（通信与信息系统专业论文）tdscdma网络测试仪iub接口nbap协议仿真研究与软件实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 中国3 g 牌照的即将发放和t d - s c d m a 系统商业化的日益成熟，迫切需要一种 智能的、高效的网络测试仪表来成功应对t d - s c d m a 网络出现的各种问题。协议 仿真是在网络性能监测基础上的进一步发展，它的应用使得运营商可以根据将来建 设网络的实际特点来有重点、分专项的进行网络性能的仿真测试。本文在全面分析 n b a p 协议的基础上，完成了自顶向下的s d l 设计，提出了a s n 1 描述的n b a p 协议数据单元p e r 编码规则编解码方案，研究了协议仿真的方法和途径。 本文的n b a p 协议研究主要基于中国无线通信标准化组织提出的t d s c d m a 标准进行，首先对比了t d s c d m a 与w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 标准的异同，简述了 t d s c d m a 标准的技术特点，介绍了i u b 接口的基本知识。接着在第二章详细的分 析了n b a p 协议t d d 模式要求的“个过程，简述了a s n 1 和n b a p 协议消息的 编解码技术。然后介绍了t d s c d m a 网络测试仪和本次协议软件开发的平台。最 后，提出了n o d eb 协议栈的模块划分方案，根据该方案，采用统一建模语言u m l 提出了n o d eb 到n b a p 的类组织结构，进而设计了n o d eb 实体和n b a p 协议的 系统框图。分析了n b a p 信令软件系统的具体过程的用例模型u s ec a s e ，并用它来 描述n b a p 系统与外界模块问的通信和用来指导n b a p 过程代码的实现。本文遵循 r r u - t 电信软件开发规范，采用规范描述语言s d l 设计了n b a p 协议系统从系统到 过程的各级功能框图，并以公共传输信道管理子系统为例具体实现了其详细的协议 功能。按照有限状态机理论，得出了公共传输信道管理子系统的进程级s d l 框图， 并以用例模型为基础给出了公共传输信道建立过程的过程级s d l 框图。实践证明， 这一整体方案是可行的，能够满足实际开发的需求 关键词：t d s c d m a ，n b a p ，a s n 1 ，s d l ，u m l i i i 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ec o m i n gi s s u eo f3 gl i c e n s e si nc h i n aa n di n c r e a s i n gc o m m e r c i a lm a t u r i t y o ft d s c d m a s y s t e m , i ti sw i d e l yn e e d e dak i n do fi n t e l l i g e n ta n de f f i c i e n tn e t w o r k a n a l y z e rt o d e a lw i t hv a r i o u sp r o b l e ma r i s e nf r o mt d s c d m an e t w o r k p r o t o c o l s i m u l a t i o ni saf u r t h e rd e v e l o p m e n tb a s e do ns u p e r v i s i n gn e t w o r kp e r f o r m a n c e ，a n dt h e u s eo fw h i c hc a ne n a b l em o b i l eo p e r a t o r st om a k es p c c i a lt e s to ns i m u l a t i n gi m p o r t a n t n e t w o r kp e r f o r m a n c ea c c o r d i n gt or e q u i r e m e n t so fc o n s t r u c t i n gn e t w o r ki nt h ef u t u r e t h i sd i s s e r t a t i o na c c o m p l i s h e ss d ld e s i g nf r o mt o pt ot o eo nt h eb a s i co fc o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so fn b a pp r o t o c o l , b r i n g sf o r w a r dt h es c h e m eo fe n c o d i n ga n dd e c o d i n gn b a p p d uw h i c hi sp a c k e , dw i t hp e rr u l e si na s n 1d e s c r i p t i o na n ds t u d i e sw a y sa n dm e a n s o fp r o t o c o ls i m u l a t i o n t h i sr e s e a r c ho fn b a pp r o t o c o li sc o n c e r n e da b o u tt d - s c d m as t a n d a r dw h i c h w a sp r o p o s e db yt h ec h i n aw i r e l e s st e c h n o l o g ys t a n d a r dg r o u p f i r s t l y , i tc o m p a r e s t d s c d m aw i t hw c d m aa n d ( ：d m a 2 0 0 0t h eo t h e rt w om a i n3 gs t a n d a r d s , e m p h a s i z e sk e yf e a t u r e so ft d s c d m a , a n di n t r o d u c e st h eb a s i ck n o w l e d g eo fi u b i n t e r f a c e t h e n , e l a b o r a t e s4 4n b a pp r o c e d u r ea d o p t e db yt d dm o d u l ei nc h a p t e r2 ， e x p l a i n sa s n 1a n dt e c h n i q u eo fe n c o d i n ga n dd e c o d i n gn b a pm 嘲g e si n b f i e f t h i r d l yd e s c r i b e st d - s c d m an e t w o r ka n a l y z e ra n dp r o t o c o ls o f t w a r ed e v e l o p m e n t s u i t e l a s t l y , p r o p o s e st h ef r e s hs c h e m eo fn o d ebp a r t i t i o n , b a s e d 0 1 1w h i c h , n s c su m l t oo b t a i nc l a s si n g r e d i e n t so fn o d e ba n dn b a p f u r t h e r m o r e , d e s i g n st h ef r a m e w o r ko f n o d e be n t i t ya n dn b a pp r o t o c o l ，a n dm o d e l sp r o c e d u r e so fn b a ps i g n a l l i n ga su s e c a s eo fs o f t w a r es y s t e m ，w h i c hd e s c r i b i n gt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nn b a ps y s t e ma n d e x t e r n a lm o d e l sa n dg u i d i n gc o d er e a l i z a t i o no fn b a pp r o c e d u r e s i tf o l l o w s u - t t e l e c o ms o f t w a r ed e v e l o p m e n tc r i t e r i o n , d e s i g n sf u n c t i o n a lf r a m e w o r ko fn b a pp r o t o c o l s y s t e mf r o ms y s t e ml e v e lt op r o c e d u r el e v e l o nt h ew h o l e ，a n di nd e t a i li m p l e m e n t s p r o t o c o lr u n i o no fc o m m o nt r a n s p o r tc h a n n e lm a n a g e m e n ts u b s y s t e mw i t hs d l a sa c a s c i td r a w ss d ld i a g r a mo fc o m m o nt r a n s p o r tc h a n n e lm a n a g e m e n tp r o c e s s a c c o r d i n g t of i n i t es t a t e m a c h i n e t h e o r y a n ds d l d i a g r a m o f c o m m o n t r a n s p o r t c h a n n e l s e t u p t d dp r o c e d u r eb a s e d o nu s ec a s e t h ew o r kt e s t i f i e s t h es c h e m e sa r ef e a s i b l ea n da b l et os a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so fd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：t d s c d m a ，n b a p ，a s n 1 ，s d l ，u m l l v 重庆邮电大学硕士论文缩略语对照表 缩略语对照表 c q u i s i a o ui n d i c a t i o nc h a m p ! a b s u 1 as y n t a xn o m i o a 阮 c 1 i m kc o u u o l a p p l i c a t i o np r o w c o i c o d e dc o m p o s i k t m b p o nc l u m a c l c o m m o nc o n u o le u r s 耙dc h a u m d c o n n e c t i o nf r a m en u m b e r c o n t r o l l i n gr a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n d d c c l i c a t c dc h a r m d d o w n l i n k d e d i c a t e dp h y s i c a lc h a c l d o w n l i 吐s h a r e da 磕皿d f o n v a r d o 嘴c h a n n c l f r , “l u e n c yd i v i s i o nd u p l e x f r a m op | d l o 酬 i n t e i 五e r c u c cs i g n a lc o d ep o w c r l a y e r l i 工y c f 2 m a s u = i n f o r m a t i o nb l o c k m e s s a g es o q u e n c cc h a r t n o d eb a p p l i c a c , o np a r t c | p c r m i o ua u dm a 谧e n s n c c p r i m a r y c o m m o n c o n t r o l p h y s i c a l c h a o n e l p a g i n gc h u m c l p h y s i c s l d o w u l i u k s b a d c h a n n e l p 撕l u d i c a g o uc k m n c l p h y s i c a lu p 址u ks h a r e dc ，m a n e l r a a d o m c 硝c h a a n e l r a d i o a c o sn e t w o r k a p p i c a g o u 胁 捕获指示信遒 抽象语义描述1 接入链路控制应用部分 码复合传输信道 公共控制物理信道 连接帧号 控制r n c 广播控制信道 专用信道 下行 专用物理信道 下行共享信道 前向接入信道 频分双工 帧协议 干扰信号码功率 层1 ( 物理层) 层2 ( 数据链路层) 主系统信息块 消息顺序流图 n o & 丑应用部分 操作维护 主公共控制物理信道 寻呼信道 下行钫理共享信道 寻呼指示信道 上行物理共享信道 随机接入信道 无线接入冈应用部分 一 一 一 一 一 洲 一 一 吼 虬 一 一 一 肿 舟 船 u n 眦 眦 一 一 嘲 一 一 一 一 重壅塑皇盔堂婴主笙塞 塑堕重型璺塞 r a d i o l 址 r a d i ol t a k s e t r a d i on e t w o r kc o n 柚o l l e f r 柚on e t w o r ks u b s y s t e m a p p l k a t i o up i t r a d i or e s o u r c ec o n t r o l s c h e d u l i n gb l o c & s e c o 出y c 伽m c o n t r o l p h y s i c x l c h n 粥l & 目i n t i o na n dd e s c r i p t i o nl a n g u a g e s e g v i c ed a l au n i t s y s t e ml a f o r m a t l o nb l o c k s e r v i n gr a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r 瓢m cd i v i s i o n d u p l e x t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i a a t i a a t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o ni n d r 1 h n 印硼f o r m a tc a m b i a 丑t i o as e t t r a m p o f lf o r m a ts e t t r a n s m i tp o w e rc o n t r o l u e q u i p 删 u p l l n k u n i 6 0 dm o d e l i n gl a n g u a g e u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u u i t l o us y s t e m u p l i n ks h a r e dc h a n u c l u n i v e r s a l t o r r e m r i a lr a d i o a c c e s 6 u n i v e r s a l t e n e s u i a l r a d i o a c c e s s n e t w o r k 1 l m od i v i s i o n - s y u c l u o n i z a t i o ac o d ed i v m i o am q i 却眦a s s u r e 无线链路 无线链路集 无线嘲络控制嚣 无线网络子系统应用部分 无线资源控制 分配块 辅助公共控制物理信递 擒范描述语言 业务数据单元 系统信息块 服务r n c 时分双工 传输格式组合 传输格式组合指示 传输格式组合集 传输格式集 发射功率控制 用户设备 上行 统一建模语言 通用移动通信系统 上行荚享信道 u m 璐陆地无线接入 u m t s 陆地无线接入同 时分同步码分多址接入 虬 雌 眦 一 溉 舌 锄 珊 佻 嘞 骼 l 呈 眦 曼；仉 眦 一 一 一 一 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，也不包含为获得重废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。 学位论文作者签名： 弟最 签字日期：1 叼年f 月口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆邮电太堂有关保留、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。本人授权重废韭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) 学位论文作者签名；局最导师签名：5 长。占中 签字日期：2 叨年雪月2 d 日签字日期；上。7 年6 月2 日 引言 引言 人类渴望通信的历史可以追溯到遥远的古代。战争中的烽火台、金鼓和旌旗 都是直观通信的例子。直到十九世纪末，人们才开始改变这种直观的简单的信息 传输方式。1 8 6 4 年，英国物理学家麦克斯维创造性地总结了人们已有的电磁学知 识，预言了电磁波的存在。1 8 8 6 年，德国物理学家赫兹用实验产生出电磁波，证 明了麦克斯维的预言。1 8 9 7 年，意大利科学家马可尼和俄国军官波波夫首次使用 无线电波进行信息传输并获得成功。在后来一个多世纪时间里，飞速发展的计算 机和半导体技术推动无线移动通信的理论和技术不断取得进步。今天，无线移动 通信已经发展到大规模商用并逐渐成为人们日常生活中不可缺少的重要通信方式 之一。 无线移动通信早期主要应用在船舶、航空、列车等专用领域。二十世纪六十 年代贝尔实验室提出了蜂窝结构的思想，使无线移动通信摆脱了四十年代大区制 的结构，为无线移动通信的大规模商用奠定了基础。七十年代通信技术和半导体 器件的发展使移动通信逐渐成熟起来。从七十年代末到现在的二十多年时间里， 无线移动通信系统从第一代发展到第三代，进入了一个飞速发展的时期。 第一代蜂窝移动通信系统出现于二十世纪八十年代早期，采用频分多址和模 拟技术，包括模拟蜂窝和无绳电话系统。典型的系统有美国的a m p s ，英国的 t a c s ，前西德的c - 4 5 0 等。模拟系统的缺点主要有频谱利用率低、抗干扰能力差、 系统保密性差等，但由于模拟技术十分成熟，因而在发展初期也得到了较为广泛 的应用。模拟蜂窝技术由于系统容量小也不适合多媒体通信业务的需要，在日益 激烈的市场竞争中已被逐步淘汰。 第二代移动通信系统出现于九十年代，采用数字调制方式和先进的呼叫处理 技术，充分应用了大规模集成技术和低速语音编码技术的最新成就。典型系统如 欧洲的g s m 、d c s l 8 0 0 ，美国的i s 5 4 ，以及基于直扩技术的窄带c d m a 系统i s 一9 5 等。 第二代移动通信系统主要是为支持话音和低速率的数据业务而设计的。但随 着人们对通信业务范围和业务速率要求的不断提高，已有的第二代移动通信网将 很难满足新的业务需求。同时为了减少目前各大网络间的不兼容性，国际电联 ( i t u ) 开始着手制定一个全球性标准一一未来公共陆地移动通信系统 ( f p l m t s ) 。1 9 9 9 年，国际电联终于确定了一个全球统一的无线接口标准 i m t 2 0 0 0 ，即第三代移动通信系统，简称3 g 。它融合了当时主流的三个方案，为 重庆邮电大学硕士论文 用户提供全球漫游支持，和接入速率高达2 mb i t s 的业务，业务种类涉及语音、数 据、图像以及多媒体等。其中，一种是以欧溯爱立信为首的w - c d m a 方案，另一 种是以美国朗讯、高通为主的c d m a 2 0 0 0 方案，它基于从第二代c d m a 通信系 统i s 9 5 发展到多媒体系统。空中接口采用d s - c d m a 方式，保持对现有i s - 9 5 的 兼容性而不牺牲任何系统性能和能力。我国无线通信标准组( a w s ) 提出的3 g 标准t d s c d m a 有鲜明的特点和技术优势，目前，正在国内组建商用网。 中国移动决定在即将大规模组建的3 g 网络中使用t d s c d m a 技术。面对错 综复杂的新技术，迫切需要相应的仪表设备来成功应对t d s c d m a 的3 g 网络实 验研发阶段，商业建网阶段和运行测试阶段出现的各种问题。研制出具有自主知 识产权的t d s c d m a 移动通信网络测试仪，对t d s c d m a 产业链的快速成型和 高效低廉的组建3 g 商用网具有重要的推动意义。它既可以满足国内巨大市场的需 求，保证网络建设、维护的顺利进行；又可以促使国外公司对销往我国的同类产 品的大幅度降价，维护消费者的最终利益。目前，国内外通信仪表制造商对协议 仿真都十分的重视，泰克、安立公司推出的仪表除了信令分析功能外，都有部分 的协议模拟功能。但主要定位于w c d m a 或c d m a 2 0 0 0 标准，而且因为协议仿 真要模拟实际网络中的大部分功能，开发内容多、技术难点大，到目前为止，都 没有推出十分完善的产品。 本文跟据3 g p p 制定的3 g p pt s2 5 4 3 3 及相关系列协议进行认真的研究和分 析。综合使用u m l 和s d l 等软件设计技术，依据e t s i 制定的电信软件开发规范， 同时遵循现代软件工程的开发方法实现了t d s c m d an o d eb 应用部分协议 ( n b a p ) 软件系统的设计与开发。针对n b a p 的国际通信标准描述语言a s n 1 进行了深入的研究，能够灵活准确的应用a s n 1 工具来对n b a p 协议的p d u 进行 髓r 规则的编码和解码。为了保证协议仿真的完整性和一致性，探寻利用删 来进行测试。通过开发实践证明，这一方案是可行的，能够满足实际开发的需求。 本文第一章首先介绍了t d s c d m a 不同于w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的地方， 然后介绍了u m t s 的总体结构和t u b 接口。 第二章主要介绍了n b a p 协议的公共过程和专用过程，并且阐明了a s n 1 的 处理办法。 第三章介绍了t d s c d m a 网络测试仪和协议仿真的做法。 第四章介绍了协议软件设计的基本思路，和本次设计的软件工具。包括o m t 、 u m l 、s d l 、t 麟。 第五章是实际工作的举例介绍。在第二章协议理解和第四章设计方法的基础 上。给出了从上到下的完整的设计过程。最后以公共传输信道管理子系统为例， 给出了s d l 具体实现的框图 2 第一章t d s c d m a 系统 第一章t d s c d m a 系统 本章主要介绍t d s c d m a 相比较于w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的特点，以及 t d - s c d m a 的关键技术和u m t s 网络结构与i u b 接口。 1 1 三个主流标准的比较 1 9 9 9 年，在芬兰赫尔辛基召开的i t u 第1 8 次会议通过了i m t - 2 0 0 0 无线接口 技术规范建议( i m t r s p c ) ，将无线接口的标准确定为5 个标准。它们是w c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 和u t r a t d d 、u m c 0 1 3 6 、d e c # 。由于4 、5 两个标 准只在个别地区使用，本文不再加以介绍。 1 1 1w c d m a 的特点 w c d m a ( 1 i t - 2 0 0 0c d m ad s ) 由欧洲e t s i 和日本a r i b 提出，它的核心 网基于g s m m a p ，同时可通过网络扩展方式提供基于a n s i - 4 1 的运行能力。 w c d m a 系统能同时支持电路交换业务( 如p s l n 、i s d n ) 和分组交换业务( 如 口网) ，该系统使用的灵活的无线协议可在一个载波内同时支持话音、数据和多媒 体业务，并通过透明或非透明传输来支持实时、非实时业务【。 1 1 扩频码 在w c d m a 系统中采用长的扩频码，不同的小区和上行链路中不同的用户由 不同的扩频码来区分。在下行链路中用g o l d 码，便于小区的快速搜索。上行链路 都采用短码和扰码，采用短码易于实现多用户接收机技术。扰码为g o l d 序列，对 于信道的区分则采用正交码，如树形结构的正交码。 多码率 同一连接的多种服务可以复用在一个专用物理数据信道( d p d c h ) 上。在服 务的多路复用和信道编码之后，多路复用的数据流映射到一个d p d c h 。如果总的 数据率超过了一个码分信道的传输上限，则可以将多路复用映射到不同的 d p d c h ，则可以分配多个d p d c h ，进入到一种多码道的方式，分别进行编码及 交织。此时，功率和每个服务的质量均可分别独立地进行控制。 分组数据 w c d m a 提供了发送两种数据的可能性。短的数据包可以直接附加在随机接 3 重庆邮电大学硕士论文 入中。这种方法称为公共信道分组传输，更大和更经常进行的数据传输则在专用 信道上，单个大的数据包用单数据包方式传输，当数据传送完成时，专用信道立 即释放。在多分组方式传输时，专用信道将通过功率控制及同步信息保持来维持 专用信道。 除了上述的优点和原来窄带c d m a 系统的优点以外，w c d m a 还可支持基站 问的异步操作，随着技术的发展，可支持自适应天线阵技术和多用户检测技术等。 1 1 2c d m a 2 0 0 0 的特点 c d m a 2 0 0 00 m t - 2 0 0 0c d m am a 的核心是l e c e n t 、m o t o r o l a 、n o r t e l 和 q u a l c o m m 联合提出的宽带c d m a o n e ( 码片速率为1 , 2 2 8 m c h i p s ) 技术。c d m a 2 0 0 0 的一个主要的特点是与现有的咖i a - 9 5 b 标准向后兼容，并可与i s - 9 5 b 系统的频段实现共享和重叠，这样就使运营商可l ；l 在i s - 9 5 b 系统的基础上平滑地 过渡，保护已有的投资。虽然，c d m a 2 0 0 0 的核心网基于a n s i - 4 1 ，但通过网络 扩展方式，也可提供基于在g s m m a p 核心网上运行的能力l 儿。 1 扩频码 在下行链路中，c d m a 2 0 0 0 的小区是通过两个2 1 5 长的m 序列来区分的，一 个是i 信道，一个是q 信道，不同的小区通过p n 偏置进行相位偏移来区分。在上 行链路中，用户通过长度为2 “的m 序列的相位偏移来区分，信道则通过使用彼 此正交的w a l s h 的可变扩展因子来区分。 多码率 在基本和补充信道中可使用不同的编码和交织方式。在下行链路上，高比特 率的服务具有不同的q o s ，要求码分复用于补充信道，在上行链路上，可以传输 1 - 2 个补充信道。用户数据的帧长为2 0 m s 。在传输控制信息时，基本信道可用5 m s 和2 0 m s 的帧长。基本信道用约束长度为9 的卷积码。补充信道采用卷积码最多为 1 4 4 k b i t s 。对于更高的数据率，则用约柬长度为4 、比率为1 4 的t u r b o 码。 3 1 分组数据 c d m a 2 0 0 0 在传输数据包时采用a l o h a 原理，但它不采用固定功率发射，在 随机接入不成功时则增加发射功率。短数据突发可在公共业务信道上传输，并可 用简单的a r q 来改善性能。 t d s c d m a ( t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n i z a t i o nc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 时 第一章t d s c d m a 系统 分同步码分多址接入技术是由中国电信技术研究院( c 姗在1 9 8 8 年提出，于2 0 0 0 年5 月由国际电信联盟正式许可作为u m t s 的三大传输标准之一的。2 0 0 1 年3 月， t d - s c d m a 得到了3 g 合作伙伴( 3 g p p ) 接纳，这一事实，标志着t d s c d m a 将得 到全球包括服务运营商和系统供应商在内的通信产业联盟的支持。是中国人百年 以来在通信领域的历史性突破。 不同于运用频分双= r ( f d d l 的w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 标准，见表1 1 ， t d - s c d m a 在3 g 空中接口的物理层的无线射频领域做出了新的贡献。在3 g p p 内部，它也被称为低码片速率t d d 工作方式( 相对于3 8 4 m h z 的u t r a l r i ) d ) 。 它被设计成利用同步c d m a 技术的时分双工多址接入( t d d t d m a ) 协议，有 机的将c d m a ，t d m a ，f d m a 三大多址技术的优点融合在一起【2 】。 表1 1 3 g 三大标准参数的比较【2 】 c d m a 2 0 0 0w c d m a1 d - s c d m a c a i i i c f b d w i d t hp a i r e d , 1 2 5 3 7 5m h zp a i r e d , 5m h z u n p a i r e d ，1 6m h z m u l t i p l ea c c e s sd s a d m 删c - c d m a d s c d m ar d m a d s c d m a f r e q u e n c yr e - u s e l1l c h i pg a t e 1 2 2 8 8 1 3 6 8 6 4mc h i p s s 3 8 4m c h i p s s1 2 8 m c h i p s s c o n v o l u t i o n a l c o d i n 岛 沁r b 0c o n v o l u t i o n a lc o d i n g , n i r b oc o d c sc o n v o l u t i o n a lc o d i n g , t u r b o 口m c lc o d i 岵 d c sf o rh i g h - r a t ed a t af o rh i g h - m t cd a t a c o d e sf o rh i g h - m l cd a m s p r e a d i n gc o d e w a l s b , p s e u d on o i s ec o d e 0 v s fo v s f p h y s i c a ll a y e l0 2 5 6 4 2 5 6 i ，2 4 ，8 ，1 6 币r e a d r i gf a v o r s d a t am o d u l a t i o n d l ：q p s ku l ：b p s k d l ：q p $ k u k b p s kq p s k8 - p s k ( o p t i o n a l ) l o m s f r a m el e n g t h ，m s , 2 0 f i t s + 1 0 m s , 2 0 ( o p t i o n a ) f d i v i d c di a , ot w os u b f i a r n e s ) n u m b e ro i 1 61 67 s l o t s f r a m e m a x i m u md a t z r a t e0 h e o r e t i c a l ) 2 am b s ( i xp c - d o )2 m b s2 m b s s p e c t r u m i l i o ni od 4 l _ 2 5 e f f i c i e n c y d p 。na n d 触c l o s e d 】0 0 po p e na n df a s tc l o s e dl o o pd p c na n d f a s t d c d l o 。p p o w e r n t r o l ( 8 0 0 h z 、【1 6 0 0 i l z ) 2 0 0 i i z ) i o i n td e t e c t i o n r e c e i v e rr a k e r a k e ( m o b i l e ：r a k e ) i n t e r - b st i m i n gg p ss y n c h r o n o u s a s y n c h r o n o u s s y n c h r o n o u ss y n c h r o n o u s t d s c d m a ( i m t - 2 0 0 0c d m a t d d ) 系统特别适合在城市人口密集地区提供 高密度大容量话音、数据和多媒体业务。系统可以单独运营，以满足e t s m r s 和删i m r 2 0 0 0 的要求，也可以与其他无线接入技术配合使用。t o s c d m a 系 5 重庆邮电大学硕士论文 统的主要特点如下t 工作在t d d 模式下的t d - s c m d a 系统在周期性重复的时间帧里传输基本 t d m a 突发脉冲，通过周期性地转换传输方向，在同一载波上交替进行上、下行 链路传输。t d d 方案的优势在于系统可根据不同的业务类型来灵活地调整链路的 上、下行转换点。在传输对称业务( 如话音、交互式实时数据业务等) 时，可选 用对称的转换点位置；在传输非对称业务( 如互联网) 时，可在非对称的转换点 位置范围内选择，从而提供最佳频谱利用率和最佳业务容量。t d d 方式的另一优 势就是系统无需使用成对的频段，而可以使用f d d 系统无法使用的频段。 t d s c d m a 系统的上、下行信道使用同一载频，上、下行射频信道完全对称， 从而有利予智能天线的使用( 目前仪用于基站) 。智能天线系统由一组天线阵及相 连的收发信机和先进的数字信号处理算法构成。在发送端，智能天线根据接收到 的终端到达的信号在天线阵上产生的相位差，利用先进的数字信号处理算法提取 出终端的位置信息，根据终端的位置信息，有效地产生多波束赋性，每个波束指 向一个特定终端并自动地跟踪终端移动，从而有效地减少了同信道干扰，提高了 下行容量。空间波束赋形的结果使得在保持小区覆盖不变的情况下，可以极大地 降低总的射频发射功率，一方面改善了空间电磁环境，另一方面也降低了无线基 站的成本。在接收端，智能天线通过空间选择性分集，可大大提高接收灵敏度， 减少不同位置同信道用户的干扰，有效合并多经分量，抵消多经衰落，提高上行 容量。 t d s c d m a 系统是干扰受限系统。系统干扰包括多经干扰、小区内多用户干 扰和小区问的干扰。这些干扰破坏了各个信道的正交性，降低了c d m a 系统的频 率利用率。传统的r a k f 接收机技术把小区内的多用户干扰当作噪声处理，而没有 利用该干扰不同于噪声干扰的独有特性。联合检测技术即“多用户干扰”抑制技 术，是消除和减轻多用户干扰的主要技术，它把所有用户的信号都当作有用信号 处理，这样可充分利用用户信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息，从而大幅 度降低多经多址干扰，但同时也存在多码道处理过于复杂和无法安全解决多址干 扰等问题，将智能天线技术和联合检测技术相结合，可获得较为理想的效果， t d s c d m a 系统采用的低码片数率有利于各种联合检测算法的实现。 同步c d m a 指上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步，它通过 软件及物理层设计来实现，这样可使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交， 但相互问不会产生多址千扰，克服了异步c d m a 多址技术由于每个移动终端发射 的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰问题，提高了 t d s c d m a 系统的容量和频谱利用率。还可简化硬件电路，降低成本。 软件无线电是利用数字信号处理软件实现传统上由硬件电路来完成的无线功 6 第一章t d - s c d m a 系统 能的技术，通过加载不同的软件，可实现不同的硬件功能，在t d s c d m a 系统中， 软件无线电可用来实现智能天线、同步检测、载波恢复和各种基带信号处理等功 能。其优点主要表现在： 通过软件方式，灵活完成硬件功能； 具有良好的灵活性及可编程性： 可代替昂贵的硬件电路，实现复杂的功能； 对环境的适应性好，不会老化； 便于系统升级，降低用户设备费用。 除此以外，1 d s c d m a 还有许多其他的优点，如便于实现由g s m 系统的平 滑过渡，能够支持各种并行承载等。 从以上三种标准的特点的比较不难看出，我国无线通信技术学者们提出的 t d 。s c d m a 标准比较其他两个标准有明显的四大优势。一、系统可根据不同的业 务类型来灵活地调整链路的上、下行转换点，成功应对对称业务和非对称业务。 二、无须使用成对的频段，可以充分利用有限的频率资源。三、使用智能天线技 术，改善了空间电磁环境。降低了无线基站的成本。四、利用联合检测和同步c d m a 技术有效的抑制干扰的影响，提高系统容量，简化硬件电路。但是t d s c d m a 标 准的技术优势很难转换成经济和市场优势，在全世界范围内得到广泛支持。因为 在标准的背后存在各个经济强国激烈的利益斗争。作为重庆邮电大学的研究团队， 理应为振兴民族通信产业，推动t d s c d m a 产业链的快速成型贡献一份力量。所 以本文只围绕t d s c d m a 标准来进行n b a p 协议设计。 1 2t d s c d m a 的关键技术 t d s c d m a 标准得到了c w t s 及3 g p p 的全面支持，也是中国电信百年来第 一个完整的通信技术标准，是u t r a - - f d d 可替代的方案；由于它集c d m a 、 t d m a 等技术优势于一体，使得该标准系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力 强；智能天线、多用户检测和动态信道分配是该标准的三大主要关键技术【1 1 。 1 2 1 智能天线 智能天线( s m a r ta n t e n n a ) 是一种基于自适应天线原理的移动通信新技术。 它结合了自适应天线技术的优点。利用天线阵列对波束的汇成和指向的控制，产 生多介独立的波束，可以自适应她调整其方向图以跟踪信号的变化。 智能天线在消除干扰、扩大小区半径、降低系统成本、提高系统容量方面具 7 重庆邮电大学硕士论文 有不可比拟的优越性。正因为如此，w c d m a 和c d m a 2 0 ( o 都希望能在系统中使 用智能天线，但因其算法复杂度商，故在i m t - 2 0 0 0 家族中，实际上只有中国提出 的t d s c d m a 技术明确表示将在基站端使用智能天线，其他3 g 系统都只能将智 能天线作为可选技术，没有写入具体建议中，第二代系统也普遍未采用智能天线 技术。针对智能天线在实际应用中存在的问题，t d s c d m a 标准采用了以下解决 方案： 采用t d d 工作方式，上、下行信道对称，从上行接收信号中获取的加权矢量 估计值可以直接用于下行波束赋形，不需转换。 智能天线依靠接收信号来对下行波束赋形，因而要求t d d 周期不能太长，否 则对高速移动的u e 进行下行赋形就会带来巨大的误差。t d s c d m a 系统将一个 1 0 m s 的帧分裂成两个5 m s 的子帧，从而缩短了上、下行的转换时间。 采用低的码片速率有利于d s p 处理。为了避免零功率区的出现，系统中定义 了专用的下行导频时隙( d w p r s ) 。该时隙一方面被u e 用来建立和锁定下行同步， 另一方面还可以被t i e 用作下行功率测量( 包括服务小区和邻近小区) 。系统中定 义了专用的上行导频时隙( u p p t s ) 。u e 使用该时隙来建立与基站的上行同步。 这一方面简化了基站的智能天线算法，另一方面还解决了数据通信时因u e 端可能 长时间没有数据发送，从而造成基站端丢失u e 位置信息的问题。