1、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3.2.2寻呼 253.2.3切换 273.2.4呼叫 283.3对终端的影响分析 . 283.4本章小结 29第 4章 TD-SCDMA高速场景规划与优化方案 304.1不同场景下无线环境特点比较 304.1.1高速公路场景 . 304.1.2高速铁路的场景 314.2高速场景覆盖规划 324.2.1网络覆盖方案 . 324.2.2无线参数调整 . 354.3终端要求 . 364.4高速场景特殊算法纠正频偏 364.4.1频率补偿算法 364.4.2高速场景覆盖算法 . 374.4.3重选、切换算法 . 374.4.4大功率功放 374.5高速铁路测试： 374
2、.5.1测试内容 374.5.2测试结果 384.5.3测试总结 414.6本章小结 . 42结 论 . 43参考文献 . 44哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 . 48致 谢 . 49个人简历 . 50- IV -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪 论1.1课题背景及研究的目的和意义1.1.1课题背景高速公路、铁路以安全可靠、快捷舒适的运输方式，成为许多用户的首选方式。其中中国投入运营的高速铁路已达 6920公里，营业里程居世界第一位，中国目前已拥有高速公路四点一万公里，位居世界第二、在建的高速铁路达到一万公里以上，时速 350公里的北京至天津、武汉至广州、郑州至西安、上海
3、至南京等高速铁路已开通运营，运营速度世界最高，上海磁悬浮高速铁路时速更是达到了 431公里，长江三角洲、珠江三角洲和京津冀地区形成了比较完善的城际高速公路网。高速铁路的线路规模和时速都在不断提升当中，高速移动场景已经成为 3G移动通信重要的组网场景，受到越来越多的关注。随着国内 TD-SCDMA网络和用户规模的扩大，TD-SCDMA用户对数据业务的需求也呈上升趋势，终端用户希望在高速场景下能获得与普通场景一样好的业务体验。1.1.2课题研究的目的TD-SCDMA网络对高速场景的覆盖受到车体穿透损耗、移动速度过快，频率高覆盖距离近，用户的集中度及多普勒效应影响比普通场景覆盖效果要差很多。直接沿用
4、普通场景的覆盖模式会造成掉话，呼叫失败等大量问题产生，掉话率超过 3%，即 100次通话有 3次掉话，超过了 0.15%的通信标准。高速场景覆盖需要依靠基站选择，覆盖方式、补偿算法等多种技术手段综合来解决高速移动覆盖问题。本论文利用 TD-SCDMA的关键技术及其网络结构特点与高速移动场景对 TD-SCDMA网络的影响，有针对性地解决高速场景带来的影响，并结合高速铁路测试对高速场景的覆盖方法进行研究。1.1.3课题研究的意义高速铁路、公路快速发展，高速场景是 3G通信业务的重要场景之一，也是最大的覆盖难点。高速场景密闭性好，速度快的特点决定了 TD-SCDMA网-1-哈尔滨工业大学工程硕士学位
5、论文络覆盖要充分运用 TD-SCDMA网络技术特性选择合理的覆盖方式来保证通信需求。TD SCDMA 建立要滞后于另外的标准，该标准采用了移动通信 20世纪末期极为领先的手段，大有后来者居上之势， TD SCDMA频谱利用率最高，从业务量来讲，特别适合于大城市等高业务密度区域。网络覆盖是建设高质量 TD-SCDMA网络的关键，它对以后网络的好坏起了决定性的作用，良好的覆盖可以降低建设成本，避免无谓的扩容、盲目的建站，同时也便于日后的网络维护。TD-SCDMA属于我国自主标准的网络，刚刚经过建网实验，处于网络建设初期，作为首批城市的北京、上海、广州、青岛、深圳等地网络建设也仅迈过 3、4个年头，
6、可以说各地城市都处于 TD-SCDMA网络建设初级阶段，边运营边摸索，本论文正是希望以网络实际情况，网络的技术特点为基础，针对高速场景覆盖进行研究，达到提高服务质量和客户感知的目的，提升企业竞争力的目的。1.2 TD-SCDMA高速场景覆盖国内外的现状2006年，TD-SCDMA网络实验在罗马尼亚展开。2007年，SK电信，韩国最大的移动通信运营商之一，在韩国首都首尔开展 TD-SCDMA试验。同年，欧洲第二大电信运营商的法国电信（France Telecom）也已经在本土建立了 TD-SCDMA试验网。2007年 10月，日本电信运营商 IP移动，也计划开始TD-SCDMA网络的建设和运营，
7、但该公司最终受到资金方面的原因并最后导致破产。由于外国运营商只是短暂尝试 TD-SCDMA网络建设，仅仅建立了简单场景的覆盖标准及方法，对高速场景的覆盖并未做深入研究。自 2001年 3月发布 3GPPR4的标准以来，大唐和许多其他行业的运营商，设备制造商，经过无数次的会议，讨论了大量的来稿，制定了 TD-SCDMA标准的物理层协议，高层协议栈，网络接口信令消息，射频指标和参数，一致性测试规范，一遍又一遍的内容修订和完善，使 TD-SCDMA标准的规格变得相当稳定和成熟。TD-SCDMA的技术特点和优势是在空中接口反映的物理层。2006年 1月 20日中国宣告 TD-SCDMA标准正式作为中国
8、国家通信标准。目前由于缺少 TD-SCDMA商用网络，缺乏运营经验的积累，对高速场景的覆盖还处于起步阶段。中国联通的 WCDMA网络相比 TD-SCDMA网络组网技术经过积累，有一定基础但是在对高速场景覆盖方面由于频段及绕射能力差等问题同样面临着与 TD-SCDMA一样的问题。2010年中国移动集团组织辽宁、河北、北京、上海、广东、黑龙江等省-2-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文的通信专家对高速场景组网、规划与优化成立课题研究组。对 TD-SCDMA高速场景覆盖进行系统研究，通过仿真、理论探讨、实地测试相结合方式提出了许多有参考价值的结论。2010年上海磁悬浮列车进行信号强度及质量覆盖测试，选定
9、了 24个基站及室内覆盖，结合链路估算及仿真规划，并与 2G基站覆盖作比较，主要进行了信号覆盖测试、网络规划对比、切换、呼叫、消除多普勒频移多方面的评估。由于上海磁悬浮列车周边基站正在逐步完善中，测试结果尚不具有完整性。2011年中兴、鼎桥、大唐等 TD-SCDMA网络设备供应商针对高速场景纷纷提供了自己的频率补偿算法，克服频率偏差的影响，下行终端侧可以根据测量的频率偏差进行载波频率调整，同时物理层还会对数据进行相位校准，提高高速移动下的解调性能，设计了自适应频偏校正算法，克服了高速移动对链路解调性能的可能损失，提高了高速移动场景的覆盖和容量指标。在多普勒频率扩散不严重的情况下，频率纠偏可以获
10、得很大的性能提高。1.3本文研究的主要内容及论文结构针对 TD-SCDMA网络中高速场景的网络覆盖，文中从 TD-SCDMA技术原理、高速场景覆盖条件等方面进行研究探索。本文主要是基于哈尔滨的 TD-SCDMA特殊场景网络覆盖应用，研究建立 TD-SCDMA网络高速场景的覆盖方法。本文首先研究了 TD-SCDMA网络架构以及独有的关键技术，通过了解TD-SCDMA通信流程、智能天线、接力切换等关键技术，对后面分析高速场景对 TD-SCDMA网络影响提供理论依据。其次，本文分析了高速场景对 TD-SCDMA网络质量的影响，从物理层面及通话流程、终端设备三个方面展开研究，找到影响网络质量的因素。最
11、后，通过对比无线环境，充分利用网络调整手段，优化算法，结合现场测试，总结出一套降低高速移动影响的覆盖方法。本论文的结构为：第 1章绪论，介绍了课题的来源、课题研究的目的与意义、TD-SCDMA覆盖方法国内外研究现状及论文内容结构。第 2章 TD-SCDMA网络原理，主要介绍 TD-SCDMA网络原理、网络架构、关键技术等方面。通过学习智能天线、DCA分配、切换接力、功控和上行的同步技术等 TD-SCDMA网络关键技术，将这些特点充分利用于研究高速场景覆盖方式中。-3-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 3章高速场景下对 TD-SCDMA网络质量影响分析，详细说明了 TD-SCDMA系统中高速场景
12、对物理层、通信过程、终端的影响。第 4章 TD-SCDMA高速场景规划与优化方案，详细研究了 TD-SCDMA不同场景下无线环境特点比较，网络规划和优化的解决方案和建议。并进行了TD-SCDMA高速场景测试验证，通过对 TD-SCDMA高速场景下信号测试，验证方法的可实施性。最后，给出了本课题的结论。高速场景对 TD-SCDMA覆盖的主要影响因素是高速场景对 TD-SCDMA的网络质量产生较大影响，这种影响主要体现在多普勒频移、联合检测中的信道估计偏差和切换及小区重选几个方面。高速场景 TD-SCDMA优化算法评估针对高速场景，目前优化算法集中于 NodeB侧，主要有增强多普勒频移估计及频率误
13、差校正算法和优化信道估计算法。为克服时变的多普勒频移，克服高速移动对链路解调性能的可能损失，必须增强NodeB多普勒频移的能力，以提高高速移动场景的覆盖和容量指标。从目前仿真结果来看，增强多普勒频移估计及频率误差校正算法可以有效地抵抗多普勒频移带来的影响，系统没有明显的性能损失。同时，优化的信道估计算法结合多普勒频移估计算法，可以有效地抵消信道相关性下降带来的影响，该方法在 UserBER=10-3处可以获得大约 1dB的增益。-4-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第2章 TD-SCDMA网络原理2.1 TD-SCDMA网络结构TD-SCDMA网络主要由以下部分组成：CN称作核心网RNC无线控制
14、设备Node B称作基站UE：可以是手机或电脑OMC-R：操作维护单元RNC和Node B合称无线陆地接入网网络逻辑结构如图 2-1所示。图 2-1 TD-SCDMA网络逻辑结构TD-SCDMA与 GSM结构上有许多相似之处，核心网完成呼叫控制和移动管理的功能，提供 UTRAN的接入功能，包括电路域的呼叫接续、移动性管理、鉴权和加密等功能。核心网中的 GMSC服务器，充当移动网和固定网之间的移动关口局，完成 PSTN用户呼移动用户时呼入呼叫的路由功能，承担路由分析、网间接续、网间结算等重要功能；同时也完成移动呼叫本地固定-5-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文的话路汇接功能。信令网关，用于完成基于
15、 IP的 7号信令和基于 TDM的 7号信令之间的消息格式的转换，保证采用基于 IP的 7号信令的网元与其他采用传统 7号信令的网元之间的消息互通。SGSN服务 GPRS支持节点，完成分组域的路由转发、移动性管理、绘画管理、鉴权、加密等功能。 GGSN网关 GPRS支持节点，是分组域与外部数据网络相连的网关节点，提供数据包在 TD-SCDMA网络和外部数据网络之间的路由和封装。归属位置寄存器，是电路域和分组域共有的功能节点，通过七号信令网与核心网络中的实体进行信令交互，提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。从组网结构可以看到，TD-SCDMA的核心网部分与 WCDMA R4网络
16、架构完全相同，在兼容 GSM、 GPRS丰富的业务和应用的基础上，创建了一个开放的集成业务平台，为各种丰富多彩的 3G特色业务提供了广阔的开拓空间。 TD-SCDMA网络满足人们对服务内容的多样化、高速化、宽带化的需求，可以实现Internet业务、移动商务、位置业务、流媒体服务等多种具有极大吸引力的高速率数据业务。R4的核心网设备可以采用 IP/ATM/TDM的方式组网。前期电路域可以采用 TDM方式组网，后期向着 IP/ATM方式过渡。2.2 TD-SCDMA关键技术2.2.1智能天线技术智能天线由多个天线元件构成，通过调节每个天线元件的加权的振幅和相位来改变天线的方向图可有效降低用户间干
17、扰。如图2-2所示。图 2-2智能天线特点-6-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文从系统干扰限制容量来说，CDMA网络是自干扰系统。换而言之极其关键的是如何降低干扰，干扰降低的情况下系统容量会随干扰级别消失而变多了。智能天线充分挖掘了码资源在扩大频段对码字的支持降低干扰。在CDMA的基础上，将会进一步实现真正的空分多址（SDMA）方式，使得系统容量进一步扩大。假设全向小区能容纳N个用户，则三扇区小区能容纳 3N个用户，而智能天线赋形小区能容纳4N5N个用户。如果智能天线能够完全做到空分多址，则空分多址小区能容纳L*N个用户，其中，L表示空分多址方式的空间波束分区数目，它与赋形形状有关。智能天线可以
18、用方向图的最大值与方向图的平均值来表示平均的赋形增益，即：赋形增益=功率方向图最大值/功率方向图平均值。对于以到达角的方向向量进行赋形的 6元均匀圆形阵列，其赋形增益为 8dB。因为发射天线增益是相对于单个天线阵元来说的，它与天线的结构有关。对于在垂直面内采用4个半波振子的天线，阵列天线增益是采用阵列和采用单天线相比较的增益，6元阵列的阵列天线增益为 10lg(6)=7dB。波束赋形增益是智能天线抗干扰的能力体现，它表现为方向图上期望信号与干扰信号的功率比值。同时期望用户指向方向图的最大点，干扰用户出现在方向图的任意一点。从接收端来看：在 UE发送相同功率信号的情况下，智能天线接收的信号幅度是
19、单天线接收的信号幅度的N倍（N为天线数目），因此，智能天线提高了接收机的灵敏度。从发送端来看：在单天线和智能天线接收相同的信号功率时，智能天线情况下 UE发送的功率仅为单天线情况下 UE发送功率的 1/N倍从覆盖的角度来分析：（ 1）使用一般天线的无线基站的小区覆盖由天线本身辐射方向图来确定。（2）智能天线辐射图可以由软件控制，使得需要调整的网络覆盖，由于新建筑物等引起的覆盖的变化，可以非常方便地通过软件的优化。发射天线增益是相对于单个天线阵元来看的，它关联的是天线的结构。四个半波振子天线在垂直平面内， (2.15+10lg(4) )= 8.15dB是发射天线增益。针对到来角方向的向量赋形的6
20、元阵列的增益是8dB。天线阵可以对来波方向进行精确计算。来波方向可以用于用户定位和越区切换。智能天线可以运用于移动通信系统的基站或者终端，它具有如下几大作用：天线波束赋形的结果等效于增大了天线增益、智能天线提高了系统的设备冗余度、个别收发信机的损坏并不影响系统的工作、智能天线能够补偿信号衰落。智能天线和单天线相比，可以用多个小功率的线性功率放大器来代替单一-7-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文的大功率的线性功率放大器。天线波束赋形的结果使得多址干扰大大降低。对于 N元天线阵列，天线增益最大可能增加 10lgN(dB)。只有来自主瓣方向和较大副瓣方向的多径才对有用信号带来干扰。因为线性功率放大器的
21、价格与功率值不成线性关系，使用智能天线大大降低了接收机的成本。智能天线提高了系统容量。2.2.2联合检测技术联合检测技术是在充分利用所有的用户和他们的多径先验信息的基础上，将用户信号分离形成统一互联的联合检测过程，可以削弱“远近效应” 。传统的接收技术的信号检测是为用户执行检测时将其他用户的信号当做噪声，用户数的增加伴随着信号噪声比劣化，这样的结果是不能令人满意的，多用户检测器方法是采用符号之间的干扰，将一切用户信号当成一个统一的信号的一种方法。抵消干扰技术的计算量相对而言较少，而联合检测技术性能却是更佳一些。根据不同的检测方法，多用户检测算法可以分为联合检测算法和干扰消除算法。联合检测算法，
22、通过构建的系统矩阵，采取相应的标准，同时检测所有用户发送消息。在码分多路存取系统中，多用户占用相同的信道也就是说相同的频率在相同时隙采用不同的代码区分开来。由于其复杂性的无线信道，复杂性指多路径性，时变性，在接收端一侧用户收获信号时极大可能地要受到多径干扰（ISI）和多址干扰（MAI）的影响。传统意义上的单用户检测算法ISI和MAI噪声处理算法，其性能相对比较差，而多用户检测算法则充分利用 ISI和MAI信息的性能优势。对于每个用户，可以从它的信道响应的抽头中区分多路径的数量和位置。不一样的用户的信道响应的位置按分割的窗口长度区分。如果窗口的长度为16，一个单一的天线，四个用户在最初的6码片上
23、延迟情况下，第一个用户占用1至16个抽头，第二个用户占据第17至32个抽头，第三个用户第四个用户分别占据第33至48抽头和第49至64个抽头，其余第65至128水龙头看做是噪声响应。 TD-SCDMA系统使用一个多用户的联合信道估计算法，该信道响应矩阵包含多个用户的信道响应，联合检测算法可以粗略地划分成线性检测以及决策反馈检测。智能天线作用是减少不同路径干扰，增加CDMA网络负荷；增加得到的敏感度及额外增益；智能天线不能克服的问题是用户处于同一方向；联合检测是依靠 Midamble序列做信道估计，同时处理多码道的干扰抵消。但存在多码道-8-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文时处理复杂和无法完全解决
24、多址干扰问题，在移动通信系统中，结合使用智能天线和联合检测技术，可获得理想的效果。2.2.3接力切换技术接力切换所要达到的目的是高资源的利用率以及切换失败率降低。接力切换在切换事件中采纳上行通路事先统一步骤，手机得到下行的通路信息，本扇区传输上行业务块给对方扇区，上与下两个通路信息不间断地传送到了对方扇区。接力切换原理通过切换期间的测量，利用上行链路的预同步。手机针对合乎切换要求的邻小区的时间同步参数展开测量、保持和运算，包括以下几个方面：服务小区与相邻小区下行信道的功率之差P、各相邻小区基站的信号与服务小区信号的时延之差t、本小区的常规测量参数。预同步的过程就是， UE在对相邻小区进行信号测
25、量时，同时对满足一定要求的邻小区和本小区的同步参数进行测量、计算和保持。在基站严格同步的情况下完全可以通过通信小区的同步和目标小区的下行同步偏差计算出目标小区的上行同步时间，然后利用下行同步确定上行同步就可以通过开环的方法进行预同步，从而达到预同步的目的，主要操作可以在进行邻小区 P-CCPCH或DWPTS测量的时候同时进行。接力切换的判决过程由 RNC完成。 RNC收 UE的测量报告反馈后，遵循特定的判决准则输出目标小详表，通过接收判定算法等过程明确目标小区来进行切换，最终发出切换指令，此时信道重置，目标小区和服务小区的SFN号在时间上有同步对应。UE在t=TRxSFNi和t=TRxSFNk
26、是在连接模式状态，各自接收并侦测出服务小区和目标小区第一条路径的P-CCPCH信道包含的SFN消息，对比目标小区与服务小区时间上的差值 SFN-SFN观察测算时间的差值， SFN-SFN OTDTRxTSk TrxTSi。其特征是：.若目标小区和当前服务小区时间SFN 号时间上不同步，其差值固定，根据 RNC能确定其定时偏差，也能够计算 SFN_SFNOTD。 TRxTSi :手机接到的第i个服务小区的P-CCPCH频道的时间.TRxTSk :手机接到的第k个目标小区的P-CCPCH频道的TRxTSi的时间相近。切换判决和执行：（1）切换判决过程主要是RNC根据切换判决算法，确定移动台是否需要
27、切换，并向哪个目标小区进行切换。（2）切换判决算法的依据主要是手机测量的P-CCPCH信号噪声比以及功率大小，负荷算法等系统信息。-9-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（3）绝对门限以及相对门限相融合的方式经常运用在切换裁定方式。RNC裁定手机转换后，对方扇区调度信道给手机。RNC命令对方扇区建立非有线通路给手机。RNC同时通过原基站和目标基站发送下行数据；RNC命令手机将实际存在的频率在对方扇区重新调度。手机遵循重新调度直至成功。如图2-3所示。图 2-3切换判决流程图UE向目标小区切换被确定时，目标小区应在 RNC的切换命令发出之前接收 RNC下发的无线链路建立请求。与此同时，在早已获得得服
28、务小区与相邻小区间功率差值与时间差值即P和 t，在目标小区上发射上行承载业务和上行信令，一段时间之后，下行数据开始接收，闭环和同步功控，服务小区通信停止，RNC 得知消息后向源小区发出删除链路请求，如果切换失败，则删除刚建立的链路。2.2.4动态信道分配技术动态信道在终端接入和链路的分配和调整方面研究的是 DCA技术的频率，时隙，扩频码分配方案，TD系统还可以充分利用空间方位和角度讯息，协助资源的优化配置; DCA可以使系统的干扰最小化，利用多元化的手段以减少系统的干扰，应用DCA可以最大化系统资源的利用率，并提高链路质量。动态信道分配技术是利用综合信息系统，一起调配一切网络物资，打理和维护，
29、满足电话通路及能力的安全，才能更好地增加网络开销。 DCA作为- 10 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文TDD系统中的优点，可以灵活地分配时隙的资源，方便快捷完成上行链路和下行链路之间的转换。装备有动态信道调配技术的标准，扇区得到的通路开销是非固定的，要在一起打理。任何单元都可以在确保链路质量的条件下，充分保证分配呼叫通道。动态信道分配与固定信道分配方式比较，特点如下：（1）是根据测得的值（上行链路的干扰功率，下行链路的发送功率），分出小区时隙的优先级队列，实时反映在小区中的负荷状态。（2）适于小区服务分布不均的情形。由于小区间的流量的分布不均，因此不同的小区的信道的需求的量也有所不同， DC
30、A可以解决这种不均匀的分布，因为它可以对每一个小区上下行信道数量进行动态的分配。（3）针对上行与下行业务不对称的情况，DCA可以实现在目前业务分布特征的基础内上对上行和下行信道动态分配。（4）DCA在TDD模式下，消除不同的小区的上下行链路的容量要求随着时间的推移改变而导致的干扰。动态信道分配可以分为以下几种：（1）频域 DCA每个扇区都有不止一个通路频道， TD-SCDMA拥有频道宽度为 1.6MHz，具备高于5MHz频道数3倍的优点。（2）时域 DCA在某一个硬件载波，6个频率避免了更多的活动状况的手机。（3）码域 DCA糟糕的质量可以用时隙重新调度在同一时隙中消除（4）空域 DCA通过智
31、能天线，可基于每一用户进行定向空间去耦（降低多址干扰）动态信道分配 DCA包含两个部分：一是资源被划分给小区，称为慢速DCA；二是将资源优化，叫做快速DCA。（5）慢速DCA小区间资源的动态分配：根据小区间的业务分布情况，在小区间分配无线资源；系统资源包括频率、时隙、码道、功率等，它们在运营商所管辖的小区之间是共享的。从运营商的角度出发对整个带宽内的资源在小区之间动态地进行分配，从而确定各个小区可以使用的频率、时隙、码道、功率。这些资源在小区建立时进行规划，当网络结构改变（比如由于业务发展而需要增加新的站点）时，需要对系统资源（全部或部分）进行重新分配。时隙转换点分配：根据小区内上行、下行业务
32、分布特点，对该小区内的上行、下行时隙个数进行动- 11 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文态分配；通过改变第二个转换点的位置可以动态的分配小区中的上行、下行时隙资源，从而适应业务分布的变化，提高无线资源的利用率。确定第二个时隙转换点需要考虑：业务分布模型、业务量模型以及交叉时隙的干扰损失。频点排序：根据小区内业务接入情况，对该小区的各频点接入优先级进行动态调整。分为固定排序和基于载波负荷排序。固定的频点排序分为：基于所需BRU数、基于业务类型。载波顺序可以通过OAMS设置。载波负荷可以用功率资源、码资源来衡量。时隙优先级排队：固定排序、基于可用 BRU数排序、基于测量报告排序。固定排序：对于“业
33、务所需码资源 =BRU_TS_TH”的接入请求从一个方向接入（上行 TS1 TS K，下行从 TS6 TS(K+1)）；其他的接入请求从另一个方向接入。基于可用 BRU数排序：如果某个时隙的可用BRU数越少，则此时隙的优先级越低。基于测量排序：对于UL，根据Node B公共测量报告上报的接收宽带总功率或者 ISCP。采用接收宽带总功率，如果某个时隙的接收宽带总功率越小，则此时隙的优先级越高；否则优先级越低。采用 ISCP，如果某个时隙的 ISCP越小，则此时隙的优先级越高；否则优先级越低。（6）快速DCA资源整合在接入新呼叫（包括新用户和切换）时使用，信道调整在拥塞制（ LCC）、无线链路检测
34、（ RLS）中使用。信道调整是快速 DCA的标志性技术，它可以根据对信道通信质量的实时监测结果自适应地进行信道重配置。资源整合：资源整合的目标是提高系统的资源利用率、高速业务的接入成功率、切换成功率。资源整合过程就是通过信道调整把新呼叫所需要的资源尽量集中在一个时隙中的过程。资源整合过程就需要调用信道调整，从而把某个用户从当前工作的时隙调整到另一个时隙。2.2.5功控和上行同步技术功控基本原理是调整手机的发射功率，使距离基站距离不同的手机信号到达基站的功率大概相等； CDMA系统的基础是功控；多径衰落、衰落补偿，阴影效应；削弱远近效应；可以通过快速功控提高接收信道强度稳定性；CDMA系统特点是
35、受限于干扰，功控可以有效地控制系统内的干扰信号强度，降低小区内外的干扰。而在 TD-SCDMA系统中利用开环功控与闭环功控相结合的办法来进行功控。测量特别信道的信号功率强度信息的接收，调整发射功率的功控方法。 TD-SCDMA系统将开环功控列为上、下行。手机在上行通过对下行信号的测算，预测下行的损耗，损耗值视为与上行链路的损耗相等，计- 12 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文算上行的发射功率大小，形成一个环路；对于下行来说，基站和 RNC判定下行不同信道的原始发射功率大小，不形成任何环路，由此可知开环是相对上行链路来说的。下行各个信道的初始功率：下行需要计算初始发射功率的信道包括DPCH、 P
36、CCPCH、 SCCPCH、 DwPCH、 FPACH。其中， DPCH的初始下行发射功率是基站按照业务所占码道数固定分配的，即（基站最大发射功率/16 ）*业务所占码道数。其余信道直接分配下行初始发射功率（RNC配置）。内环功率控制是用检测接收机端的接收信噪比来进行发射功率调整的，不同的功率控制速度，步长和信噪比门限都会影响其效果。根据接收数据的质量参数（BLER/BER/FER等，目前使用BLER），调整内环功控所需的目标SIR ，以克服信道慢衰落的影响。上行：上行内环功率控制是由基站协助UE，对UE的发射功率做出调整，从而使UE 始终保持最理想的发射功率。基站每隔一定的时间检测一次解调后
37、的上行业务信道的 SIR，然后与期望值 (即 SIRtarget)进行比较，若高于目标值则发送一个降低发射功率的TPC指令；反之，则发送一个增加发射功率的TPC指令。UE 每次调整发射功率的动态范围称为“功率控制步长 ”，取值1dB，2dB或 3dB三种情况，它和基站功率控制的周期同时受到不同功率控制算法的决定。下行：下行内环功率控制和上行原理一致，它是基站根据 UE发送的 TPC命令字，调整下行的发射功率。手机与 Node B之间已经有很高的同步精度（ 1/8chip）。开环同步控制是为了控制 PRACH的发送时间，以保证 Node B接收 PRACH的位置准确。使PRACH的 CIR峰值在
38、接收窗内的固定位置，这样一来， PRACH的有效功率都会在接收窗内，即使PRACH的时间有前后偏差的时候也不至于出窗。2.2.6自适应频偏校正算法为克服时变的多普勒频移并优化信道估计结果，设计了自适应频偏校正算法，提高了高速移动场景的覆盖和容量指标。为了克服频率偏差的影响，下行终端侧可以根据测量的频率偏差进行载波频率调整，同时物理层还会对数据进行相位校准，提高高速移动下的解调性能。在上行，由于多个用户共用一个频率源，载波频率无法根据每个用户单独调整，必须通过物理层对数据进行相位校准。通过频偏补偿算法，可以明显提高基站接收机解调性能。这里的自适应频偏校正算法是指基带层面以每个 5ms为时间颗粒度
39、，检测出现在固定频偏的相关信息，再在基带层面对固定频偏造成的基带信号相位- 13 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文偏移予以校正。频偏校正算法主要用于克服上述 Doppler频移。类似的，相位补偿的原理机制可用于克服收发信机本振漂移引起的固定频偏。针对高速移动环境固定 Doppler频移引入后可能导致整体频偏加剧的问题，改进了频偏校正算法，充分利用固定频偏在数个 5ms子帧强相关特性带来的先验信息，引入了预校正机制，从而解决了现有高速铁路运动速度下的高固定频移问题。自适应频偏校正算法能够克服 400Hz的频偏，相对无频偏校正链路有较大的性能提高，解调能力逼近无频偏的情形。自适应频偏校正算法能够克
40、服800Hz的频偏，相对无频偏校正链路有较大的性能提高，解调能力逼近无频偏的情形。2.2.7基带侧频偏校正算法在基带实现多普勒频率偏移补偿基站接收机只有进行频率纠偏才能抵抗多普勒频率偏移。在具体操作中，基站接收信号相位旋转速度，以计算多普勒频率偏移和 UE运动速度，并对接收信号或检测符号作相应处理，以消除或减弱多普勒频率偏移对链路性能的影响。为比较频移补偿残余误差对性能的影响，给出了上行链路运动速度300km/h， RA信道下的仿真结果。从仿真图上可以看出，频移补偿误差会对性能带来一定的影响。误差越小，性能越好。误差在一定范围内，对性能的影响越小，性能上越接近。如图 2-4所示。图 2-4频移
41、残余误差的影响- 14 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文为比较频移补偿对性能的影响，给出了运动速度 500kmph&300kmph，RA信道下的仿真结果。从仿真图上可以看出，由于频移估计的误差，估计的频移补偿比精确的频移补偿性能约有 4db的性能恶化，尽管如此，估计的频移补偿比不补偿性能有质的提升。如图 2-5、图 2-6所示。图 2-5运动速度 500km/h的性能比较图 2-6运动速度 300km/h时的性能比较- 15 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文为比较频移补偿对性能的影响，给出了运动速度 250km/h，RA信道下的仿真结果。从仿真图上可以看出，由于频移估计的误差，估计的频移补偿比
42、精确的频移补偿性能相当，而估计的频移补偿比不补偿性能有质的提升。如图2-7、图 2-8所示。图 2-7运动速度 250kmph时的性能比较(Tx/I)图 2-8运动速度 250kmph时的性能比较(C/I)- 16 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文为评估信道译码器输入比特加权方法的增益，给出了上行链路运动速度300km/h，RA信道下的仿真结果。可见，该方法在 UserBER=10-3处可以获得大约 1dB的增益。如图 2-9所示。图 2-9比特加权方法仿真结果2.3本章小结本章首先介绍 TD-SCDMA网络结构，对每一节点的含义做详细解释，介绍 TD-SCDMA网络的组成部分。包括 UE、N
43、ODEB、CN和 RNC等设备及组网结构。最后，通过学习 TD-SCDMA网络关键技术，这些技术是智能天线、DCA分配、切换接力、功控和上行的同步技术等了解 TD-SCMDA网络的特点，根据这些特点便于在研究中充分利用这些技术特点或技术优势。- 17 -v t 2 d 2哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第3章高速场景下对TD-SCDMA网络质量影响分析信号覆盖，业务容积，语音及数据质量是给移动通信运营商优势竞争的关键及一切无线规划和优化的重点。随着数量快速发展的移动用户，以及高层建筑物，高速铁路，城市隧道和其他特殊场景的多样化，系统容量和覆盖范围要求正在与日提高。这些特殊的场景，对手机信号有很强
44、的屏蔽效果，使手机不能正常工作。本文针对高速场景，分析该场景对网络的质量影响。3.1高速场景下对TD系统物理层影响分析实现覆盖弱区信号强度的均匀分布需要将基站信号通过无源器件及馈线将无线信号分配到各个覆盖天线上。如果需要扩展覆盖，则利用干线放大设备对输入信号通过中继设备进行放大。该系统主要由信号源部分和功率分配部分组成：微蜂窝、BBU 设备、 RRU设备、宏蜂窝设备、直放站设备，光纤分布系统、泄露电缆和各种无源有源分布系统，室内天线、馈线和接头，干线放大器设备等。对覆盖的影响主要来自多普勒频移对硬件及通信过程的干扰。3.1.1多普勒频移影响分析在移动通信系统高速场景下，多普勒效应更加突出，它所
45、引起的额外频率偏移称之为多普勒频移，公式中 (f /c*v)与入射角不相关，它是多普勒频偏的最大值 fm。手机设备活动和信号传输方向的夹角定义为 ；手机设备活动速度定义为 v；信号传输速度是 C； TD的载频频率定义为 f，粗略计为 2.015GHz。多普勒频移计算公式为：f d fc v cos (3-1)时间定义为 t,，角度定义为 0,， d为高速场景与基站之间的最短距离。多普勒频偏公式为：cos( )手机向基站方向的速度为：- 18 -2vt(3-2)vtv t 2 d 2v tv t 2哈尔滨工业大学工程硕士学位论文最大多普勒频偏为：v cos( )22(3-3)f d ,max2
46、v t2 2 d 2(3-4)多普勒最大频偏的速度变化值由多普勒最大频偏与时间比的倒数得到：f d ,maxt 243 2 2v 2 12 (3-5)v=100,200,300,400km/h条件时，d=50m,100m,200m,400m条件时可以计算出多普勒频偏变化速度，d=50m，100m，200m， 400m对应的 300kmph速度时最大多普勒频偏以及最大多普勒频偏的速度如图 3-1、图 3-2所示。图 3-1最大多普勒频移及其变化速度图- 19 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图 3-2不同距离对应的最大多普勒频移及其变化速度得出实验结论：（1）手机运动的速度与多普勒频率偏移的最大
47、值成正比，频率误差随着距离基站拉远而变得越大；（2）多普勒频移在用户移动时随着位置的变化而变化（3）在离开基站时频偏是 0，但多普勒频偏会产生越变，该越变是由正向负的。当高速移动物体在小区覆盖边缘时，多普勒频移是最大的。（4）用户上行接收在满足手机确定下行信号频率后发送上行信号条件时会有 2*fd的频移。如图 3-3所示。- 20 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图 3-3用户高速经过基站示意图通过以上结果我们看出无线通信的上行接入成功率、系统容量和信号覆盖和切换成功率都会受到多普勒频移影响。而高速环境下多普勒频移对 TD-SCDMA接收设备也会产生影响，这与 TD系统的物理帧结构有关。3.1
48、.2 TD-SCDMA接收设备受多普勒频移的影响接收设备和发射设备会由于多普勒频移而产生频率误差，如果多普勒频移为 389Hz，图 3-2显示了频率误差估计残余、误码率和载干比三者间的关系。链路性能恶化是在残余多普勒频率偏移为 259Hz、130Hz、389Hz的时侯。如果多普勒频率偏移不被处理，那么无法保持无线链路；无线链路性能只有在残余多普勒频率偏移越小时才能越好。如图 3-4所示。图 3-4残余多普勒频率偏移、C/I和误码率之间的关系- 21 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文接收机的频率误差估计残余和频率误差估计范围是接收设备可以在多普勒频移条件下完成对信号的接收关键。3.1.3多普勒频
49、移对联合检测的影响TD-SCDMA系统承载业务的时隙信号突发结构是 midamble码，是作为信道估计的，它两侧的数据块用来做联合检测和解调数据，是用作传输业务数据的。多普勒频移对联合检测的影响是信道估计偏差。3.1.4同步影响手机需要有对应的同步过程。同步码在下行方向每次在功率一定的情况下以每 5ms的步长发送，下行链路总是同步的原因在于手机获得下行的同步需要在匹配滤波情况下。上行与下行不同，常说的同步必须依靠同步检测这一算法。基站判断有没有手机发出接入请求， 0.097us是对应时间，单次最大量调整为 1个 chip，5ms为调整最小周期。3.1.5智能天线影响手机在高速移动时可能会对智能天线带来影响是因为 TD-SCDMA智能天线的上下行波束赋形需要依靠接收信号，如图 3-5所示。图 3-5智能天线赋形示意图如果智能天线的赋形角度为 15度而基站与所覆盖场景距离最短为 50m的条件满足，则手机在 13m左右的长度范围内都属于可以赋形范围，路线会变- 22 -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文大，因为两者之间的距离在变大3.2高速场景下对TD系统通信过程影响分析3.2.1小区选择与重选3.2.1.1主要流程这一过程分成四步。（1）搜索 DwPTS初始状态搜
