TDSCDMA毕业论文.docx
《TDSCDMA毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TDSCDMA毕业论文.docx（48页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
TDSCDMA毕业论文
摘要
伴随着移动通信的快速发展，人们对移动通信业务的通信质量要求越来越高，原有的移动通信系统已经不能满足人们的需求。
第三代移动通信系统相比于第二代移动通信系统分的众多优势势必取代第二代移动通信系统。
第三代移动系统已经在一些发达国家普及应用，而3G在中国才刚刚起步。
具有中国自主只是产权3G系统TD-SCDMA与WSCDMA、CDMA2000并列为3G系统中的三个主要标准。
TD-SCDMA采用了上行同步、智能天线、联合检测、时分工、软件无线电等诸多关键技术，比其他第三代移动通信系统具有更高的频谱利用率和更低的成本，并且在无线网络优化方面具有独到指出，它可以满足语音业务的需求，也可以满足上、下行不对称数据和多媒体业务。
对于在中国刚起步的第三代移动通信，中国自主研发的TD-SCDMA有其广阔的市场前景，对于中国的第三代移动通新发展具有着积极的作用。
目前对于TD-SCDMA无线网络的优化还处于一个非成熟期，所以有些问题仍然是一个探索和发现到解决的过程，由于无线网络优化主要是通过调整各种相关的无线网络工程设计参数和无线资源参数，并使其满足系统现阶段对各种无线网络指标的要求。
所以优化调整过程往往时一个周期性的过程，因为系统对无线网络的要求在不断变化。
本文针对TD-SCDMA系统，提出了TD-SCDMA无线网络优化的流程，TD-SCDMA无线网络优化的方法，通过流程和方法，提出解决TD-SCDMA网络中问题的办法，使网络的品质提升一个台阶，通过对TD-SCDMA无线网络的研究，使TD-SCDMA网络的优化能学素的定位和分析，有利于及时对问题定位和分析，并提出解决方案。
关键词：
TD-SCDMA无线网络优化
目录
第一章绪论5
1.1项目背景5
第二章TD-SCDMA移动通信系统简要分析6
2.1TD-SCDMA系统的基本原理6
2.1.1TD-SCDMA的系统结构6
2.1.2TD-SCDMA网络结构模型6
2.2TD-SCDMA系统的关键技术介绍7
2.2.1智能天线7
2.2.2联合检测8
2.2.3时分双工9
2.2.4同步技术13
2.2.5动态信道分配14
2.2.6接力切换15
2.2.7软件无线电16
2.3TD-SCDMA无线网络的性能分析18
2.3.1覆盖18
2.3.2容量20
2.3.3切换分析方法21
2.3.4性能分析实例21
第三章TD-SCDMA无线通信网络评估和网络关键性能KPI指标25
3.1网络评估（无线网络评估）25
3.2业务评估27
3.3网络关键性能KPI指标29
第四章TD-SCDMA无线通信网络的优化分析32
4.1TD-SCDMA与GSM无线网络的区别32
4.2TD-SCDMA的优化目标和优化流程33
4.2.1网络优化目标33
4.2.2网络优化内容及流程34
4.3TD-SCDMA碰到的非常规问题分析39
4.3.1覆盖优化39
4.3.2容量39
4.3.3服务质量39
第五章TD-SCDMA无线网络优化的实现40
5.1关于弱覆盖的优化40
5.1.1弱覆盖40
5.1.2弱覆盖区域优化方法40
5.1.3弱覆盖实例40
5.2关于越区覆盖的优化41
5.2.1越区覆盖41
5.2.2越区覆盖的优化方法41
5.3关于掉话的优化42
5.3.1掉话42
5.3.2关于掉话的优化42
5.3.3掉话的实例43
5.4关于干扰的优化45
5.4.1干扰产生的原因45
5.4.2减少干扰的方法46
第六章总结与展望47
致谢48
参考文献49
第一章绪论
1.1项目背景
TD-SCDMA（时分—同步码分多址接入，TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess）第三代移动通信系统标准是信息产业部电信科学技术研究院（现大唐集团）在国家主管部门的支持下，经过多年的研究而提出的具有一定特色的第三代移动通信（3G，3rdGeneration）系统标准，是中国百年通信史上第一个具有自主知识产权的国际通信标准，在我国通信发展史上具有里程碑的意义并将产生深远影响。
该标准文件在我国原无线通信标准组（CWTS，ChineseWirelessTelecommunicationStandardgroup）最终修改完成后，经原邮电部批准，于1998年6月代表我国提交到国际电信联盟（ITU，InternationalTelecommunicationUnion）和相关国际标准组织。
TD-SCDMA标准公开之后，在国际上引起强烈的反响，得到西门子等许多著名公司和众多运营商的重视和支持。
1999年11月在芬兰赫尔辛基召开的国际电信联盟会议上，TD-SCDMA被列入ITU建议ITU-RM.1457中，成为ITU认可的第三代移动通信无线传输技术（RTT，RadioTransmissionTechnology）主流技术之一。
2000年5月世界无线电行政大会正式接纳TD-SCDMA为第三代移动通信系统国际标准，从而使TD-SCDMA成为与欧洲、日本提出的WCDMA以及美国提出的cdma2000并列的三大主流3G标准之一。
这是百年来中国电信史上的重大突破，标志着我国在移动通信技术方面进入世界先进行列。
2002年10月23日，信息产业部公布TD-SCDMA频谱规划，为TD-SCDMA标准划分了总计155MHz（1 880～1 920MHz、2 010～2 025MHz及补充频段2 300～2 400MHz）的非对称频段，
2006年1月20日，信息产业部正式颁布TD-SCDMA为我国通信行业标准。
第二章TD-SCDMA移动通信系统简要分析
2.1TD-SCDMA系统的基本原理
2.1.1TD-SCDMA的系统结构
TD-SCDMA系统结构完全遵循3GPP指定的UMTS（UniversalMobileTelecommunicationSystem）网络结构，可以分为UMTS地面无线接入网（UTRAN，UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork）和核心网（CN，CoreNetwork）。
按照现有3GPP的TD-SCDMALCR标准，其核心网，甚至业务平台与WCDMA是相同的。
2.1.2TD-SCDMA网络结构模型
TD-SCDMA系统的网络结构与标准化组织3GPP制订的UMTS网络结构是一样的，按照功能可分为两个基本域，用户设备域（UserEquipmentDomain）和基本结构域（InfrastructureDomain），如图1-1所示。
图1-1 UMTS域和参考点
a.用户设备域
用户设备域由具有不同功能的各种类型设备组成，如双模GSM/UMTS用户终端、智能卡等。
其中，前者能够兼容一种或多种现有的接入（固定或无线）设备。
用户设备域可进一步分为移动设备（ME，MobileEquipment）域和用户业务识别单元（USIM，UMTSSubscriberIdentityModule）域，如图1-1所示。
（1）移动设备域：
移动设备域主要完成无线传输和应用，其接口和功能与UMTS的接入层和核心网结构有关，而与用户无关。
（2）用户业务识别单元（USIM）域：
用户业务识别单元包含清楚而安全地确定身份的数据和过程。
这些功能一般存入智能卡中。
它只与特定的用户有关，而与用户所使用的移动设备无关。
b.基本结构域
基本结构域可进一步分为接入网域和核心网域。
接入网域由与接入技术相关的功能模块组成，直接与用户相连接，而核心网域的功能与接入技术无关，两者通过开放接口连接。
从功能方面出发，核心网又可以分为分组交换业务域和电路交换业务域。
网络和终端可以只具有分组交换功能或电路交换功能，也可以同时具有两种功能。
2.2TD-SCDMA系统的关键技术介绍
2.2.1智能天线
a.智能天线的基本概念
在移动通信环境条件下，复杂的地形、建筑物的结构都会对电波的传播产生影响，大量用户间的相互作用也会产生时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰等，从而会使通信质量受到影响。
这个时候，采用智能天线可以有效地解决这些问题。
智能天线采用空分多址技术，利用信号在传输方向的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度的利用有限的信道资源。
智能天线的核心在数字信号处理部分，它根据一定的准则，使天线阵列产生定向波束指向用户，并自动地调整权重系数以实现所需要的空间滤波。
b.智能天线的技术优势
TD-SCDMA系统中由于采用智能天线，将会带来以下优势:
（1）提高信号干扰比，改善通信质量。
采用窄波束的主瓣接受和发射信号，旁瓣和零点抑制干扰信号，可以降低系统干扰、提高阵列的输出信噪比，即提高系统的抗干扰能力。
此外，对于移动通信中的多径干扰也有一定的削弱能力，因此大大改善了通信质量。
（2）增加系统容量，提高同时通信的用户数量
采用窄波束接收和发射移动用户信号，降低了其他用户的干扰，对于自干扰的CDMA系统，可以有效地提高系统容量。
同时采用空分技术复用信道，也增加了系统容量。
（3）扩大通信覆盖区域，提高频谱利用率
智能天线的辐射方向图在理论上可以用软件进行控制，在网络覆盖需要调整或由于新的建筑物等原因使原覆盖改变等情况下，均可以非常简单地通过软件来优化，非常简便。
随着移动通信需求的增长，可以在不新建或尽量少建基站的基础上增加系统容量，降低运营成本。
（4）降低基站发射功率，减少电磁辐射环境
在使用普通天线的天线基础中，发射信号采用的时高效率放大器，而在TD-SCDMA中使用了智能天线，由于波束形成的增益可以减少对功放的要求，大大降低了基站的发射功率，同时也减少了电磁环境辐射。
2.2.2联合检测
a.联合检测技术简介
联合检测（JD,JointDetection）是多用户检测（Multi-UserDetection）的一种。
CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的。
接受时需要在数字域上用一定的信号的分离方法把各个用户的信号分离出来。
信号分离的方法大致分为单用户检测技术和多用户检测技术两种。
在实际的CDMA移动通信系统中，存在多址干扰（MAI），这是由于各个用户信号之间存在一定的相关性。
由个别用户产生的MAI固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，MAI就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。
传统的CDMA系统信号分离方法是把MAI看作热噪声一样的干扰，导致信噪比严重恶化，系统容量也随之下降。
这种将单个用户的信号分离看作是各自独立的过程的信号分离技术称为单用户检测（Single-UserDetection）。
联合检测算法可以分为三类：
非线性算法、线性算法、判决反馈算法。
b.多小区联合检测
在TD-SCDMA系统中，相邻小区的业务可采用相同的频点，只根据扰码进行区分，这样同频小区间干扰成为不得不考虑的问题。
同频干扰在小区交接带比较严重，导致系统性能恶化和系统容量降低。
对于小区间MAI，单小区算法只是单纯地把它们看作无法消除的干扰即白噪声来处理，这就减少了先验证信息量，降低了解调门限。
而要利用这些先验证信息完成多小区联合检测，则需要得到相邻小区的完整的结构化信息，包括扰码、信道响应、扩频系数和扩频码。
多小区联合检测是在单小区联合检测的基础上，将邻小区的用户或者码道信息也纳入到联合检测的方程组中，然后将相邻同频小区的用户干扰也进行消除。
c.联合检测的优缺点分析
联合检测充分利用MAI，把所有用户信号当作有用的信号来对待，而不是看作干扰信号，从而都分离出来。
基于这种理论和技术，联合检测可以为移动通信带来一下几方面的好处：
（1）不再将多址干扰作为噪声，其效果优于传统的RAKE接收机。
（2）采用结合智能天线和联合检测技术的时空联合检测算法和时空滤波器，可大大提高接收机的灵敏度，系统抗干扰能力增强，有助于同频组网。
（3）充分利用MAI的所有用户信息，使得在相同误码率的前提下，降低SNR（SignaltoNoiseRatio）的接受要求，大大提高了接收机性能并增加了系统容量。
在理想情况下可以使系统容量提高2.8倍，这意味着具有更高的频谱利用率。
（4）降低用户设备（UE）的发射功率，提高UE的待机及通话时间，同时降低了设备成本和故障率。
（5）具有克服“远近效应”的能力，对功率控制的要求比用RAKE接收机的方法低。
由于联合检测技术能消除MAI干扰，因此产生的噪声量将与干扰信号的接受功率无关，从而大大减少“远近效应”对信号接收的影响。
2.2.3时分双工
时分双工（TDD,TimeDivisionDuplex）是一种通信系统的双工方式，在移动通信系统中用于分离接收与传送信道（或上下行链路）。
与FDD的区别在于，TDD的系统接收和传送是在同一频率信道，即载波的不同时隙，用保护时间来分离接收与传送信道；而FDD则是在分离的两个对称的频率信道上，用保护频段来分离接收与传送信道。
TDD与FDD的原理如图1-2所示：
图1-2TDD和FDD原理
a.TDD优缺点分析
在同样满足IMT-2000要求的前提下，TDD系统有其他系统不可比拟的优势，主要体现在以下几方面。
（1）提高系统的频谱利用率
TDD的时隙按照上/下行链路所需的数据量动态分配，这不仅适应于对称业务，如传统的语音业务，而且非常适合于日益增长的非对称的实时和非实时的数据业务，如多媒体、因特网所需要的IP业务。
动态地按需分配时隙，可以使得频谱资源得以最大、最优地利用。
另外，TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率，它能有效使用零碎的频率资源。
在提供同样速率的业务时，TDD模式占用的带宽较FDD模式少。
（2）降低对功率控制的要求
在FDD模式的CDMA移动通信系统中，为减少同频干扰，每个终端必须在保证可接收性能的前提下以最低功率传送信息，这需要很精确的功率控制。
同时为克服所谓远近效应，需要快速高效的功率控制。
另外上下行链路的衰落因子是不相关的，这需要用闭环功率控制。
所以FDD模式的CDMA移动通信系统对功率控制极其敏感，功率控制的失败会导致十分严重的系统容量下降。
但对TDD模式的CDMA移动通信系统，上下行链路的衰落因子是相关的，仅需开环功率控制即可。
而且，上下行链路采用相同的发射频率，系统的开环功率也可以做得比较准确。
这样的系统设计使系统的发射功率可以更迅速有效地收敛到理想的功率点。
（3）提高终端的接收性能
在移动通信系统中广泛采用分集接收技术来减少信道的衰落。
对于选择性分集，接收机通过测量相互独立的路径来选择最好的路径接收信号电平，以提高接收性能，但接收机的复杂性也相应提高了。
在这种情况下，基站能容忍复杂性的提高，而终端则不行，此时天线（空间）分集是为终端提供分集接收仅有的一种方法。
根据TDD模式原理，基于TDD模式的系统在上下行链路上的衰落是相同的，基站通过测量它从每个天线接收到的上行链路信号功率估计最强的路径，从而估计和选择最好的天线用于下行链路下一帧的传送。
这样终端可在不增加复杂性的情况下，借助基站的天线分集设备实现天线选择分集，使接收性能得以改进。
（4）适合采用智能天线技术
一个智能天线系统由一个多天线阵、相干接收机和高级数字信号处理算法组成。
与仅有一个固定波束的传统天线比较，智能天线能够有效地形成多波束赋型，每一个波束指向一个特定的用户且能自适应地跟踪任何移动用户。
但由智能天线的工作原理可知，其高效率是建立在上行链路和下行链路在无线路径方面的对称性基础上的，即需要尽量保证无线环境和传输条件的相同。
只有这样，上行链路的估计参数才能比较完好地符合下行链路而进入下行波束赋型器阵列。
TDD模式的优势在于用户信号的发送和接收都发生在完全相同的频率上，因此，在上下行两个方向中的传输条件是相同或者说是对称的，这样智能天线才能正常工作，并将小区间的干扰降到最低，从而获得最佳的系统性能。
（5）更容易实现低功耗的多模小终端
低功耗多模式的小终端不仅给移动用户带来通信与携带的方便，也使购买与使用的成本降低，这是未来移动通信系统的必然要求和追求的目标。
TDD模式系统具有上下行信道的互惠性，对功率控制的要求相对较低，适合采用智能天线等新技术，使得TDD模式的终端可以配置比FDD模式终端更少的功能单元，从而更容易实现低功耗的、小尺寸的多模终端。
当然，任何系统在具备优点的同时，也会存在劣势。
和FDD系统比较，TDD系统的主要问题在于终端的移动速度和覆盖距离等方面，主要表现在以下几点。
①对系统覆盖的影响
TDD系统平均功率与峰值功率之比随时隙数的增加而增加，考虑到耗电和成本因素，用户终端的发射功率不可能很大，故通信距离（小区半径）较小，而FDD系统的小区半径可达到几十公里。
另外，在TDD模式中，上下行保护时隙宽度决定覆盖半径的大小，从而限制了小区的覆盖范围。
②干扰问题。
TDD模式的CDMA移动通信系统的干扰问题主要包括上下行链路之间干扰、不同运营商之间的干扰和来自功率脉冲的干扰。
上下行链路之间的干扰分为小区内上下行链路之间的干扰和小区间上下行链路之间的干扰。
前者是因为在一个小区内用户间的同步受到破坏或上下行链路的时间分配不平衡。
对于后者，则是因为非对称的TDD时隙影响邻近小区的无线资源并导致小区间的上下行链路干扰。
另外，大功率的基站会阻塞邻近小区的基站接收本小区的终端，处于小区边界的大功率终端也会阻塞邻近小区的具有不同时隙分配的终端。
不同运营商之间的干扰主要来自邻频干扰，而且TDD系统中的邻频干扰比FDD系统更大，因为TDD系统对同步要求很高，干扰产生的失步会严重影响TDD系统。
来自功率脉冲的干扰则缘于两方面的原因：
一是短TDD帧的短传输时间；二是在小型终端内部设备之间的脉冲传输。
③同步要求高
由于基站不能同时接收和发送，移动终端的传送必须在基站停止发送时开始，这意味着同一小区内的不同用户之间、用户与基站之间需严格同步。
如果同一小区内的用户间发生不同步行为，则将导致小区内的用户干扰；而如果用户与基站间不同步，则可能发生通信阻塞。
这是FDD的CDMA移动通信系统所没有的问题。
另外，因为小区之间和不同终端之间的干扰问题，邻近小区的基站之间要求同步，并且一般是符号级的精确同步。
这样的同步要求在基站内有GPS接收机或公共的分布式时钟，这些都增加了移动网的建设和运行维护费用。
④移动速度目前难以与FDD模式相比
目前ITU要求TDD系统达到120km/h，而FDD系统则要求达到500km/h。
这主要是因为FDD系统是连续控制，而TDD系统是时间分隔控制的。
在高速移动时，多普勒效应将导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深。
总而言之，在第三代移动通信系统中，TDD模式比FDD模式能更有效地利用频谱，节省运营投资，更适合于传送非对称业务。
随着新技术和新业务的发展及应用，TDD模式必将日益受到重视。
而且，通过采用时分双工、联合检测、智能天线、接力切换等关键技术，TD-SCDMA系统也必将会体现出越来越大的技术优势。
2.2.4同步技术
a.概述
TD-SCDMA的同步技术包括网络同步、节点同步、初始化同步、传输信道同步、无线接口同步、Iu接口时间校准、上行同步等。
其中，网络同步是选择高稳定度、高精度的时钟作为网络时间基准，以确保整个网络的时间稳定。
它是其他同步的基础。
初始化同步使终端成功接入网络；节点同步、传输信道同步、无线接口同步和Iu接口时间校准等，使终端能正常进行符合QoS要求的业务传输。
b.节点同步
节点同步用来估计和补偿UTRAN节点（NodeB）之间的定时误差。
FDD和TDD模式对定时误差估计及补偿的精度要求不同。
节点同步分为两种：
RNC到NodeB的节点同步、NodeB间的节点同步。
TDD模式下的NodeB间的节点同步有两种方式：
一种方式是通过标准同步端口获得，另一种方式是通过空中接口获得。
c.初始化同步
移动终端开机建立下行同步过程被称为初始化小区同步过程，即小区搜索。
小区搜索的最终目的就是读取小区的系统广播消息，获得进行业务传输的参数。
这里的同步不仅是指时间上的同步，还包括频率、码字和广播信道的同步，要分4步进行，分别是DwPTS同步、扰码和基本中间码的识别、控制复帧的同步以及读取广播信道。
（1）DwPTS同步：
终端首先对系统中32个SYNC-DL码字进行相关搜索，峰值最大的码字被认为是当前接入小区的SYNC-DL。
同时，根据相关峰值的时间位置可以初步确定系统下行的定时。
一般使用一个或多个匹配滤波器完成。
（2）扰码和基本中间码的识别：
在第一步识别出SYNC-DL码字后，也就知道了对应的中间码组。
终端只需要用相关方法逐一测试这4个基本码的不同相位即可找到当前系统所用的Midamble码，从而也知道了对用的扰码。
（3）控制复帧的同步：
即终端通过检测DwPT相对于P-CCPCH中间码的QPSK调制香味便宜来到广播信道控制复帧的主信息块在P-CCPCH中得位置。
（4）读取广播信道：
通过第三步的检测，接下来的子帧就是广播信道交织周期的第一个子帧。
根据检测的无线信道参数来读取广播信道的信息，知道了完整的小区信息，初始化小区同步完成。
2.2.5动态信道分配
a.动态信道分配概述
TD-SCDMA系统的无线资源包括频率、时隙、码字、功率及空间资源，系统中得任何一条物理信道都是通过它的载频/时隙/扩频码的组合来标记的。
信道实际分配上就是一种无线资源的分配过程。
动态信道分配（DCA）算法有如下特点：
（1）根据移动通信的实际情况及约束条件，设法使更多用户接入，从而高效率地利用有限的无线资源，提高系统容量
（2）适应3G业务的需要，尤其是高速率的上、下行不对称的数据业务和多媒体业务。
b.主要的DCA形式
一般来讲，DCA包括两个方面：
慢速DCA和快速DCA。
前者将资源分配到小区，后者则把资源分配给承载业务。
c.DCA的优缺点分析
采用DCA是TDD系统的优势所在，能够灵活地分配时隙资源，动态的调整上下行时隙的个数，从而可以灵活地支持对称及非对称的业务。
因此，DCA具有频带利用率高、不需要信道的预规则、可以自动适应网络中负载和干扰的变化等优点，也有助于提高系统容量，可以更有效地利用有限的信道资源。
其缺点在于，
DCA算法相对于固定信道分配（FCA）来说较为复杂，在信道分配上占用的系统开销也比较大。
2.2.6接力切换
a.接力切换的基本概念
接力切换（BH,BatonHandover）是TD-SCDMA系统的核心技术之一。
其设计思想是利用智能天线和上行同步等技术，在对UE的距离和方位进行定位的基础上，以UE方位和其距离信息为辅助信息来判断目前UE是否移动到了可进行切换的相邻基站的邻近区域。
接力切换通过与智能天线和上行同步等技术有机结合，巧妙地将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率结合起来，是一种具有较好系统性能优化的切换方法。
实现接力切换的必要条件是：
网络要准确获得UE的位置信息，包括UE的信号到达方向（DOV）和UE与基站之间的距离。
b.接力切换的过程
接力切换分3个过程，即测量过程、判决过程和执行过程。
c.接力切换性能简要分析
接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。
与软切换相比，两者都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行告饶等特点。
它们的不同之处在于接力切换并不需要同时有多个基站为一个终端提供服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源较多、信令复杂导致系统负荷加载加重以及
升级会员 