本科毕业论文_3g移动通信系统的无线网络优化_cdma2000(编辑修改稿)

本科毕业论文_3g移动通信系统的无线网络优化_cdma2000(编辑修改稿)内容摘要：

A 系统的无线接入网采用的码片速率为 ，支持可变速传输。 载波间隔 5MHz，土行链路的调制方式为 BPSK，下行链路的调制方式为 QPSK。 其无线信道分别采用了三种编码方式，话音信道采用卷积码 (R=1/3， K=9)进行内部编码和 Veterbi 解码，数据信道采用 Reed Solomon 编码，而控制信道采用卷积码 (R=1/2， K=9)进行内部编码和Veterbi 解码。 WCDMA 系统采用快速闭环、开环和外环三种精确的功率控制方式，支持软切换和更软切换。 河南理工大学本科毕业论文 11 （ 2） WCDMA 系统无线帧结构 WCDMA 系统的物理信道可按时间分为三层结构：超帧、无线帧和时隙。 一个超帧长为 720ms，分为 72 个无线帧，一个无线帧长为 10ms，分15个时隙，每个时隙 ，每个时隙含 2560 个码片，故 WCDMA 的码片速率为 2560*15/10ms=*10chip/s。 其无线帧结构如图 : 图 1 WCDMA 无线帧结构 WCDMA 系统工作在频分双工 FDD 模式下，其上下行链路分别使用两个独立的 5MHz 带宽的载波，其上下行链路中采用基于导频符号或公共导频的相干检测。 CDMA2020 系统无线特性 （ 1） CDMA2020 系统特性 CDMA2020 系统同为 IMT2020 的三大主流技术标准之一，是从 IS 一95 窄带 CDMA 技术演进而来的，代表了一个体系结构，包含了一系列子标准。 其网络结构发展自 IS一 41 标准，无线接口标准来源于 IS一 95，故与 GSM 系统不兼容，仅兼容于 IS 一 95窄带 CDMA 系统。 CDMA2020 系统目前支持单载波 (lx)和三载波 (3x)两种方式，单载波占用带宽 ，三载波则占用带宽 3*=。 但 3GPP2 对于CDMA2020 系统的三载波无线方式的研发及标准制定已经停止，而主要发展基于单载波方式的增强速率版本 lxEV 及其后的空中接口演进 AIE。 河南理工大学本科毕业论文 12 （ 2） CDMA2020 系统无线侦结构 在 CDMA2020 系统的一系列演进标准中，第一个真正达到 3G 系统标准的是 CDMA2020lxEVDO 系统 标准，因此以下对 CDMA2020 系统空中接口的说明都将以 CDMA2020lxEVDO系统为例。 CDMA20201xEVDO 系统的无线帧由 16 个连续的时隙组成，帧长。 时隙是其基本的时间单位，一个时隙长 ，分为两个半时隙 (1024 个码片 )，每个半时隙都包含导频部分、 MAC(Media Access Control，媒体接入控制 )部分和数据部分。 若有业务或控制数据传输时，时隙处于激活状态，被称为激活时隙Active Slot，各信道按一定顺序、码片长度进行复用。 若没有业务或控制数 据传输时，时隙处于空闲状态，被称为空闲时隙 Idle Slot，只传送 MAC 信息。 其无线帧结构如下 : 图 2 CDMA20201xEVDO 无线帧结构 TD 一 SCDMA系统无线特性 （ 1） TD 一 SCDMA 系统特性 TD一 SCDMA 系统的设计目标是要建立一个具有高频谱效率和高经济效益的 3G 系统，因此被设计为不管是对称业务还是非对称业务都能达到最佳性能的 3G 系统。 TD 一 SCDMA 系统工作在时分双工 TDD 方式下，在周期性重复的时间帧里传输基木的 TDMA 突发脉冲，而且通过周期性地转换传输方向， TD一 SCDMA 系统允许在同一载波上交替地进行上下行链路河南理工大学本科毕业论文 13 传输。 TD 一 SCDMA 系统的无线传输方案是频分多址 FDMA、时分多址 TDMA和码分多址 CDMA 三种基本传输技术的综合应用，而且其所使用的智能天线技术及联合检测技术，是空分多址 SDMA 技术的具体实现。 TD 一 SCDMA系统采用其独有的接力切换技术，切换时延少、切换成功率高且无线信道利用率高。 这些先进技术的运用使 TD 一 SCDMA 系统大大降低了小区间的干扰，频谱利用率有明显提升。 （ 2） TD 一 SCDMA 系统无线帧结构 TD 一 SCDMA 系统的码片速率为 ，载波间隔为 ，其最大特点是不需要成对的载波频带，可在一个载波带上采用时分双工TDD方式工作，因此 TD 一 SCDMA 系统既有 CDMA 系统的特性，又有 TDMA系统的特性。 TD 一 SCDMA 系统的物理信道结构按时间分为四层结构 :超帧 (系统帧 )、无线帧、子帧和时隙 /码道。 一个超帧长 720ms，由 72 个无线帧组成，一个无线帧长 10ms，每个无线帧分为两个 5ms 的子帧，子帧是系统无线传播的最小单位，每个子帧由 7个常规时隙和 3个特殊时隙 (下行导频时隙 DwPTs、上行导频时隙 UpPTS 和保护间隔 GP)组成 ，时隙用于在时域上区分不同用户终端的信号，故每个物理信道都有各自特有的时隙结构。 其无线帧结构如图所示 : 图 3 TD— SCDMA 无线帧结构 河南理工大学本科毕业论文 14 3G 系统无线特性优缺点比较 从以上各 3G 系统的无线帧结构来看，同为 3GPP 标准的 WCDMA 系统和 TD 一 SCDMA 系统在无线帧结构上比较相近， TD一 SCDMA 系统比 WCDMA系统多了一层子帧，并把子帧作为无线传播的最小单位，同时设计了 3种特殊时隙以提高系统性能。 而 3GPP2 标准的 CDMA2020 系统由于从 IS一 95 窄带 CDMA 技术演进而来，其无线帧结构与前 两者完全不同，其无线帧长为 20ms。 从无线信道的定义来看， WCDMA 系统和 TD一 SCDMA 系统的无线信道定义也很类似，而 CDMA2020 系统的无线信道定义却截然不同，在无线信道名称中明确地标示出了其是前向信道还是反向信道。 WCDMA 系统使用的带宽和码片速率是 CDMA2020 和 TD一 SCDMA(单方句 )系统的三倍以上，因而具有更大的扩频增益和抗扰、抗噪及抗多径衰落的能力。 WCDMA 系统的快速功率控制速度为 1500Hz，接近于 CDMA2020 系统(800Hz)的两倍，更是 TD一 SCDMA 系统 (0一 200Hz)的 7 倍多，因而能够更精确地实现功率控制，保证无线信号质量，支持更多用户。 TD一 SCDMA 系统因采用了 TDD 技术，其收发信使用同一频段，因此土下行链路的无线环境基本一致，非常适合于使用智能天线技术。 其结合 CDMA 技术和 TDMA 技术的多址方式，利于使用联合检测技术，且其支持单载波方式和多载波方式。 这些技术的应用能够有效地减少干扰，提高系统性能的稳定性。 因此 TD 一 SCDMA 系统的频谱利用率高、规划灵活性强。 与 WCDMA 系统和 CDMA2020 系统相比， TD 一 SCDMA 系统能够更有效地支持非对称业务和语音、数据混 合业务。 CDMA2020 系统采用短 PN 码，通过不同的相位偏置来区分不同的小区，采用 Walsh 码区分不同的信道，采用长 PN 码以区分不同的用户。 故河南理工大学本科毕业论文 15 其在进行网络规划及优化时，必须考虑 PN码资源的规划与优化，而 WCDMA系统和 TD 一 SCDMA 系统则不存在 PN码资源优化的问题。 此外， WCDMA 系统的基站可支持同步与异步两种方式，在异步方式下无需使用 GPS 实现同步，可降低网络建设成本和运行维护成本，而CDMA2020 系统的从站必须通过 GPS 实现同步， TD 一 SCDMA 系统则需要通过主从方式实现同步。 但 CDMA2020 系统沿用的 CDMAIS 一 95 的同步方式，必须使用 GPS 使基站间保持严格的同步，这样可以取得较高的组网性能及频谱利用效率，有利于更有效地使用无线资源。 WCDMA 系统和 TD 一 SCDMA 系统都是基于 GSM 系统网络的技术演进，因而可以与现存的 GSM 系统网络兼容共存，平滑过渡，同时两者也能共存互补。 而 CDMA2020系统只能与已投入使用的 IS一 95窄带 CDMA系统实现无缝互操作及切换，只能将 IS一 95窄带 CDMA 系统向 CDMA2020 系统平滑过渡演进。 相比之下， WCDMA 系统的技术最为成熟， TD 一 SCDMA 系统采用的新技术最多，而 CDMA2020 系统则是向 3G 演进的升级成本最低。 3G 系统标准的技术比较 3G系统的系统性能比较 如下： (l)系统容量 要讨论移动通信系统的容量，绝对不能脱离其具体的业务及实地的无线环境，因此在 CDMA 系统中，空中接口的容量同业务的比特能量及干扰功率密度之比 Ec/Io、增益处理、其它小区的干扰、基站的发射功率及信道码的数量均有关系，对于话音业务和分组数据业务，同一网络系统的容量是有差别的。 对于话音业务，由于三种系统的载波带宽不相同，所以一般只能比河南理工大学本科毕业论文 16 较单位带宽内的平均容量。 虽然在进行系统仿真时，测试设定的条件不完全相同，但 WCDMA 系统、 CDMA2020 系统与 TD 一 SCDMA 系统的测试结果都较为相近。 对于数据业务的系统容量，一般用系统的单位带宽内的数据吞吐量来表示。 3G系统引入了多种速率的数据业务，即使是在同一系统内，不同的业务组合也会产生不同的数据吞吐量，因而一般对数据吞吐量的比较都是针对于同一小区内在线用户使用的相同速率的数据业务。 从系统仿真的结果中可发现对于中低速数据， WCDMA 系统和 CDMA2020 系统是基本相同的，但是 WCDMA 系统在高速数据业务上具有更大的优势 ，而 TD 一SCDMA 系统由于其所独特的技术特点，在理论上具有较高的频谱效率，应更适合于提供数据业务，但这还需经过更多的测试来验证。 (2)覆盖范围 移动通信系统基站的覆盖范围主要是由无线网络上下行链路的最大允许损耗以及无线传播环境所决定的。 在移动通信网络工程建设前，一般通过上下行链路预算对基站的覆盖范围进行估算，而估算的结果表明了在相同的频带内， WCDMA 系统和 CDMA2020 系统的基站的覆盖范围基本相同。 TD 一 SCDMA 系统由于采用时分双工 TDD 方式，其覆盖范围不如采用频分多址的 WCDMA 系统和 CDMA2020 系统。 WCDMA 系统和 CDMA2020 系统都是频分双工 FDD 的 CDMA 技术，技术上没有大的本质差别，因此许多仿真及现场试验的结果都表明了两者的系统性能基本相当。 而 TD 一 SCDMA 系统因为起步较晚，故需要进行更多的仿真及测试来验证其性能。 从理论上看来， WCDMA 系统在大规模覆盖、远距离通信和移动性上占有绝对优势，而 TD 一 SCDMA 系统则在用户密集度高、移动性要求不强及用户的非对称业务需求较大的地区占有相对较大的优势，因此在网络覆盖上 TD一 SCDMA 系统和 WCDMA 系统可以实现优河南理工大学本科毕业论文 17 势互补。 (3)提高利用 率技术 WCDMA 系统及 CDMA2020 系统实际上是采用码分多址和频分多址相结合的多址技术，都可采用智能天线导频符号辅助相干检测的多用户检测技术、上下行链路同步技术，以消除各种干扰，提高无线网络的频谱利用率。 TD 一 SCDMA 系统除了采用码分多址和频分多址，还采用了时分多址技术，提供了上下行链路的不对称传输，因此比 WCDMA 系统及CDMA2020 系统具有更高、更有效的频谱利用率。 (4)小区切换 在 3G 系统中软切换是 CDMA 技术普遍采用的切换技术，软切换对提高无线网络容量，保证通信质量起着非常关键的作用。 WCDMA 系统在扇区间采用软切换，在小区间也采用软切换，在载频间采用硬切换。 WCDMA 系统的基站不需要同步，因而不需要 GPS 这样的外部的同步时钟源，所以在设计 WCDMA 系统的软切换算法及执行定位业务时，必须要考虑到基站的异步性。 在进入软切换之前，用户终端测量两个基站的下行链路上的同步信道 SCH 的定时差别，用户终端将定时差别报告给服务基站，根据一个符号的解析度来调整新的下行链路上软切换的连接时间，这样就能够使用户终端的 RAKE 接收机同时从两个基站接收无线信号。 CDMA2020 系统在扇区间采用软切换，在小区间 同样采用软切换，在载频间也是采用硬切换，基本信道的软切换类似于 IS 一 95 系统的软切换技术，与 WCDMA 系统的软切换相近。 对辅助信道而言，当不需要分集补偿衰落时，利用很少的几个基站来进行传输，从而能更有效地增加整个下行链路的容量。 对于分组数据业务，若辅助信道不在软切换状态，则可以简化控制过程。 河南理工大学本科毕业论文 18 TD一 SCDMA 系统因为采用了时分双工 TDD 技术，故而采用了硬切换和其独有的接力切换技术。 接力切换不同于传统意义上的硬切换及软切换，主要基于同步码分多址 SCDMA 技术和智能天线技术的结合。 接力切换可对整个基站无线网络的 容量进行动态的优化分配。 表 格 1 3G 三大主流技术标准主要参数 WCDMA CDMA2020 TD— SCDMA 载波间隔 5MHz（双向） （双向） （单向） 信道带宽 5/10/20MHz * 码片速。