（通信与信息系统专业论文）cdma2000演进关键技术研究及干扰删除理论分析.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j 和j d n 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： 曼名区鸩 日期： 加o ；、6 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) 本人签名： 导师签名： 关舌善鸿 r 期：三坐! ：生 日期：! f ! ：! ：垒 北京邮电大学硕上研究生毕业论文 c d m a 2 0 0 0 演进关键技术研究 及干扰删除理论分析 摘要 社会的快速信息化发展不断的对移动通信质量提出了更高的要 求，移动通信领域的技术在这样的背景下日新月异的更新着以满足用 户和社会的需求。c d m a ( 码分多址接入) 是移动通信3 g 无线接口 技术的主流方式，主要包括c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 和t d s c 如a 三 大标准。其中c d m a 2 0 0 0 系列标准由于其发展的相对成熟性及其演进 过程中多项关键技术的使用受到了广泛的关注。 本文针对c d m a 2 0 0 0 系列标准中的关键技术进行了仿真和理论 的详细分析。c d m a 2 0 0 0 系列标准中的e v - d or e v 珠准在系统反 向采取了h a r q 、漏桶、干扰删除3 项技术，大大提高了系统的反向 链路容量。本文对这三项技术进行了理论分析和单独的仿真研究，定 量的分析了它们对系统性能的影响。其中干扰删除技术的使用可以使 得c d m a 2 0 0 0 系统反向容量提升至未使用时的1 6 倍。 干扰删除技术是提高c d m a 系统容量的重要方法，但干扰删除技 术对于c d m a 系统容量影响的理论研究至今尚无。本文基于c d 惭 线接口技术对其进行了详细的研究，并给出了一般性的数学表达式。 干扰删除技术的使用对c d m a 系统稳定性的影响在文中亦进行了分 析。本文将研究结果用于c d m a 2 0 0 0 系列标准，并与仿真结果进行了 比较分析。 此外，考虑到室内基站的快速发展，本文对c d m a 系统与 f e m t o c e l l 基站共存环境下的切换算法进行了深入研究，提出了基于基 站服务质量和移动终端移动速率的两种切换算法，大大减少了移动终 端的切换次数。 关键词：c d m a 2 0 0 0 ；e v - d o ；扎6 姻；漏桶；干扰删除；f e m t o c e l l 北京邮电人学硕上研究生毕业论文 r e s e a r c ho ft h ek e yt e c h n o l o g y i nc d 剐l 墟0 0 0s e l u e sa n d t h e o r e t i c a la n a l y s i so fi c a st h ew o r l di sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei n f o r m a t i o n - b a s e d , t h e h i g h e rq u a l i t yo ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o ni sc o n t i n u o u s l yr e q u i r e d 卫地 t e c h n o l o g yi n t h ef i e l do ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o ni s r a p i d l y d e v e l o p i n gt om e e tt h en e e d so ft h es o c i e t y c d m a ( c o d ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ) i st h ec e n t r a lr a d i oi n t e r f a c et e c h n o l o g yo f3 gm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d sw h i c hm a i n l yi n c l u d e sc d m a 2 0 0 0 , w c d m 魄 a n dt d - s c d m a s i n c et h es t a n d a r d so ft h ec d n 眦0 0 0s e r i e sa l e m a t u r ee n o u g ha n dan u m b e ro fa d v a n c e dt e c h n o l o g i e sa r ea p p l i e di nt h e e v o l u t i o n ，c d m a 2 0 0 0h a sd r a w nm u c ha t t e n t i o ni nt h ei n d u s t r y t h i sp a p e rs t u d i e st h ek e yt e c h n o l o g i e sb o t hi nt h es i m u l a t i o na s p e c t a n di nt h et h e o r e t i c a lw a y i nt h ec d m a 2 0 0 0e v - d or e v aw h i c h b e l o n g s t ot h ec d m 匕眈0 0 0s e r i e s t h er e v e r s el i n k a d o p t s t h e t e c h n o l o g i e so fh a r e ，t o k e n - b u c k e ta n di n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n0 c ) w h i c hg r e a t l yi m p r o v et h es y s t e mc a p a c i t y t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt h e s y s t e m - p l a t f o r ms i m u l a t i o na r ec a r r i e do ni nt h ep a p e rt of i n dt h e i re f f e c t s q u a n t i t a t i v e l y t h er e s u l t ss h o wt h a ti cc a nm a k et h er e v e r s el i n ks y s t e m c a p a c i t yo fc d m a 2 0 0 0u p g r a d e dt o1 6t i m e st ot h es y s t e mw i t h o u ti c i ct e c h n o l o g yi sa n i m p o r t a n tm e t h o di ni m p r o v i n gt h ec d 队 s y s t e mc a p a c i t y h o w e v e r , t h et h e o r e t i c a la n a l y s i so ft h ec d m as y s t e m c a p a c i t yw i t hi ct e c h n o l o g yh a s n tb e e ns t u d i e d n i sp a p e rd o e st h e r e s e a r c ho ft h ec d m a s y s t e mc a p a c i t yw i t hi ct h e o r e t i c a l l yi nd e t a i la n d g i v e s t h er e s u l t si nm a t h e m a t i c a l e x p r e s s i o n s t h ec d m as y s t e m s t a b i l i t y w i t hi ci sa l s os t u d i e d t h em a t h e m a t i c a le x p r e s s i o n sa r e e m p l o y e di nt h ec d m 已墟0 0 0s e r i e ss t a n d a r d sm a d eac o m p a r i s o nw i t h 北京邮电大学硕二b 研究生毕业论文 一 t h es i m u l a t i o nr e s u l t s s i n c et h ed e v e l o p m e n to fi n d o o rb a s es t a t i o n si s r e a l l yr a p i d ，t h i s p a p e ra l s os t u d i e st h eh a n d o v e ra l g o r i t h m si nt h et w oh i e r a r c h yn e t w o r k c o m p o s e do ft h et r a d i t i o n a lc d m am a c r o c e l l sa n dt h ee m b e d d e d f e m t o c e l l s t h ep r o p o s e da l g o r i t h m s ，c o n s i d e r e dt h es e r v i n gq u a l i t yo f t h eb a s e - s t a t i o n sa n dt h ev e l o c i t yo ft h e m o b i l e s ，g r e a t l yr e d u c et h e h a n d o v e rf r e q u e n c yo ft h em o v i n gm o b i l e s k e y w o r d s ：c d m a 2 0 0 0 ；e v - d o ；h a r q ；t o k e n b u c k e t ； i n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ( i c ) ；f e m t o c e l l i i i 北京邮电大学硕上研究生毕业论文 目录 第一章绪论。 目录 1 1 概述 1 2c d m a 2 0 0 0 系统演进过程 1 3c d m 此 舯o 演进相关技术 1 4 1 5 第二章 2 1 1 3 1t u r b o 码 1 3 2 差错控制技术 1 3 3 功率控制 1 2 3 1 3 4 切换技术。 3 5 6 1 3 5 多径分集接收技术。6 2 3 漏桶技术 2 4 干扰删除技术。 2 5 仿真结果及分析 2 5 1 仿真模型 2 5 2 仿真结果 2 5 3 结果分析 2 4 2 6 2 8 2 6 本章小结。2 9 第三章干扰删除技术( i c ) 理论分析 3 1 研究背景。 3 1 1 干扰删除技术简介3 1 3 1 2 研究必要性3 3 3 2 容量评估标准。3 3 3 3 外小区干扰研究 3 4 同步干扰删除容量分析3 7 3 5 异步干扰删除容量分析一 3 9 3 5 1 异步帧干扰删除系统容量次优解。4 2 3 5 2l xe v - d or e v a 干扰删除技术系统容量仿真结果与理论研究对比分析4 4 3 6 系统稳定性分析4 7 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 3 6 1 同步帧4 7 3 6 2 异步帧4 8 3 7 本章小结。 第四章c d m a 2 0 0 0 中f e m t o c e l l 共存场景研究。 4 1 研究背景。 4 2 4 3 4 1 2 研究必要性 系统模型 切换算法 5 0 5 2 4 3 1 场景分析。 4 3 2v s h o 算法 4 3 3 u h o 算法 4 4 仿真结果及性能分析 4 5 本章小结 第五章总结与展望 参考文献 致谢 攻读硕士学位期间发表论文 贷贷鲐靳卯酡矾酯 北京邮电人学硕上研究生毕业论文 第一章绪论 1 1 概述 移动通信是近几年通信各领域中发展最快的领域之一。现代移动通信技术的 发展始于2 0 世纪2 0 年代，至今大致经历了5 个发展阶段，从早期短波频段开发出 的专用移动通信系统( 2 0 年代到4 0 年代) ，至人工接续方式的公用移动通信业务 的问世( 4 0 年代中期到6 0 年代初期) ，继而改进和完善实现自动选频和自动接续 ( 6 0 t g 代中期到7 0 年代中期) ，并随着微电子技术的发展和移动通信新体制( 蜂 窝概念) 的提出进入移动通信蓬勃发展时期( 7 0 年代中期到8 0 年代中期) ，现今 已发展至数字移动通信系统的成熟时期( 8 0 年代中期至今) i z l 。 1 9 7 8 年，美国贝尔实验室开发了先进移动电话业务( 蝴p s ) 系统，这是第 一种真正意义上的具有随时随地通信能力的大容量的蜂窝移动通信系统。到2 0 世纪8 0 年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网络，主要包括 英国的e t a c s 系统、北欧的n m t - 4 5 0 系统、日本的n ， 邮a c s 小t a c s 系统等。 在中国，1 9 8 7 年也建成开通了第一个公用移动通信网，采用n 蛇s 制式。以a m p s 和t a c s 为标志的1 g 系统是模拟通信系统，采用蜂窝组网和频率复用等关键技术。 不过，1 g 系统在技术和体制上也存在诸多局限，如没有发展成一个全球的共同 标准，系统容量与频谱资源之间的矛盾随着用户数的增加日益尖锐等l 。 为了解决第一代蜂窝移动通信系统中存在的上述根本性技术缺陷，采用数字 调制技术的第二代蜂窝移动通信系统从2 0 世纪9 0 年代开始逐渐发展起来。1 9 9 2 年，欧洲开始铺设全球第一个数字蜂窝移动通信m 绍g s m ( g r o u ps p e c i a lm o b i l e ) ， 并迅速在全球扩张。此后，美国的d a m p s 和日本的j d c 等2 g 系统也相继投入使 用。1 9 9 3 年，美国推出了基于码分多址( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e xa c c e s s ，c d m a ) 接入技术的i s 9 5 系统。2 g 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，但是随着数据业务( 尤其是多媒体业务) 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f 2 l 。 为了解决2 g 系统所面临的主要问题，同时满足对分组数据传输及频谱利用 率更高的要求，1 9 9 5 年i t u 正式提出国际移动电信2 0 0 0 ( i m t - 2 0 0 0 ) 的概念名称， 即第三代移动通信系统或3 g 系统，主要包括c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 、t d s c d m a 三大标准。当前，全球无线通信呈现出移动化、宽带话和口化的趋势，为了适应 发展，各标准组织不断的更新和引进先进的技术，以实现3 g 技术商 b 3 g 和4 g 平 滑演进。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 移动通信的发展阶段及各阶段的时间表如图1 1 所示。 移动性! 竺竺! ! ! 竺 个l o 岫 矗 中 t 2 0 0 5 年 2 a l o n g2 0 t 5 年 1 0 0 m i f s1 0 0 m b s - i g _ s 图1 - 1 移动通信系统发展示意图 1 2c d m a 2 0 0 0 系统演进过程 c d m a 系统的演进路线如下图1 2 所示。 图1 - 2c d m a 2 0 0 0 系统演进路线图 图1 2 中，i s 9 5 系统为2 g 数字蜂窝移动通信系统，于1 9 9 3 年7 月由美国 电信工业协会( t i a ) 颁布，采用q u a l c o m m 公司的c d m a 空中接口规范。1 9 9 8 年年初，i s - 9 5 系统在美国、香港、新加坡和韩国投入商用。此后，美韩等国家 提出了基于i s 9 5 向宽带方向发展的第三代移动通信系统的候选标准c d m a o n e ， 即c d m a 2 0 0 0l x r t i t 孙。 为了适应更高速率和质量的业务要求，q u a l c o m m 公司又提出了改进方案。 在语音方面，c d m a 2 0 0 0 系统从1 x 演进到l xa d v a n c e d 。在数据应用方面， c d m a 2 0 0 0 标准演进的第一步是从l x 标准演进到e v - d or e v 0 标准，然后从 e v - d or e v 0 标准演进到e v - d or e v a 以及e v o d or e v b 。期间，还有同时支持 话音业务和数据业务的版本，即l xe v - d v 系统推出，但由于其技术不够成熟， 北京邮电人学硕r 上研究生毕业论文 最后冻结了。根据无线数据业务需求，还可以采用2 2 m i m o 及m i c r o 和p i c o 基 站的更好结合，部署d o a d v a n c e d 系统以提供更加强大的数据能力f 3 l 。 此外，q u a l c o m m 公司发展的b 3 g 移动通信系统u m b 标准延用了 c d m a 2 0 0 0 演进过程中的一些关键技术，如漏桶技术等，以提高系统的容量。 1 3c d m a 2 0 0 0 演进相关技术 c d m a 2 0 0 0 系统采用了三层设计，包括上层、链路层和物理层。上层实体 包含所有高于链路层的业务，实现由链路层提供的数据传送业务。链路层发送数 据传送业务，并利用物理层编码和调制信息与基站通信。 c d m a 2 0 0 0 1 x 正向和反向信道结构码片速率为1 2 2 8 8 m e p s ，数据调制用“ 阵列正交码调制方式，扩频调制采用平衡四扩频方式，频率调制采用q p s k 方式。 c d m a 2 0 0 0 的空中接口由以下物理信道组成：前反向基本信道、前反向专业控 制信道、前反向辅助信道、前反向公共控制信道、反向接入信道、前向寻呼信 道。信息经过编码和调制后，物理层产生一组物理信道( p h c h ) 直接发送信息， 一般分为专用物理信道和共用物理信道h 。 1 3 1t u r b o 石马 t u r b o 码具有优异的纠错性能，适于高速率对译码时延要求不高的数据传输 业务，并可降低对发射功率的要求、增强系统容量。在c d m a 2 0 0 0 中，t u r b o 码可以用于前反向补充信道和前向分组数据信道。t u r b o 编码器由两个r s c 编 码器( 卷积码的一种) 、交织器和删除器组成。t u r b o 译码器由两个软输入、软 输出的译码器、交织器、去交织器构成，经过对输入信号的交替译码、软输出多 轮译码、过零判决后得到译码输出【4 1 。 c d m a 2 0 0 0 中t u r b o 编码器和t u r b o 译码器结构框图如图1 3 所示1 4 j 。 iaffm，一 1 予司! p 哩；! r u l 一 哪t 目r l j 1 3 2 差错控制技术 图1 - 3t u r b o 编码器和t u r b o 译码器结构框图 3 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 近年来，继c d m a 2 0 0 0 后，又发展了l xe v - d o 和i xe v - d v ，对于数据帧 的无误码接收和有效的差错重传控制要求越来越高。在高速数据的传输过程中， 在有噪声污染和时变的信道环境中，若无强有力的重传控制机制，传错的数据帧 没能得到及时的处理，不仅会影响到其他数据帧的传输，而且会产生很大的时延。 因此，若能在差错重传控制方面的技术进行完善，对于实现高速数据传输有很大 的帮助。 在数字系统中，利用纠错码或者检错码进行差错控制的方式大致有以下几类： ( 1 ) 重传反馈方式( a r q ，a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ) ：发送端发送能够检 错的码，接收端收到通过信道传来的码后，在译码器根据该码的编码规则，判决 收到的码序列中有无错误，并通过反馈信道把判决结果用判决信号告诉发端。发 端根据这些判决信号，把接收端认为有错的信息再次传送，直到接收端认为正确 为止网。 一 ( 2 ) 前向纠错方式( f e c ，f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ) ：发送端发送能够被 纠错的码，接收端收到这些码字后，通过纠错译码器能够自动的发现错误，并且 能自动的纠正接收码字传输中的错误。如t u r b o 码、卷积码等【5 l 。 ( 3 ) 混合检错方式( h e c ，h y b r i de r r o rc o r r e c t i o n ) ：发送端发送的码字不 仅能够被检测出错误，而且具有一定的纠错能力，接收端收到码序列后，首先检 测错误情况，若在纠错码纠错能力以内，则自动进行纠错。若错误很多，超过了 码的纠错能力，但能检测出来，则接收端通过反馈信道，要求发送端重新发送有 错的信息1 5 】。 a r q 只能对检测出错的帧进行重传控制，本身不具有纠错的能力。将f e c 和a r q 相结合，从而实习检错纠错的功能，这是通常所说的混合a r q ( h y b r i d a r q ) 。t y p e ih a r q 单纯的将f e c 和a r q 结合，对收到的数据帧，首先进行 解码、纠错，若能纠正其中的错误实现正确解码，则接受该数据帧，否则丢弃这 个收到的数据帧，同时发一个n a c k 回发送端，请求发送端重传一个一模一样 的数据帧。t y p e h a r q 是改进的h a r q ，对于无法正确译码的数据帧，收端 不是简单的丢弃，而是先保留下来，待重传的数据帧收到后，和保留的错误译码 的数据帧合并在一起，然后再进行译码这样的几个数据帧合并在一起，能获得 一个信噪比更大的数据帧，从而具有更强的纠错能力，尤其在噪声较大的信道中， 体现出收端合并技术的优越性。t y p e h - a r q 是t y p e i 和t y p e i i 中m 技术 的改进版本，对于每次发送的数据包，采用互补删除方式( c o m p l e m e n t a r y p u n c t u r e dc o d ) 。数据包可单独译码，也可合并成一个具有更大冗余的数据包进 行合并译码。t y p e1 1 1h - a r q 能有效地提升系统吞吐量，特别是低信噪比情况下 更加明显 5 1 。 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 e v - d o 的物理层中增加了快速h - a r q 机制，其f e c ( 前向纠错编码) 采用 可变速率的t u r b o 码，重传机制上采用n 信道并行s a w ，n 固定为4 。h a r q 的最大重传次数根据为4 次，并且采用c h a s ec o m b i n i n g 方式进行合并，重发的 包其调制方式、编码速率都不做调整。在传输时隙方面，f e c 包以四个时隙为间 隔传输，而反向的a c k n a k 反馈在下一个应发时隙之前的半个时隙到达，以 供发送端判断是发送新的数据包还是重发错误的数据包。在重发问隔的时隙上， 系统服务于其他用户，同样遵循n - s w a r q 。基站在收到终端的a c k 信号后， 停止剩余时隙的传送，将这些剩余的时隙用于其它数据包的传输，从而提高系统 的容量。这样，基站传输不中断，始终以最大功率发送数据，与一定的时隙调度 算法相结合，可以达到近乎于系统最大数据吞吐量的传输。 1 3 3 功率控制 c d m a 系统是一个干扰受限系统，由于“远近效应一，它的系统容量主要受 限于系统内各移动台之间的干扰，因此若每个移动台的信号到达基站时都能达到 保证通信质量所需的最小信噪比时，c d m a 系统的容量将达到最大。功率控制 技术就是为了克服。远近效应一，在对接收机端的接收信号能量或解调信噪比指 标进行评估的基础上，适时的补偿无线信道中引入的衰落，从而既维持了高质量 的通信，又不对同一无线资源中的其它用户产生干扰，保证了系统容量。 在c d m a 系统中，功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，后者又分 为开环功率控制和闭环功率控制网。 前向功率控制的实现基于基站根据移动台提供的测量结果，调整对每个移动 台的发射功率，使得对路径衰落小的移动台分配相对较小的前向发射功率，对较 远和解调信噪比低的移动台分配较大的前向发射功率。基站通过移动台对前向解 调误帧率的反馈报告来决定针对该移动台的前向链路功率增大或者减小同。 反向功率控制主要通过实时调整各移动台的发射功率，使本小区内任一移动 台无论离基站多远，信号到达基站接收机时能达到保证通信质量的最小信噪比门 限，从而保证系统容量。c d m a 反向功率控制包括开环功率控制、闭环功率控 制、外环功率控制。反向开环功率控制用于调整移动台初始接入时的发射功率和 弥补由于路径损耗造成的衰减。反向闭环功率控制由基站协助移动台，对移动台 做出的开环功率估测迅速做出纠正，从而使移动台保持最理想的发射功率。基站 每隔一定时间检测一次解调后的反向业务信道信号的信噪比s n r ，然后将其与 事先设定的门限比较，若收到的s n r 高于门限值，基站在前向信道上送出一个 减小移动台发射功率的指令，反正则送出一个增加移动台发射功率的指令。反向 闭环功率控制总是快速的功率控制，功率控制比特按每1 2 5 m s ( 全速率帧) 穿 5 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 插到前向链路帧中，用来指示移动台是增加还是减少它的发射功率。闭环功率控 制包括两个反馈环，即内环和外环。反向外环功率控制是为了适应无线信道的衰 耗变化，动态调整反向闭环功率控制中的信噪比门限 s i 。 1 3 4 切换技术 当移动台从一个基站的覆盖范围移动到另外一个基站的覆盖范围时，通过切 换移动台保持与基站的通信。移动台支持以下三种切换过程【田： ( 1 ) 软切换：移动台开始与目标基站通信时并不立即断开与原基站的通信。 受移动台的限制软切换仅仅能用于具有相同频率的c d m a 信道之间。软切换可 以提供基站边界处的前向业务信道和反向业务信道的多径分集由m s c 完成， 将来自不同基站的信号都送至m s c 的选择器，由选择器选择最好的一路，再进 行话音的编解码。 ( 2 ) 更软切换：有基站完成，不通知m s c 。对于移动台，不同的扇区天线 相当于不同的多径分量，被合并成一个话音帧送至选择器，作为此基站的语音帧。 ( 3 ) 硬切换：移动台先中断与原基站的通信，再与目标基站取得联系，一 般发生在分配不同频率或者不同帧偏置的c d m a 信道之间 1 3 5 多径分集接收技术 移动通信信道是最为复杂的一种通信信道。终端移动带来的多径衰落和复杂 恶劣的电波环境是移动通信信道的特征。为了有效地克服衰落带来的不利影响， 必须采用各种抗衰落技术。 在c d m a 2 0 0 0 系统中，传输的信号是宽带信号，其带宽远大于移动信道的 相干带宽，因而可以采用具有良好自相关特性的扩频信号，在时间上分辨出较细 微的多径分量。c d m a 2 0 0 0 系统中采用r a k e 接收机对分辨出的多径信号分别进 行加权调整，使合成之后的信号得以增强，从而可在较大程度上降低多径衰落信 道所造成的负面影响。r a k e 接收机是c d m a 2 0 0 0 系统中实现多径分集接收的核 心部件。 为了实现相干形式的r a k e 接收，c d m a 2 0 0 0 系统在其上行链路和下行链路 中均采用了连续的公共导频信道进行信道估计( 在2 g 移动通信i s 9 5 系统中， 上行链路中没有导频信道，这使得基站接收机中的同步和信道估计变得困难，通 常采用差分相干或非相干接收方案) ，从而使得接收机能够在确知已发数据的条 件下，估计出衰落信道中时变参数的幅度和相位信息，从而实现相干方式的最大 比合并，以获得合并增益。 6 北京邮电人学硕士研究生毕业论文 1 3 6 反向干扰删除技术 在c d m a 2 0 0 0e v - d o 系统中，采用的是四时隙三交叉的数据传输格式，包 的重传次数最大为4 次。反向链路在基站端采用了干扰删除技术，以提高用户正 确解调概率和系统容量，其实现的具体步骤如下【9 1 。 ( 1 ) 在当前时隙( n ) 到达后，对所有子分组在此时隙结束的用户进行解调 和解码； ( 2 ) 重组缓冲器里的数据，并按照规定比例删除在第1 步中成功译码的用 户数据分组，从而减少干扰； ( 3 ) 重新解调那些还未解码且它们最后的子分组是在时隙( n 1 ) 结束的用 户数据分组，并对其进行解码； ( 4 ) 重组缓冲器里的数据，并删除在第3 步中成功译码的用户数据分组， 从而减少干扰； ( 5 ) 为最后子分组是在时隙( n 2 ) 结束的用户数据分组重复3 ) 4 ) 步。 ( 6 ) 重复1 ) 5 ) 步一次。 1 3 7 反向漏桶技术 c d m a 2 0 0 0i xr t t 标准的前向采用功率控制进行传输。e v - d o 系统前向采 用了速率控制进行传输，对离基站远、信道状况不好的用户基站给予速率较小的 前向业务，对离基站比较近、无线环境比较好的用户，基站给予速率较大的前向 业务。移动台测量到的当前小区信噪干扰比值越大，则其申请的前向速率越高。 e v - d or e v a 标准反向采用了漏桶技术。由于c d m a 系统反向的容量受限 于扇区的白干扰状况，且反向业务信道的发射功率是由终端依据传输速率去查找 事先确定好的业务信道与导频信道的t 2 p 确定的【l o l 。对每个m a c 流来说，他p 更多的表现为资源，也即是在每个子帧位置决定发送分组大小时可利用的资源多 少。因此，基站收到的a t 的反向业务信道的功率完全可以用t 2 p 来表征，将 t 2 p 作为控制变量可以更直接地控制a t 的反向发射功率，从而更为精细控制扇 区的反向负载【1 1 j 。 1 4 室内基站兴起及与宏蜂窝系统的共存 f e m t o c c l l 是用于增强室内覆盖的一项新兴技术，它的发展推动了固网和移 动网的融合( f m c ) f 1 捌。相对于同类业务，它具有低成本，高服务质量的优点， 并且不需要改变核心网，受到了标准化组织和业界的密切关注i 1 3 1 f e m t o c e l l 技 7 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 术是提高室内语音和高速数据业务覆盖的一种有效解决方案，同时它也是下一代 移动网络和固网融合( f m c ) 的基础。f e m t o c e l l 通过一个终端中继线如室内的 电缆、d s l 或者光纤等接入因特网继而连接到移动运营商核心网的方式来支持 室内语音和数据业务，如图1 - 4 所示1 1 4 l 。f e m t o c e l l 技术可以为运营商进一步降 低通信成本，改善室内覆盖和高速率业务的服务【1 5 1 f e m t o c e l l 技术商用仍然存在的关键问题包括：小区干扰方面、切换方面、 f e m t o c e l l 小区同步、f e m t o c e l l 技术的鉴权和收费问题等。 图1 4f e m t o c e l l 小区 1 5 论文背景、主要内容和结构安排 移动通信领域的发展日新月异，3 g 开始商用，b 3 g 和4 g 正在被研究，各 项技术也在不断的更新和改善。对移动通信领域的关键技术和先进技术进行详细 的研究十分必要。 c d m a 2 0 0 0 作为3 g 三大主流标准之一，技术标准和商用市场都相对成熟， 被业界广泛关注。c d m a 2 0 0 0 系列标准的演进过程中出现了很多先进的技术， 对这些技术进行仿真和理论的研究，并进行改进以用于未来的移动通信标准，具 有重要的意义。 本文基于c d m a 2 0 0 0 系列标准演进的研究，重点分析了c d m a 2 0 0 0l x e v - d o 标准中反向链路h a r q 、漏桶、干扰删除技术，进行了技术探究和仿真 分析。干扰删除技术在e v o d o 和h s u p a 中均有使用，本文针对干扰删除技术 对c d m a 系统反向链路容量和稳定性的影响进行了理论分析，用数学表达式定 量的表示出研究结果。考虑到室内基站的迅速发展，本文对室内基站和c d m a 宏蜂窝系统共存下运动的移动终端和基站间的切换算法进行了研究，提出了基于 基站服务质量和移动终端移动速率的两种切换算法，大大减少了移动终端的切换 8 北京邮电大学硕上研究生毕业论文 次数，并基于c d m a 2 0 0 0 仿真平台进行了仿真。 本文共分为五章。第一章简要介绍了移动通信领域的发展情况，c d m a 2 0 0 0 系列标准的演进过程及相关技术，室内基站发展及与c d m a 宏蜂窝共存的情况， 说明了本论文的研究意义及主要研究范围。第二章对c d m a 2 0 0 0 系列标准中的 主要标准的关键技术和优势进行了分析，对e v - d or c v a 标准中的h a r q 、漏 桶、干扰删除三项技术进行了具体的研究，并给出了具体的仿真结果及结果分析。 第三章对c d m a 系统中的干扰删除技术进行了理论分析，重点研究了同步帧 异步帧干扰删除技术对系统容量和系统稳定性的影响，并给出了定量分析结果的 数学表达式，并应用于c d m a 2 0 0 0l xe v - d o 系统并与仿真结果进行了比较。第 四章对c d m a 2 0 0 0 与f c m t o c d l 共存场景进行了研究，基于基站服务质量和移动 终端移动速率提出了两种切换算法，结果显示能够大大减少移动终端与基站间的 不必要切换。第五章对本文进行了总结，并对以后的研究工作提出建议。 9 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 第二章c d m a 2 0 0 0 演进及l xe v - d o 仿真分析 2 1c d m a 2 0 0 0 标准演进比较分析 c d m a 技术的标准化经历了几个阶段。璐9 5 是c d m a 气, 标准系列中最先发布 的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个c d m 蜥准是i s 9 5 a ，这一标准支持 8 k 编码话音服务。1 9 9 8 年2 月，美国高通公司宣布将i s 9 5 b 标准用于c d 臌础 平台上。i s 9 5 b 可提供c d 峨统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量， 提供对6 4 k b p s 数据业务的支持。从技术角度看i s 9 5 麟口i s 9 5 b 属于第二代移动通 信技术。其后，c d m a 2 0 0 0 成为窄带c d m a 系统向第三代系统过渡的标准。 c d m a 2 0 0 0 在标准研究的前期，提出了1 x 和3 x 的发展策略，但随后的研究表明， 1 x 和1 x 增强型技术代表了未来发展方向。目前国际上的研究重点是1 x 演进( 1 xe v ) 系统，包括l xe v d o 和i xe v d v 4 】。 2 1 1i s - 9 5 从技术角度说，i s 9 5 为第二代移动通信技术i s 9 5 a 主要支持语音业务， 可支持的业务最高速率为9 6 k b i t s 。1 9 9 5 年下半年我国香港的c d m a 网络是世 界上第一个开通的c d m a 商用网络。i s 9 5 a 商用几年后，市场对数据业务的需 求逐渐突出。美国电信工业协会( 1 1 a ) 在这种背景下制定了i s 9 5 b 标准，通过 将多个低速信道捆绑在一起提供中高速的数据业务，可支持的业务最高速率为 1 1 5 2 k b i t s 。 i s 9 5c d m a 系统工作频段为下行8 6 9 - 8 9 4 m h z ( 2 5 m h z ) ，上行8 2 4 - - 8 4 9 m h z ( 2 5 m h z ) ，频点带宽为1 2 5 m h z ，采用直接序列扩频，扩频后的码片速率为 1 2 2 8 8 m c h i p s ，扩频增益为1 2 8 。每一个基站有6 4 个码分信道，基站和用户中 的每一个信道用6 4 个相互正交的6 4 位w a l s h 码中的一个表征。基站的调制方式 为q p s k ，移动台的调制方式为o q p s k 。信道编码采用卷积吗，交织间距为2 0 m s ( 话音帧周期) 。功控周期为1 2 5 m s l 4 l 1 6 1 。 前向链路中有四种信道，分别是导频信道、同步信道、寻呼信道、业务信道。 其中导频信道功率最强，可用于其它信道的相位参考和完成前向信道的相干解调。 每一个给定基站的每一个移动台都被分配一个扩频w a l s h 码( i s 9 5 b 中一个用 户可占用多个信道) 。所有的信号在加扰后与一对序列周期长度为2 1 5 的短码相 乘。该序列用于区别各个基站，每个基站只有一个具有一定相移的短码与其对应 1 4 1 1 1 6 1 。 1 0 北京邮电人学硕：上研究生毕业论文 反向链路中有两种信道，为反向接入信道和反向业务信道。对反向信道的处 理如下：首先进行正交调制，即每6 个比特用一个6 4 位w a l s h 函数中的一个进行映 射，然后经数据突发扰乱起，用周期长度为2 4 1 的长码( 用于识别移动台的身份 信息) 中的一段进行扩频，最后与相位偏置为0 的一对短码序列相乘。 2 1 2c d m a 2 i x l1 x 在国际电信联盟( n - u ) 中，第三代移动通信技术被分成多种模式，其中 i m t - 2 0 0 0m c 模式即为c d m a 2 0 0 0 技术，为璐9 5 技术的演进和发展。按照使 用的带宽划分，c d m a 2 0 0 0 技术可以分为c d m a 2 0 0 0l x 和c d m a 2 0 0 03 x 。其 中前者使用的是一个独立的1 2 5 m h z 载波，后者将三个1 2 5 m h z 载波捆绑在一 起使用。目前，国际上商用的c d m a 2 0 0 0 系统均采用的c d m a 2 0 0 0l x 技术， 国际上研究热点l xe v 系统即是在c d m a 2 0 0 0l x 基础上的演进系统。 c d m a 2 0 0 0 技术在i s 9 5 技术的基础上采用了一系列新技术，包括反向导频、 前向快速功控、t u r b o 码、传输分集发射等技术，大大提高了系统性能 c d m a 2 0 0 0l x 网络主要由b t s ( 基站) 、r n c ( 也叫基站控制器b s c ) 、 m s a r 、p c f 、p d s n 等节点组成，如图2 - 1 所示。由图可见，与璐9 5 相比， 核心网中的p c f 和p d s n 是两个新增模块，通过支持移动口的a 1 0 、a l l 接口 互联，可以支持分组数据业务传输。而以m s c v i r 为核心的网络部份，支持话 音和增强的电路交换型数据业务，与i s 9 5 一样。m s c ir 与mr a c 间的接 口基于触临i 4 1 协议【4 】1 1 6 1 。 u ma b i s l b i s 1 i 卜、 lp d 烈i b 髓、r n c a ll 一 jie = - l l b t sr ； 1 i s d ni i| 肿入气 ：渊1 a 3 l 鹏1 i 卜、 l b t s1 习眦j 从a 9i 嘟p 叫一| f1l 嘲n 醇l ii 。 1 。一 。 ib t $ b t s s 基站收发机p c f ! 分组控制单元r n c l 无线网络控制嚣p d s n 。分组数据服务器 h l r a c ：归属位置寄存器，鉴权中心m s c v l r ；移