（电磁场与微波技术专业论文）tdscdma系统中负荷控制的研究与分析.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学电磁场与微波技术 研究方向：无线通信与电磁兼容 作者：2 0 0 7 级研究生金楠 指导教师：朱洪波 题目：t d s c d m a 系统中负荷控制的研究与分析 英文题目：i n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so f l o a dc o n t r o l i nt d s c d m as y s t e m s 主题词：t d s c d m a 负荷控制无线资源管理 k e y w o r d s ：t d s c d m a ，l o a dc o n t r o l ，r r m 摘要 移动通信技术面临的用户数量急剧增加，移动业务逐步走向多元化，用户对q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 的要求不断提高等问题，使得对无线资源的管理和利用提出了更高 的要求。无线资源管理技术作为合理配置网络资源的有效手段，成为移动通信中研究的热 点。负荷控制是协调接入控制、分组调度等无线资源管理办法的重要组成部分。 文章以t d s c d m a 系统为讨论对象，对其负荷控制算法进行了分析研究。 文中首先针对t d s c d m a 系统进行了仿真建模，在利用w r a pa r o u n d 技术的基础上 模拟了宏小区场景，仿真平台中包括了干扰模型、无线信道模型、生成用户模型、用户移 动性模型和部分无线资源管理( r r m ：r a d i or e s o u r c e sm a n a g e m e n t ) 模块。 其次，在建立了仿真平台的基础上，对小区负荷控制算法进行了仿真分析，上行负荷 控制算法基于对噪声恶化量的控制，下行负荷控制算法主要参考基站发射的总功率，并分 析了邻小区干扰对小区负荷的影响。 最后结合现有协议标准，对现有的改进的负荷控制算法进行仿真分析。算法中过载判 断在基站端执行、拥塞解决在r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 中执行，通过一段时间的 测量平滑信道衰落对负载评估的影响，让服务质量较差的用掉掉话，从而提高整体系统的 性能。 关键词：t d s c d m a 负荷控制无线资源管理 a b s t r a c t t h ep r o b l e m si nt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n , s u c ha st h es h a r pi n c r e a s i n gi nt h en u m b e ro f u s e r s 、b e i n gm o r ed i v e r s eo ft h em o b i l es e r v i c e sa n d t h eg r o w i n gr e q u i r e m e n to ft h eu s e rq o s ， m a k et h er a d i or e s o u r c em a n a g e m e n ta n du s ep u tf o r w a r dh i g h e rr e q u i r e m e n t s a st h e r e a s o n a b l em e t h o di na l l o c a t i n gt h en e t w o r kr e s o u r c e se f f i c i e n t l y , t h er e s e a r c ho fr a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n tt e c h n o l o g yb e c o m e sah o ts p o ti nt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n c o o r d i n a t i n gt ot h e a c c e s sc o n t r o la n dp a c k e ts c h e d u l i n g ，l o a dc o n t r o li ss u r e l ya ni m p o r t a n tp a r ti nr a d i or e s o u r c e s m a n a g e m e n t i nt h i sa r t i c l e ，a l g o r i t h mo fl o a dc o n t r o li sa n a l y z e db a s e do nt h es y s t e mo ft d s c d m a f i r s t l y , t h ep a p e rg a v eam e t h o do fm o d e l i n gt d - s c d m as y s t e ms i m u l a t i o np l a t f o r m b a s e do nt h es o f t w a r eo fm a t l a b i tp r e v e n t sak i n d o fm a c r o - c e l ls c e n a r i ow i t ht h e t e c h n o l o g yo fw r a pa r o u n d t h i ss i m u l a t i o np l a t f o r mi sm a d eu po f i n t e r f e r e n c em o d e l 、w i r e l e s s t r a n s p o r tm o d e l 、u s e rg e n e r a t i n gm o d e l 、u s e rm o b i l i t ym o d e la n ds e v e r a lp a r t so f t h er a d i o r e s o u r c e sm a n a g e m e n tm o d e l s e c o n d l y , b a s e do nt h es i m u l a t i o np l a t f o r m ，l o a dc o n t r o la l g o r i t h m s i n t h ec e l lw e r e a n a l y z e d a l g o r i t h mf o ru p l i n kw 嬲b a s e do nt h ec o n t r o lo v e rn o i s er i s e ，w h i l ea l g o r i t h mf o r d o w n l i n kc a m ef r o mt h et o t a lp o w e ro fb s i na d d i t i o n ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec e l la n d a d j a c e n tc e l l sw a sb e i n ga n a l y z e df u r t h e r m o r e a tl a s t ，i ta n a l y z e da l la d v a n c e dl o a dc o n t r o la l g o r i t h ma c c o r d i n gt ot h et d - s c d m a s t a n d a r dp r o t o c o l s ，i nw h i c ht h eo v e r l o a dm o n i t o r i n gw a se x e c u t e di nt h en o d ebs i d e ，w h i c ht h e o v e r l o a dr e s o l u t i o ni sl o c a t e di nt h er a d i on e t w o r kc o n t r o l l e rs i d e b yi n v o l v i n gt h ea v e r a g e f a d i n gs c h e m e ，t h eb a du s e r sw e r ed r o p p e da c t i v e l y , w h i c hw o u l di m p r o v et h et o t a ls y s t e m s p e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：t d - s c d m a ，l o a dc o n t r o l ， r r m 目录 摘要i a b s t r a c t ：i i 目录i i i 第一章绪论l 1 1 第三代移动通信系统概述1 1 2t d s c d m a 系统的发展历程2 1 2 1t d s c d m a 的产生3 1 2 2t d s c d m a 的发展3 1 3 本文的研究意义及课题来源5 1 4 本文的章节安排6 第二章t d s c d m a 系统与无线资源管理7 2 1t d s c d m a 系统7 2 1 1t d s c d m a 网络构架7 2 1 2t d s c d m a 帧结构和时隙结构8 2 1 3t d s c d m a 关键技术9 2 2 无线资源管理1 2 2 2 1 无线资源管理概述1 2 2 2 2 无线资源管理组成和功能1 3 2 2 3t d s c d m a 系统无线资源管理特点。1 5 2 3 本章小结1 6 第三章t d s c d m a 系统仿真平台的建立1 7 3 1 移动通信仿真方法概述。1 7 3 1 1 静态系统仿真1 7 3 1 2 动态系统仿真1 8 3 2 系统仿真平台框架设计1 8 3 2 1 平台总体框架1 8 3 2 2 仿真场景1 9 3 3 系统基本模型设计。2 l 3 3 1 小区拓扑图2 1 3 3 2 无线信道模型2 1 3 - 3 3干扰模型2 3 3 3 4 生成用户模型2 4 3 3 5 仿真业务模型2 5 3 3 6 用户移动性模型2 5 3 4 系统基本功能模块2 6 3 4 1 功率控制模块2 6 3 4 2 接入控制模块2 7 i i i 3 4 3 负荷控制模块2 8 3 5 本章小结2 8 第四章t d s c d m a 中的负荷控制2 9 4 1t d s c d m a 系统中的负荷控制概述2 9 4 2 t d s c d m a 系统小区负荷控制分析与仿真3 1 4 2 1t d s c d m a 系统中的接纳控制与负荷控制3 l 4 2 2 小区上行负荷分析与仿真3 2 4 2 3 小区下行负荷分析与仿真3 5 4 3t d s c d m a 系统中改进的负荷控制算法3 7 4 3 1 改进的负荷控制算法分析3 7 4 3 2 系统性能仿真分析3 8 4 4 本章小结4 2 第五章总结与展望4 3 5 1 论文工作总结4 3 5 2 未来工作展望4 3 至l 【谢4 5 参考文献4 6 硕士阶段公开发表的论文4 9 i v 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 第三代移动通信系统概述 随着信息技术的高速发展，结合图像、数据和语音的多媒体业务将成为用户需求必不 可少的部分，高速数据业务将会逐渐成为重中之重，它们的业务量可能远远超过传统的语 音业务的业务量。因此第一代、第二代蜂窝通信系统不仅不能满足未来用户对数据业务的 要求，而且随着用户的数量剧增，现有的系统也无法满足用户容量的发展要求。另外，随 着高速度、大容量、多媒体的信息传输网络的建立，陆地公共传输的许多业务也必将与移 动通信系统有互通接口。因此，第三代移动通信系统的发展和研究逐渐成为电信领域的一 个热点。 第三代移动通信系统也叫“未来公共陆地移动通信系统( f p l m t s ) ，后由国际电信 联盟( i t u ) 正式命名为i m t - 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n - 2 0 0 0 ) ，即3 g 系统是工作在2 0 0 0 m h z 频段，并计划于2 0 0 0 年左右正式投入商用【l 】。i m t - 2 0 0 0 是一个 全球无缝覆盖、全球漫游，包括卫星移动通信、陆地移动通信和无绳电话等蜂窝移动通信 的大系统。它可以向公众提供前两代所不能提供的各种宽带信息业务，如高速数据、慢速 图像与电视图像等，传输速率高达2 m b i t s ，带宽可达2 m h z 以上。3 gi m t - 2 0 0 0 技术标 准，是一种真f 的“宽频多媒体全球数字移动电话技术”，并与改进的g s m 兼容。 2 0 0 0 年5 月，在经过了对提交的r 1 丌( r a d i ot r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y ) 的详细技术 评估、研究分析和大量的协调及融合工作之后，u 批准并通过了第三代移动通信系统的 无线接口技术规范建议，列入规范建议的有c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 和 t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 两大类5 种技术，其中主流的有以下三大标准【2 1 ， 它们在无线接入技术方面都有完整的定义和提高速率的方案，在核心网技术方面，都有向 分组化演进的路线。 ( 1 ) i m t - 2 0 0 0c d m a d s ( i m t - 2 0 0 0 直接扩频) ，即w c d m a ( w i d e b a n dc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 宽带码分多址移动通信系统) ：在带宽为5 m h z 的频带内对信号 进行直接扩频。该标准由3 g p p 组织制定，主要关键技术建立在窄带c d m a 基础之上， 目前有r 9 9 、r 4 、r 5 和r 6 这四个版本，分别支持话音业务和数据业务，并提出了开放 业务接入( o s a ) 的概念。其扩频码速率为3 8 4 m c h i p s ，载波带宽为5 m h z ，上下行链路 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一苹绪论 都采用快速闭环功率控制技术，各基站间无需同步。w c d m a 可以有f d d ( f r e q u e n c y d i v i s i o nd u a l ) 和t d d ( t i m ed i v i s i o nd u a l ) 两种实现方案。 ( 2 ) i m t - 2 0 0 0c d m a m c ( i m t - 2 0 0 0 多载波c d m a ) ，即多载波c d m a 2 0 0 0 ：有 多个1 2 5 m h z 的窄带直接扩频系统组成的宽带c d m a 系统。该标准由3 g p p 2 组织制定， 版本包括r e l e a s e 0 、r e l e a s e a 、e v - d o 和e v - d v 。r e l e a s e 0 的主要特点是沿用基于 a n s i - 4 1 d 的核心网，在无线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体。多载波方式 下，多个带宽为1 2 5 m h z 的窄带i s 9 5 载波捆绑在一起形成下行多载波传输，码片速率 为n x1 2 2 8 8m c h i p s ( n 为载波个数，可取1 ，3 ，6 ，9 ，1 2 ) 。下行基站必须同步，需要 全球定位系统( g p s ) 。 ( 3 ) i m t - 2 0 0 0c d m a t d d ：包括中国提出的时分同步码分多址( t d s c d m a ) 和 欧洲倡导的通用陆地无线接入时分双工( u t r a t d d ) 。t d s c d m a 标准也由3 g p p 组织 制订，目前采用是中国无线通信标准组织( c h i n aw i r e l e s st e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d ， c w t s ) 制订的t s m ( t d 。s c d m a o v e rg s m ) 标准。一方面利用3 g 的频谱来解决g s m 系统容量的不足，特别是在高密度用户区容量不足的问题，另一方面可以为用户提供初期 最高达到3 8 4 k b i t s 的各种速率的数据业务，t d s c d m a 采用时分双工、t d m a c d m a 多址方式工作，扩频码速率为1 2 8m c h i p s ，载波带宽为1 6 m h z ，其基站间必须同步， 与其他两种技术相比，采用了智能天线、联合检测、上行同步以及动态信道分配、接力切 换等技术，具有频谱使用灵活、频率利用率高等特点，适合非对称数据业务。 为移动用户提供高效灵活、速率可变的多种业务是第三代移动通信网络和未来无线通 信网络的主要发展方向。第三代移动通信系统为人们展现了一个随时、随地、以多种方式 进行高速通信的美好未来。从1 9 9 3 年3 月芬兰以甄选的方式发放第一个3 g 牌照开始， 到日本的n t td o c o m o 率先开通了全球第一个3 g 业务，3 g 已在世界范围内掀起了滚滚 浪潮。我国的3 g 发展基本上是与国际同步，的，尤其是在我国自主提出t d - s c d m a 的 技术被n u 接纳以后，3 g 更成为了人们关注的焦点之一。毫无疑问，3 g 已经对全球的 社会和经济产生了巨大的影响，成为新旧世纪交替期间技术和经济发展的热点之一。 1 2t d s c d m a 系统的发展历程 t d s c d m a 是一个由中国和欧洲的公司共同推动并正在逐步投入商用的第三代移动 通信技术，它特别适合中国市场对第三代移动通信服务的需求【”。t d s c d m a 第三代移 动通信系统标准作为我国提出的标准被i t u 接受并最终成为主流标准之一，使得我国首 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 次在通信标准领域取得了与美国、日本和欧洲等地区平起平坐的地位【4 1 。 1 2 1t d s c d m a 的产生 1 9 9 5 年到1 9 9 8 年6 月，电信科学技术研究院的一批科技人员承担了国家九五重大科 技攻关项目“基于s c d m a 的无线本地环路系统研制”，并于1 9 9 7 年底完成，获得国家 科技进步一等奖。该项目的研制成功为t d s c d m a 标准的产生奠定了基础。1 9 9 8 年6 月，电信科学技术研究院代表我国向i t u 正式提交了t d s c d m a 标准草案。同年1 1 月， t d s c d m a 标准被1 1 r u 确定为1 0 个第三代移动通信系统候选标准之一。之后t d s c d m a 标准与西门子公司提出的宽带t d d 标准进行了融合，经过多方努力，在2 0 0 0 年5 月在 伊斯坦布尔w a r c 会议上，t d s c d m a 标准最终正式成为国际第三代移动通信系统标准 之一。 1 2 2t d s c d m a 的发展 2 0 0 0 年1 2 月1 2 日，t d s c d m a 技术论坛成卫- , - 1 5 1 。2 0 0 1 年3 月1 6 日，t d s c d m a 标准被3 g p p 接纳。2 0 0 1 年4 月1 1 日，t d s c d m a 基站与模拟终端之间通话实现。2 0 0 1 年4 月2 7 日，现场试验t d s c d m a 终端样机之间实现通话。2 0 0 1 年7 月4 日，t d s c d m a 基站与模拟终端间实现了图像传输。2 0 0 1 年1 0 月3 日，t d s c d m a 内部试验网系统联 调成功。 2 0 0 2 年1 月，由n o k i a 、t 1 、l g 、d b t e l 、普天和c a t t 六家核心成员联合发起的 c o m m i t 公司在上海成立。2 0 0 2 年1 月2 2 日，f t m s 打通第一个m o c 双向话音电话。2 0 0 2 年2 月，内部试验网演示成功，车速1 2 0 k i n ，基站覆盖半径1 6 k i n ，证明了t d s c d m a 完全符合h u 对第三代移动通信系统的要求，不存在任何技术障碍，能够独立组网和全 国覆盖。2 0 0 2 年3 月，大唐移动通信设备有限公司挂牌成立，拉开了中国t d s c d m a 技 术全面产业化的序幕。2 0 0 2 年5 月，通过m t n e t 第一阶段测试。2 0 0 2 年1 0 月2 3 日，信 息产业部通过 2 0 0 2 1 4 7 9 号文件公布t d s c d m a 频谱规划，为t d s c d m a 标准划分了总 共1 5 5 m h z ( 1 8 8 0 1 9 2 0 m h z 、2 0 1 0 2 0 2 5 m h z 以及补充频段2 3 0 0 2 4 0 0 m h z ) 的非对称频 段。2 0 0 2 年l o 月3 0 日，t d s c d m a 产业联盟正式成立，大唐、南方高科、华立、华为、 联想、中兴、中电、普天等8 家知名通信企业作为首批成员，签署了致力于t d s c d m a 产业发展的发起人协议，这标志着t d s c d m a 获得了产业界的整体响应，阵营覆盖 从系统设备到终端的完整产业链，在产业化进程上获得重大突破。2 0 0 2 年1 1 月，大唐移 3 塑塞塑皇奎堂堕圭堑壅竺兰垡笙壅至二兰堕丝 动、飞利浦半导体和三星电子签署关于成立合资公司的合作意向书。u t 斯达康与大唐移 动在北京正式签署合作协议，共同开发t d s c d m a 系统设备。 2 0 0 3 年3 月1 9 日，美国泰克公司加入中国3 g 标准开发。2 0 0 3 年7 月1 4 日，西门 子公司在北京成功举行了t d s c d m a3 8 4 k b p s 数据现场演示会。2 0 0 3 年7 月2 5 日，北 电、大唐成立t d s c d m a 联合试验室，对t d s c d m a 设备的功能和互联互通性进行测 试。 2 0 0 4 年2 月1 2 日，西门子和华为成立t d s c d m a 合资公司，生成和销售t d s c d m a 无线接入网络设备。2 0 0 4 年3 月2 3 日，摩托罗拉公司与大唐移动签署了谅解备忘录，合 作开发和推广基于t d s c d m a 标准的基带芯片组。2 0 0 4 年8 月2 2 日，信息产业部在北 京人民大会堂召开了“中国芯工程 成果报告一t d s c d m a 核心芯片研发成果汇报会， 此时，我国成功开发出全球首个具有自主知识产权的t d s c d m a 核心芯片。2 0 0 4 年1 0 月1 2 日，天基科技举行了t d s c d m a 终端基带核心芯片工程样片和手机参考设计板设 计成功的庆祝仪式。 2 0 0 5 年初，中兴通讯宣布其t d s c d m a 商业系统获得重大突破。2 0 0 5 年7 月2 1 日， 大唐移动通信设备有限公司宣布t d s c d m a 的网络性能已经全面达到3 g 要求， t d s c d m a 已完全具备大规模独立组网能力，同时，其t d s c d m a 商业版本的首批基 站即将下线。 2 0 0 6 年，中国自主的3 g 标准t d s c d m a 走过了极为关键的一年，从颁布行业标准 到开始规模网络技术应用试验；从完成系统、终端的外场测试到进入专业用户、友好用户 的放号，通过这系列的突破性进展，我们看到t d s c d m a 产业链日趋完善，国际合作 日益加强，商用化基本成熟。 2 0 0 7 年，t d s c d m a 技术标准化工作的重点主要集中在针对3 g p pr 5 r 6 r 7 ，即基 于h s d p a 多载波的技术，和3 g p p ( l t e ) 标准的制定工作，主要的针对o f d m 技术， 未来t d s c d m al t e 解决方案，将覆盖从1 m b p s 到1 0 0 m b p s 数据传输。 2 0 0 8 年，t d s c d m a 终于从试验场进入市场，开始接受用户的检验。4 月1 日，我 国奥运城市启动t d s c d m a3 g 网络的试商用和社会化测试工作。在奥运会期间，在 t d s c d m a 网络上开通了包括视频电话、手机电视等多种业务，北京还利用t d 网络开 通了奥运公交专线视频监控业务，中国首个基于t d s c d m a 网络的“无线城市”也在厦 门开通。在运营商和设备厂商的共同努力下，t d s c d m a 网络质量得到不断优化，已建 成的l o 城市t d 网络覆盖率已经达到同区域2 g 网络覆盖的9 5 ，语音接通率超过9 5 ， 掉话率降到3 6 ，并初步具备了t d h s d p a 高速数据支撑的能力。7 月1 2 日，中国移动、 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一苹绪论 中国邮电器材集团公司等十家企业正式加入t d s c d m a 产业联盟的行列中，这标志着 t d s c d m a 产业联盟成员企业包括了运营、制造、渠道等从生产到市场的各个产业环节， 可以说是t d s c d m a 产业发展又一个重要的里程碑。 2 0 0 9 年是t d s c d m a 移动通信系统规模壮大的二年，中国移动投资百亿，新建基站 约6 万个，此举使得t d s c d m a 网络基站总数超过8 万个，实现网络覆盖2 3 8 个地级城 市的业务热点区，占全国地级城市数量的7 0 以上，其中东部省( 市) 的地市将实现全 覆盖。至此，t d s c d m a 已在商用化方面跨出了一大步，以后的工作将集中在实现资源 利用率的最大化、完善网络性能以满足用户对业务的需求。 1 3 本文的研究意义及课题来源 无线资源管理作为一种关键技术的提出，成为衡量一个标准是否可行，系统服务质量 优劣，是否被运营商所接纳的重要性能指标。r r m 的目标是在有限带宽的条件下，为网 络内无线用户终端提供业务质量保证，其基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特 性因信道衰落和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可 用资源，尽量提高无线频谱的利用率，防止网络阻塞和保持尽可能小的信令负荷。3 g 系 统较高的传输速率和繁多的业务种类使得无线资源管理控制更加复杂，研究无线资源管理 算法的重要意义已被3 g 业界所广泛认同，目前对它的研究已成为无线通信领域中的热点。 负荷控制( l c ：l 0 a dc o n t r 0 1 ) 作为无线资源管理的重要组成部分，主要功能是连 续计算网络的负荷信息，并将该信息提供给其他r r m 模块，当网络出现过载情况时，l c 通过联合其他r r m 模块将网络恢复到正常状况，即确保系统不过载并维持系统稳定。如 果系统进行了恰当的规划，并且接入控制和分组调度算法都正常且高效工作，则可大大降 低过载发生的概率。但是一旦出现过载，则无线网络规划定义的负载控制功能将系统迅速 并且可控地回到网络规划定义的目标负载值。 本课题是针对t d s c d m a 系统的r r m 中的负荷控制算法进行研究，对已有的关键 技术参数进行仿真讨论，提出具有创新性和可行性的算法，采用理论分析和计算机程序仿 真实验相结合的研究方法，来验证方案的可行性，具有较强的针对性和现实意义。通过本 课题的研究工作，使学者对t d s c d m a 系统，尤其是其中的无线资源管理技术有了理性 的认识和掌握，在数学推理能力、计算机应用能力方面得到了一定的提升，从而使学者的 科研水平得到一次很好的锻炼并积累了相关经验，为以后进一步从事移动通信领域的工作 打下了坚实的基础。 5 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 本课题来源于国家8 6 3 重点项目课题叫d 关键技术研究。 1 4 本文的章节安排 本文中我们重点研究了t d s c d m a 系统中无线资源管理的负荷控制部分，分为过载 识别和过载解决。全文分成五个章节经常阐述。 第一章，首先介绍了第三代移动通信系统，即i m t - 2 0 0 0 的概念，分别说明了三种主 流标准的特点。然后着重描述了t d s c d m a 的发展历程和发展前景。本章的第三节对本 文的主要研究内容作了概括性的说明，并理性的分析了课题研究的意义。 第二章中简要回顾了t d s c d m a 系统的特点、主要关键技术和无线资源管理的主要 内容。t d d 模式下的物理层结构与f d d 模式下形成很大的区别，更有利于资源的合理分 配；t d s c d m a 的主要关键技术包括智能天线技术、动态信道分配技术、联合检查技术 和同步c d m a 等，是区别于其他3 g 系统的关键特色；最后，简要概述了无线资源管理 的内容，因为它是移动通信的重要组成部分，是合理配置网络、优化网络，能提高网络容 量、优化服务的有效手段。 第三章，通过m a t l a b 这个强大的工具，建立了基于t d s c d m a 系统的仿真平台。 通过w r a pa r o u n d 技术模拟2 5 个宏小区的网络覆盖范围，基站间距离设为2 k m 。路径损 耗模型采用了3 g p p 推荐的c o s t 2 3 1 。h a t a 模型进行计算。 第四章中对t d s c d m a 系统的负荷控制算法进行了分析，并对其主要性能参数进行 了仿真，最后对现有改进的负荷控制算法进行了分析仿真，通过一段时间的测量平滑信道 衰落对负荷评估的影响，并主动让服务质量较差的用户掉话，从而提高了整体的系统性能。 第五章是对全文进行了总结，并对后续的研究工作进行了展望。 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章t d - s c d m a 系统与无线资源管理 第二章t d s c d m a 系统与无线资源管理 2 1t d s c d m a 系统 2 1 1t d s c d m a 网络构架 t d s c d m a 系统的网络结构与标准化组织3 g p p 制订的u m t s 网络结构是一样的， 所以t d s c d m a 网络结构模型完全等同于u m t s 网络结构模型，可以分为u m t s 地面 无线接入网( u t r a n ) 和核心网( c n ：c o r en e t w o r k ) 以及用户终端设备三个域【3 1 ，如 图2 1 所示。 图2 - 1u m t s 域与参考点 核心网受有线网络的技术发展影响很大，在建网初期，该系统的口业务通过g p r s 网关支持节点( g g s n ：g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e ) 接入到x 2 5 分组交换机，话音和 i s d n 业务仍使用原来的g s m 交换机。待基于i p 的3 g 核心网建成后，将过渡到完全的 t d s c d m a 第三代移动通信系统。 无线接入网络u t r a n 一直是该系统研究的重点，目标是提高无线资源的利用率和业 务承载的灵活性。包括一系列的物理实体来管理接入网资源，为用户设备( u e ) 提供计 入核心网的机制。u m t s 的u t r a n 由无线网络系统( r n s ：r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m ) 组成，这些r n s 通过i u 接口和核心网相连，i u 是个有线接口。一个r n s 包括一个无线 网络控制器和一个或者多个n o d eb 。u t r a n 的结构如图2 2 所示。 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章t d - s c d m a 系统与无线资源管理 n o d eb 支持f d d 和t d d 模式或者双模式，通过l u b 接口和r n c 相连。它是负责在 一个或者多个小区处理来自或到达u e 的无线信号的接收发送的逻辑节点，完成i u b 和 u u 接口之间的数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理，例如内环功率控制。在 逻辑上对用于g s m 网络中的基站。 c a r e h t a , m a k _ b 一一i u 冈皤 r n s 1 1 r a n k i 强 i l d 夕 匕刿b 劐匕刿匕划 图2 2u t r a n 结构示意图 r n c 用于分配和控制与之相连或相关的n o d eb 的无线资源，负责u e 的切换控制， 提供支持不同n o d eb 之间宏分集信息流的组合分裂等功能。它通常与一个移动交换中心 ( m s c ：m o b i l es e r v i c e sc e n t r e ) 和一个g p r s 服务支持节点( s g s n ：s e r v i n gg p r ss u p p o r t n o d e ) 以及广播域通过i u 接口相连，在u e 和u t r a n 之间的无线资源控制协议在此终 止，在逻辑上对应于g s m 网络中的基站控制器。 2 1 2t d s c d m a 帧结构和时隙结构 t d s c d m a 的物理信道采用四层结构：系统帧、无线帧、子帧和时隙码。时隙用于 在时域上区分不同的用户信号，具有t d m a 的特性。图2 3 所示为t d s c d m a 的物理信 道信号格式【6 】。 t d s c d m a 系统的每个射频信道带宽为1 6 m h z ，系统速率为1 2 8 m c h i p s ， t d s c d m a 无线帧长为1 0 m s ，每个无线帧分为两个5 m s 的子帧。每个子帧由七个主时 隙和3 个特殊时隙一下行导频时隙( d w p t s ：d o w n l i n kp i l o tt i m es l o t ) 、上行导频时隙 ( u p p t s u p l i n kp i l o t t i m es l o t ) 和保护间隔( g p ) 构成。在七个常规时隙中，t s 0 总是 分配给下行链路，而t s l 总是分配给上行链路。上行时隙和下行时隙之间由转换点分开， 在t d - s c d m a 系统中，每个5 m s 的子帧由两个上下行转换点( u l 到d l ，d l 到u l ) 。 通过配置上下行时隙的个数，t d s c d m a 系统可以灵活改变上下行传输能力，在对称及 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章t d s c d m a 系统与无线资源管理 非对称业务的情况下都能获得较高的资源利用率。下行导频时隙为下行导频和同步而设 计；上行导频时隙为建立上行同步和随机接入而设计。保护间隔为发射接收转换的保护间 隔。 s w n c h 佃g p 斫n t t s 0l t s l f t s 2 f t s 3 t s 4 it s 乩t s 6 | r 图2 3t d s c d m a 无线帧予帧结构 t d d 模式下的物理信道是一个突发信道，在分配到的无线帧中的特定时隙发射，发 射的数据结构称为突发( b u r s t ) 。无线帧的分配可以是连续的，即每一帧的相应时隙都可 以分配给某物理信道；分配也可以是不连续的，即仅有部分无线帧中的相应时隙分配给该 物理信道。在一个时隙中同时可以发多个突发，不同突发根据不同的扩频码区分。 一个突发由数据部分、训练序列码( m i d a m b l e ) 部分和一个保护部分组成。一个突 发的持续时间就是一个时隙，如图2 4 所示。数据区中的数据比特经调制后成为数据符号 ( s y m b 0 1 ) ，再用正交可变扩频因子( o v s f ) 码进行扩频。每个时隙可由o v s f 码( s f = i ， 2 ，4 ，8 ，1 6 ) 分为1 1 6 个码道。训练序列码供多用户检测中的信道估计、同步保持以 及功率测量，它是不进行扩频和扰码的。 数据符号 3 5 2 c h i p 中间码 1 4 4 c h i p 数据符号 3 5 2 c h i p g p 1 6 c p 图2 _ 4t d s c d m a 系统突发结构 2 1 3t d s c d m a 关键技术 在t d s c d m a 系统中，采用了很多先进的关键技术，主要有智能天线技术、联合检 测技术、同步c d m a 技术、软件无线电技术和动态信道分配技术等。t d s c d m a 的优势 突出表现在系统抗干扰和系统容量之间得到了很好的均衡、对混合业务的高效支持、系统 9 壹室塑皇奎兰堡主塑窒竺兰垡笙奎墨三兰里：兰! 里塑垒墨竺量垂垡鋈塑篁里 自身具有良好的持续发展和技术演进性，是的系统性能和系统容量得到很大的提高。 下面将对这些关键技术进行简单的介绍1 7 】： ( 1 ) 智能天线技术 智能天线系统是由多天线阵列及相连的收发信机和先进的数字信号处理算法构成，它 采用空分多址( s d m a ) ，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的 信号区分开，最大限度地利用了有限的信道资源。智能天线就像一个空间滤波器，发射机 把高增益天线波束对准通信中的接收机，而接收机把高增益天线对准通信中的发射机，同 时把零点对准其他干扰信号的入射方向，通过空间选择性分集，大大提高接收机灵敏度， 减少不同位置同信道用户的干扰，有效合并多径分量，抵消多径衰落，这样滤除同道干扰 和多址干扰，从而提高手机信号的信干比【8 】。 t d s c d m a 系统的智能天线是由8 个天线单元的同心阵列组成，直径为2 5 c m 。其原 理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产 生强方向性的辐射方向图，使数字信号处理方法使主瓣自适应地指向移动台方向，就可达 到提高信号的信噪比，降低发射功率等目的。 由于每个用户的位置是不同的，这一方面要求天线具有多向性，另一方面则要求在每 一独立的方向上，系统都可以跟踪个别用户。通过数字信号处理控制用户的方向测量可以 实现上述要求。= l r v q - 用户的跟踪通过到达角进行测量，在t d s c d m a 系统中，由于无线 子帧的长度是5 m s ，因此每秒至少可测量2 0 0 次，通过智能天线的方向性和跟踪性，可以 获得较佳的性能。 t d d 模式的t d s c d m a 的进一步优势是用户信号的发送和