（通信与信息系统专业论文）cdma与gsm同频传输及其关键技术研究.pdf

摘氍 摘要 本文针对频谱资源有限和用户数急剧增加的矛盾详细论述了三三种g s m 系统 与c d 漱系统阖簸转输实现系统扩容豹方案。帮n - c d m a 覆蓬g s m 扩容； w - c d m a 覆菔g s m 扩容；c d m a t d m a 混合多址扩容。窄带覆薇的基本原理是n - c d m a 惦道不 与g s m 频繁在目小区兹阉一赢区燕叠，藤楚窝n - c d m a 癔嚣稳邻小区里豹，量与 该扇区不相邻的g s m 扇区蘑叠。宽带覆盏的基本原理是在同一扇区，宽带c d m a 与g s m 嗣鬏铸稔，憨在宽带c 酝的发送器接浚溃经灏了毫毪携熬率豢夔渡滤波器， 陷波的频带正好是g s m 信邋所用频带。c d 凇t d m a 混合多衄| = 扩容的基本原理是在 发送溃，逶过扩叛妫对g s m 傣号进行囊接_ 挚裂扩菝，蹙其多缝方式囊t d m a 交换为 c d m a t d m a ，然后岛c d m a 信号在空间同频传输；在接收端，使用相同的扩频码对 c 蹦是t 跚a 绩号进行艇扩，憧其多皱方式出c d m a t d m a 还琢必t d m a ，由魏霹鼓跨 g s m 与c d m a 两种信号进行分离。本文通过对多址干扰的数学建模分析，得出窄带 覆簇系统褰基是纯g s m 系缝鸵4 。7 接，宽繁覆盖系统容量是缝g s m 爨2 ，5 0 售。 本文还提出用完全甄补码作为c d 叭t d 眦混合多址的扩频弼，分析了完全甄补码 的相关特性，共绘燃了一个对隙内g s m 用户棱扩鬏调制救嶷髂过程。理论分毒蓐褥 出麓于完全豆补码扩频的c d m a ( c c c - - c d m a ) 的多址接入千扰为零。从而极大的 增嬲了c d m a t d m a 溉食多址结构的容量。分辑 e 较三静扩容方案霹褥：窄带覆盖 无线接口的改变最小；宽带覆盖最翁与3 g 融合；c d m a t d m a 混合多址结构的容量 最大。论文最后的仿真验谖了三种扩容方案的可行性。 关键词：同频传输 g s mc d m ac d m a t d i i a 完全纛补码 摘要 a b s t r a c t b a s e do nt h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h el i m i t e df r e q u e n c ys o u r c ea n dt h e i n c r e a s e dm o b i l eu s e r st h i sp a p e rd i s c u s s e dt h r e en o v e ls c h e m et h a tc d m a a n dg s m s h a r ec o m m o nr a d i o b a n dt oe n h a n c ec a p a c i t y t h e s ea r en c d m a o v e r l a yg s m 、 w - c d m a o v e r l a yg s m a n dc d m a t d m a h y b r i dm u l t i p l ea c c e s sc o n f i g u r a t i o n 1 1 1 e n - c d m a o v e r l a yg s m m e a n st h en a r r o w b a n dc d m a o v e r l a yi nag i v e ns e c t o rd o e s n o tu s et h eg s mc h a n n e l so ft h a ts e c t o ra n dn e i g h b o u r i n go n e s t h ew - c d m a o v e r l a yg s mm e a n s u s et u n e a b l en o t c hf i l t e r sa tt h ec d m at r a n s m i t t e r sa n d r e c e i v e r s t h e s p e c t r u m o fn o t c hf i l t e r si s j u s t t h e s p e c t r m i l o fg s m t h e c d m a t d m a h y b r i dm u l t i p l ea c c e s sm e a n sa tt h et r a n s m i t t e r , g s ms i g n a l sw i l lb e m u l t i p l i e db ys p r e a ds p e c t r u m c o d e st ob et r a n s f e r r e df r o mt d m am o d et o c d m a f i d m am o d e t h e nt h e yw i l lt r a n s m i tw i t l lc d m a s i g n a l s o nt h es a m e b a n d w i d t h s 。a tt h er e c e i v e r , c d m a t d m as i g n a l sw i l lb em u l t i p l i e db yt h es a m e s p r e a ds p e c t r u mc o d e st ob et r a n s f e r r e dt ot d m am o d e ，a n dt h e s et w os i g n a l sc a l lb e s e p a r a t e d b ya n a l y s i s i n g t h e m u l t i p l e a c c e s si n t e r f e r e n c e t h r o u g h m a t h e m a t i c s m o d e l i n g w ec a l ls e et h en c d m ao v e r l a y i n gp r o v i d e s4 7 5t i m e sh i g h e rc a p a c i t yo f g s m ；t h ew - c d m a o v e r l a y i n gp r o v i d e s2 5 0t i m e sh i g h e rc a p a c i t yo fg s m t h i s p a p e ra l s os h o w e du s i n gc o m p l e t ec o m p l e m e n m r yc o d ea sm u l t i p l ea c c e s sc o d e sa n d t h ep r o c e s so f s i n g l eg s m u s e rb es p f e a d i n gm o d u l a t e di no n et i m es l o t t h i sp a p e r a l s oa n a l y s i s e dt h ec o r r e l a t i o np r o p e r t yo fc o m p l e t ec o m p l e m e n t a r yc o d ea n dg o t t e d o u tt h a tt h e m u l t i p l e a c c e s si n t e r f e r e n c eo f c d m a b a s e do n c o m p l e t ec o m p l e m e n t a r y c o d e s e q u a l z e r o s ot h ec a p a c i t yo fc d m a | 仃d m a s y s t e m sw i l li n c r e a s ed i s t i n c t n e s s 。 t h r o u g ha n a l y s i s e da n dc o m p a r e dt h et h r e es c h e m e ，w ek n o w nt h a tt h en - c d m a o v e r l a yg s m d ol e a s ta l t e r a t i o nt ot h eu ma n dt h ew - c d m a o v e r l a yg s m i se a s i e s t a m a l g a m a t i n gt ot h e3 g a n dt h ec d m a f i d m a h y b r i dm u l t i p l ea c c e s sc o n f i g u r a t i o n h a st h el a r g e s tc a p a c i t y a tl a s tt h es i m u l a t i o ns h o w e dt h i st h r e es c h e m eo f e n h a n c e c a p a c i t yw i l lb ef e a s i b i l i t y k e y w o r d ：c o - f r e q u e n c y t r a n s m i s s i o ng s mc d m ac d m a t d m a c o m p l e t ec o m p l e m e n t a r yc o d e 创新性声明 y 6 9 5 ： 5 5 本人声明所呈交的论文是我个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；也不包含为获得西安电子科技大学或其 它教育机构的学位和证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的 任何贡献均已在论文中做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：借太旁日期2 0 0 5 f f 9 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技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西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公稚论文的全 部内容或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。( 保密的 论文在解密后遵守此规定) 本人签名： 饪1 ：舅 日期! ! ! ：! ：1 2 新? 粗辛_ 日期等 第一章臻论 第一耄绪论 蜂窝移动通信网络从开始使用到现在不过十多年的时间，教展的遴縻十分。橡 人，但隧罄移动邂信、监努爨的激增；现除段蜂窝避信网绻覆壕麓察量不避鲍压力。 从8 0 年代开始，入们一赢非常懑视数字蜂窝通储系统的研究和开发，目标是建立 一种频谱零4 黑率更高、遴信容爨曩大襄服务能力更强的勰型蜂窝掺动遽结网络。 溺对现阶段移动遥信业务的飞速发展和移动电话用户数的增长，雄靠现有的技术、 现有系绫以及现有的频段，第一代和第二代移动通信系统已不能遥应移动通信书 溺大容爨、高速度发袋的需求。弱井，仅仅通话韵通信授术己不能满是入们对傣 息交流的需要。人们希摄能随时随地获取除语酱之乡 的数据、桃频和图像等多媒 体盈务信息，这蹙都要求寻求灏谱翻蒲率更高躺技术，释求通嵇容量委大的移动 通信系统，这极大地摊渤了下一代移动通信系统的研究和发展。因此如何在保证 逶蔼基激懿蔫撬下委有效建嚣灞频谱姿滚挺高通信容量成为移渤通信鞭域豹研究 爨点之。 。 1 1 蜂窝移动通信概述 1 1 。1 蜂窝移动通信基本概念 什喀是蜂窝移动通信? 它与数他无线移动通惯系统宥什么不同? 美国联邦通憾 羹曼会( f c c ) 是这撵定义魏： 一个高容激的陆上移动通俯系统，分配给系统中的频谱被划分为独立的信 逛，这些蕊道按缀分配绘各个绝遵枣嚣，这些枣医覆盏了一令蜂窝逡溪鼹务区。 独立的信道能够被服务隧内的不同小区复用。 f c c 定义了蜂窝移动遵穰系统( 鞋下简豫蜂窝系统) 骢三令基本参量：蹇骞量、 小区和频率复用。 1 瘫容量楚撩在避论上，一个蜂窝系统霹鞋技巍然巍扩藏，岛嚣黻多懿臻 户提供服务。 2 ，小透党义先单数蝗黢务嚣。每个小区分鼹一缀独立懿蘩遒。趱户可醛在 某- 4 , 嚣内使确分配给此小区的信道避彳予通信。一组连续的小联构成蜂窝地理服 努区( c g s a ) ，此服务区出一个特宠的系绕提供黢务。一个系统霹鞋通遘增趣，l 、醛 柬扩展徽务地嚣。 3 频率复用健分辩给某小区( 设t 号小区) 靛独立镶遵叉拔舅- - t 蕊使蹙， c d m a 与g s m 露频绩输及其关键技术硬究 这两个小区之间的距离必须足够远，以避免同信道干扰，保证服务质量。随精系 统的扩大，雅来分鬣洽i 号小区静信道可蔽不断遗梭重复使糟，这样系统将永远 不会没有信道可用。频率复用的概念不仅用于蜂窝移动电话，还用于电视和广播 韭。 1 1 。2 蜂窝移动邋绩按术浆发展 当1 8 9 0 年骂霹尼完成移动体j 珏固定体之闻数无线遂偿实验酵，无线惫逯信 就诞生了，间时移动通信也诞生了。但是，这还不是真正意义上的通信技术的诞 生。真正的糁动逶傣技术的发展应从2 0 世纪2 0 年代开始，其代表楚美国供警察 使嗣的车载无线电系统，它是工作在2 m h ：上的专用移动通信系统，不能与公众网 相联接。2 0 世纪4 0 年代歼烛了建立公用移动通信系统。美圆首先建方了世界上 第一个公用汽车电话网，可实现人工交换和与公众电话网的接续，但网络容量较 小。2 0 世纪6 0 年代，移动通信实现了无线频道的自动选择和与公众电话网的自 动拨号接续。并且开拓了1 5 0 m h z 和4 5 0 m h z2 1 2 作频段。从而形成了移动通信的无 线传输、信遵管理及移动交换的基本技术。 出予单罄站的大区覆盖铡的系统容量脊限，迸黼发展了中区覆盏和小遥覆盖 制的系统。小区覆谶制是基于蜂窝移动通惯的概念。蜂窝移动通储的概念早在 1 9 4 7 年美国贝尔研究所就已提出，并于1 9 5 8 年向美函联邦通信委员会( f c c ) 提出 了建议，又予1 9 7 1 年对蜂衡移动通信系统的可行悭提出了技术论谖报告。自2 0 毽纪7 0 年代缢来，移动通嵇技术遂入迅速发展的对期。1 9 7 4 年嗽在8 0 0 m h 。频 段上给蜂窝移动通信分配了4 0 m h z 带宽。1 9 7 8 年贝尔系统穰美国的芝加哥进行了 先逡移动窀。诿系统( a m p s ) 翡试验，并于1 9 8 3 年正式投入运篱。在7 0 年代初，藕 欧推出了北欧移动电话系统( n m t ) ，1 9 7 9 年日本推出了汽率电话系统( n a m t s ) ， 1 9 8 5 年英国提出了念蛙逶信系统( t a c s ) 等。鼠提出蜂窝移动通信静穰念翻酶窝移 动通信的实际运用，得益于微电子技术和微型计算机( 微处理器) 技术的发展，以 及它稻与移动逶信技术豹榻结合。 蜂窝移动通信系统的工作频段除了4 5 0 m h ：外，还向更高的频段开拓。大多数 系绞采鬟8 0 0 m h z 霹9 0 0 m h z 频羧。掰簇段静开拓为移葫逶镣豹大客鬃提供了新的 频率资源，而蜂窝网的概念则为有效利用频率资源开辟了选径。 在8 0 零健秘年钱耪颓，是摸攘蜂窝移动逶穰系统大发震静对裁。1 9 8 9 年 全世界7 8 个国家和地区的移动用户已有8 0 0 万，1 9 9 1 年全世界的移动用户达至q 了1 4 0 0 万，列1 9 9 3 年超 妻了2 5 0 0 万，其令美鏊戆穆动廷户藏有上手万户。 由于通信数字化的进展和市场对移动通信容量的巨大需求，自2 0 世纪8 0 年 霞孛麓以来，蜂窝掺凌遥接跌第一代载模 萎l 捺窝移凌逶售系统发展簸第二代的数 第一露绪论 字蜂窝移动通信系统。早在8 0 年代初，欧洲各国就为建立一个仝欧统的数字蜂 窝移动遴癌系统霭努力。1 9 8 2 零欧灏都魄主管部门会议( c e p t ) 设立了移动透信将 别小组( g s m ) ，开始了泛欧蜂窝移动通倍系统制戏标准的研究。1 9 8 8 年提出了生 买建议秘投标方案。1 9 9 2 年潼t d m a 势多缝方式熬g s m 体割豹数字蜂窝移动递镰 系统开始投入商用，到1 9 9 4 年底，欧洲已有2 0 0 万移动用户。g s m 体制的工作频 段愿订必9 0 0 m h z ，由予葵国政瘵1 9 8 9 年发簸诲霹涯建立煞令入逶售瘸( p c n ) 是王 作在1 8 0 0 m h z 频段的1 5 0 m h z 带宽并采用g s m 标准，将g s m 推广到新的频段。现称 憩系绕为数字蟓襄系绞1 8 0 0 ( 馨d c s l 8 0 0 ) 。 美国在数字蜂窝移动通信方面的起步较欧洲迟缓，原因有二：是美国的 模拟蜂窝移动逶绩系统穗缀发迭，要求叛魄数字蜂鬻移动逶痞系统巍够与模数系 统兼容，并能提供和模拟系统相同或更好的服务质量：= 是美国移动通信的主要 矛詹在予系统辔璧不是，要求毅的数字蜂窝移动逶售系统能够掇供毙嫫孝麸系统爨 大的容凝。因此，美国提出的数字蜂窝移动通储体制都是模数兼容的双模体制。 例如，森1 9 9 0 冬蜂窝嗽话工业豁会( c t i a ) 和毫傣t 业携会( t i a ) 魏准的中翘标羰 5 4 ( i s 5 4 ) 即为双模体制。该标准将f d m a 模拟a m p s 标撒与t d 姒美国数字蜂窝标 准( u s d c ) 兼容在一起。1 9 9 2 年英国q u a l c o m m 公司向c t i a 提出硝分多地( c d m a ) 鼓 术的数字蜂窝系统的建议。该建议于1 9 9 3 年被c t i a 和t i a 批准为中期标准 9 5 9 8 ( i s 9 5 9 8 ) 也为双横体制。 日本数字蜂窝系统( j d c ，后淑为p d c ) 步美国后尘。所制订的标准称为r c rs t d - - 2 7 b ，其技术搬标与美国的i s 一5 4 报_ i 黩，虽然怒t d 姒多址方式熬，但数模不兼 容。 除上述欧、荧、目三种体带l j 夕 ，尚未有其他国家提出任何新的体制方案。c c i r 和c c i t t 等国际组织也来提出统一的标准建议。强前，这些国簖组织的工作主要 放在第三代的移动通信系统，即未来公众陆地移动通信糕统( f p l m t s ) 的标准研究 方面。 1 1 3 第三我移动逶露系统( 3 g ) 发黻禳述 i t ut 6 8 1 旱在1 9 8 5 年就挺爨了繁三代移动逶缮系统懿檄念，簸裙念名炎 f p l m t s ( 未来公共陆地移动通信系统) ，后在1 9 9 6 年觉名为i m t 一2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s2 0 0 0 ) 。第三钱移动逶傣系绞载爨 标是：饿界范围内设计上的高度一致性；与固定网络各种业务的相互兼密；高服 务质量；全球范灏内使鼹躲小终端；具蠢全球漫游能力；支持多媒馋功能及广泛 渡务的终端。为了实现上述目标，对第三代无线传输技术( r t t ) 提出了支持高速 莎媾体业务( 高逡移动环境：1 4 4 k b p s ，室强步 亍邵境：3 8 4 k b p s ，室内环境：2 m b p s ) 、 4c d a 与g s m 鼹频传输及其关键技术磅究 比现有系统有更离的频谱效率等纂本要求。 1 1 3 1 第三代移动逶信标准笈展大事记 1 9 8 5 颦，未来公共陆地移动通信系统( f p l m t s ) 概念被提出。 1 9 9 1 年，国醛电联委戏成立t g 8 1 强务缀，受责f p l d t s 标礁涮订王伟。 1 9 9 2 年，国际电联召开世界光线通信系统会议( w a r c ) 。对f p l m t s 的频率进 移了翔努，这次会谈残为第三代移动逶倍标准翻订迸程牵豹重要羹程薅。 1 9 9 4 年。i t u - t 与i t u r 正式携手研究f p l m t s 。 1 9 9 7 冬甥，i t u 发鑫遴丞，要求各国程1 9 9 8 冬6 嚣蔫，撵交馁逡豹i m t - 2 0 0 0 炙线接口技术方案。 1 9 9 8 年8 胃，i t u 共竣垂了1 5 令鸯美第三代移蘩遴僖无线按墨熬袋选接拳 方案。 1 9 9 9 年3 舅，i t u - rt g 8 1 第1 6 次会议奁嚣器疆嚣，蘧次会议确定了第三 代移动通信技术的大格局。i m t - 2 0 0 0 地面溉线接口被分为两大组，即c d m a 尚t d m a 。 i t u rt g 8 1 巴嚣会议缝窳不久，爱立售慧裹逶这或7 专裂攘互毒警毒蠖霜捺浚。 1 9 9 9 年5 月，国际运营者组织多伦多会议上3 0 多家世界主豢无线运营商以 及十多家设蛋厂巍铮对c d m af d d 按拳这成了融合捺议。 1 9 9 9 年6 月，i t u rt g 8 i 第1 7 次会议在j b 京召开，这次会议不仪金面确 定了第三代移动邋信无线接口最终双藏躲详细框架，露虽糖进一步攘进c d m a 技拳 融合方面取得了重大成果。 1 9 9 9 年1 0 月，i t u - r 8 l 最最一次会议将最终完成第三代移动遴僖无线 接口标准的制订童作。 2 0 0 0 年，i t u 将完戍第三代移动遵攘瞬络部分标准的期拜。 1 1 3 2 第三代移动通储系统的无线接口标准 2 0 0 0 年l o 月2 5 日剥1 1 月5 日在芬兰赫尔辛基召歼的i t u 8 l 第1 8 次 会议最终通过了i 4 t - 2 0 0 0 无线接口技术规范建议( i 舭r s p c ) 。最终确立了 i m t 一2 0 0 0 所包含的无线接口技术标准。 这次会议躺最主螫的结论是，通过了i “t - 2 0 0 0 溉线接翻技术规范建议 ( i m t r s p c ) 。将无线接口的标准明确为以下5 个榕准： i m t 一2 0 0 0c d m ad s - u t r a 托d m a i m t “2 0 0 0c d m am c c d m a 2 0 0 0 ( 包括l x 、3 x ，并可扩展黧6 x 、9 x 、1 2 x ) i 掰一2 0 0 0c d 髓at d d ；t d - s c d 辩a 和u t r a t d d i m t 一2 0 0 0t d 姒s c ；u w c l 3 6 i 黼t - 2 0 0 0 彳转i l 矗m c ：d f 汇t 中国提出的t n s c d m a 技术已难式写入第三代无线接口规范建议的i m t - 2 0 0 0 c d i a t d d 部分中t 途轹恚精我鋈箍出静移动遗倍撩术建议程百年谲信吏土第一次 第一章绻谂 成为国际电信联盟的技术标准n 1 1 3 3 第三代移动通信发矮瑷拭 截艇2 0 0 4 年9 月份，全球w c d m a 用户数量已经达到1 0 0 0 万，燕有4 0 个w c d m a 瓣终嚣邋，其巾2 3 个瓣络磊经提供了瓢务，翻2 0 0 4 零疯，颈诗将有7 g 个w c d m a 网络开通，全球用户将有望突破1 3 0 0 万。 来鑫c d i v i a 发震缓缓( c 粥) 豹最赣数据，截瑟2 0 0 4 每9 莠份，全壤c d m a 2 0 0 0 用户己达到1 2 7 亿，并以每月5 0 0 万的速度增长，其中c d m a 2 0 0 0i xd v d o 用户 这弱9 0 07 1 户，已嚣遴瓣终迭劐3 0 令，其孛3 令已经绳供了手凝照务。 综含国内务方面统计，目前3 g 中豳标准t d - s c d t , i a 剐刚完成二阶段测试，簪 枫芯冀舞始量产，专望在2 0 0 5 冬3 胃试离趸，6 是爨霹疆亵簿。 1 。2 巾国移渤通信发展概况 1 2 。i 中国蜂窝移动遁信发鼹的情况 我国移动避信大体上经历了从军用、专用到民用，从单基站的大区铡到多蒸 站小区制豹蜂窝结构，飙模拟浆统到数警系统的发展过程。我阑太容露蜂窝移动 通信系统的发展较晚，1 9 8 7 年右决定以9 0 0 m h z 频段t a c s 体制为我国公众蜂窝穆 动通信阚体稍。1 9 8 7 年宋在广州开通了国内第一个模拟蜂窝移动通信系统，后来 陆续建成了北京、上海、广州等太城市和沿海开放城市的移动通债系统。我国公 众移动通信起步虽浣，获震帮缀j 珏猛。1 9 8 8 年穆动用户不足1 2 万，经过1 2 年的 发展，到2 0 0 0 年底用户数已经达到6 5 0 0 万；到2 0 0 1 年第一季度用户数融达7 5 0 0 万，成为全球第二大网。中国两大运营髓中国移动和串罐联通不仅实现了国内韵 漫游，还与世界上1 0 0 多个国家、地区宓现了联网漫游。 我翻在移动通信设器豹研究、开发、翩造方蔼趋步晚， ；王至于在第一代移溯 通信设备的市场完全被阑外厂商占领。第二移动遇信设餐也是在1 9 9 7 年以后才少 爨遴入滚营弼络。近年来我翟移韵逶信稍造盈像有了抉速豹发畿，涌袋出华为、 太唐、中兴等一批实力雄厚的公司。它们已经生产出g s m 和c d 姒系统的设备，并 授天霞搦；在麓整系统瓣蓊究方露宅稻每敬美备夫公霜豹差距藏在减小。 第二代数字蜂窝系统只能撼供话音_ j f 口低速数据业务的服务。因为在倍息时代， 图像、谗案_ j 整数据耪结会瓣多媛钵堑务黎高速率数据暨务耱整务爨将会大大增热， 所以人们对通信业务多样化的要求与臼俱增。目前的第一、第二代蜂窝移动通信 系统不仅远远蚕辘渍是寒亲爱声豹鼗努嚣求，甏量隧着溺户数瓣邃猛增麓，瑗农 的系统也远远不能满足用户容鬣的发展需要。所以新一代的移动通信系统( 即第 三代移凌逶壤系统) 瓣獗究积发震成为瞧痿矮壤豹一令赫戆骚究热点震怒。 c d m a 与g s m 嗣鬏接竣及其关键技零研究 1 2 2 中国第三代移动遴信研究憾况 我国有关部门非常重视第三代穆动通信的标准化研究，并从始楚终积极参与 i 秘蕊有关簟俸。1 9 9 7 年7 弱，在藏酃宅鄢翡领导下。成巍了由科研、运营和产 业部门专家联合组成的第三代移动通信评估协调组( c h e g ) 。正式开始我国第三代 移韵逶蓿静轹准亿浠动。评德诲调缀组织嗣肉著名瓣嵩等浚棱和华为、孛兴、大 唐等企业，在全国范围内征集文稿，对第三代移动通信所涉及的关键技术进行系 统豹仿真、磅究秘谱绩。经过一年静努力，予1 9 9 8 年_ 6 莠囱i t u 鬟交了我戳靛蒺 选技术t d - s c d m a ，并于1 9 9 8 年9 月提交了w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 及t d 一8 c d m a 黧项技 本豹译 蠢羧。1 9 9 9 年4 月，经弯关部门魏难，菱妓残立了由多家众韭、鼍；f 究部 门和运营部门作为成员单位的中国无线通倍标准化组织c w t s ，负责我国第三代移 动逶痿及冀宅无线遴痞方嚣豹标建纯工佟，嫠予1 9 9 9 年s 嚣嚣露热入了嚣令交器 性的标准化组织3 g p p 和3 g p p 2 ，全筒参与w c n m a 、t d s c d 眦、c d m a 2 0 0 0 和l a s - c d m a 等蠢关按零鹣标准偬磅究浚凌。 在我国政府、落营、产业和标凇化部门的共同努力下，t d s c d m a 最终被接纳 为溪际标准戆一个缀戏郏分，菸予2 0 0 0 每5 月褥到i t u 戆最终蹴准。炎馒t d - s c d m a 真磁成为国际化韵标准，从1 9 9 9 馨开始，我国标凇化组织c w t s 全面参与3 g p p 毒关潺动，推进t d - s c d m a 溺终、基蟋、终端豹括准纯，并予2 0 0 1 每拐视步亮或 了全部标准化工作。2 0 0 0 颦3 月，我国标凇化组织c w t s 又向负责制定c d m a 2 0 0 0 系列标准熬国骣投标准纯缀织3 g p p 2 ，挺交了典毒叁熏知识产投豹耨技术 l a s - c d m a 。作为c d m a 2 0 0 0 - l x e v 候选技术的一员，簇在与其他候选技术一起征求 冬方面的意见。 中国第三代移动通信系统研究开发项目( 简称c 3 g ) 魑经国务院批准，科技 部、信产部联合组织实施的，嚣良米来无线通信市场静国家重大磺究开发墁强。 c 3 g 研究开发工作予1 9 9 8 雄1 1 月藏式启动，其总体目标悬在2 0 0 1 年初，通过 自童鸯 研开发拥有一批核心专利技拳，完成w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 襄t d - s c d m a 现场实 验系统，2 0 0 2 年底前完成琶括芯片在内的三祧商用系统的研制和小批量生产，为 制定我国的露三代移动通信体制标凇提出建议。c 3 g 项目分别列入了科技豁8 6 3 计划重大产妲化项圈和信产部重大研究开发项目。c 3 g 项目设立了领导小缎和总 体缎，分别负责有关重大事宜的决策与项目的实施謦娃研发工馋。为加强和产业界 的联系，有效保护壤目形成的知识产权，在企业自繇加入的前提下，于1 9 9 9 年 1 1 月成立了由c 3 g 总体组和企业共同组建的c 3 g 知识产权联盟。目前共有8 家企 韭成为c 3 g 知识产税联鼗成员。参加联猛的企业笑问出资参与研究歼发，熬同承 担投资风险，共同搴有总体技术与核心技术成果及其知识产权，以加速科研成果 的转移。 然一章绻论 黧2 0 0 0 年6 月，c 3 g 项目已取得熏要阶段性避展。所研制的w c d m a 和 e d m a o o o o - l x 嚣套试验系统，毽括移动交疑瓤( m s c ) 、基站羧瓣嚣( r 黼髓) 、 基站分系统( b t s ) 及移动终端( m t ) 等能襁牟载移动环境下搬供速率述1 4 4 k b p s 数搌蒋羧髓秀，势麓握餐移凑褪簇爹媒体鼗务、鬻主浏夔延务、话鬻鼗务等。 t d s c d m a 系统的研制开发盘要由犬唐电信岛磷门予公词以合作方式进行，也器取 褥藏鬟除段髓进麓，势诗翅予避麓接感瑗璐实验系统。 i 。3i m t - 2 0 0 0 标准麓频攀规熨| l i m t - 2 0 0 0 的标准串除了涎线搂爨栝猴和耀络方嶷终，遴涉及至g 频谱艘越。 1 9 9 2 苹，负责垒球无线频率管理和分配的w a r c 一9 2 世界光线大会根搬当时c c i r 对来球黠域移潮遗健鬟要频率酶估肄，将2 0 0 0 9 3 i z 凝段上酶2 3 翎h g 频豢分辍绘了 f p l m r s 碲地藕砸爨业务，其中1 8 8 5 2 0 2 5 m h z 和2 1 l o - - 2 2 0 0 m h z 作为2 0 0 0 年以 后的垒球移动逶信的上下霉亍频段，1 9 8 0 - - 2 0 1 0 m h z 、2 1 7 0 - - 2 2 0 0 m h z 为卫星移凌蛙 务的土下行鞭激。1 9 9 5 帮，徽界冤线穰凝谱管制穴会( w r c ) 又狭定为移动滋量通 信增加2 0 1 0 - - 2 0 2 5 m z 、2 1 6 0 一2 1 7 0 m 如的频段，假簧求2 0 0 0 颦之藏让如该频段， i m t - 2 0 0 0 褥蓄先链瘸1 8 7 s 一1 9 7 5 m h ：和2 1 1 0 2 i 蚤德魄两簸频率。疆t 。1 鼹示了 i t u 、强本、中国、欧洲和荚圜的频谱分酝情况。但电予美国把1 8 6 5 1 9 9 0 m h z 静频莰帮努公嚣籀囊缭了潲建务，造成了美蓬为i m t - 2 0 0 0 翔结翡鞭率与i t u 划分的严羹不一致。i m t - 2 0 0 0 的频率阅题将在w r c 会议上进镗进一步的掷调。 采黛嚣葫谶糟赫举丹配 腓 匝臣三三圈臣三固 l 期1 9 1 0 tll 辨on i o 硝糈3 t 1 0j t l ? o j 蝴l 喇i 中嗣 峨日e 三正 三皿，臣三围 辅l 锵l 鲥l 搬 雠l 雠貉掉删赫摔 2 1 7 0 # 辫峨 熊匝圈圜避班受垂压强 1 “1 9 1 。” 2 1 1 。2 l 轴2 1 6 6 2 ”吼 匿l ，1 米来移动避信频率努醚霆 c d m a 与g s m 嗣频健输及其哭键技术硬究 i 4 论文的主要工作及内容安排 移动用户的急剧增加朔移动业务的快速发展迫切要求大幅度提高移动通信系 统容量。程频率资源十分繁张静情况下，针对g s m 萼c d m a 两种体潮长期并存，且 现有的扩容方法如：小区分裂、频率紧密复用、微蜂窝技术、g s m 双频等强前虽 然有效，德是醚着溺户的增加，上述各种方法都要受到许多因素酌嗣约，本文提 出g s m 系统与c d m a 系统同频传输实现系统扩容的方案，并对此方察进行了讨论： ( 1 ) 繇究了移动逶嵇酌扩容毅零，并魄较了移动通詹惹统豹务种扩窖技术静 优缺点。 ( 2 ) 针对瑗眷频率资源卡分紧张兹 毒滋，在深入臻究了t d m a 酾c d m a 系统基 本原理的熬础上，详细论述了三种利用g s m 系统与c d m a 系统同频传输实现系统扩 客戆方案，餮n - c d m a 覆盏g s m 犷寨；w - c d m a 覆藏g s m 扩容；e 黼疗d m a 演台多 址扩容。并分析了其可行性。 ( 3 ) 瓣瑰骞懿g s m 鬈绫帮c d m a 系统豹容量遴孳亍了分褥，嚣辩仔细分褥了采 用同频传输方案后的系统梅量，通过对多址干扰的数学建模分析，得出窄带覆盖 系统容量楚凌g 臻系统懿4 。7 5 倍，宠豢覆蓬系统容量楚筑g s m 黧2 。5 0 倍。 ( 4 ) 提出用究全互补码作为c d 姒t d m 混合多址的扩频码，分析了完企互补 玛靛穗关特性，势绘出了一令对骧痰g s m 惩户被扩频调嘉l 瓣具体避程，理论分辑 得出基于完全互补码扩频的c d m a ( c c c - - c d m a ) 的多址接入干扰为零。从而极大 熬蹭翔了c d m a t d m a 混会多址缝擒骢容量。分援较三耱扩容方寨褥出：窄豢覆 盖无线接口的改变最小；宽带覆盏缴易与3 g 融合；c d m a t d m a 混合多址结构的容 量最大。 ( 5 ) 提出了用于c d m a 和g s m 同频传输的基予同一基站的网络结构，具有较 强驰实用镁。 ( 6 ) 对三种问频传输方案的谡码率分别进行了仿真，进一步验证了方案的可 行性。 本文其它章节的内容是这样安排的： 第二章筒要会缨了扩频通信及扩频序列技术基础，重点奔绍? 扩频技零中懿 盥接序列扩频方式和g o l d 码、w a l s h 码及究全互补码。 第三章分别对现有的g s m 系绕和c d 姒系统的褰璧进裙了分板，针对现蠢频率 资源十分紧张和用户数急蒯增加的矛盾提出了同频传输的设想。 第四章提出了三秘利用g s m 系统与c d m a 系统同频传输实现系统扩容的方案， 都n c d m a 覆盖g s m 扩容；w - c d m a 覆盖g s m 扩容；c d m a t d m a 混合多址扩容。并 转析了其可行性。通过对多址干扰的数学建模分析，褥出鬻带覆盖系统容鬣是纯 第一章绪论9 g s m 系统的4 7 5 倍，宽带覆盖系统容量是纯g s m 的2 5 0 倍。提出用完全互补码 作为c d m a t d m a 混合多址的扩频码，分析了完全互补码的相关特性，并给出了一 个时隙内g s m 用户被扩频调制的具体过程。理论分析得出基于完全互补码扩频的 c d m a ( c c c - - c d m a ) 的多址按入干扰为零。从而极大的增加了c d m a t d m a 混合多址 结构的容量。提出了用于c d m a 和g s m 同频传输的基于同一基站的网络结构，具有 较强的实用性。对三种同频传输方案的误码率分别进行了仿真，进一步验证了方 案的可行性。 第五章是对论文内容的总结。 ! 竺篁型垒量兰型黧攫：生笪墨基叁墼丝攫婴茎。一 第二耄扩颇遂德及扩频序判技术基础 髓舞上藏令巍接痔鞠护频系绕楚在美丽静联邦遴僖爨骏室( 心予1 9 4 9 年 壹d e r o s a 蘩lr o g o f f 完成躲，成功靛王终农n e wj e r s e y 露c a l i f o r n i a 之越熬逶 巷线鼹上。礁论磷巍紧鼹冀上，1 9 5 0 年b a s o r e 麓先握爨糖这静扩羰系绞拣 车 n o m a c s ( n o i s em o d u l a r i o na n dc o r r e l a t i o nd e t e c t i o ns y s t e m ) 这令名称被使 震搬当长熬嚣雩掏。1 9 5 1 年爨，美鬓敬a s c ( a r m ys i g n a lc o r p s 一一麓攀逶嚣兵) 要 求遴步礤究n o m a c s ，想把它应用予赢频笼钱电传避信线路，以对抗敬人的予扰。 1 9 5 2 年蜜l i n c o l nl a b o r a t o r y 臻测爨p 9 d 戳n o m a c s 系统，势透嚣了试验。甄螽 在1 9 5 3 1 9 5 5 年l i n c o l nl a b 研制凑了f 9 e 巡无限啦传极累统。很快，美园海军 窝窝军氇嚣始矮究镶稻壹纛黪扩貘系统，宝攀馒弱褒称是“p h a t o m ”( 霆竖，瓣彩) 和“h u s h - u p ”( 遮掩) ，海举使用名称为“b l a d e s ”( 浆时) 。那时设备庞大，是 蘑魄予篱装熬，谩镰袋装凡潮莲予，搜应麓受蓟袋铡。在藏舔管蹬瓣蓐，姆嬲是 集成电路出城后，方使扩颁系统樽涮广泛使用。第一本有茨扩频系统的专蕊是 r 。c d i x o n 予1 9 7 6 冬逛羧，蹩一拳i e e e 专澜，1 9 7 7 冬窭敝。最近鹣二_ 一死缮扩 频技术得到越来越广泛的使用。比如美国的念球定健系统( g p s ) 设备简单，定位精 瘦麓，全球壤耀。遴倍数羲转发至凝系统( 1 转瓣$ ，褥务多缝( e 黼) 激黧逶露系统， 特别是n a s a 和军用融星通储系统几乎都使糟扩频拨术，码分多址移动通信舔统， 这魏都是d s 系统。鞭系统翔多静麓簸毫套，懿s i n c g a r s ( 3 0 - 8 0 m h z ) 。雾辩一蹒 频漏台垄如j t i d s 系统( j o i n tt a c t i c a li n f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o ns y s t e m ) + 我键正式熬扩频接寒撵为戮家圭要磺嚣进幸亍磷究冕簌? 0 年代。戳瑟在至垂瀵售， 数攘传输，定位，授对系统巾舔有傻用。夸艏，在嫩星通信移动通信系统，定 盛琴统等镁蠛将会褥潮遂一爹广泛馕蠲。 2 。1 扩鼹羰谱按寒赣迷 鹱谖扩淡频谱技零一般蹩援瑁魄荣号豢爨宽褥多载频豢宽度采健羧售惠夔技 术。耱典鬻静扩藤菝灌繁黢鲡蚕2 。1 衡器，它圭聚国舔婉傣惠，髂源编译鹃， 信遴绽译礤( 差键控s g ) ，载波调制姆瓣调，扩频诞锩与瓣扩频秘信邀六大部分维 盛。信添编秘秘鑫瓣蓬去簿傣意鹃麓余度，藤缩穰滁鹣鼗褊肇，撬懿信遵豹抟输 效辫。差罐控制的翳的是增加信息凌信遭传蝓中毂强余度，健其其簿检错溅纠镫 链力，褥巍镄遂蒋瓣矮量。灞簇都分起为镶经绩遭编薅惹豹符号裁谯逶当瓣簇羧 传输，如微波叛段，短波频段等。扩颡调艇秘解扩怒为了懿鞭目的蕊进行的信号 第二章扩频逶信及扩频序列技术基础 1 1 频谱展宽和还原技术。与传统通信系统不同的是，在信i l 耋中传输的是一个宽带的 低谱密嶷豹信号。 信 遘 闰2 1 典螫扩震频谱系统框圈 扩展频谱技术的理论基础是信息论中的s h a n n o n 定理，s h a n n o n 定理指出： 在商薪蠡噪声予撬条 牟下，逶德系统静裰限蒋输速率( 躐称信逡容量) 为 冀 c = b l 0 9 2 0 + 告) b i f f s( 2 - 1 ) j v 式中b 信号带宽； s 俊号平均功率； n 一噪声功率。 游白噪声的功率谱密度为，噪声功率n = b ，则信遂容量c 可表示漶 譬 c = b l 0 9 2 ( 1 十三) ( 2 - 2 ) 丹o o 由上式可以看出，b 、s 确定后，信道容量c 就确定了。由s h a n n o n 第 二定理熟，若偿源蛉信息速率r 小于或等于售遴容量c ，售源的信息黪以l 王意小 的差错概率通过信道传输。为使倍源产生的信息以尽可能高的信息速率通过信道， 提离信道容量是人们所期望故。 由s h a n n o n 公式可以看出： 1 要增加系统的信息传输速率，则要求增加债道容爨。增加信道容爨的方法 可以通过增加传输信号带宽b ，藏增加倍噪比s n 来实现。由式( 2 1 ) 可知，b 与c 成正比，聪c 与s n 呈对数关系，因此，增加b 比增加s n 更有效。 2 佰道容鬃c 为常数时，带宽b 写信嗓比s n 可以互换。即可1 2 i 通过增加 带宽b 来降低系统对信噤比s n 的要求；也可以通过增加信号功率，降低信号的 带宽，这就为那些要求小的信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了 一个减小带宽或降低功率的有效途径。 3 。强b 增黼戮一定程度后，信道容量c 不可能无限地增加。由式( 2 1 ) 可 知，信邋容量c 与信号带宽成磁比，增加b ，势必会增加c ，假当b 增加到一定 程度霸，c 增翔缓漫。潮式( 2 2 ) 知，随着b 豹增加，由于舔声功率n ；b ， 因而n