（信号与信息处理专业论文）基于cdma20001x+evdo系统的无线网络优化研究.pdf

摘要 基于c d m a 2 0 0 01 xe v d o 系统的 无线网络优化研究 作者简介：王文剑，男，1 9 8 5 年9 月生，师从成都理工大学曹俊兴教授，2 0 1 1 年 6 月毕业于成都理工大学信号与信息处理专业，获得工学硕士学位。 摘要 中国的无线通信网络经过几年的网络投资建设，其网络规模已经成为世界上 最大的通信网络，拥有了世界上最大数目的用户群，但网络质量远远落后于网络 规模的发展。因此，探讨网络优化原理，寻找网络优化方法，改善网络性能和服 务质量，成为无线通信网络研究的热点问题之一。本文结合工程实践，对 c d m a 2 0 0 0l xe v d o 无线网络优化问题进行了探讨，其主要工作如下： l 、从技术分析、设计思想、技术优势和网络架构四个方面对c d m a 2 0 0 0l x e v d o 进行了介绍。 2 、介绍了c d m a 2 0 0 0l xe v d o 的协议栈模型和前向信道，包括信道分布结构、 时隙结构、物理结构。此外还阐述了c d m a 2 0 0 0l xe v d o 的关键技术，包括时分 复用、多用户调度、虚拟软切换、h a r q 机制等。 3 、阐述了c d m a 2 0 0 0l xe v d o 的规划、优化思想与分类。并通过对网络结构 的分析，结合终端多协议层次连接的特点，提出“d o 网络分层逐段 的优化思想。 4 、结合工程实践，对数据采集的内容与方法进行了介绍。主要包括两类。一 是网络测试数据，二是系统数据。“网络测试数据 主要是通过各种网络测试方式 采集来的各种测试结果，如：d t 测试( 路测) 数据、c q t 测试( 拨打测试) 数 据、o m c 话务统计数据和用户投诉处理记录等。“系统数据 是指系统本身的一 些参数，包括基站基础参数、天馈系统参数和各类技术参数等。采集方法主要是 路测分析法。 一 5 、阐述了在c 网系统优化项目组中，跟随射频优化组和性能分析组成员制定 合理目标，综合应用多种手段，解决网络突出问题，全面提升了网络性能。其中 具体解决的问题与取得的成果包括：p n 延迟导致掉话问题、小区掉话投诉处理、 成都理j 1 ：大学硕十学位论文 c d m a 2 0 0 0ix e v d o 邻区错配优化等。 本论文所做的研究工作，完善和优化了电信网络某些指标，解决网络突出问 题，提升了网络性能，为把c d m a 2 0 0 0i xe o 网络建设成为一张高质量的网络 做出了一定贡献。 关键词：e v d o ， 无线网络优化，时分复用，协议栈，邻区错配 成都理：1 | 大学硕十学位论文 t h er e s e a r c ho fw i r e l e s sn e t w o r ko p t i m i z a t i o nb a s e do nc d m a i xe v d os y s t e m i n t r o d u a i o no ft h ea u t h o r ：w a n gw e n j i a n ，m a l e ，w a sb o mi ns e p t e m b e r , 19 8 5 h i s t u t o rw a sp r o f e s s o rj u n x i n gc a o h eg r a d u a t e df r o mc h e n g d uu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y i ns i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n gm a j o ra n dw a sg r a n t e dt h em a s t e rd e g r e ei nj u n e , 2 0 1 1 a b s t r a c t a f t e rs e 、v , e r a ly c a r so fm v 豁t m e n to nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kmc h i n a ，t h en e t w o r ks c a l e h a sa l r e a d yb e c o m et h ew o r l d sl a r g e s ta n dh o l dt h el a r g e s tn u m b e r so f u s e r so ng l o b a l h o w e v e r ，t h e q u a l i t yo fn e t w o r ki s f i u rb e y o n dt h er e q u i r e m e n t t h e r e f o r e ，d i s c u s s i n gt h ep r i n c i p a lo fn e t w o r k o p t i m i z a t i o n ，t a k i n gr a p i da n de f f e c t i v en e t w o r ko p t i m i z a t i o nm e t h o & t oi m p r o v en e t w o r k p e r f o r m a n c ea n ds e r v i c eq u a l i t yi si m p o r t a n ti s s u e s t h a ti sm u c hc o n c e r n e db ym o b i l en e t w o r k 0 1 0 旧r a t o r s c o m b i n e d 谢me n g i n e e r i n gp r a c t i c e t h i sd i s s e r t a t i o ni sf o c u s i n go nt h ec d m a 2 0 0 0i x e v d ow i r e l e s sn e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，t h em a i nw o r ki sa sf o l l o w s ： i i n t r o d u c i n gt h ec d m a 2 0 0 0l xe v d ot e c h n o l o g yf r o mf o u r 鹪p e c t s ：t e c h n i c a la n a l y s i s ， d e s i g nt h o u g h t ，t e c h n i c a la d v a n t a g e sa n dn e t w o r ks t r u c t u r e 2g i v i n gab r i e fi n t r o d u c t i o no fc d m a 2 0 0 0i xe v d op r o t o c o ls t a c km o d e la n dt h ef o r w a r d c h a n n e l ，i n c l u d i n gc h a n n e ld i s t r i b u t i o ns t r u c t u r e ，s l o ts t r u c t u r ea n dp h y s i ls t r u c t u r e b e s i d e s ， d e s c r i b i n gt h ek e yt e c h n o l o g i e so fc d m a 2 0 0 0i xe v d o ，i n c l u d i n gt i m e - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g , m u l t i - u s e rs c h e d u l i n g ，v i r t u a ls o f th a n d o f f , h a r qm e c h a n i s m 3d e s c r i b i n gt h en e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o no fc d m a 2 0 0 0i xe v d oa n di t st h o u g h t a n dc l a s s i f i c a t i o n n e t w o r ko p t i m i z a t i o ni sa p r o c e s so f n e t w o r kd a t aa c q u i s i t i o na n dd a t aa n a l y s i st o i d e n t i f yt h ec a u $ 懿t h a th a v ei m p a c to nt h eq u a l i t yo fn e t w o r kr u n n i n ga n da d j u s tt h ep a r a m e t e r sb y s o m eo ft h et e c h n i c a lm e t h o d st oa c h i e v et h eo p t i m a lr u n n i n gs t a t e , m a x i m i z i n gt h ee f f e c t so f e x i s t i n gn e t w o r kr e s o u r c e s t h e r e f o r e , t h r o u g ht h ea n a l y s i so fn e t w o r ks t r u c t u r e ，c o m b i n e dw i t ht h e c h a r a c t e r i s t i c so fm u l t i - p r o t o c o ll a y e r sc o n n e c t i o n ，w ep u tf o r w a r da no p t i m i z a t i o nt h o u g h to f ”d o n e t w o r kl a y e r e dv e r t i c a l l ya n ds e g m e n t e dh o r i z o n t a l l y ” 4c o m b i n e dw i t he n g i n e e r i n gp r a c t i c e ，i n t r o d u c i n gt h ec o n t e n ta n dm e t h o d so fd a t aa c q u i s i t i o n 1 1 1 n e t w o r kd a t aa c q u i s i t i o ni s b a s i c a l l yd i v i d e di n t o t w ot y p e s ：n e t w o r kt e s t d a t aa n ds y s t e m d a t a n e t w o r kt e s td a t a ”r e f e r st ot h ev a r i o l l st e s tr e s u l t sb yn e t w o r kt e s tm e t h o d s 。s u c ha s ：d tt e s t d a t a , c q tt e s td a t a ，o m ct r a f f i cs t a t i s t i cd a t aa n du s e rc o m p l a i n ti n v e s t i g a t i o nr e c o r d s , s y s t e m d a t a ”r e f e r st os o m eo ft h ep a r a m e t e r so ft h es y s t e mi t s e l f , i n c l u d i n gt h eb a s i cp a r a m e t e r so ft h eb a s e s t a t i o n , a n t e i l n as y s t e mp a r a m e t e r sa n d v a r i o u st e c h n i c a lp a r a m e t e r s t h em a i nm e t h o di sd r i v e - t e s t a n a l y s i s 5d u r i n gt h et i m ei nt h et e a mo fc d m an e t w o r ko p t i m i z a t i o np r o j e c t ，i nc o l l a b o r a t i o nw i t h r fo p t i m i z a t i o na n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i sg r o u p ，is e tar e a s o n a b l eg o a l ，w i t hc o m p r e h e n s i v e a p p l i c a t i o no f v a r i o u sm e t h o d s ，8 0a st oi m p r o v en e t w o r kp e r f o r m a n c ea n ds o l v en e t w o r kp r o b l e m s t h em a i na c h i e v e m e n t sa r ei n c l u d i n g ：p nd e l a y sc a u s i n gc a l ld r o p ，d e a l i n gw i t hc o m p l a i n t so f r e g i o nc a l ld r o p ，e v d on e i g h b o r i n gc e l lm i s m a t c ho p t i m i z a t i o na n d e t c i nt h i st h e s i s ，t h er e s e a r c hw o r kh a v ed o n et oi m p r o v ea n do p t i m i z et h ei n d i c a t o r so f t e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k , s o l v ev a r i o u sn e t w o r kp r o b l e m s ，c o n s o l i d a t en e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e ， e n h a n c et h eo v e r a l ln e t w o r kp e r f o r m a n c e ，m a k ec e r t a i nc o n t r i b u t i o nt ot h ec d m a 2 0 0 0l x e v d o d e v e l o p i n gi n t oa n e t w o r kw i t hh i g h - q u a l i t y k e y w o r d s ：e v d o ，w i r e l e s s n e t w o r k o p t i m i z a t i o n ，t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g p r o t o c o ls t a c k , n e i g h b o r i n gc e l lm i s m a t c h w 第1 章引言 第1 章引言 1 1 蜂窝移动通信发展历史 1 9 4 5 年，贝尔实验室首先发明了蜂窝移动通信技术。进入上世纪6 0 年代后期， a t & t 在此基础了推出了蜂窝电话系统( 车载电话系统) 。1 9 7 8 年美国贝尔实验室 率先开发了移动电话业务( a m p s ) 系统，利用在干扰受限的环境下，依赖于适当 的频率复用规划( 特定地区的传播特性) 和频分复用( f d m a ) 来提高容量，并在 整个服务覆盖区域内自动接入公用电话网，解决了公用移动通信系统所面临的大 容量要求与频谱资源限制的矛盾。2 0 世纪7 0 年代未，美国又开始大规模部署 a m p s 系统，以优异的网络性能和服务质量获得了广大用户的好评，a m p s 在美 国迅速发展壮大，并波及欧洲、日本和世界其它国家。各国以此为范例纷纷进行 蜂窝移动通信技术的研究并且建立了自己的蜂窝移动通信网络。2 0 世纪8 0 年代 中期，世界出现了众多的蜂窝移动通信系统，如：英国的e t a c s 系统、法国的 4 5 0 系统、北欧的n m t - 4 5 0 系统、日本的n t t j t a c s n t a c s 系统等，这些系统 都是模拟制式的频分双工( f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x ，f d d ) 系统，亦被称为第 一代蜂窝移动通信系统或1 g 系统。1 g 系统有效地解决频谱利用率低、容量小及 业务的服务质量差等当时常规移动通信系统所面临的问题，产生很好的社会与经 济效果，但也存在很多不足。一是没有形成全球的统一标准。各个国家都在研制 使用自己的系统制式和通信频段，无法实现全球漫游；二是容量有限。用户数日 益增长，系统容量与频谱资源之间的矛盾日益尖锐，蜂窝系统的容量逾显有限。 三是通话质量不高【1 1 。由于蜂窝分割，使频率复用距离越来越小，来自多方面的干 扰变得难以排除，造成通话质量不高，此外，还存在保密性差、不能提供数据业 务等技术问题。 为了有效在解决1 g 系统中存在的技术问题，上世纪9 0 年代初期，第二代蜂 窝移动通信系统( 以下简称2 g ) 应运而生。第二代蜂窝移动通信系统以提供更高 的网络容量，改善了话音质量和保密性，为用户提供无缝的国际漫游为目的，较 l g 系统相比具有很多优点，如：频谱效率高、系统容量大、保密性能好等。目前 成都理工大学硕士学位论文 现有的移动通信网络主要以第二代的g s m 和c d m a 为主，下面就g s m 和c d m a 系统作简要说明： g s m 可在9 0 0 和1 8 0 0 两个频段工作，使用9 0 0 m h z 频段的g s m 称为 g s m 9 0 0 ，使用1 8 0 0 m h z 频段的g s m 称为d c s l 8 0 0 ，我国最早使用的是 g s m 9 0 0 ，随着用户数量和通信网络规模的发展，原有的g s m 9 0 0 网络频率变得日 益紧张继而引入了d c s l 8 0 0 ，g s m 采用f d d 方式和t d m a 方式，利用2 0 0 k h z 载波带宽提供语音和低速数据业务。g s m 的优点在于：频谱利用率高，提高了系 统容量；标准体制较为完善，便于实现全自动国际漫游；信息传输保密性好，入 网信息安全性高；数字无线传输技术抗衰落性能较强，传输质量高、话音质量好 等，但也存在模拟系统容量增加不多，无法和模拟系统兼容，不能提供分组数据 业务等问题。为此，基于g s m 开发了g p r s ( g e n e t i cp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 系统， g p r s 是架构于g s m 上的无线网络，它突破了g s m 网只能提供电路交换的思维 方式，通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交 换，这种改造的投入相对来说并不大，一定程度上解决了用户容量与分组数据业 务问题。 c d m a ，码分多址，是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线 扩频通信技术。i s 9 5 可以工作在8 0 0 m h z 或1 9 0 0 m h z 频段，使用8 0 0 m h z 频 段的c d m a 系统称为蜂窝系统；使用1 9 0 0 m h z 频段的c d m a 系统称为p c s 系 统。i s 9 5 采用f d d 方式和c d m a 方式，具有良好的抗干扰特性。c d m a 系统 的优势在于以下几点：一是通信技术先进，有很好的发展前景。二是绿色环保， c d m a 系统的发射功率最高只有2 0 0 m w ，手机的辐射量只有g s m 系统的千分之 一，对环境影响小。三是通话质量可以和固定电话相媲美；通话不易被窃听，保 密性强。四是上网速度快等。c d m a 最早由美国高通公司推出，由于c d m a 系 统在提高系统容量和抗干扰及无线衰落等方面的明显优势，使得c d m a 技术成为 第三代移动通信的核心技术。 总之，第二代蜂窝移动通信系统主要采用t d m a 或c d m a 方式，具有频谱 利用率高、保密性好和语音质量好的特点，既可以支持语音业务，也可以支持低 速数据业务，很好地解决了第一代蜂窝移动通信系统的不足。但随着数据业务( 尤 2 第1 章引言 其是多媒体业务) 需求的不断增长，2 g 系统在系统容量、频谱效率等方面的局限 性也日益显现，第三代蜂窝移动通信系统诞生。 第三代蜂窝移动通信系统( 以下简称3 g ) 产生于本世纪初，以宽带c d m a 为主，较前两代的主要区别在于传输声音和数据的速度上的提升，更好地实现无 缝漫游，很好地处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、 电话会议、电子商务等多种信息服务等。 与1 g 和2 g 系统相比，3 g 系统的主要特点可以概括为： ( 1 ) 全球普及和无缝漫游的能力：3 g 系统可全球统一分配频段，全球统一标准， 提供全球覆盖。 ( 2 ) 支持语音、数据、图像及多媒体等业务。 ( 3 ) 具有良好的设计一致性、兼容性等。 ( 4 ) 提供充足的带宽、较高的频谱效率及良好的业务服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ， q o s a ) 。 ( 5 ) 提供良好的系统安全机制：3 g 系统的安全性能高，除了牵涉到用户的个人 隐私外，涉及到国家政治、经济、金融等领域的安全性，3 g 系统也有很好的安全 性能。 第一代8 0 年代第二代9 0 年代第三代 模拟数字 i m t - 2 0 0 0 图卜1 蜂窝移动通信发展历程 参暑 。嗡 成都理工大学硕士学位论文 1 2 无线网络优化研究背景及意义 随着第三代移动通信网络建成并投入运营后，由于用户数量的增加，业务种 类的多样化，用户需求的多样化，以及城市建设等引起的电磁波传播条件的变化， 必然会出现一些网络问题，无论是在网络规划阶段还是在运营阶段，都离不开网 络优化。因此，如何实现网络资源的合理配置，提高网络的服务质量，如何解决 网络中出现的各种问题，使网络运行在最佳状态，是无线网络优化的关键问题。 移动通信网络优化是一个新兴的高度密集高新技术的工作，技术难度相当大， 涉及到的技术面极其广泛，具体涉及到网络交换技术、频率设计、无线参数、切 换、信令和设备技术等方面，技术复杂度也在不断提高，对网络优化人员的技术 要求也越来越高，需要不断更新设备和相关产品，以降低技术的复杂度，提高工 作效率。 网络优化的目的就是在不断监视网络的各项技术数据、路测，根据发现的问 题，通过对设备、参数的调整，使网络的性能指标达到最佳状态，最大限度地发 挥网络能力，提高网络的平均服务质量，将网络建设成为一个覆盖良好、话音清 晰、接通率高的优质蜂窝移动通信系统【2 】。 1 3 无线网络优化研究现状 网络优化发展到今天，己形成了一些典型的方式和方法。 商用后的网络优化，主要是为了适应用户行为变化和性能考核的需要，主要 集中在降低掉话率，提高接入成功率，加强覆盖，提高用户满意度，同时在充分 利用现有网络资源的基础上使系统容量和覆盖最大化，并监视网络容量的增长情 况以判定是否需要扩容。这部分包括数据采集、数据分析、问题定位、方案制定 和方案实施等许多内容，常用的技术方法有路测、拨测等。 无线网络优化的一些通用原则是【3 】： 第一步：现网情况调查阶段 现网情况调查是网络管理及优化的基础工作，也是进行网络优化的准备阶段。 主要工作内容是收集网络设计目标和能反应现网总体运行及工程情况的各种数 4 第1 章引言 据，通过对现网的详细资料调查和系统检查，迅速定位需要优化的对象和明确优 化目标等，为下一步更具体的数据采集、问题分析和定位做好准备。 第二步：数据采集 网络优化是在充分了解网络运行状态的前提下进行的，因此，数据采集是一 个非常重要的环节。数据采集的主要工作内容是通过采用各种测试、采集和统计 等手段更加有针对性的进一步对网络性能和质量情况进行测试和数据收集。 第三步：数据分析 进行网路优化的关键一步就是综合从操作维护中心( o m c ) 、基站和有线部分 的信令采集以及无线部分的路测等所获得的一系列数据，遵循一定的分析方法和 步骤，利用后台数据分析软件等，进行全方位的数据汇总统计和分析，寻找定位 网络问题的具体原因。 第四步：制定和实施优化方案 经过上述深入系统的网络数据分析，结合现网运行和工程情况制定出适宜的 优化调整方案并付诸实施。 第五步：验证并总结 图1 - 2 网络优化相关步骤 成都理工大学硕士学位论文 第2 章c d m a 2 0 0 01xe v d o 系统概述 2 1c d m a 2 0 0 01 xe v d o 技术分析 c d m a 2 0 0 0i xe v d o ，是继c d m a 2 0 0 0l x 以后发展起来的3 g 系统。这一发 展过程可以分为两个步骤，第一步骤称作l x e v d o ，即“d a t ao n l y ，它可以利用 一个与c d m a 2 0 0 0 相同频宽的载频从而实现2 4 m b p s 的前向数据传输速率，目前 国际电联u 已认定其为国际3 g 标准。第二步骤叫l x e v d v 。l x e v d v 意为“d a t a a n dv o i c e ，它可以在单个c d m a 载频上同时支持话音和数据，可提供6 m b p s 甚 至更高的数据传输速率。 e v d o 可在1 2 5 m h z 带宽内提供峰值速率达2 4 m b p s 的高速数据传输服务， 是一种针对分组数据业务进行优化的、高频谱利用率的c d m a 无线通信技术。 l x e v d o 采用了将语音信道和数据信道分离的方法，这一技术可以保证在不影响 现有网络话音通信的前提下支持高速数据业务，因为数据和语音对实时性和差错 率有着不同的要求。在延时方面，数据速率对实时性要求低于语音业务；在误码 率方面，数据业务对误比特率的要求高于语音业务；另外，前反向非对称，前向 数据业务( 基站到移动台) 的速率需求较反向高出数倍。而语音业务则为严格的 对称业务。 e v d o 的码片速率、功率需求、信道带宽与c d m a 2 0 0 0i x 基本相耐3 1 ，网络 规划时可沿用现有的射频部件，基站可与c d m a 2 0 0 0i x 合一，有着很好的前向兼 容性，从而很好地保护了c d m a 2 0 0 0l x 运营商的现有投资。e v d o 的功率控制与 软切换的方式与c d m a 2 0 0 0l x 不同，其核心思想是通过对数据速率的动态控制， 使每个用户以可能得到的最高速率通信。在e v d o 系统中，前向链路设计成时分 多址方式。在给定的某一时隙，某一用户接受服务，不同用户在不同时刻接受服 务。当用户没有数据传输时，就不必给用户分配信道。在反向链路上，采取类似 于c d m a 2 0 0 0l x 的码分多址方式。而c d m a 2 0 0 0l x 前反向均采用码分多址技术。 6 第2 章c d m a 2 0 0 01 xe v d o 系统概述 2 2c d m a 2 0 0 01xe v d 0 技术优势 c d l v 毗0 0 0lxe v d o 技术优势： ( 1 ) e v d o 把语音业务和数据业务分别放在两个独立的载波上承载，可极大地简 化了系统软件的设计难度，避免了复杂的资源调度算法。 ( 2 ) e v d o 从射频角度来看，1 x 与e v d o 是完全兼容的。设备制造商可不改变 设备元器件生产和采购方法，运营商可以在现有网络升级时使用现存的i s 9 5 2 0 0 0 1 x 射频部分，可保护了之前的投资。 ( 3 ) e v d o 技术提高了空中接口的传输速率，提高了可靠性。 ( 4 ) e v d o 网络的优化对中国电信是个新课题，市场和用户的期望都很高，应用 前景广泛，因此，e v i ) o 的优化自然成为工作重点。 由于e v d o 是在1 x 网络基础上平滑升级的，共用天馈系统，因此1 x 网络的 优化是e v d o 优化的基础。虽然e v d o 与1 x 的优化流程基本相同，都追求无线 信号在一个地区主控，但两者网络优化也有很多不同之处，1 x 侧重语音的连续 和通话的质量等，e v d o 侧重用户对数据速率的要求。同时，e v d o 要求导频的 主控范围更加明确，以利于提升整网平均速率，对外部干扰控制的要求也远大于 l x 网络1 5 1 。 2 3c d m a 2 0 0 01xe v d 0 网络架构 a t - 1 x e v - 终端 a n ：l x e v - d 0a c c e s sn e t w o r k a na 从： a c c e s sn e t w o r ka m 图2 - 1e v d o 网络架构图 参考标准 啪in t e r f a c e ：c s 0 0 2 4 0v 4 0 ain t e r f a c e ：a s 0 0 0 8 0v 2 0 粤_ 丢 蔼国镬国 眵一： 、。锣 二 成都理工大学硕士学位论文 e v d o 系统结构如图所示，由无线接入网和核心网组成，粉色表示无线接入 网部分，绿色表示核心网部分。网元主要就是a n 、p c f 、a n a a a 、p d s n f a 、 a a a 。具体介绍如下【6 】： 无线接入网包括接入网( a c c e s sn e t w o r k 、a n ) 、分组控制功能( p a c k e tc o n t r o l f u n c t i o n ，p c f ) 和接入网鉴树认证计费( a n - - a a a ) 等功能实体。 a n 类似于c d m a 2 0 0 0i x 系统中的基站，可以由基站控制器( b a s es t a t i o n c o n t r o l l e r ，b s c ) 和基站收发器( b a s et r a n s c e i v e rs t a t i o n ，b t s ) 组成。通常，b t s 完成u r n 接口物理层协议功能；b s c 完成u m 接口其他协议层功能、呼叫控制及 移动性管理功能。a 8 a 9 、a 1 2 、a 1 3 接口在a n 的附着点是b s c ；b s c 与b t s 之间通过a b i s 接口相连。a b i s 接口是非标准接口，在c d m a 2 0 0 0 相关规范中未 规定其协议层结构。a n 完成基站收发及其控制功能。p c f 完成a 8 和a 1 0 连接的 建立和分组数据业务节点( p a c k e td a t as e r v i c en o d e ，p d s n ) 的选择功能。a n a a a 完成接入鉴权的算法和参数，执行接入鉴权功能。 核心网主要包括p d s n 及其a 从等功能实体。p d s n 主要完成分组数据会话 的建立、管理和释放功能。a a a 负责于用户有关的登记、鉴权和计费功能。 e v d o 接口包括以下几个接口： a 8 a 9 ：a n 与p c f 之间的内部接口，a 8 承载业务数据，a 9 承载信令。 a 1 0 a i l ：p c f 与p d s n 之间的接口，也称r p 接口，a 1 0 承载数据，a l l 承 载信令。 a 1 2 ：a n 与a n - - a a a 之间的接口，用于承载用户接入鉴权的消息。 a 1 3 ：源a n 与目标a n 之间的接口，在会话切换时，源a n 和目标a n 通过 a 13 传递原有会话的配置信息。 从网络结构上看，l xf v d o 与c d m a 2 0 0 01 婀基本一致，两者的主要差异在 于1 xe v d o 作为数据业务专用网络，不支持电路型语音业务，因而不存在电路核 心网。 8 第3 章c d m a 2 0 0 0i xe v d o 空中接口及关键技术 第3 章c d m a 2 0 0 01xe v d 0 空中接口及关键技术 3 1e v d 0 协议栈模型 e v d o 空中接口协议由物理层、m a c 层、安全层、连接层、会话层、流层 和应用层七个协议层组成。 物理层：规定了前反向物理信道的结构、输出功率、数据封装、基带及射频 处理和工作频点等。 m a c 层：完成对物理信道的访问控制功能。主要有，一是控制信道m a c 协议 规定了控制信道的传送方式和时序要求；二是接入信道m a c 协议规定了终端接入 系统的方式和长码( l o n gc o d e ) 生成方式；三是前向业务信道m a c 协议规定了 前向业务信道的速率控制和复用解复用方式；四是反向业务信道m a c 协议规定 了反向业务信道的捕获和速率选择机制。 安全层：安全层完成密钥交换、c r y p t o s y n c 的生成、数据加密和空口鉴权等 功能。 连接层：完成系统的捕获、连接的建立，维持，释放、连接状态下的移动性管理 和链路控制，以及对会话层数据分组的复用和对安全层数据分组的解复用功能。 会话层：完成空口会话的建立、维持和释放功能。在会话层中，会话管理协 议用于激活会话层其他协议、维护与关闭会话；地址管理协议用于会话终端的地 址分配；会话配置协议负责与会话相关的协议及其配置的协商。 流层：将单个或多个应用流( f l o w ) 合成为流层的径流( s t r e a m ) ，完成对应 用层数据流和信令流打q o s 标识。 应用层：完成分组应用和信令应用数据分组的收发及其控制功能。 各协议层按功能划分，各层之间没有严格的上下层承载关系【8 】：在时间上，各 层协议可以同时存在，不存在严格的先后关系；在数据封装上，业务数据自上而 下进行封装，可以跨越部分协议层。如下图3 1 所示： 9 成都理工大学硕士学位论文 黛喾信争应用 l 信拥络协议i 缺省分组应用 漉控协议 应用层 | 信寺鼢撇l 无娩链路协议位置：更新玲淡 ll l 灌撇 l 瀛屠 ll 会瑶管理 蠹龊 l 蝴愀l 会话配置默疋会话层 无线链路管瑷 l 初馓悫l 奎阚敬容协坟 l 麟赦怒协议l 协议 连嫠屡 静组裔并协设 l 一新撇l开铺髑撇i 蛋仝协议 密佣变换协设li 蚴鲠 衡密协议 l 安全屡 接入信速 厨议 l 务t 哈铲l m a c 屡 控列信遗 协设 a i 鬻l m a c 协蚊m c 协坂 物理爱协议铆理屡 3 2e v d 0 前向信道 图3 - 1e v d 0 空中接口协议栈结构 e v d o 的网络优化主要是对前向链路的优化，所以本文重点介绍前向信道。前 向信道物理层将m a c 层分组按指定速率构造物理信道数据分组，根据对应的参数 配置表( 时隙数、编码调制方式及序列重复次数等) ，对物理信道数据分组进行编 码调制、序列重复、加扰、扩频、正交扩展、滤波、加载波等处理，最后从空中 接1 3 发送出去阴。 3 2 1 前向信道分布结构 导频信道、m a c 信道、业务信道和控制信道构成了e v d o 前向信道。导频信 1 0 第3 章c d m a 2 0 0 0l xe v d o 空中接口及关键技术 道用于系统捕获、相干解调和链路质量的测量；m a c 信道分为反向活动( r e v e r s e a c t i v i t y ，r a ) 子信道、反向功率控( r e v e r s e p o w e rc o n t r o l ，r p c ) 子信道与 d r c l o c k 子信道。业务信道用于传送物理层数据分组。控制信道用于传送系统控 制消息。 图3 - 2 前向信道结构 r a 子信道用于指示a t 是否增加或降低传输速率。r p c 子信道用于负责对 反向链路进行功率控制，调整a t 的功率。d r c l o c k 子信道用于传送系统是否 正确接收d r c 信道的指示信息。如图3 - 2 所示。 3 2 2 前向信道时隙结构 e v d o 前向链路传送以时隙为单位，每个时隙为1 6 6 7 m s ，由2 0 4 8 码片组成， 其时隙结构如下图所示。基站根据前向链路的参数，在1 1 6 个时隙内完成数据的 传送。有数据申请速率时，业务信道时隙处于a c t i v e 状态，各信道按一定顺序和码 片数进行复用；没有数据申请速率时，业务信道时隙处于i d l e 状态，只传送m a c 信道和导频信道。 e v d o 前向信道以时分为主，码分为辅。其主要分布规律为：业务信道、导频 成都理工大学硕士学位论文 信道、m a c 信道和控制信道之间时分复用；d r c l o c k 子信道和r p c 子信道时分 复用；不同用户的r p c ，d r c l o c k 子信道与r a 子信道码分复用。 ：。黎鏖囊绣 7 黼 ：烹濑尹 蘑瓣 裔酽严2 _ _ _ 。一目目日m 目a 强雹羁盈曩霸臻圈豳影盈瞄曩圈暖j 口r ，一融! 鞠田豳联瞳矗誓致黧嬲赣錾i 髓 斓 豹_ 熏e国 曩 瞄赶翔 擎4 翟墨薯 m 班礤 r p c d r cl o c kr p c d r cl o c kr p c i d r cl o c kr p c d r cl o c k r a br a br a br a b 图3 - 3 前向信道时隙结构 3 2 3 前向信道物理结构 e v d o 系统前向信道的物理结构如图3 4 所示。首先对前向业务信道送来的数 据包进行t u r b o 编码和加扰后进行信道交织，再进行调制和符号重复，接着将输出 的符号流分成1 6 个并行子流，每个子流经过1 6 阶的w a l s h 码扩频后输出符号的速 率为7 6 8 k b i t s ，叠加后形成1 2 2 8 8 m c h i p s 的高速码流：此高速码流与业务信道 前缀、导频信道以及m a c 信道码流进行时分复用【l l 】。 ( 1 ) 控制信道 控制信道传送控制信道数据分组，其信道结构与业务信道相同，两者之间差 别主要体现在两个方面：控制信道采用的扩频码为m a c i n d e x = 2 ( 或3 ) ，而业务信 道采用的扩频码在m a c l n d e x = 5 6 3 内可选；控制信道包含3 8 4 k b i t s 和 7 6 8 k b i t s 两种速率，而业务信道速率分布在3 8 4 - 2 4 5 m b i t s 范围内，不同速率 等级所对应的编码和调制等参数配置也存在差异。 第一3 童婴丛丝塑! 茎婴窒主堡旦垄羞壁垫查 ( 2 ) m a c 信道 m a c 信道由r a 、r p c 和d r c l o c k 三个子信道组成。r p c 和d r c l o c k 子信道 共用m a c 信道的时隙。 p n i 卜c l u r m e lp n & 印_ i e 眦e l , 2 2 s m “c h t p s 州q 口- c h o m d 刚 s u e ，- 跫 ，2 z 螺m 曲呻 图3 4 前向信道物理结构 r p c 比特和d r c l o c k 比特先分别经过电平映射、相对功率调整和w a l s h 码 扩频，并将其扩频输出与r a 子信道的扩频输出奇偶复用，形成i 、q 两支路，然 后分别进行p n 短码调制、复正交扩展、基带滤波和加载波等处理，形成前向调制 波形发送出去。r a 子信道的结构：r a b 先经过r a b l e n g t h 次重复、电平映射、相 1 3 成都理工大学硕士学位论文 对功率调整和w a l s h 码扩频，并将其扩频输出与r p c d r c l o c k 子信道的扩频输出 奇偶复用，形成i 、q 两支路输入，同样分别进行p n 短码调制、复正交扩展、基 带滤波和加载波等处理，形成前向调制波形发送出去。 ( 3 ) 业务信道 前向业务信道由前缀和数据两部分组成。 前缀部分传送全零的比特流，其信道结构与导频的信道结构相同，两者之间 的差别主要体现在两方面：首先，业务信道前缀采用的扩频码在m a c i n d e x = 5 6 3 内可选，而导频信道采用固定的扩频码昭。其次，业务信道前缀的比特率可变， 而导频信道的比特率不变。 数据部分传送业务信道数据分组，其信道结构是先进行信道编码、加扰、交 织和波形调制，输出i 和q 两个支路；再经过序列重复和打孔后分成多个低速的i 和 q 支路，对各个低速支路分别进行扩频和相对功率调整，然后分别累加多个低速的 i 和q 支路，其输出分别作为复正交扩展器的i 和q 支路输入，最后分别进行p n 短 码调制、复正交扩展、基带滤波和加载波处理，形成前向调制信号发送出去。 ( 4 ) 导频信道 导频信息是全零的比特流，直接进行电平映射，然后采用6 4 1 ；j h v a l s h 码进行调 制，将输出码流作为复正交扩展器的1 支路输入而q 支路调制全o 的比特流，然后分 别进行p n 短码调制、复正交扩展、基带滤波和加载波等处理，形成前向调制波形 发送出去。 3 3e v d o 关键技术 e v d o 系统是i n t e m e t 的无线延伸，主要目标是在复杂的无线传播环