CDMA无线通信系统间的干扰分析与仿真实现解析.docx
- 文档编号:17829860
- 上传时间:2023-08-04
- 格式:DOCX
- 页数:47
- 大小:56.61KB
CDMA无线通信系统间的干扰分析与仿真实现解析.docx
《CDMA无线通信系统间的干扰分析与仿真实现解析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《CDMA无线通信系统间的干扰分析与仿真实现解析.docx(47页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
CDMA无线通信系统间的干扰分析与仿真实现解析
电子科技大学
硕士学位论文
CDMA无线通信系统间的干扰分析与仿真实现姓名:
童鑫
申请学位级别:
硕士
专业:
信号与信息处理
指导教师:
王卫星
20090501
摘要
摘要
CDMA2000制式的3G网络又称EV-DO,2G网络又称CDMA2000lx。
在全球CDMA2000的3G网络建设中,大多数情况是在已有的CDMA2000lx网络基础上,以升级或者叠加组网的方式建设EV-DO,EV-DO和1x网络是共存的。
因此运营商需要解决两者之间的兼容性问题。
本文主要对CDMA2000lx和EV-DO系统在联合组网时的系统间干扰进行研究。
首先,介绍了本论文研究的背景、移动通信系统的发展概况、国内外研究的现状,阐述了课题的来源和本文研究的主要内容。
其次,介绍了CDMA系统的特点和关键技术、CDMA网络规划的特点,尤其是CDMA容量规划和覆盖规划技术,并重点分析了CDMA系统干扰的分类、系统间干扰的计算方法和几种系统间干扰的类型。
再次,重点研究了系统间干扰的仿真方法,通过对蒙特卡罗仿真方法的研究,提出了一种改进的系统间干扰的仿真算法,并使用C++Builder软件实现了系统间干扰仿真平台的设计,通过该系统间干扰仿真平台可以设置站点的位置、仿真的参数、系统间干扰的相关参数,实现系统间干扰的仿真,并能够得到由于系统间干扰对系统容量的损失。
此外,本文通过仿真平台分析了不同的邻信道干扰功率比(AdjacentChannelInterferencepowerRatio,ACIR、不同的基站偏移量、不同的频率间隔情况下,系统间干扰对系统容量损失的影响。
通过多次仿真,作者得出了两个系统共存时的网络性能:
当1x和EV-DO之间的ACIR确定,而两个系统之间的地理偏移量逐渐从O逐渐变为小区半径R时,两个系统之间的干扰也会随着逐渐变大,当两个系统处于完全共站组网时,系统间干扰对容量的损失是最小的;当1x和EV-DO之间的站点分布方式确定,而ACIR越大时,系统间干扰会变得越小。
最后,本文根据仿真的结果和分析,给出了系统间干扰解决建议。
本文完成了的主要任务是提出了系统间干扰的仿真算法,设计实现了CDMA系统间干扰仿真平台,通过本仿真平台,可以便捷的设计网络拓扑结构站点,设置网络仿真参数,实现CDMA系统间干扰的仿真,有一定的应用推广价值,并且通过干扰仿真平台得到一系列系统问干扰的仿真结果,对联合组网具有指导意义。
关键词:
CDMA2000lx,EV-DO,邻频干扰,蒙特卡罗仿真,ACIR
ABSTRACT
ABSTRACT
CDMA2000lxEV-DOisthenew3GnetworkiethnologywhichisupdatedfromCDMA2000lxnetwork.CDMA2000Ixisoneofthemostpopular2Gmobilecommunicationtechnologies.ItiscommonlyusedthattheEV-DOnetworkiseitheranupgradeoflxorsuperposition
networkwithlx.EV-DOandlxcoexistthustheoperators
mustsolvetheproblemofsystemcoexistence.
ThepapermainlyresearchestheinterferencebetweensystemCDMA2000IxandEV-DOwhenthetwosystemscoexist.Firstly,thepaperintroducestheresearchbackgroundoftheproject,thedevelopmentofmobile
communicationsystem,currentresearchsituatiOIlSfrombothhomeandabroadandthesourceandcontentofthispaper.Secondly,thepaperintroducesthecharacteristicsandthekeytechnologiesoftheCDMAsystem,especiallytheCDMAcapacityplanningandcoverageplanningtechnology.ThenthepaperanalysestheclassificationoftheCDMAsysteminterference,thecalculationoftheinterferencebetweendifferentCDMAsystemsandseveraltypesoftheinterference.Thirdly,thepaperfocusesontheresearchofsimulationalgorithmoftheinterferencebetweendifferentsystems.BasedonthetheoryofMonteCarlosimulation,thepaperputsforwardasimulationalgorithmthatreducestheinterferenceamongsystems.Byusingsoftware
C抖Builderthepaperrealizesasimulationinterferencesoftwareplatform.Thisplatformcanrealizethefollowingtasks:
settingstationsites,simulationparametersandrelevantparametersabouttheinterferenceofthesystem.FinishingthesetaskstheplatformCansimulatetheinterferenceamongdifferentsystemsandobtainthelossof
systemcapacitybecauseoftheinterference.Besides,byusingtheplatformthepaperanalyzestheACIR(AdjacentChannelInterferencepowerRatiovalue.thelOSSofcapacitywithdifferentdeviationofthebasestaffon.Onthebasisofrepeatedsimulation,thepapergetstheperformanceofthenetworkwhenthetwosystemsco.exist:
whenACIRvaluebetweenlxandEV-DOkeepsstableandthedistanceseperationbetweentwosystemsincreasesgraduallyfrom0tocellradiusR,theinterferencewillalsobeonrise;whentwosystemsareco-site,thecapacity10SSII
ABSTRACT
resultingfromthesysteminterferenceisthe1eastandwhenthedistributionofthesitesiScertaintheinterferencewillreducewiththeincreaseoftheACIRvalue.Lastly,thepapercomesupwiththesuggestionsaccordingtothesimulationanalysisandresults.ThePaperhasfinishedthefollowingtasks:
itcombinesthemutual.simulationoflxandEV-DOintoMonteCarlo.ThenthepaperdevisesthesimulationplatformamongCDMAsystems.Byoperatingtheplatform,thenetwork
topologysitesCanbeeasilyestablished,simulationparametersCanbesetupandthesimulationoftheinterferenceamongdifferentCDMAsystemscallberealized.Inonewordthisresearchhasgreatvalueofpopularization.
Keywords:
CDMA2000Ix,EV-DO,adjacentchannelinterference,MonteCarlosimulation,ACIR
III
独创性声明
本人声明所呈交的学位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。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它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谢意。
签名:
墨金
警钰日期:
加即年f月9日
关于论文使用授权的说明
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,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,允许论文被查阅和借阅。
本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后应遵守此规定
签名:
虹导师签名:
盘竺芝日期.沪乡年9y日
第一章引言
1.1研究背景
第一章引言
移动通信是衡量一个国家或地区经济文化发展水平的重要标志,对推动社会进步和人类文明的发展有着重大的影响【11。
其最终目标是实现任何人可以在任何地点,任何时间与任何人进行任何方式的通信。
随着无线通信系统的迅速发展和技术的不断进步,人们越来越多的享受到无线通信带来的便捷,然而无线资源(比如频带资源等却日渐稀缺。
无线系统是资源受限的系统【2】。
在移动通信从2G向3G过渡的今天,新技术不断应用,新的移动网络运营商日益发展,频谱资源日趋紧张,各种潜在的干扰源正以惊人的速度不断产生。
在我国,中国移动、中国联通、中国电信等几家网络运营商以不同的移动通信体制占用着800MHz、900MHz、1.8G.1.9G的频谱【31。
随着各种语音、数据业务的不断发展移动用户数的不断增加,可能还会划分到2.5G附近的各选频段。
由于不同运营商网络配置不当、盲目扩大网络覆盖范围,导致不同系统间产生干扰,同时由于各系统采用不同的复用方法来提高频谱效率,以增加系统容量,同时带来了同/邻频干扰。
另外,系统还存在由于电波传播的多径效应以及其它无线射频设备造成的干扰等。
无线干扰信号会给基站覆盖区域内的移动通信带来许多问题,如掉话、通话质量差、信道拥塞等,降低了网络的性能。
目前,基于CDMA2000标准的第三代移动通信系统已经开始在欧洲、亚洲、非洲的一些国家和地区开始了商用,并取得了很好的效果。
在中国,中国电信的CDMA3G品牌天翼业务也已经在全国范围内大规模开始商用,可以预见,天翼业务将会在中国移动通信市场上占有很重要的市场份额。
本文主要对CDMA2000lx和CDMA2000lxEV-DO两个系统之间的共存干扰进行分析。
目前很多公司和标准化组织已经对3G三种制式(CDMA2000、WCDMA、TD.SCDMA之间以及PHS与3G网络制式之间的干扰进行了分析和研究,取得了~定的研究成果。
而对CDMA20001x和CDMA20001xEV-DO两个系统间干扰研究的较少,本文将在对CDMA2000技术的研究基础上,给出系统间干扰的研究方法,建立仿真模型,搭建仿真平台,给出仿真结果并进行分析,为我国3G现网
电子科技大学硕士学位论文
工程建设提出建议。
1.2移动通信系统的发展概况
移动通信系统在经历了第一代的模拟蜂窝系统(如AMPS、第二代的基于TDMA和窄带CDMA(如GSM、CDMAIS.95为基础的数字蜂窝系统后,目前已经发展到了第三代(3G【4】。
第三代移动通信系统最早由国际电信联盟(rrU,InternationalTelecommunicationUnion于1985年提出,当时称为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS,FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem,于1996年更名为国际移动通信(IMT-2000,InternationalMobileTelecommunication2000。
1999年11月,国际电联ITU.RTG8/1第18次会议通过了“IMT-2000无线接口技术规范"建议,表明TG8/1制定第三代移动通信系统无线接口技术规范方面的工作已基本完成,第三代移动通信系统开发和应用进入实质阶段。
与此同时,IMT-2000许可证的发放工作也在世界各国如火如荼的开展起来。
与第一代和第二代蜂窝移动通信系统相比,第三代移动通信系统采用了CDMA技术、基于全IP网络,具有支持更多的用户数量、系统容量、支持多媒体等高速数据业务等特点。
第三代系统能够提供高比特速率业务来传输和接收高质量的图像和视频,并且能以高数据速率接入全球网络,它所带来的更新更灵活的通信能力和更高的数据速率使得公用网和专用网的业务的接入能力也大大增强。
所有这一切,连同第二代系统向第三代系统的平滑过渡,不仅为设备制造商、运营商,同时也为使用这些网络的内容和应用提供商创造了新的商机。
目前,第三代移动通信标准主要有三个主流技术组成:
WCDMA、CDMA2000和TD.SCDMA[51。
WCDMA是基于GSM发展而来的3G技术规范,提出了GSM—GPRS—EDGE—WCDMA的演进路线,GSM采用TDMA的空中接口,与CDMA系统不兼容。
WCDMA的后向兼容性体现在核心网。
WCDMAFDD模式获得成功,而WCDMATDD模式性能则劣于中国提出的TD.SCDMA。
CDMA2000是由美国主推,提出了CDMAIS.95一CDMA20001x—CDMA2000lxEV或者CDMA20003x的演进策略。
CDMA2000lx即CDMA2000的单载波方式,也称为lxRTT,是CDMA2000的第一阶段。
而CDMA2000lxEV可以分为EV.DO和EV.DV两个阶段。
2
第一章引言
TD.SCDMA是由中国提出的TDD模式的3G标准,该标准提出不经过2.5G的中间环节,直接向3G过渡,适用于GSM系统向3G升级。
1.3当前研究现状
1.3.1干扰研究现状
当前有关系统间共存干扰的研究主要侧重于WCDMA、TD.SCDMA与CDMA2000之间,或者WCDMA与TD.SCDMA之间、WCDMA与PHS之间的干扰共存研究,而对CDMA2000lx和EV-DO这样一种CDMA系统之间的互干扰研究较少,基本停留在理论分析阶段,很少有通过仿真算法来实现两者共存干扰问题的研究。
一
目前,对干扰的研究主要集中在研究系统内干扰对容量和覆盖的影响,以及当两个系统共存时,邻信道干扰对容量和覆盖的影响。
文献【5'6】介绍干扰的分析和计算的方法。
文献【7】介绍了CDMA系统的特点和上、下行链路容量计算方法。
另外也有一些文献提出了基于SIR功控方式的链路分析方法。
文献【8】从理论上分析了CDMA系统上、下行链路的容量性能。
文献【9】提出了使用极方程方法研究WCDMA系统的下行链路容量并给出具体的计算方法和仿真示例。
另外,文献【loJ提出了使用矩阵的形式分析多业务的CDMA下行链路容量的方法。
除了本系统的干扰以外,CDMA系统还需要重点考虑来自系统之间的干扰。
文酬2一q介绍了当前流行的几种不同的3G网络制式之间的干扰研究和仿真方法,并给出了仿真结果和分析:
文献【ll】介绍了常见的几种研究系统间干扰的仿真方法;文献[12】介绍了邻道干扰的仿真建模方法:
文献【13】介绍了1x和EV-DO系统的组网方式的研究;文献【14】介绍了lx和EV-DV系统在频点相同情况下的干扰分析和容量损失仿真。
另外还有许多中兴通讯CDMA网规网优部的工程师们对CDMA系统问干扰理论研究的总结。
1.3.2仿真研究现状
关于CDMA网络仿真领域的研究,在国际上,EI收录的文章最早是1992年Giubilei等人在第六届地中海电子技术会议上发表的论文【15】。
在国际上,有一个与
电子科技大学硕士学位论文
这个领域有关的权威会议:
IEEEⅥ施cularTechnologyConference(简称VTC。
此外,IEEETransactiononVeh/cularTechnology也有该领域的很多重要的论文在此发表。
国内本领域的研究论文还不多见,目前从中国期刊网能查到的最早的是陈志强等于1998年五月份发表在北京邮电大学学报的“窄带DS.CDMA移动通信的反向链路搜索策略分析及仿真’’【161。
总体上来说,国内的研究比国际上落后近十年左右。
在国际上的CDMA网络仿真研究方面,RupertStuetzle等人于1996年,在CDMA权威Viterbi的帮助下,对CDMAIS一95网络的前向链路性能进行建模,并实现了蒙特卡罗仿真【l刀。
在他们的仿真中,解释了在仿真中如何对阴影衰落系数的相关性进行数学处理;Motorola公司的HowardBenn等人于1998年,对3G系统的空中接口特性进行了仿真【l81。
他们首先对链路级进行了动态仿真,为了追求仿真的实时性,使用了126个处理器联合计算,此时仿真才能接近半实时状态,可见链路级的动态仿真对资源的消耗量非常大;S.Dehghan等人于2000年,基于公司内部的路径损耗算法,对WCDMA系统建立了静态仿真软件,他们使用这套软件对位于伦敦市中心的真实基站进行了模拟仿真【191,并将仿真分析的结果与理论分析的结果进行了比较;N.Cardona等人于2000年,使用Matlab做为开发工具,建立了一套用于WCDMA容量分析的软件【201。
他们使用这套仿真软件分别对语音业务和数据业务进行了仿真;W.C.Y.Lee等人于2001年通过蒙特卡罗仿真【211,详细分析了系统参数的变化对CDMA系统容量产生的显著的影响。
其结论指出这些系统参数包括:
地貌、链路正交系数、路径损耗指数、噪声升高门限、衰落、扇区化以及切换门限等。
目前国内外比较流行的网络规划仿真工具有中兴通讯的CNSl、法国Forsk公司的Atoll、上海百林公司的Bynear、Aircom公司的Enterprise、Marconi公司的Planet、华为公司的UNet等。
这些仿真软件具有很多强大的功能,如支持多种数字仿真地图格式、支持多种无线电传播模型、支持传播模型校正、支持多种话务模型、支持多种终端模型的定制、支持基站无线数据管理、支持MonteCarlo仿真、支持多载频规划、支持PN规划等。
但是这些仿真软件都不支持对干扰问题的仿真,都无法模拟出我们实际工程中所需要的参数和结果,比如远近效应引起的干扰问题对系统容量的影响等。
这些参数是对我们网络规划设计有很大帮助的。
4
第一章弓f言
1.4课题来源和研究的主要内容
本课题来源于中兴通讯股份有限公司CDMA网规网优部的规划仿真技术研究项目。
在中兴通讯CDMA网规网优部从事CDMA系统网络规划工作时,会遇到两个系统联合组网的工程项目,此时两个系统的网络拓扑结构设计、频点选择等方面内容就成为了网络规划阶段的重中之重。
从系统间干扰理论研究和工程项目需求两方面考虑,需要开发一套用于CDMA系统间干扰仿真的平台,通过本仿真平台可以仿真任意站点分布、任意仿真参数设置下的系统间干扰对系统性能的影响。
本文的主要研究工作总结如下:
1.深入、系统地总结和分析了CDMA系统间干扰理论,从它们的概念、分类和特点出发,给出了CDMA系统间干扰的衡量方法和计算公式,重点讨论了邻频干扰的计算方法;
2.总结了蒙特卡罗仿真算法的一般特点,并在蒙特卡罗仿真算法的基础上提出了系统间干扰仿真算法,这种仿真算法是在蒙特卡罗仿真过程中,加入了其它系统对本系统干扰的因素,将两个系统间的相互作用应用到一次蒙特卡罗仿真中:
3.根据系统间干扰仿真算法,通过C++Builder软件设计并实现了CDMA系统间干扰仿真平台,该平台可以实现站点信息的输入、一般仿真参数的输入、系统间干扰参数的输入,通过该仿真平台可以得到系统间干扰对系统容量损失的统计,包括1x系统容量的损失和EV-DO系统吞吐量的损失;
4.从四个方面对仿真结果进行分析,分别是从干扰功率值与容量损失的关系、ACIR值与容量损失的关系、基站偏移量与容量损失的关系以及频率间隔与容量损失的关系,得到满足系统容量损失(小于5%准则时的系统性能参数指标;
5.根据仿真结果,给出干扰解决的建议,主要通过加装隔离滤波器,降低基站和终端的杂散发射功率;增加保护频带;合理选用站点规划方案这几个方面来减小系统间干扰对系统性能的影响,使共存的两个系统能够正常工作。
1.5论文安排
本论文总共分为五章。
第一章介绍了课题的研究背景和任务,移动通信系统发展的现状,以及课题
电子科技大学硕士学位论文
的来源和研究的基本内容。
第二章是对CDMA系统的技术特点、组网方式、覆盖和容量规划以及CDMA系统干扰等内容进行了阐述,为后续干扰仿真平台的搭建和仿真算法的研究实现打好理论基础。
第三章为仿真平台的设计与实现,本章介绍了自己搭建的仿真平台,利用蒙特卡罗仿真算法,对CDMA系统仿真方法建模和系统间干扰仿真方法建模进行了深入研究。
重点研究了系统间干扰的仿真方法,给出了在仿真中所涉及的仿真参数,定义了仿真中实现的功能模块,总结了系统间干扰计算流程图以及系统间干扰联合仿真算法流程图。
第四章为仿真结果和分析,本章依据仿真设置的条件,给出了仿真结果,并对仿真结果分析,指出了系统能够共存所需要的条件,然后根据仿真结果给出干扰解决建议。
最后一章为结论与展望,本章总结了本文所做的工作和研究成果,指出了研究中的不足和今后研究的方向。
6
第二章CDMA技术简介
第二章CDMA技术简介
CDMA是码分多址的英文缩写(CodeDivisionMultipleAccess[22】,它是在数字技术的分支——扩频通信技术基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。
CDMA技术的原理是基于扩频技术,将需要传送的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- CDMA 无线通信 系统 干扰 分析 仿真 实现 解析