（通信与信息系统专业论文）tdscdma系统中多媒体业务的接入控制策略研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 未来移动通信系统将越来越多的支持多媒体业务，其中的流媒体业务具有 数据率大、占用带宽资源多、实时性要求高等特点，而无线多媒体网络中的资 源却相对有限。如何有效地管理和使用无线资源已成为运营商最为关心的问题 之一，如何在恶劣的无线传播环境里以及用户运动且相互干扰的情况下为各类 业务提供o o s ( q o s ：c i l l a t i t yo fs o v i e t ) 保证，同时充分利用宝贵的无线频谱 资源，是未来无线通信系统必须致力解决的问题。呼叫允许控制( c a c ：c a l l a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 作为无线资源管理( r r m ：r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ) 的 重要组成部分，成为近几年研究的热点问题之一。 另外，在信息传输方向上，多媒体业务将呈现非对称性，而现有无线通信 系统多为对称系统，由于非对称业务的出现，系统中将存在分配而未使用的资 源，对原本就十分有限的无线资源造成了极大的浪费。而t d s c d m a 系统采用 时分技术，可以灵活的调整上下行时隙切换点，干扰可控和高效率支持不对称 数据业务是它的显著优势，具体表现在系统抗干扰和系统容量之间得到了很好 的均衡、对多媒体业务的高效支持。t d s c d m a 的特点也就导致了其呼叫接入 控制较传统的c d m a 系统更为复杂：首先，由于上下行时隙非对称，若相邻小 区时隙分配不一致，就会产生交叉时隙干扰，使得系统的干扰模型不同于传统 的纯c d m a 网络，干扰模型更加复杂。其次，接入控制，不仅仅要考虑一个用 户是否能够接入，还要考虑时隙分配的问题，因为不同时隙可能存在不同的干 扰情况。 本文充分总结前入的研究成果，并针对t d s c d m a 系统的特点，提出了 t d s c d m a 系统中基于多媒体业务的c a c 算法。首先针对未来无线通信网络 的特点，以3 g p p 定义为基础，对网络中的多媒体业务进行了更细致、更加符 合实际情况的建模。然后根据t d s c d m a 的系统的各种不同的时隙分配情况， 进行系统的干扰和容量分析，得出不同干扰模式下的系统剩余容量。 现有无线通信系统多为对称系统，因此其c a c 一般只考虑上行链路( 或者 下行链路) ，由于实际多媒体业务呈现非对称的特点，t d s c d m a 系统采取动 态调整上下行时隙切换点的策略，因此系统中的c a c 也要同时考虑上下行链 路。根据小区间业务分布情况，并结合多媒体业务的实际上下行带宽需求和系 统的干扰模型，提出自适应的支持非对称业务的c a c 策略。根据业务的特点和 q o s 要求，以及系统的剩余容量，进行接入控制，该策略有效的提高了系统的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 资源利用率。 最后，对全文进行了总结。 关键词：接入控制：t d s c d m a t 多媒体业务；q o s , 非对称业务 西南交通大学硕士研究生学位论文第j ij 页 a b s t r a c t t h cf u t u r em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ms h o u l d s u p p o r tm o r ea n dm o r e m u l t i m e d i as e r v i c e s ，e s p e c i a l l yt h es t r e a m i n gm e d i as e r v i c eh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so f h a v i n gl a r g ed a t ar a t e 。o c c u p y i n gl a r g eb a n d w i d t hr e s o u r c e ，a n dr e q u i r i n gh i g h r e a l t i m e ，b u tt h er e s o u r c ei sr e l a t i v e l yl i m i t e di nw i f e l e s sm u l t i m e d i an e t w o r k h e r e b yh o wt oe f f i c i e n t l ym a n a g ea n du s et h ew i r e l e s sr e s o u r c ei so n eo ft h em o s t i m p o r t a n tp r o b l e m sf o rt h es e r v i c ep r o v i d e r s h o wt os u p p o r tt h ed i f f e r e n tq o s r e q u i r e m e n t so fh e t e r o g e n e o u ss e r v i c e sa n du t i l i z et h es c a r c ew i r e l e s sr e s o u r c e e f f i c i e n t l yi nt h es i t u a t i o no fe r r o r - p r o n ew i r e l e s sc h a n n e li sn o wc h a l l e n g i n gt h e w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m a st h ei m p o r t a n t p a no ft h em d i or e s o u r c e m a n a g e m e n t ，c a l la d m i s s i o nc o n t r o lg e t sm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n i na d d i t i o n , t h e r ea r em o r ea n dm o r ea s y m m e t r i ct r a f f i c e m e r g i n gi nt h e w i r e l e s sn e t w o r ka tt h es a m et i m em o s to ft h ee x i s t i n gw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m sa r es y m m e t r i c a ls y s t e m a c c o r d i n g l yt h er e s o u r c es h o u l db ea s s i g n e df a i r l y a n dr e a s o n a b l y t d - s c d m as y s t e ma d o p t st h et e c h n o l o g yo ft i m ed i v i s i o n t h u si t c a nf l e x i b l ya d j u s ts w i t c hp o i n to fs l o t sf o ru p l i n ka n dd o w n l i n k i ta l s oh a ss o m e o u t s t a n d i n ga d v a n t a g e s ，s u c h 髂t h ei n t e r f e r e n c ec o u l db ec o n t r o l l e d ，a n di tc a nh i l g h e f f i c i e n t l ys u p p o r ta n l s o m e r o u sd a t as e r v i c e c o n s e q u e n t l yt h es y s t e mc o u l dm a k e b a l a n c eb e t w e e nt h es y s t e mi n t e r f e r e n c ea n dt h e c a p a c i t y , a n dh i g he f f i c i e n t l y s u p p o r tm u l t i m e d i as e r v i c e 1 融ec h a r a c t e r i s t i c so ft d s c d m ar e s u l ti nt h a ti t sc a c i sm o r ec o m p l i c a t e dt h a nt h a ti nt r a d i t i o n a lc d m a s y s t e m f i r s t b e c a u s et h es l o t s b e t w e e nu p l i n ka n dd o w n l i n kc a l lb ea n i s o m e r o u s ，i fw ed i f f e r e n t l ya l l o c a t et h es l o t s a m o n gt h ea d j a c e n tc e i l s ，i tw i l lb r i n gc r o s ss l o ti n t e r f e r e n c e ，f a r t h e rm a k et h e i n t e r f e r e n c em o d e lb em o r e c o m p l i c a t e d a n dd i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a l p u r e c d m an e t w o r k a n dt h e n ，t h ea d m i s s i o nc o n t r o ln e e d st oc o n s i d e rn o to n l y w h e t h e ro u em o r eu s e rc a na c c e s st h en e t w o r k , b u ta l s ot h ep r o b l e mo fs l o ta l l o c a t i o n s i n c et h e r em a yb ed i f f e r e n ti n t e r f e r e n c es i t u a t i o ni nd i f f e r e n tt i m es l o t i nt h i st h e s i st h ea u t h o rf u l l ys u m m a r i z e st h ef o r m e rr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa n d p u tf o r w a r dac a ca l g o r i t h mb a s e do nm u l t i m e d i as e r v i c eo ft d s c d m as y s t e mi n a l l u s i o nt ot h ec h a r a e t e r i s t i e so ft d s c d m as y s t e m f i r s t l y , a i m i n ga tt h e c h a r a c t e r i s t i c so ff u t u r ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n da c c o r d i n gt ot h e d e f i n i t i o no ft h e3 g p p , am o r er e a l i s t i cm o d e l e dt r a f f i ci st a k e ni n t oa c c o u n t t h e n 西南交通大学硕士研究生学位论文第l v 页 b a s e0 1 1t h ed i f f e r e n ts l o ta l l o c a t i o n s i t u a t i o n so ft h et d s c d m as y s t e m t h e i n t e r f e r e n c ea n dc a p a c i t yo ft h es y s t e ma ! ea n a l y z e d , f a r t h e rt h es y s t e mr e s i d u a l c a p a c i t i e so f d i f f e r e n ti n t e r f e r e n c em o d ea r eo b t a i n e d 。 耽ee x i s t i n gw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa l em o s t l ys y m m e t r i c a ls y s t e m s ， t h e r e f o r et h ec a cj u s tc o n s i d e r st h eu p l i n k ( o rd o w n l i n k ) 1 n l em u l t i m e d i as e r v i c e p r e s e n t st h ec h a r a c t e r i s t i co fa s y m m e t r y a n dt d s c d m as y s t e ma d o p t st h ep o l i c y o fd y n a m i c a l l y d j u s ts l o ts w i t c hp o i n tb e t w e e nt h eu p l i n ka n dd o w n l i n k , t h u st h e c a ci nt h es y s t e mm u s tc o n s i d e rb o t ht h eu p l i n ka n dt h ed o w n l i n k a c c o r d i n gt ot h e s e r v i c ed i s t r i b u t i o ni n s t a n c ea m o n gc e l l s w ct a k ea c c o u n to ft h er e a lb a n d w i d t h r e q u i r e m e n to f m u l t i m e d i as e r v i c ea n dt h ei n t e r f e r e n c em o d e lo ft h es y s t e m w eh a v e b r o u g h tf o r w a r d c a cs t r a t e g yt h a t a d a p t i v e l ys u p p o r t s a n i s o m e r o u ss e r v i c e a d m i s s i o nc o n t r o li sb a s e d0 1 1t h ec h a r a c t e r i s t i co fs e r v i c e ，o o sr e q u i r e m e n ta n dt h e r e s i d u a lc a p a c i t yo ft h es y s t e m t h i ss t r a t e g ye f f c a i v c l ye n h a n c e s t h es y s t e m r e s o u r c eu t i l i z a t i o n 。 k e yw o r d s ：c a l la d m i s s i o nc o n t r o l ，t d s c d m a , m u l t i m e d i at r a f f i c , q o s ， a s y m m e t r i ct r a f f i c 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 论文背景与国内外现状 随着移动通信、数据通信和互联网的飞速发展与日益融合，以及移动用户 对业务多样性需求的不断增长、对服务质量( o o s ：o a l i t yo fs e r v i c e ) 要求的 进一步提高，导致能够提供多媒体业务的第3 代移动通信系统( 3 g ：t h e3 r d g e n e r a t i o n ) 标准得以制定，并将投入大规模商业运营。业务的多样性、o o s 要 求的严格性以及无线资源的稀缺性等一系列因素，致使无线资源管理( r r m ： r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ) 成为3 g 系统中一个重要研究课题。在这样的系统 中，无线资源不再限于频谱资源，还包括码字资源( 用以区分小区信道和用户) 、 功率资源( 适宜的发射功率有助于最大程度地减小用户间或小区间的干扰) 、时 隙资源( 无线资源中可供分配使用的最小时间单位) 、基站资源( 基站是移动用 户连接进入系统的必需资源) 等。 r r m 包括多址接入技术、呼叫允许控制( c a c ：c a l la d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 策略、切换控制、功率控制、分组调度，以及拥塞控制等，其中c a c 是r k m 中最为重要的一部分。近年来得到国内外众多学者广泛、深入的研究。c a c 首 先是在a t m 网络中提出的，a t m 论坛与r r u t 对c a c 的定义 1 1 为：对于一个 已知呼叫连接请求，根据新连接的业务特征( 用流量参数表示) 、要求的服务质 量和网络资源( 如现有连接已占用的链路带宽、缓冲区) 当前状况进行比较， 决定是否接纳一个新连接。c a c 的目标是在保障所有已接纳连接的q o s 的前提 下，接纳尽可能多的新连接，充分利用网络资源。c a c 的控制目标包含两方面： 一要满足用户q o s 要求：二要最大限度利用通信系统资源。 第二代移动通信只提供语音业务，他们的数据处理能力非常有限，这使得 它的c a c 算法相对比较容易，而随着多媒体业务和w w w 业务量的不断增加， 而各业务之闻的传输速率和q o s 不同，使得它的c a c 变得复杂。传统的f d m a 和t d m a 系统中，由于用户之间有很好的隔离度( 频分或时分) ，因此用户之间 的干扰比较容易控制，当增加一个连接时，并不会影响系统中己经存在的通话 的服务质量，呼叫接入控制比较简单，仅受限于可用资源( 频带或时隙) 的数 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 量，只要剩余资源足以满足呼叫请求，就接纳呼叫。在c d m a 系统中，各用户 使用相同的频率，每个新呼叫的允许对于已经建立的通话来说都是干扰，因此 用适当的方法控制新用户的接入是一个很重要的问题，其基本原则是：接纳新 连接不会以牺牲已有连接的服务质量为代价。而t d - s c d m a 系统是结合了时分 多址、时分双工、频分多址和码分多址的系统，它的c a c 不仅仅要考虑一个用 户是否能够接入，还要考虑时隙分配的问题。接入控制对于避免业务量负荷过 载，保证系统的稳定性至关重要。 近年来，c a c 一直是业界研究的热点问题，也取得了一定的成果。目前c a c 算法的主要成果有； 1 基于总干扰功率的c a c 算法由于c d m a 系统是干扰受限系统，基于 干扰分析的c a c 方法也具有其合理性和可行性【2 ，3 】。具体做法是基于小区用户 数和干扰水平，对呼叫的接纳与否进行控制。当用户数和干扰水平达到一定值 时，就拒绝呼叫，否则接受。在考虑本小区的呼叫接入的同时，也要考虑新呼 叫对相邻小区的影响，若相邻小区的干扰超过门限，同样拒绝呼叫。 2 基于信千比( s i r ：s i g n a l t o i n t e r f e r e n c er a t i o ) 的c a c 算法用户o o s 是否能得到保证直接取决于收到的s i r 。基于s i r 分析的c a c 是最常见的一种 方法【4 】，当呼叫到来的时候，系统计算新加入呼叫和已经存在用户的s i r 是否 可以达到期望的要求，若能达到。则接纳呼叫，否则就拒绝。这种方法虽然能 够保证新用户和已存在用户的q o s ，但是没有考虑到切换呼叫的特殊性。 3 基于剩余容量的c a c 算法c d m a 系统具有软容量的特性，其系统容 量有别于t d m a 和f d m a 系统【5 ，q 。当有新呼叫到达时，c a c 策略首先判断系 统是否存在剩余容量，若存在则接纳新呼叫，否则拒绝其接入i s - v 。 基于剩余容量的c a c 策略简单易行，但在目前的一些算法中，大多数都未 考虑业务间的不同o o s 要求的差异，这是它们的主要缺点。 4 具有o o s 保证的基于多媒体业务的c a c 策略传统的无线通信网络使 用电路交换技术，在传输过程中业务的o o s 容易得到保证，但对先进的分组无 线网络，面临语音、视频、数据等多媒体业务，由于业务的特性不同，对o o s 的要求也尽不同，这就对业务的q o s 保证提出了挑战。而从用户角度而言，只 有达到一定的o o s 要求，服务才可能被接受。因此，提供具有q o s 保证的c a c 策略成为近年来业界研究的热点问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 近年来，具有q o s 保证的c a c 算法很多i ，但都具有一定的局限性，主 要体现在多媒体业务模型上。随着越来越多的多媒体业务的出现，网络中的业 务结构发生了巨大的变化，给出更加符合网络中实际业务情况的业务模型逐渐 成为另一研究的重点。随着经营自主性的不断提高，各运营商提供的业务类型、 业务等级也可能不尽相同，因此在c a c 的算法中，应使q o s 的等级定义能够 适应各运营商的不同的要求。 而具体到t d s c d m a 系统，目前已有的c a c 研究的成果还比较少，并且 一般只考虑单一的话音业务，业务模型简单。文献 1 2 3 考虑了m u d ( 多用户检 测因子) 对上行链路干扰和负载的影响。文献 1 3 在文献 1 2 的基础上加入了 智能天线波束赋形增益的影响，并加入了资源预留的想法，但是没有考虑符合 实际系统情况的多媒体业务。文献 1 4 以r o t ( r i s e o v e r t h e r m a l ) 作为接入判据， 文献 1 5 是用功率判断，这两篇文章也没有考虑多媒体业务。文献 1 6 基于用 户数，选择当前统计用户数最小的时隙来接入，它只是用于单一且恒比特业务 的情况，因为只有此时，用户数量才能反映带宽使用的情况。 1 2 论文研究的内容与实际意义 根据各类业务不同的延迟要求，将3 g 系统提供的业务种类划分为以下4 大类【1 7 1 8 】：第1 类会话类业务( c o n v e r s a t i o n a lc l a s s ) ，第2 类是流式多媒体业 务( s t r e a m i n gc l a s s ) ，第3 类是交互式业务( i n t e r a c t i v ec l a s s ) ，第4 类是后台 业务( b a c k g r o u n dc l a s s ) 。不同的业务具有不同的q o s 要求，比如实时话音业 务对时延敏感，但允许1 0 - 3 量级的较高误码率，非实时数据业务对时延不敏感， 但要求极低的误码率，通常在1 0 4 到1 旷量级【1 9 1 。如何在恶劣的无线传播环境 里以及用户运动且相互干扰的情况下为各类业务提供q o s 保证，同时充分利用 珍贵的无线频谱资源，是基于c d m a 技术的3 g 系统、以及未来的无线个人通 信系统都必须致力解决的问题。3 g p p 对于多媒体业务定义了一系列评价准则， 其中最重要的参数包括：吞吐率( t h r o u g h p u o 、传输时延( d e l a y ) 、时延抖动( j i t t e r ) 、 可用性( a v a i l a b i l i t y ) 。如何对多媒体业务建模，并根据网络剩余带宽等资源和多 媒体业务的实际上下行带宽，自适应的调整上下行时隙切换点，并根据本小区 和相邻小区的负载情况，设计动态的支持非对称业务的c a c ，使网络的阻塞率、 溢出率、吞吐量、延时等q o s 指标控制在最有效的阈值之内，对于包括 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 t d s c d m a 系统在内的下一代无线系统有十分重要的意义。 另外，t d s c d m a 系统可以灵活调整时隙转换点。支持非对称业务，因此 也导致了各个小区间存在不同的干扰模型，已有的一些文献1 1 2 - 1 6 1 一般只在一个 孤立小区中考虑接纳问题，忽略了新接入用户对相邻小区的干扰影响。现在有 文献【刎在接入控制判决的时候，不仅要检查本小区增加的干扰，也要检查邻近 小区增加的干扰，只有在所有小区都允许的情况下，才能接纳呼叫。这种综合 考虑各个小区的干扰情况的接入控制算法对于t d s c d m a 网络具有极其重要 的实际意义。 t d s c d m a 系统采用时分双工技术，其特有的动态时隙调整的特点，使得 其接入控制技术更为复杂，主要分为2 个步骤：第一个步骤是检测可用资源， 决定用户接入的时隙，这一步骤可以通过动态信道分配技术来实现；第二个步 骤是根据选定的时隙，确定在该时隙下是否能够接入系统。根据接入控制的原 理，分别确定上行和下行链路的接入情形，只有在上行和下行链路都允许接入 系统的前提下，才允许用户接入系统。由以上可知，在t d s c d m a 多媒体通信 网络中，按照3 g p p 标准和网络中业务的实际情况对业务进行分类和建模，并 定义符合其各自要求的o o s ，同时考虑业务的非对称性，在此模型下制定上下 行时隙切换点动态调整c a c 策略是十分有意义的。 基于上述问题及解决问题的理论及实际意义，本文对t d s c d m a 系统多媒 体业务的c a c 策略进行了分析、仿真和研究。对网络中的业务进行了分类建模， 在多媒体业务模型下，结合t d s c d m a 的特点，制定了适合其特征的c a c 策 略。 1 。3 论文主要研究方法及结构安排 本文采用理论分析与仿真相结合的方法对上述问题实施研究。全文共分5 章，其中第3 章到第5 章是本文的重点章节，是对作者在硕士研究生阶段所做 研究工作的详细介绍。 在第1 章介绍了本文的研究背景，当前无线通信系统中c a c 的研究情况， 以及本设计的研究意义和论文的基本结构。在第2 章中，对t d s c d m a 通信系 统及其资源管理进行了简单的介绍，包括切换控制、c a c 、功率控制、动态信 道分配等。并根据3 g p p 标准，对多媒体业务进行了建模，其中语音业务采用 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 o n o f f 模型，视频业务采用m 盯k o v 模型，数据业务采用目前因特网普遍使用 的自相似模型。文章第3 章分析了t d s c d m a 系统中小区间不同业务负载情况 下的干扰模型，引入干扰分布因子，推导出不同时隙分配情况下的系统的信噪 比。 论文的第4 章给出了t d s c d m a 系统中一种基于最大剩余容量时隙选择的 多媒体业务的c a c 算法。这种策略的基本思想是，以3 g p p 提出的按业务q o s 不同对多媒体业务进行的分类为标准，考虑语音、视频、交互式数据和背景类 数据4 类业务，在每个时隙结束时实时检测并计算系统的剩余容量，根据各业 务的优先级和q o s 要求，以及系统的剩余容量，选择剩余容量最大的时隙优先 接入用户。仿真结果表明，加入最大剩余容量时隙选择，可以更好保证各类业 务的q o s 要求，尤其对高优先级业务的性能有明显提升。另外由于多媒体业务 的特性，使得网络中上行链路和下行链路的业务呈现不对称性，为避免资源的 浪费，应更合理地分配上行和下行链路中的资源。因此，第5 章提出了一种新 的t d s c d m a 系统中支持动态时隙分配的呼叫允许控制策略。基本思想是，为 提高资源利用率，按照小区中实际的业务分布和干扰情况，动态调整上下行时 隙切换点，在保证业务的q o s 的前提下，最大可能的提高系统的利用率，避免 传统的上下行对称分布中存在上行链路资源的空闲。仿真结果表明，该策略在 保证各类业务q o s 要求的同时，有效的提高了系统的资源利用率。 最后总结了全文，并对未来的工作方向进行了展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章t d s c d m a 系统接入控制技术分析 2 1t d s c d m a 系统的特点 t d s c d m a 是由我国提出的一种t d dc d m a 标准，它具有t d d - c i ) m a 的一切特征，能够满足3 g 系统的要求，可在室内、室内夕b 环境下进行语音、 传真及各种数据业务1 2 1 】。t d s c d m a 接入方案是直接序列扩频码分多址 ( d s c d m a ) ，扩频带宽为1 6 m h z ，采用不需配对频率的时分双工( t d d ： t i m e d i v i s i o n d u p l e x ) t 作模式。因为在t d - s c d m a 中，除了采用了d s - c d m a 外，它还具有t d m a 的特征，因此经常将t d s c d m a 的接入模式表示为 t d m a c d m a l 2 2 1 。 2 1 1t d s c d m a 系统关键技术 在t d s c d m a 系统中，采用了很多先进的技术，用于提高系统的性能，显 示其优势，下面对这些关键技术进行简单分析1 2 3 1 。 1 智能天线技术与现有的无线通信相比，智能天线( s a ：s m a r t a n t e n n a ) 技术将在未来的无线通信中发挥重要作用1 2 4 笛l 。在t d s c d m a 系统中，在不显 著增加系统复杂度的前提下，采用数字方法实现波束成形的智能天线将得到充 分利用。智能天线通过各阵元信号的幅度和相位加权来改变阵列的方向图形状， 能够把主波束对准入射信号并自适应实时地跟踪信号，同时将零点对准干扰信 号，从而抑制干扰信号，提高信号的信噪比，改善整个通信系统的性能。另外， 智能天线引入了第四维多址方式：空分多址( s d m a ) 方式。在相同时隙、相 同频率或者相同地址码情况下，仍可以根据信号不同的空间传播路径来区分用 户。在多个指向不同用户的并行天线波束的控制下，可以显著降低用户信号彼 此间的干扰，大大提高系统的频谱利用率1 2 6 1 。 2 。联合检测技术联合检测( j d ：j o i n td e t e c t i o n ) 技术是在m u d 技术基 础上提出来的唧。该技术是减弱或消除多址干扰、多径干扰和远近效应的有效 手段，能够简化功率控制，降低功率控制精度，弥补正交扩频码的互相关性不 理想所带来的消极影响，从而改善系统性能、提高系统容量、增大小区覆盖范 围。联合检测技术已经被纳入3 g 系统的关键技术体系中，但只有t d 。s c d m a 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第一次在c d m a 通信系统中采用联合检测技术，实现了智能天线和联合检测技 术的有机结合。由于各种技术因素和成本的制约，联合检测技术只能在基站中 实现，随着科学技术的不断进步和发展，基站和终端都将可能采用联合检测算 法以消除多址干扰( m a hm u l t i p l e a c c e s si n t e r f e r e n c e ) 和符号间干扰( i s hi n t c r s y m b o li n t e r f e r e n c e ) 。t d s c d m a 中的联合检测的高效率主要是因为 t d - s c d m a 是一个时域和帧控的t d m a 方案。因此，用户被分配到各个时隙 中，最终使每个时隙中并行用户数量很少，这样，通过较低的计算量和较低的 信号处理要求即可被有效的检测到目标信号。 3 同步c d m a 技术同步c d m a 技术指上行链路各终端信号与基站解调 器完全同步，它通过软件及物理层设计实现，这样可使正交扩频码的各码道在 解扩时完全正交，相互问不会产生多址干扰，克服了异步c d m a 多址技术由于 移动终端发射的码道信号到达基站时问不同，造成码道非正交所带来的干扰， 从而提高c d m a 系统容量、简化硬件、降低成本。1 d s c d m a 系统中，上行 同步( u p l i n ks y n c h r o n i z a t i o n ) 是根据一定的算法由基站向终端发送s s ( s y n c h r o n i z a t i o ns h i f t ) 命令来实现的。精确的上行同步使t d s c d m a 显示了 更多的优势。首先。移动终端的数据到达基站保持同步是使用联合信道冲击响 应的基础，所以上行同步的实现可以有效地定位信道冲击响应，其次，在 t d s c d m a 系统中上行链路和下行链路都采用正交码扩频，只有精确的上行同 步才能保证接收到的扩频码保持正交，从而可以有效地减少干扰，大大提高系 统容量，并降低基站接收机的复杂度。另外，为保持上行信号到达基站时能够 同步，移动台动态调整发往基站的发射时间，从而可以进行距离估算，更有效 地波束赋形和切换判决。 4 软件无线电软件无线电是利用数字信号处理软件实现无线通信功能的 一种技术，它能在同一硬件平台利用软件处理基带信号，通过加载不同的软件， 可实现不同的业务性能f 2 8 捌。其优点是： 1 ) 通过软件方式，灵活完成硬件功能： 劲良好的灵活性和可编程性； 3 ) 可代替昂贵的硬件电路。实现复杂的功能； 钔对环境的适应性好，不会老化； 5 ) 便于系统升级，降低用户设备费用。对t d s c d m a 系统来说，软件无 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 线电可用来实现智能天线、同步检测和载波恢复等。 在t d s c d m a 中，基站和移动终端采用软件无线电结构，硬件简单，功能 由软件定义。射频频段、多址模式及信道调制都可编程。在此系统中，软件无 线电的发射与其他系统不同，它划分可用的传输信道，探测传播路径，进行合 适的信道调制，电子控制发射波束指向正确的方向，选择合适的功率，然后再 发射。接收也同样如此，它能区分当前信道和相邻信道的能量分布，识别输入 信号的模式，自适应抵消干扰，估计所需信号多径的动态特征，对多径信号进 行相干合并和自适应均衡，对信道调制进行栅格译码，然后通过f e c 译码纠正 剩余错误，尽可能降低误比特率。 5 动态信道分配技术由于t d ，s c d m a 系统带宽为1 6 m h z ，与其他3 g 系统带宽为5 m 相比，可支持3 个载波频率，所以可实现频率复用，复用因子 可为3 ，甚至还可以为1 。同时智能天线技术使t d s c d m a 系统可实现空间复 用( s d m a ) ，所以在t d s c d m a 系统中采用了c d m a 佃m 鲥f d m a s d m a 的混合多址方式，动态信道分配的无线资源管理方式成为t d s c d m a 系统的重 要特点，将实现对多维无线信道资源的动态管理和控制。频时码空构成一个 最小的资源单元，在t d s c d m a 系统中，需要实现频时h 空多维资源空间的 动态管理，根据所需服务和业务以及信道条件的变化，多维信道资源处于动态 调整和变化中。 在t d s c d m a 系统中t d d 模式将在时域资源动态管理中发挥优势，这主 要是考虑到随着移动通信业务的发展，绝大多数业务将是不对称数据业务。而 在支持不对称业务方面，t d d 模式具有先天优势，通过上、下行链路切换点灵 活的调整，可实现对时域资源的动态分配i 3 1 1 。另一方面，智能天线技术工作 于t d d 方式更为合适。在t d d 方式中上行与下行链路间隔时间短，使用相同 频率传输信号，上、下行链路无线传播环境差异不大，接收时天线阵元加权可 以直接用于发射，使得移动用户发射信号集中在基站的接收波束之内，大大提 高信号利用率。这样，t d s c d m a 系统中的无线资源管理将通过频时，码空4 维空间的适配算法和策略，实现无线信道资源的动态分配和控制。动态信道分 配形式主要集中在以下几种形式： 1 ) 时域动态信道分配如果在目前使用的无线载波原有时隙中发生干扰， 通过改变时隙可进行时域的动态信道分配。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 ) 频域动态信道分配如果在目前使用的无线载波所有时隙中发生干扰， 通过改变无线频率( 即切换到另一载波) 可进行频域动态信道分配。 3 ) 空域动态信道分配通过选择用户闻最有利的方向进行耦合，执行空域 动态信道分配。空域动态信道分配是通过智能天线的定向性来实现的，它的产 生与时域和频域动态信道分配有关。 通过联合进行时域、频域和空域的动态信道分配技术，t d - s c d m a 能将系 统自身的干扰最小化。这样，t d s c d m a 先进的系统设计便可体现t d m a 理d d 方案的优势，从而取得最佳频谱效率、业务质量，并且也可使运营商获得最佳 经济效益。 2 1 2t d s c d m a 系统的技术优势 由于采用了可调整上下行切换点的时分双工、智铑天线和联合检测等关键 技术，t d s c d m a 具有其独特的技术优势。在t d s m a 系统中，干扰可控 和高效率支持不对称数据业务是它的显著优势，具体表现在系统抗干扰和系统 容量之间得到了很好的均衡、对多媒体业务的高效支持、系统自身有良好的持 续发展和技术演进性1 3 2 l 。 1 t d s c d m a 的抗干扰和容量得到很好的均衡t d - s c d m a 是目前容量 和抗干扰达到良好均衡的移动通信系统。c d m a 技术极大地提高了t d s c d m a 的系统容量，在抗干扰方面，t d s c d m a 的抗干扰能力有三个特点：一是采用 低带宽频点( 1 6 m h z ) ；二是采用时分技术( 7 个业务时隙) 使影响自干扰的因 素显著减少；三是通过智能天线和联合检测来的有机结合来消除剩余的c d m a 自干扰。可见，t d - s c d m a 系统通过c d m a 、f d m a 、t d m a 、智能天线和联 合检测等多种技术解决了干扰和容量之间的均衡问题，不仅使系统容量增大， 而且系统的干扰可控，而干扰可控直接决定了t d s c d m a 在组网时具有不可抗 拒的优势，使系统具有频谱利用率最高、容量较大、呼吸效应微弱、各类业务 覆盖半径基本相同、网络规划简单等特点。 2 t d s c d m a 对多媒体业务的高效支持t d - s c d m a 的频谱利用率具有 较大优势。对于话音信道，t d s c d m a 频率利用率最高，容量最大。能够有效 降低每个用户的话音业务成本：对于对称数据信道，具有与话音一致的频谱效 率：对于不对称数据信道，具有更高的频率利用率，由于采用了t d d 技术，上 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 下行可以在相同载波上进行传输，能够实现上下行资源的动态分配，有效地提 高了频谱资源的利用率，因此，相对成本变低，提供不对称数据业务的优势比 较明显。 t d s c d m a 对多媒体业务的支持具有极高的灵活性和扩展性，所采用的动 态信道分配技术可以在时域、空域和码域实现对无线资源进行灵活配置，通过 上下行切换点调整上下行业务的容量，从而灵活地支持话音业务、对称数据业 务和非对称数据业务。在后续发展上，m i m o 和o f i ) m 技术更容易引入到 t d s c d m a 。 3 t d s c d m a 具有技术演进优势t d - s c d m a 具有向后发展的技术优势， 采用的t d d 、智能天线、联合检测等新技术是公认的b 3 g 发展方向。在未来 b 3 g 架构上，系统关键技术主要是h s p a 技术( o f d m 是其中的一种) 、m i m o 技术、智能天线、联合检测、软件无线电等技术。由于t d s c d m a 的时分双工 模式，其上下行信道是互惠的，因此，t d s c d m a 提供h s p a 可以采用信道预 测技术以提高系统吞吐量。由于智能天线和联合检测是一种很好的消除干扰技 术，将在b 3 g 中得到持续发展。t d - s c d m a 的采用1 2 8 m c s 低码片速率，接 收机对采样数字接收信号的处理要求大大降低，适合采用软件无线电技术，基 带处理的全软件技术实现方法和自适应智能天线的技术体制，使得t d s c d m a 设备完全能够通过软件的升级支持b 3 g 的关键技术。对于m i m o 技术只需要极 少的硬件设备更换和升级，这是且前任何其他模式所无法达到的。 2 2t d s c d m a 系统无线资源管理 与2 g 系统相比，3 g 系统提供了更广泛的多种速率的业务，并且每种业务 都具有各自的业务特性或o o s 需求，所有激活业务的o o s 需要得到保障。对于 如此繁多复杂的业务要同时进行通信，就需要一个强大有效的机制来对无线资 源进行管理。t d s c d m a 系统的可控无线资源包括码字、频率、时隙和空间角 度。因为该系统综合使用了时分、频分、码分和空分以及其他多种新技术，所 以频率