（通信与信息系统专业论文）tdscdma+r4与tdhsdpa的干扰共存性能研究.pdf

独创性 或创新性 声明 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 亥乙b 日期 2 o 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 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 覆乙飞 日期 砌 川p 导师签名 移黟 日期 i o i t d s c d m ar 4 与t d h s d p a 的干扰共存性能研究 摘要 目前 t d s c d m ar 4 网络与t d h s d p a 网络正在全中国的范 围内展开部署 这两个网络间共存干扰的研究 对实际t d s c d m a 网络的部署和规划具有重要的意义 但是 目前相关研究开展的还非 常有限 t d s c d m a 家庭基站作为t d s c d m a 业务的良好载体 在未 来具有非常广阔的发展空间 如何设置家庭基站的最大发射功率 在 抑制干扰的同时充分考虑家庭基站自身的性能是目前3 g p p 和c c s a 中家庭基站研究的热点问题之一 在3 g p p 中已经进行了w c d m a 家庭基站的系统间干扰分析 但目前还没有开展基于t d s c d m a 家 庭基站的相关研究 本文首先对t d s c d m a 与t d h s d p a 在典型场景下的干扰问题 进行了研究 依据实际网络的部署情况及3 g p p 的相关标准 在详细 论证的基础上给出了进行t d s c d m a 系统与t d h s d p a 系统共存研 究的基本假设 包括组网方式 部署场景 传播模型和干扰模型等 并通过仿真评估了不同场景下系统共存对小区性能的影响 给出了 t d s c d m a 系统与t d h s p d a 共存所需的干扰隔离措施建议 之后 基于家庭基站特点和其与一般t d s c d m a 系统的区别 以及3 g p p 和c c s a 中讨论达成的基本共识 本文给出了家庭基站共 存干扰问题的基本研究假设 并在此基础上评估了家庭基站采用固定 发射功率时对宏小区的干扰情况 最后 文章总结了目前研究的进展情况并对未来研究的发展做出 了展望 关键词t d s c d m at d h s d p a 家庭基站干扰共存 n 呵t e r f e i 吲c er e s e a r c ho ft d s c d m ar 4 a n dt d h s d p as y s t e m a b s t r a c t t d s c d ar 4n e t w o r ka n dt d h s d p an e t w o r ka r en o wu n d e r d e p l o y m e n ti nc h i n a r e s e a r c ho nt h ec o e x i s t e n c eb e t w e e nt h e s et w o a b o v em e n t i o n e dn e t w o r k si sv e r yi m p o r t a n tt ot h ed e p l o y m e n to ft h e m b u tr e l a t e dr e s e a r c hi sq u i t el i m i t e d a sag o o da p p l i c a t i o no ft d s c d m at e c h n i q u e t d s c d m a h o m en o d e bi se x p e c t e dt oh a v eab r i g h tf u t u r e o n eo ft h em a i nt o p i c s i n3g p pa n dc c s i ai si n t e f f e r e n c em a n a g e m e n tb e t w e e nh o m en o d e b a n do t h e re x i s t i n gs y s t e m s o n ew a yt om a k et h et r a d e o f fb e t w e e nt h e h o m en o d e bc o v e r a g ea n dt h ei n t e r f e r e n c et oo t h e rs y s t e m si st oa d j u s t t h em a x i m u mo u t p u tp o w e ro fh o m en o d e b t h i si s s u eh a sb e e n d i s c u s s e do v e r c d n 队h o m en o d e bi n3 g p eb u tf e wp e o p l eh a v e d o n et h i si nt h ef i e l do f t d s c d m as y s t e m i nt 1 1 i s p a p e r w e d i s c u s st h ec o e x i s t e n e e p e r f o r m a n c e o f t d s c d m ar 4a n dt d h s d p au n d e rt y p i c a ls c e n a r i of i r s t a c c o r d i n g t ot h ea c t u a ln e t w o r ka n d3g p ps t a n d a r d s w ep r o p o s es o m ei m p o r t a n t a s s u m p t i o n sf o rc o e x i s t i n gs y s t e m sa n a l y s i s i n c l u d i n gt h ec o e x i s t i n g m o d e l s t h ed e p l o y m e n ts c e n a r i o t h ep r o p a g a t i o nm o d e l sa n dt h e i n t e r f e r e n c em o d e l a l s o t h e i m p a c t o n s y s t e mc a p a c i t y d u et o c o e x i s t e n c ei si n v e s t i g a t e d a n ds o m ea d v i s e so nt h ei n t e r f e r e n c e m a n a g e m e n to ft d h s d p aa n dt d s c d ar 4s y s t e m sa r eg i v e n b e s i d e s t h i sp a p e ra l s op r o v i d e ss o m ed i s c u s s i o no nt h ei n t e r f e r e n c e m a n a g e m e n to ft d s c d m ah o m en o d e b b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c o fh o m en o d e ba n dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e ni ta n dt y p i c a lt d s c d m a s y s t e m w ed i s c u s sa b o u tt h eb a s i ca s s u m p t i o n sf o rh o m en o d e b r e s e a r c h a n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t so fh o m en o d e bi n t e r f e r e sm a c r o u s e r sw i t hf i x e do u t p u tp o w e ra r eg i v e n f i n a l l y w es u m m a r i z eo u rr e s e a r c ha n dp r e d i c tt h ef u t u r eo f r e l a t e d r e s e a r c h k e y d r d st d s c d n i at d h s d p ah o m en o d e b i n t e r f e r e n c ec o e x i s t e n c e 第一章 1 1 1 2 目录 绪 仑 1 本文提出的背景和研究意义 1 本文主要工作及论文结构 2 第二章t d s c d m a 厂r d h s d p a 系统原理及研究方法概述 3 2 1 t d s c d m a t d h s d p a 系统的标准化进程 3 2 2 t d s c d m a t d h s d p a 网络结构 4 2 3t d s c d m a t d h s d p a 系统关键技术 5 2 3 1 时分双工 5 2 3 2 接力切换 6 2 3 3 智能天线 7 2 3 4 动态信道分配 d c a 8 2 3 5 h a m 空间隔离 对解决加性噪声干扰和接收机阻塞以及互调干扰都是有效 的 隔离的大小取决于各个干扰需要的最大隔离度 提高滤波精度 对于加性干扰 可以提高发射机端滤波器的滤波精度 以抑制杂散 噪底以及发射互调产物 降低干扰 对于接收机阻塞 交 调干扰 可以提高接收端滤波器的滤波精度 以抑制带外强信号的功率 降低干扰 增加频率保护带 优化天线安装 限制设备参数等 3 4 系统问干扰评估方法 在系统间干扰的研究中 有3 种常用的研究方法 一 外场测试的方法 二 确定性分析的方法 三 系统级仿真的方法 3 4 1 外场测试方法 外场测试方法是在实际环境中 按照通信系统的要求 搭建小型的测试网络 北京邮电大学硕士毕业论文 以求获得最为真实的干扰评估数据 可以说 外场测试方法是结果最真实最可靠 的一种评估手段 但由于测试环境与条件的限制 在本文中不采用这种测试方法 3 4 2 确定性分析方法 确定性分析方法是对两个系统间干扰的最坏情况 w o r s tc a s e 进行研究 以求获得系统共存所需的额外隔离度 由于确定性计算需要选取干扰最为严重的 一条链路 通常为路径损耗最小的基站到基站间的干扰链路 且假设该链路的发 射机功率 发射天线增益 接收天线增益均取最大值 所以确定性分析获得结 果通常比较悲观 计算出的所需额外隔离度要明显高于实际系统的需求 在本文 中 我们假设t d s c d m ar 4 与t d h s d p a 系统按照下文4 2 1 节描述的组网方 式进行网络部署 由于在假设时隙同步的前提下 不存在交叉时隙的干扰 因此 进行确定性分析的参考意义不大 3 4 3 系统级仿真方法 系统级仿真方法又称为m o n t ec a r l o 方法 是c d m a 无线网络系统级仿真的 关键技术 它是一种采用统计抽样理论近似求解数学问题或物理问题的方法 它 可用来求解概率性问题 也可以用来求解非概率问题 系统级仿真分为静态仿真 和动态仿真 静态仿真是一种对多个不同的快照进行网络性能仿真的方法 在每 个快照中用户设备的位置被静态的确定 即独立于上一个快照中用户设备的位 置 速度 每个用户设备连接到网络的能力通过迭代过程来计算 一般来说 两 个不同的快照的仿真结果是不同 有时相差很大 通过对全部快照分析的结论进 行统计平均 所得结果就可以认为是被仿真的系统的实际性能的近似 静态仿真虽然应用广泛 但是由于它对系统采用不连续采样的方式 使得它 无法模拟系统的瞬时变化 对于系统某些快速变化的控制机制和业务性能都无法 进行准确的仿真 例如 c d m a 系统的快速功率控制机制 静态仿真是没有办 法模拟整个过程的 而只能用迭代算法模拟功率控制的效果 再如 静态仿真无 法模拟基站和移动台之间信道的建立和释放过程 因此 模拟和仿真基站和移动 台之间的快速交互和系统的动态性能最好采用动态仿真的方法 动态仿真过程要比静态仿真分析复杂 它通过连续的时间步长仿真出用户设 备在网络中的移动 考虑的元素也更多 与静态仿真相比 它需要考虑通话的持 续时长 移动台的移动模型等 并且在每次位置改变时移动台的运动方向将按照 北京邮电大学硕士毕业论文 指定的概率改变 动态仿真是对系统进行连续的采样 因此又称为时间驱动仿真 同样的 动态仿真也可以进行多次独立的时间驱动仿真 以增加仿真的准确度 这种方法称为快照与时间驱动相结合的仿真方法 北京邮电大学硕士毕业论文 第四章t d s c d m a t d h s d p a 共存仿真设计 4 1 研究方法 4 1 1 研究方法介绍 本文采用了参考文献 2 中建议的仿真方法和仿真流程 在两个共存系统的 基站处于一定地理偏移的情况下 考察被干扰系统的容量损失和a c i r 间的关 系 4 1 2 系统评价准则 t d s c d m a 系统 下行 性能评价准则 采用9 5 满意率用户数准则 用户数不超过1 6 码道限制 t d h s d p a 系统性能评价准则 t d h s d p a 系统单独组网时 仿真出系统承载的吞吐量作为单系统容量 t s i g l e 引入t d s c d m a 系统相应链路干扰 记录此时在t d s c d m a 系统干扰 下的t d h s d p a 系统容量乙础f 则t d s c d m a 干扰下的t d h s d p a 系统下行 相对容量为 r e l a t i v e c a p a c i t y t m 胁 t s i n f e 式 4 1 为保证t d h s d p a 系统正常工作 需满足相对容量大于9 5 即由 t d s c d m a 干扰带来的t d h s d p a 系统下行容量损失小于5 4 2 仿真假设及参数配置 北京邮电大学硕士毕业论文 4 2 1 组网方案 t d h s d p a 与t d s c d m a 系统共存可以有以下几种不同的组网配置方式 1 混合载波混合时隙组网方式 2 混合载波独立时隙组网方式 3 独立载波独立时隙组网方式 由于方式一及方式二实现较为复杂 考虑目前t d s c d m a 网络的实际部署 情况 本文采用方式三独立载波独立时隙组网方式 这种组网方式具有如下特点 在同一个扇区内 按载波划分t d h s d p a 与t d s c d m a 资源 t d h s d p a 独 享一个或多个载波 这些载波只提供t d h s d p a 服务 同样 t d s c d m a 载波 也只提供t d s c d m a 服务 上述多个载波可能分配给不同运营商 两个系统各 自的上下行时隙比可根据业务需要进行配置 当载波分配给不同运营商时可能需 要考虑交叉时隙干扰 在本文中 t d s c d m a 及t d h s d p a 系统分别占用一个 独立载波 者可同频或邻频部署 时隙配置均为上行3 时隙 下行3 时隙 如图4 1 所示 图禾lt d h s d p a 与t d s c d m a 独立载波独立时隙组网 4 2 2 仿真场景 根据t d h s d p a 与t d s c d m a 网络在实际中可能采用的部署方式 我们对 t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l 与t d h s d p a 宏小区 m a c r o c e l l t d h s d p a 微 小区 m i c r o c e l l 以及微微小区 p i c o c e l l 共存场景进行了建模 仿真场景的具 体参数见4 2 3 节 当两个系统的宏小区基站在同一地区共存时 按照3 g p p 的相关讨论结果 存在两种可能的拓扑结构 一种是两个系统分别完全覆盖该地区的所有区域 即 两系统的覆盖区域存在重叠的情况 另一种是当覆盖该地区的两个网络由一个运 营商运营时 二者分别只覆盖其中的部分地区 二者在覆盖区域上基本上没有重 叠 因此 本文在对t d s c d m a 宏小区与t d h s d p a 宏小区的共存场景进行建 模时 考虑了两种不同的网络拓扑结构 见4 2 2 1 节及4 2 2 4 节 北京邮电大学硕 l 毕业论文 4 2 2 1 t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l t d h s d p a 宏小区 m a c r o c e l l t d s c d m a 宏小区 m a c m c e l l 与t d h s d p a 宏小区 m a c r o c e l l 均采用 三扇区的小区结构 两系统的拓扑结构相对偏移沿图中箭头方向 偏移量可设为 0 d 2 d 其中d s q r t 3 幸r r 为基站半径 如图4 2 所示 为使干扰充分 消除边界效应 在仿真中采用w r a pr o u n d 技术 但进行结果 统计时仅统计中心簇的5 7 个小区 图4 2t d s c d m a 宏小区与t d h s d p a 宏小区共存时拓扑结构 4 2 2 2 t d s c d m a 宏小区 m 2 c r o c e l l t d h s d p a 微微小区 p i c o c e l l 该场景下t d s c d m a 宏小区与t d h s d p a 微微小区共存 微微小区建议采 用u m t s 3 0 0 3 参考文献 1 中定义的室内环境部署模型 如图4 3 所示 t d s c d m a 系统配置三扇区智能天线 t d h s d p a 系统采用全向天线 结果统计时 t d h s d p a 系统仅统计中间一层结果 而t d s c d m a 系统统 计t d h s d p a 系统所在小区 图4 3t d s c d m a 宏小区与t d h s d p a 微微小区共存时拓扑结构 北京邮电大学硕士毕业论文 4 2 2 3t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l t d h s d p a 微小区 m i c r o c e l l 该场景为t d s c d m a 宏小区与t d h s d p a 微小区共存 该场景中微小区建 议采用u m t s 3 0 0 3 参考文献 l 中定义的步行环境部署模型 如图4 4 4 5 所示 t d s c d m a 系统和t d h s d p a 系统均采用三扇区配置 结果统计时 t d h s d p a 系统仅统计标注有t 的小区 t d s c d m a 系统统 计与t d h s d p a 系统存在区域重叠的小区 口白口 口口由口 口口白口 口口 口口口口 口口口口 口 口 口口口口 口口口口 口口 口口口口 口口口口 口口口 口口口 口口口口 口口口口 口口 口口口口 口口口口 口 口 口口口口 口1 口口口 口口 口口口口 口口口口 口口口 口口口 口口口口口口口口 口口 口口口口 口口口口 口 凸口口口口 口口口口 口口 口口口口 口口口口 口口口 图4 4 微小区拓扑结构示意图 图4 5t d s c d m a 宏小区与t d h s d p a 微小区共存时拓扑结构 北京邮电大学硕上毕业论文 4 2 2 4 t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l t d h s d p a 宏d 区 m a c r o c e l l 单 一运营商 该场景下t d s c d m a 宏小区与t d h s d p a 宏小区共存 1 7 号基站为 t d h s d p a 基站 其余基站为t d s c d m a 基站 如图4 6 所示 t d s c d m ar 4 系统和t d h s d p a 均采用三扇区配置 图4 6 宏小区单一运营商系统共存时拓扑结构 4 2 3 仿真参数 本节将仿真中用到的主要参数进行了统一整理 为方便查询 参数被划分为 了公共仿真参数 宏小区仿真参数 微小区仿真参数以及微小区仿真参数 具体 参数取值间表4 1 袁4 1 仿真参数 参数名称参数取值 公共仿真参数 智能天线阵元数 8 上行设备损耗 d b 0 下行设备损耗 d b 热噪声密度 d b m h z u e 噪声指数 d b 1 7 4 9 北京邮电大学硕士毕业论文 b s 噪声指数 d b 7 r 4 业务时隙可用码字资源 1 6 h s d p a 业务时隙可用码字资源 1 6 调度方法轮询调度 r r 移动台高度 m 1 5 终端最大发射功率 d b m 2 l 终端最小发射功率 d b m 4 9 终端接收天线增益 d b o 终端发送天线增益 r i b o 收敛系数均值o o l 收敛系数方差 0 0 1 概率门限均值 0 o l 概率门限方差 o 0 l 宏小区仿真参数 天线类型智能天线 宏小区基站单码道最大发射功率 d b m 见参考文献 4 宏小区基站单码道最小发射功率 d a m 见参考文献 4 某站数目 中心簇基站数目1 3 3 1 9 宏小区阴影衰落标准差 d a l o 基站天线高度 m 3 0 基站间距 m 1 0 0 0 微小区仿真参数 天线类型三扇区智能天线 微小区基站单码道最大发射功率 d b m 2 2 微小区基站单码道最小发射功率 d b m 8 区域面积 k r n 2 7 1 4 u m t s 3 0 0 3 建筑物穿透损耗 标准差 d b 1 2 8 微小区阴影衰落标准差 d b 1 0 基站天线高度 1 1 5 建筑物尺寸 m 2 2 0 0 2 0 0 街道宽度 m 3 0 基站数目 7 2 基站 移动台高度差 m 1 0 微微小区仿真参数 北京邮电大学硕士毕业论文 天线类型全向天线 天线增益 d b o 微微小区基站单码道最大发射功率 d b m 3 微微小区基站单码道最小发射功率 d b m 1 7 基站天线高度 m 2 8 微微小区阴影衰落标准差 d b 1 2 每层面积 m 2 5 0 0 0 1 0 0 5 0 层数 3 房间 1 0 1 0 3 房间尺寸 m 3 走廊 1 0 0 5 3 基站数目 6 0 房间内用户比例 8 5 房间数 4 0 4 2 4 传播模型 4 2 4 1t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l t d h s dp a 宏小区 m a c r o c e l l 在t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l 与t d h s d p a 宏小区 m a c r o c e l l 共存场 景中 为不同干扰链路配置传播模型如下 传播模型公式的简化形式可参见表 4 2 u e b s 采用u m t s3 0 0 3 中的车载环境模型 基站高于建筑高度1 5 米 载波频率 2 0 0 0 m h z 对数正态阴影衰落标准差为1 0 d b b s b s 采用双折线模型 其中 天线高度3 0 米 建筑物平均高度2 4 米 第一菲涅 尔半径按照基站高于平均建筑物高度6 米计算 载波频率 厂 2 0 0 0 m h z 自由空 间损耗时 不考虑阴影衰落 超过第一菲涅尔半径后考虑标准差为1 0 d b 的对数 正态阴影衰落 u e u e u e 间距离小于5 0 米的情况下 采用自由空间损耗模型 终端天线高度1 5 米 不考虑阴影衰落 u e 间距离大于5 0 米的情况下 采用x i a h 公式 适用 于所有天线高度 其中 载波频率f 2 0 0 0 m h z a h 用 1 0 5 m x 1 5 m d 8 0 m 北京邮电大学硕士毕业论文 1 0 5 m 对数正态阴影衰落标准差为1 2 d b 根据以上的参数设定 用于实际仿真计算的公式简化形式为 路径损耗 p a t h l o s s 的单位为d b 距离尺的单位为米 路径损耗值不低于自由空间的路径 损耗值 表4 2 宏小区传播模型简化公式 路径损耗公式 u e b s p a t h l o s s 1 5 3 3 7 6 l o g l 0 励 月单位为米 再加上标准差为1 0 d b 的对数正态阴影衰落 路径损耗公式 u e u e 1 距离r 小于5 0 米时 使用自由空间模型 p a t h l o s s 3 8 4 9 2 0 l 0 9 1 0 力 此时不考虑对数正态阴影衰落 2 距离r 大于5 0 米时 使用x i a h 公式 p a t h l o s s 5 6 1 6 4 0 l o g l 0 硒 再加上标准差为1 2 d b 的对数正态阴影衰落 路径损耗公式 a s a s 第一菲涅尔半径为9 6 0 米 r 小于第一菲涅尔半径使用自由空间模型 p a t h l o s s 3 8 4 9 2 0 l 0 9 1 0 励 此时不考虑对数正态阴影衰落 r 大于第一菲涅尔半径时斜率变为原来的两倍 p a t h l o s s 3 8 4 9 4 0 i o g i 0 硒一2 0 l o g l 0 9 6 0 再加上标准差为l o d b 的对数正态阴影衰落 表中所有传播模型的载波频率均使用2 g h z 4 2 4 2t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l t d h s d p a 微微小区 p i c o c e l l 在t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l 与t d h s d p a 微微小区室内 p 渤 c e l l 共存场景中 为不同干扰链路配置传播模型如下 t d s c d m ab s t d h s d p au e 采用参考文献 1 仲推荐的车载传播模型叠加穿透损耗 t d s c d m ab s t d h s d p ab s 采用参考文献 l 中推荐的车载传播模型叠加穿透损耗 t d s c d m at i e t d h s d p ab s t d s c d m a u e 在室外时采用车载传播模型叠加穿透损耗 t d s c d m a u e 在室内时采用参考文献 l 中推荐的室内传播模型 北京邮电大学硕士毕业论文 其中 当t d s c d m au e 位置在室内时 本文认为其位置位于室内场景中 建筑物的第一层 t d s c d m au e t d h s d p au e t d s c d m a u e 在室外时采用车载传播模型叠加穿透损耗 t d s c d m a u e 在室内时采用参考文献 l 中推荐的室内传播模型 其中 当t d s c d m au e 位置在室内时 本文认为其位置位于室内场景中 建筑物的第一层 4 2 4 3t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l 十t d h s d p a 微小区 m i c r o c e l l 在t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e l l 与t d h s d p a 微小区m i c r o c e l l 共存场 景中 为不同干扰链路配置传播模型如下 t d s c d m ab s t d h s d p ab s 采用参考文献 1 中推荐的车载传播模型 t d s c d m ab s t d h s d p au e 采用参考文献 1 中推荐的车载传播模型 t d s c d m au e t d h s d p ab s 当t d s c d m au e 位于m i c r o c e l l 范围内时 采用参考文献 l 中推荐的 b e r g 迭代模型 否则 视距 距离小于5 0 米 情况下采用自由空间损耗模型 非视距情况下采用参考文献 1 中推荐的曼哈顿传播模型 t d s c d m au e t d h s d p au e 当t d s c d m au e 位于m i c r o c e l l 范围内时 采用参考文献 l 中推荐的 b e r g 迭代模型 否则 视距 距离小于5 0 米 情况下采用自由空间损耗模型 非视距情况下采用x i a h 模型 t d h s d p ab s t d h s d p au e 采用参考文献 1 中推荐的b e r g 迭代模型 另外 在本交叉场景中用到的b e r g 迭代模型时 最终的路损计算结果为 1 1 p a t h l o s s m t b e r gp a t h l o s s c o s tw a l f i s h i k e g a m ip a t h l o s s 式 4 2 4 2 5 链路级接口曲线 在t d h s d p a 系统的仿真中 本文中采用如图4 7 所示的链路级接口曲线 关于m c s 等级的说明如表4 3 所示 北京邮电大学硕士毕业论文 1 0 0 1 0 1 个 一1 0 2 1 0 3 1 矿 b l e r k c 1 6 c i 阳j 啼 图4 7 链路级接口曲线 袁4 3m c s 等级说明 m c s 等级码率调制方式每时隙扩频码数量 l1 6 q p s k 1 6 2 1 3q p s k 1 6 31 2 q p s k 1 6 4 2 3 q p s k 1 6 53 4 q p s k 1 6 6l 2 1 6 q a m 1 6 72 3 1 6 q a m 1 6 8 3 4 1 6 q a m 1 6 9 l 1 6 q a m 1 6 4 3干扰计算模型 下行链路中 用户 的载干比 c a r d e rt oi n t e r f e r e n c er a t i o c i r 按照如下 2 7 北京邮电大学硕士毕业论文 方法计算 d 觚 万 等 而 式 4 3 i q a i o j i 咖r i n 其中 是噪声系数 口是下行正交因子 尸足f 是用户f 接收到的下行发射功 率 定义为 斥 孚 g i 式 4 4 尸 r o w 是服务小区分配给当前用户i 的功率 厶是服务基站到当前用户f 的路径损耗 g 表示服务基站在用户f 方向的天线增益 厶眦 表示当前服务小区中的干扰 见式4 5 p s s m w 是当前服务小区的 总发射功率 乙一 罕 g 式 4 5 厶船 表示来自其他小区中的干扰 包括同频干扰 本系统干扰 及邻频干 扰 外系统干扰 需要特别说明的是 当交叉时隙干扰存在时 这部分干扰也 同样应该被计算在总干扰中 厶如 的定义见式4 6 4 8 i o t h e r i i o 础h 叫t e r p l i o 确h t e 心r l 胁嘲删 上 一 f 甲 殷一 笋 gohter l 圳 1 一厶厶 r k k 村l j l k 锔a d j a c e n t c h c m n e l 丽1 善喜售 g j j i 式 4 6 式 4 7 式 4 8 尸w 是小区k 分配给用户歹的发射功率 厶 表示基站k 到用户f 的路径损耗 瓯 是邻小区k 的基站天线在用户f 方向上的天线增益 此时第 个用户是小区k 的当前服务用户 a c i r a d j a c e n tc h a n n e li n t e r f e r e n c er e j e c t i o nr a t i o 邻道干 扰功率比 是对相邻信道上的传输功率泄露到当前信道的能力的描述 k 和q 分别表示使用同频信道及邻频信道的小区数目 是每小区的最大用户数 4 4 仿真设计 4 4 1 共存仿真流程 本文在进行t d s c d m a 系统与t d h s d p a 系统的共存仿真时 仿真的具体 北京邮电大学硕士毕业论文 步骤如下 流程图如图4 8 所示 1 仿真初始化 主要是进行仿真基本参数的设置及共存场景的建模 2 对干扰源系统进行仿真 给定仿真链路设置后 一次快照内 先对 干扰源系统进行仿真 3 在干扰源系统干扰下对被干扰系统进行仿真 取干扰源系统的仿真 结果 包括小区接入终端 终端的链路功率等信息 作为被干扰系 统的系统外干扰 对被干扰系统进行仿真 4 重复2 3 步 进行多个快照的仿真过程 得到统计平均的仿真结果 5 结束仿真 统计仿真结果 是 图4 8 共存仿真流程 4 4 2 t d s c d m a 系统仿真流程 t d s c d i v l a 系统的仿真流程如下 一次快照内 北京邮电大学硕士毕业论文 是黠束迭代 图4 9t d s c d m a 静态仿真流程 端 1 撤用户 在场景的拓扑结构内随机撤点 初始化一定数目的移动台 在保证移动台在扇区内随机均匀分布的同时 尽量确保各小区覆盖 范围内移动台数目相同 2 初始化终端链路信息 包括建立切换邻小区以及干扰邻小区 绑定 终端到最近邻小区 计算并存储小区与终端之间的路径损耗值 北京邮电大学硕士毕业论文 3 主服务小区判断 判断当前用户的主服务小区并完成主服务小区的 绑定工作 4 进行迭代仿真 当链路发射功率满足收敛条件或达到最大迭代次数 时结束迭代 5 保存本次快照的仿真结果 t d s c d m a 系统仿真中的迭代的主要目的是为终端和小区找到合适的上行 以及下行链路的发射功率值 在迭代过程中 上下行链路的发射功率不断调整被 更改至合适的值 迭代的主要步骤如下 1 初始化终端及系统功率 在迭代开始时 网络处于无负载状态 所 有的链路功率都设置为零 2 d c a 与接纳控制 3 初始化业务信道发射功率 只对每次迭代中新建立连接的用户进行 而在上一次迭代中已经接入的用户将跳过该步骤 在不考虑网络已 有负载的情况下 初始发射功率即为克服背景噪声所需的最小的发 射功率 4 计算c i 5 功率控制 仿真中采用理想的功率控制策略 6 数据更新 在一个终端接入成功之后 需要对整个网络的资源占用 网络吞吐量以及干扰进行更新 如果终端在本次迭代中接入失败 则不用更新任何数据 4 4 3t d h s d p a 系统仿真流程 t d h s d p a 静态仿真的流程如下 一次快照 1 撒用户 在场景的拓扑结构内随机撒点 初始化一定数目的移动台 在保证移动台在扇区内随机均匀分布的同时 确保各小区覆盖范围 内移动台数目相同 2 初始化终端链路信息 包括建立切换邻小区以及干扰邻小区 绑定 终端到最近邻小区 计算并存储小区与终端之间的路径损耗值 3 接入终端 按照终端优先级从高到低 为所有小区尝试接入终端 4 初始化终端功率 仿真开始时 所有终端的功率设置为零 5 载频分配 如果仿真中使用单载频 则无需进行载频分配 6 计算c i 7 调度排序 调度算法采用轮询 u 调度o 北京邮电大学硕士毕业论文 8 保存快照结果 图4 1 0t d h s d p a 系统快照仿真流程 4 5仿真中的关键技术实现 t d s c d m a 系统与其它无线系统相比 它的网络质量 覆盖 容量之间有 非常复杂的动态关系 在上行链路中移动台的功率不足以克服来自其它移动台的 干扰时 系统容量就达到极限 在下行链路中 基站的总功率没有多余的部分分 配给新加入的移动台时 容量就达到极限 网络性能依赖于很多因素 因此对系 统容量的分析难以进行理论分析 详细的网络规划以及网络优化需要基于系统级 仿真 对网络进行更加深入全面的量化分析 4 5 1 智能天线 在t d s c d m a 系统中 智能天线是使一组天线和对应的收发信机按照一定 北京邮电大学硕士毕业论文 的方式排列和激励 利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图 使用 d s p 根据一定的自适应算法动态更新调整加权器的加权系数 使主瓣自适应地指 向移动台方向 就可达到提高信号的载干比 降低发射功率等目的 仿真中 我 们使用大唐移动提供的自适应智能天线赋型图来模拟实际中使用的智能天线 4 5 2 功率控制算法 静态仿真只是抓拍网络的一个瞬间 不是一段持续的时间 在静态仿真中不 考虑快衰落 也无法模拟实际的功率控制 因此不考虑实际系统中采用的步长反 馈式的功率控制算法 而是采用理想的功率控制算法 即一次就将功率调整到目 标值 根据终端在接入时隙内的c i 与终端上下行业务的目标e b n o 值的差值 调整终端接入时隙内的发射功率 仿真中 仅对t d s c d m a 系统采用功率控制 而t d h s d p a 系统采用满功 率发射 4 5 3 调度算法 本文在仿真中采用轮循调度 i 汛 在轮循调度中 所有用户依据随机排序 后的顺序轮流输出 各个用户发送机会均等 与用户接收信号的信噪比无关 4 5 4 自适应调制编码 a m c 无线信道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性 短时间瑞利衰落可以 达到十几个甚至几十个d b 对这种时变特性进行自适应跟踪会给系统性能的改 善带来很大的好处 链路自适应技术就是根据时变衰落信道的变化 通过自适应 调整发射功率 符号速率 调制阶数 编码速率 编码方案或上述几个因素的组 合来实现链路预算的实时平衡 达到增加系统容量和改善通信质量的目的 自适 应编码技术就是一种链路自适应技术 其原理是在系统限制的范围内 根据信道 质量情况的改变 调整调制与编码方式 信道质量状况由接收机的反馈而获得 在自适应编码系统中 基站给每个用户的发送功率保持不变 而调制和编码方式 根据当前信道质量自适应改变 由于在误码率一定的条件下 高阶调制要求的信 干比较高 要求的编码率也高 一般处于基站附近的用户信道条件好 会被赋予 较高的调制与编码方式 比如6 4 q a m 及3 4t u r b o 编码率 随着用户离基站 北京邮电大学硕士毕业论文 距离的增加 信道条件恶化 所以应逐渐降低调制方式和编码速率 通常那些处 于小区边界的用户会被赋予较低的调制与编码方式 比如q p s k 及1 2t u r b o 编 码率 在仿真中t d h s d p a 系统采用静态方式 单时隙单用户 进行系统仿真 快照和快照之间不存在相关性 a m c 的实现将在当前快照进行 基站将根据服 务终端当前c i r 值查找对应链路级曲线 鼎桥提供 得到最终给终端提供服务 的传输速率等级 此种方案相当于一种基站对于终端的信道估计没有时延 比 t d h s d p a 最终的性能要略好一些 4 5 5 切换仿真机制 在t d s c d m a 系统中 终端根据在主载频上接收到的p c c p c h 强度判断是 否发生切换 静态m o n t ec a r l o 仿真一次快照只是抓拍网络状况的一个瞬间 而 不是持续的一段时间 因此无法体现出滞留时间 不能严格执行上述的切换算法 那么需要考虑如何在静态仿真中体现出接力切换 切换过程从本质上讲 是用户在地理位置上要离开当前服务的小区 而使当 前服务小区不能维持最好的通信质量 考虑到在静态仿真中不考虑快衰落 而只 有阴影衰落 因而不会出现由于快衰落而导致信号强度瞬间的变化 我们可以据 此对切换算法加以简化 t d s c d m a 系统的切换判决主要是根据接收到的p c c p c h 的强度进行 p c c p c h 信号以固定值在t s 0 中发送 而且每次快照中用户的位置是固定的 那么在一次快照中用户收到的来自各个小区的p c c p c h 强度是相对固定的 也 就是说 一次快照中用户的切换状态可以认为是确定的 因此 在目前的 t d s c d m a 静态仿真方法中 切换过程将不纳入迭代过程 终端在一次快照中保持切换状态不变 对于非切换的终端 只在一个扇区下 的逻辑小区中尝试接入 而对于切换的终端 可以在切换候选小区中尝试接入 可以先从p c c p c hr s c p 最强的小区中尝试接入 如果最强的小区不能接纳该终 端 那么尝试p c c p c hr s c p 次强的小区 如果所有候选小区都不能接纳该终端 该终端接入失败 4 5 6 迭代收敛准则 由于t d s c d m a 系统仿真是针对每时隙单独分析 需要每个时隙都满足收 北京邮电大学硕士毕业论文 敛条件时才判断迭代过程收敛 如果迭代未收敛 那么按照设计的迭代流程继续 进行迭代计算 直到满足收敛条件或者迭代次数达到了最大次数限制 这时整个 迭代流程宣告结束 迭代收敛准则主要有以下两种 功率收敛准则和吞吐量收敛 准则 其中 收敛准则中功率收敛准则是必须的 而基于吞吐量收敛的准则则是 可选的 具体是采用单条件的收敛判决还是采用功率和吞吐量组合条件的收敛判 决需要在具体的仿真中根据实际情况来选用 使用功率加吞吐量的组合收敛判决 方法是更为严谨的 在本文的仿真中采用功率收敛准则 4 6仿真结果 4 6 1t d s c d m a 宏小区 m a c r o c e i i t d h s d p a 宏小区 m a c r o c e l l 4 6 1 1t d s c d m ab s 干扰t d h s d p au e t d s c d m am a c r ob s t d h s d p am a c r ou e 相对容量 b s u ea c j r d b 图4 1 1t d s c d m a 宏基站干扰下t d h s d p a 宏小区用户相对容量 从图4 1 1 中可以看出 当t d s c d m l a 宏基站作为干扰源时 在不同站距 1 0 0 0 米 5 0 0 米 以及不同偏移量 d d 2 o 下 t d h s d p a 宏小区下行 北京邮电大学硕士毕业论文 链路的相对容量均大于9 5 即t d h s d p a 宏小区作为被干扰系统时 不需要 采用额外的隔离措施 4 6 1 2t d h s d p ab s 干扰t d s c d m au e t d h s d p am a c r ob s 一 t d s c d m am a c r o