。 广播信道采用帧重复技术，有4 0 m s 、8 0 m s 和1 6 0 m s 三种时隙长度，分别重复1 帧、2 帧和 4 帧，每个时隙的开始与导频信道p n 序列在基站系统时问4 秒处对齐。 ( 5 ) 前向专用控制信道 前向专用控制信道用来向特定的移动台发送用户和信令信息。每个前向业务信 道可以附带一个前向专用控制信道。它的帧长可以有20 l i l s 和5 m s 两种，数据速率都为 9 6 0 0 b i t s 。 ( 6 ) 前向业务信道 前向业务信道包括前向基本业务信道和前向辅助业务信道。前向基本业务信道 用来向特定的移动台发送用户和信令信息。c d 2 0 0 0 基站利用前向辅助业务信遵完 成前向商速数据的发送，从而支持各种q o s 要求的业务。一个c d m a 前向信道中，最多可 以实现两路前向辅助业务信道。 1 4s c d m 系统简介 s c d m a 综合无线接入系统( s w a n l 8 0 0 v ) 是由北京信威通信技术股份有限公 司自主研制和开发生产的集智能天线、软件无线电等核心技术为一体的同步码分多 址综合无线接入通信系统，其基本业务功能包括无线市话( 可提供手机和无线电话 等多种终端产品) 和宽带数据接入等。 采用s c d m a 综合无线接入系统( s w a n l 8 0 0 v ) 构建跨省市的无线市话网络时， 其基本配置包括省级移动控制中心( p m c c ) 、本地移动控制中心( l m c c ) 、基站控 制器( b s c ) 、无线基站系统( b s ) 和运维操作支撑系统( o s s ) 等，并提供无线桌 面型电话( p s t ) 和s c d m a 手机( h s ) 等多种用户终端形式。采用s c d m a 无线 接入系统构建的无线市话网络可以提供基本电信业务、补充业务、短消息服务以及 各种基于低速数据传输的增值业务等各项电信业务功能。 1 4 1 系统网络基本结构 s c d m a 无线市话系统的网络拓扑结构如图1 3 所示。其中主要网络设备单元包 括：本地移动控制中心( m c c ) ，基站控制器( b s c ) ，基站系统( b s ) ，归属位置 寄存器( h u t ) ，短消息中心( s m c ) ，用户终端设备( u t ) ，运维操作支撑系统( o s s ) 。 1 6 北京邮电大学硕士学位论文 iu r 一 _ u tiu r 图1 3s c d m a 无线市话系统的网络拓扑结构 下面简单介绍s c d m a 系统中各个网络设备单元的基本功能。 1 本地移动控制中心( l m c c ) l m c c 的主要功能包括与外部网络的互联( 如接入到p s t n ) 、移动用户之间的 话路交换、用户的部分移动性管理等，同时还完成号码的分配、局数据的管理和用 户计费等功能。 u c c 的主平台基于s p 3 0 i e ) ( 交换机构建，最大可以支持1 2 8 k 1 2 8 k 交换网络， 提供1 0 万中继。可以支持最多1 6 个b s c 的组网连接，支持多达1 0 0 万用户以上的 呼叫处理能力( 5 mb h c a ) 。u c c 可以提供各种高密度大容量的接口电路板，包 括1 5 5 m 光接口、6 2 2 m 光接口和1 6 路e 1 接口中继板。u c c 可以通过p m c c 互 联，也可以直接互联组成多l m c c 的本地网。 2 基站控制器( b s c ) 基站控制器处于基站和本地移动控制中心之间，其主要功能是无线资源管理、 基站链路管理、呼叫控制、登录及鉴权控制、切换控制等。b s c 对外提供与l m c c 相连的s a 接口，与b s 相连的s a b i s 接口并通过以太网接臼实现与o s s 、h u t 和 s m c 的连接。 每个b s c 提供1 9 2 个g 7 0 3 e 1 中继接口，每个中继接口板提