CDMA通信系統(tǒng)中的接入信道部分進(jìn)行仿真與分析

1、cdma通信系統(tǒng)中的接入信道部分仿真與分析cdma通信系統(tǒng)中的接入信道部分進(jìn)行仿真與分析摘 要碼分多址(cdma)技術(shù)以其優(yōu)越的性能已發(fā)展成為第三代移動通信的核心技術(shù)。本文基于is-95規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，首先介紹了cdma 系統(tǒng)的通信原理，前向鏈路和反向鏈路的工作流程以及同步、導(dǎo)頻等各個信道的功能，并剖析了cdma 系統(tǒng)接入信道的結(jié)構(gòu)和特性。 隨后給出了接入信道容量的概念和計算方法，并提出了優(yōu)化接入信道容量的建議。移動臺在接入信道上使用一種時隙化的隨機接入?yún)f(xié)議(slotted aloha)進(jìn)行接入，允許多個用戶以競爭的方式占用信道。這種接入方式使得接入信道可以在大量的移動臺中有效共享。接入信道的容量與

2、它這種獨特的接入方式密切相關(guān)，本文對接入信道的容量和占用率進(jìn)行了詳細(xì)的探討。最后，本文基于matlabsimulink工具箱對接入信道部分的各類干擾進(jìn)行建模與仿真；詳細(xì)分析各類干擾信道的特性及信號的衰落情況，并提出了改善方案，給出了抗衰落的措施。關(guān)鍵詞：接入信道，信道容量，多徑效應(yīng)，matlab仿真 iv the analysis and simulation for cdma access channelabstractcode division multiple access (cdma) technology has been developed into the core techno

3、logy of the third-generation mobile communications for its superior performance. based on the is-95 codeslstandards, this paper first introduced the principle of cdma communication system, work flow of the forward link and reverse link, as well as the function of all the channels such as synchronizi

4、ng channel and so on, and a detailed analysis of structure and characteristics of access channel of the cdma system.subsequently the paper gave access to the concept of channel capacity and the calculation method, and then proposed the way of optimization of access channel capacity. the mobile stati

5、on using a time slot of the random access protocol (slotted aloha) for access, allows multiple users to occupy competitive channel. such access allows the access channels to be effectively shared in a large number of mobile stations. the capacity of access channel is closely related to its unique ac

6、cess mode. the paper is going to discuss the capacity of channel access and the occupancy rate deeply.finally, based on the matlab/simulink toolbox to access all kinds of channel interference modeling and simulation; detailed analysis of various types of channel interference and signal fading charac

7、teristics, and proposed to improve the program, given the antifading measures.key words: access channel, channel capability, multipath effect, simulink目 錄cdma通信系統(tǒng)中的接入信道部分進(jìn)行仿真與分析i摘 要ithe analysis and simulation for cdma access channeliiabstractii第一章 基本原理介紹11.1 cdma通信系統(tǒng)的基本原理11.2 cdma通信系統(tǒng)的信道結(jié)構(gòu)21.2.1 cd

8、ma 前向鏈路信道31.2.2 cdma 反向鏈路信道5第二章 接入信道的容量分析82.1 接入信道的特性82.2 接入信道的結(jié)構(gòu)82.3 接入信道的容量分析與估算102.4 接入信道容量的優(yōu)化122.4.1登記消息122.4.2 參數(shù)優(yōu)化13第三章 接入信道的干擾分析與仿真153.1噪聲和干擾153.1.1 加性噪聲153.1.2 鄰道干擾153.1.3 多徑效應(yīng)153.1.4 瑞利衰落173.1.5 萊斯分布183.2 噪聲及干擾的仿真結(jié)果193.2.1 simulink模擬瑞利衰落203.2.2 simulink模擬萊斯衰落213.2.3 simulink模擬白高斯噪聲信道223.2.4

9、 仿真結(jié)果及分析233.3 改善辦法cdma通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)273.3.1 直接序列擴頻273.3.2 多種分集技術(shù)273.3.3自動功率控制283.3.4 相關(guān)接收293.3.5 語音編碼293.3.6越區(qū)軟切換293.3.7 rake 接收機29總 結(jié)30參考文獻(xiàn)31致 謝32 第一章 基本原理介紹自20世紀(jì)70年代以來，移動通信產(chǎn)業(yè)一直迅猛發(fā)展，目前已成為當(dāng)代通信領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展?jié)摿ψ畲?、市場前景最廣的熱點技術(shù)。從第一代模擬通信系統(tǒng)的建立，到第二代蜂窩移動通信的全球普及，以及當(dāng)前正蓬勃興起的以寬帶化、多媒體業(yè)務(wù)為標(biāo)志的第三代移動通信系統(tǒng)，移動通信在技術(shù)水平、覆蓋能力、業(yè)務(wù)范圍、有效性和可靠性

10、等方面都取得了舉世矚目的進(jìn)展，其中碼分多址(cdma)技術(shù)以其各方面的優(yōu)勢已發(fā)展成為第三代移動通信的核心技術(shù)?？梢哉f，移動通信已深刻地影響了人們的生活和工作方式，為社會進(jìn)步、經(jīng)濟發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。cdma是在擴頻通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)，由于cdma具有頻譜利用率高、容量大、抗干擾能力強、保密性好、掉話率低等諸多優(yōu)點，在第二代移動通信系統(tǒng)的研究發(fā)展過程中，很多國家都在原有的體制下，積極研發(fā)cdma系統(tǒng)的使用技術(shù)。它綜合采用了頻率分集、時間分集、空間分集、功率控制、話音激活、軟切換、保密等許多新技術(shù)，大大地提高了系統(tǒng)的容量和性能，它還可以很方便地進(jìn)行從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，

11、是第三代移動通信系統(tǒng)的首選多址方式。1.1 cdma通信系統(tǒng)的基本原理cdma的基本通信原理如下圖1-1所示。具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)在發(fā)送之前，用一個帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機碼進(jìn)行調(diào)制，使原始數(shù)據(jù)信號帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制后發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，對接收到的信號進(jìn)行相關(guān)處理，將原始信息數(shù)據(jù)從寬帶信號中還原出來（即解擴），從而實現(xiàn)信息通信。圖1-1 cdma通信原理圖擴頻通信按擴頻方式主要分為以下三種：（1）直接序列擴頻（ds-ss）：采用高碼率的直接序列，相互正交的偽隨機碼（pn碼）在發(fā)送端對信號進(jìn)行擴頻，在接收端通過與發(fā)送端完全相同的碼序列進(jìn)行解擴，從而還原出原始

12、信息。cdma通信采用ds-ss擴頻。ds-ss抗干擾原理圖如圖1-2所示。（2）跳頻擴頻（fh-ss）：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。（3）跳時擴頻（th-ss）：一種用碼序列進(jìn)行選擇的多時隙時移鍵控。圖1-2 ds-ss抗干擾原理圖1.2 cdma通信系統(tǒng)的信道結(jié)構(gòu)cdma系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)域被劃分為一個個六邊形的蜂窩小區(qū)，每個小區(qū)包含一個基站，在移動臺與基站之間存在由前向和反向cdma信道組成的鏈路。前向信道指從基站到移動臺的下行傳輸鏈路，反向信道指從移動臺到基站的上行傳輸鏈路。信道結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。圖1-3 cdma蜂窩系統(tǒng)的信道示意圖1.2.1 cdma 前向鏈路信道cdma前

13、向鏈路以64階walsh碼劃分成64個邏輯信道，典型配置為1個導(dǎo)頻信道、一個同步信道、7個尋呼信道和55個前向業(yè)務(wù)信道。前向cdma信道結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。圖 1-4正向cdma信道的電路框圖由此可以看出，cdma系統(tǒng)前向鏈路是由pn長碼（碼長為碼片）、walsh碼（碼長為64碼片，共有64個不同的正交碼）和pn短碼（碼片）組成的三階系統(tǒng)，分別完成數(shù)據(jù)擾碼（數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)卷碼功能）、信道識別（碼分多址，即通過walsh碼正交相關(guān)處理，實現(xiàn)基站多路發(fā)射信號之間的理想分離）、基站識別（基站多址）功能。可以把前向鏈路信號歸納為由分配的無線頻帶、一對具有確定相位偏置的正交pn碼的四相調(diào)制信號、正交wa

14、lsh 函數(shù)二相調(diào)制信號、卷積編碼、擾碼信息綜合組成的系統(tǒng)。l 導(dǎo)頻信道（1）基站在此信道發(fā)送導(dǎo)頻信號供移動臺識別基站并引導(dǎo)移動臺入網(wǎng)；（2）導(dǎo)頻信道不傳送任何信息，它在cdma前向信道上不停發(fā)射導(dǎo)頻信號，被在基站覆蓋區(qū)內(nèi)的所有移動臺用來進(jìn)行同步和切換。移動臺通過對周圍不同基站的導(dǎo)頻信號進(jìn)行檢測和比較，可以決定什么時候需要進(jìn)行過境切換；（3）使用零walsh函數(shù)（64個0），導(dǎo)頻信號是一種無調(diào)制的直接序列擴頻信號，只由正交的pn碼對構(gòu)成，每個基站就由這一對經(jīng)過時間偏置的pn序列來作為識別前向連路的標(biāo)志，移動臺可迅速而精確地捕獲信道的定時信息，并提取相干載波進(jìn)行信號的解調(diào)；（4）采用walsh

15、碼和pn短碼。l 同步信道 （1）基站在此信道發(fā)送同步信息（還包括提供移動臺選用的尋呼信道數(shù)據(jù)率）提供移動臺建立與系統(tǒng)的定時和同步，一旦同步完成，通常不再使用同步信道， 但當(dāng)設(shè)備關(guān)機后重新開機時，還需要重新進(jìn)行同步；（2）同步信道傳送的是一個經(jīng)過編碼、交織、擴頻和調(diào)制的擴頻信號，被本小區(qū)移動臺用來捕獲初始時間同步，未對同步信道數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼；（3）當(dāng)通信業(yè)務(wù)量很多, 所有業(yè)務(wù)信道均被占用而不敷應(yīng)用時，此同步信道也可臨時改作業(yè)務(wù)信道使用； （4）采用walsh 碼和pn短碼。l 尋呼信道 （1）基站在此信道向移動臺發(fā)送有關(guān)尋呼、指令以及業(yè)務(wù)信道指配信息；（2）尋呼信道傳送的是一個經(jīng)過編碼、交織、擴

16、頻和調(diào)制的信號，用來傳送系統(tǒng)開銷信息和移動臺特定消息，對尋呼信道數(shù)據(jù)進(jìn)行了擾碼；（3）移動臺通常在建立同步后，接著就選擇一個尋呼信道（也可以由基站指定）來監(jiān)聽系統(tǒng)發(fā)出的尋呼信息和其它指令。在需要時，尋呼信道可以改作業(yè)務(wù)信道使用，直至全部用完。 （4）采用pn長碼、walsh碼和pn短碼。l 業(yè)務(wù)信道 （1）基站在此信道向移動臺傳送前向通信數(shù)據(jù)及信令，共有四種傳輸速率（9 600、4 800、2 400、1 200 b/s），業(yè)務(wù)速率可以逐幀（20ms）改變，以動態(tài)地適應(yīng)通信者的話音特征，減少cdma通信系統(tǒng)的多址干擾；（2）業(yè)務(wù)信道用來傳送用戶信息和信令信息。在每個業(yè)務(wù)信道中，包含有向移動臺傳

17、送的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、功率控制的信息（功率控制子信道）和過區(qū)切換指令等，功率控制子信道用于向移動臺發(fā)送功率控制的信息，對業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)進(jìn)行了擾碼；（3）采用pn長碼、walsh 碼和pn短碼。1.2.2 cdma 反向鏈路信道反向cdma鏈路由接入信道和業(yè)務(wù)信道組成，其結(jié)構(gòu)與前向鏈路信道相似。如下圖1-5所示。反向鏈路的碼分物理信道由周期為的pn長碼構(gòu)成，用長碼的不同相位偏置來區(qū)分不同的用戶，實現(xiàn)多址接入。cdma反向鏈路與前向鏈路的根本區(qū)別是，前向鏈路采用彼此正交的walsh碼進(jìn)行信道化，而反向鏈路使用pn長碼進(jìn)行信道化。每個cdma信道能有高達(dá)62個業(yè)務(wù)信道，每個尋呼信道能支持高達(dá)32個接入信道。p

18、n長碼直接用來擴頻，用它來區(qū)別不同的移動臺。由于這個長pn碼每一個可能的相位偏差都對應(yīng)于一個有效地址，因而可以提供一個非常大的地址空間，并且具有較高的保密性。圖 1-5 反向cdma信道的電路框圖l 業(yè)務(wù)信道移動臺在通信過程中用反向業(yè)務(wù)信道向基站傳輸話音、數(shù)據(jù)和信令信息，因而它的許多特征和正向業(yè)務(wù)信道一樣。業(yè)務(wù)信道被不同的用戶占用時，不同的用戶由不同的用戶長碼定義，反向業(yè)務(wù)信道也以可變數(shù)據(jù)速率 9600、4800、2400、1200b/s傳送信息，幀長也是20ms，數(shù)據(jù)速率也可逐幀選擇。l 接入信道 （1）是移動臺用來啟動與基站的通信及對尋呼信道的消息作出響應(yīng)，它是一種分時隙的隨機接入信道，允

19、許多個用戶同時搶占同一接入信道；（2）登記消息。移動臺發(fā)送消息通知基站它所處的位置、狀態(tài)、標(biāo)識符和其他登記系統(tǒng)所需要的參數(shù)；（3）一個接入信道由特定的公用長碼標(biāo)識，與尋呼信道配合使用，以傳送相應(yīng)指令、應(yīng)答和其它有關(guān)的信息，每個尋呼信道可以與高達(dá)32個接入信道配合；（4）鑒權(quán)查詢響應(yīng)消息：包含驗證移動臺身份的必要信息；（5）功率測量報告消息向基站發(fā)送fer統(tǒng)計量；（6）切換完成消息：移動臺對切換指示消息的響應(yīng)。綜上可得到cdma蜂窩系統(tǒng)各信道所傳輸?shù)拇a序列和其應(yīng)用位置和目的，見表1-1。表1-1 cdma通信系統(tǒng)中各信道的比較碼序列長度應(yīng)用位置應(yīng)用目的碼速率m序列（最大周期線性移位寄存器）反向接

20、入信道直接序列擴頻1.2288m反向業(yè)務(wù)信道標(biāo)識移動臺前向?qū)ず粜诺烙糜跀?shù)據(jù)擾碼19.2k前向業(yè)務(wù)信道m(xù)序列（最大非線性移位寄存器）所有反向信道正交擴頻利于調(diào)制1.2288m所有正向信道正交擴頻利于調(diào)制，標(biāo)識基站walsh函數(shù)64所有反向信道正交調(diào)制307.2k所有正向信道正交擴頻，標(biāo)識各前向信道1.2288m33第二章 接入信道的容量分析2.1 接入信道的特性cdma反向信道利用具有不同相位偏置的長pn序列碼作為連接地址，許多用戶共享cdma信道。每個接入信道對應(yīng)正向信道中的一個尋呼信道，但每個尋呼信道可以對應(yīng)多個接入信道，至多有32個接入信道。移動臺通過接入信道向基站進(jìn)行登記，發(fā)起呼叫，響應(yīng)

21、基站發(fā)來的呼叫，注冊以及短信息服務(wù)等。在移動臺沒有轉(zhuǎn)入業(yè)務(wù)信道之前，移動臺通過接入信道向基站傳送控制信令。接入信道的工作速率固定為4800bit/s，信號幀長為20ms，僅當(dāng)系統(tǒng)時間是20ms整數(shù)倍時，信號幀才開始。移動臺在接入信道上使用一種時隙化的隨機接入?yún)f(xié)議（slotted aloha）進(jìn)行接入，允許多個用戶以競爭的方式占用信道。這種接入方式使得接入信道可以在大量的移動臺中有效共享。接入信道的容量與它這種獨特的接入方式密切相關(guān)，如何在工程上使用簡單易行的方法估算和分析接入信道的容量和占用率是運行維護中常需面臨的問題。移動臺從發(fā)送一則信息到接收到（或接收失敗）該消息的確認(rèn)消息的整個過程稱為接

22、入嘗試（access attempt）。接入嘗試的每次發(fā)送稱為接入試探（access probe），同一個接入嘗試的每個接入試探發(fā)送相同的消息，每個接入試探包括一個接入信道報頭（preamble）和一個接入信道信息體（message capsule）。2.2 接入信道的結(jié)構(gòu)一個接入信道時隙由一個含多幀的接入報頭和多幀的消息封裝組成。報頭含有（一個報頭中所含接入信道幀的編號，即接入信道報頭長度）個幀，每幀由96個0bit組成，其作用是幫助基站捕獲接入信道。接入信道報頭在時隙開始處發(fā)送；緊隨報頭的是含（一個消息容器中所含接入信道幀的最大編號，即最大接入信道封裝長度）個幀的消息封裝，消息封裝中的每幀

23、長度同樣是96bit，接入信道時隙是接入信道幀的整數(shù)倍，在接入信道幀的分界處開始和結(jié)束。因此，每一個接入信道時隙的持續(xù)時間是個幀，如下圖2-1所示。pam_sz和是從尋呼信道發(fā)送的接入?yún)?shù)消息中獲得的。接入信道報頭實際是一個確定的全0序列，基站可以容易地獲取此消息，提高了接入試探的接入速度。圖 2-1 接入信道時隙的構(gòu)成與同一尋呼信道相對應(yīng)的所有接入信道具有相同的時隙長度和時隙開始時間。不同的基站可以有不同的時隙長度。接入信道的時隙結(jié)構(gòu)使得每時隙最多只可能有一個消息成功發(fā)送，如果多個移動臺試圖在同一個時隙接入就會發(fā)生碰撞，碰撞發(fā)生時消息就無法發(fā)送。實際上接入信道傳送的開始時間是隨機的，這樣一來

24、就能減少多個移動臺同時接入系統(tǒng)而產(chǎn)生碰撞。（2）接入信道的消息結(jié)構(gòu)接入信道報文包括一個8bit用來表示報文長度的報頭，最少2bit最多842bit的報文正文和長度為30bit的crc代碼。在報文之后添加填充比特使得報文長度達(dá)到幀的邊界。報文長度包括報頭，正文和crc，但不包括填充比特。每一個接入信道幀包含報頭比特（全0）和消息比特，包含消息比特的幀有88個消息比特和8個編碼器尾比特（設(shè)置為全0），如圖2-2所示。圖2-2 接入信道消息的結(jié)構(gòu)（3）接入信道的消息類型移動臺在接入信道傳送兩類信息：請求信息和響應(yīng)信息，接入信道傳送的消息主要包括如下：登記消息。移動臺發(fā)送消息通知基站它所處的位置，狀態(tài)

25、，標(biāo)識符和其它登記系統(tǒng)所需的參數(shù)。使得一個呼叫無論什么時間發(fā)送給移動臺，基站都能尋呼到該移動臺。始呼消息。該消息允許移動臺發(fā)起呼叫，基站收到此消息后，會判斷始呼過程是否有效，是否存在可分配的空閑信道，然后通過尋呼信道發(fā)送release order（釋放指令）, feature notification message（特征通知信息）, channel assignment message（信道分配信息）3種消息之一。指令消息。典型的指令消息包括基站查詢，ssd更新確認(rèn)，ssd更新登記，移動臺確認(rèn)，局部控制響應(yīng)和移動臺拒收。尋呼響應(yīng)消息。移動臺利用該消息在接收一個呼叫的過程中對尋呼發(fā)出響應(yīng)?；?/p>

26、收到該消息后，要向移動臺發(fā)送release order, channel assignment message兩種消息之一。sms。短信服務(wù)的始呼消息和尋呼響應(yīng)消息。2.3 接入信道的容量分析與估算接入信道的容量與每小時接入信道時隙數(shù)成比例，的計算公式：。可見， 每小時接入信道時隙數(shù)與和的值成反比。表2-1是等于3的情況下，不同對應(yīng)的每小時接入信道時隙數(shù)量。表2-1 與接入信道時隙數(shù)23456最大接入信道消息比特數(shù)402490578666754接入信道時隙數(shù)/小時2000018000163641500013846。取樣時間的設(shè)置長度不同會得出精確度不同的結(jié)果，若取樣時間精確到一個接入信道時隙，

27、占用率實際就等同于接入消息的到達(dá)速率。在射頻系統(tǒng)的性能統(tǒng)計中，這個時長通常被設(shè)定為1020個接入信道時隙的長度。在工程估算中，我們可粗略的取時長為一個忙時。假設(shè)某扇區(qū)內(nèi)用戶數(shù)量為每用戶的接入信道忙時業(yè)務(wù)模型可定義如下：呼叫起始和終止(ot)：條/用戶；短信業(yè)務(wù)(sms)：條/用戶；登記消息(reg)：條/用戶（多種登記方式消息總和），則此扇區(qū)內(nèi)忙時接入消息數(shù)量大致計為：。對于pam_sz=3，的接入信道設(shè)置，接入信道時隙長度為10幀，接入信道的最大容量為。從以上兩值可以計算出接入信道占用率。由于話務(wù)量的分布在整個系統(tǒng)中并不均勻，所以在整個網(wǎng)絡(luò)的范圍內(nèi)分析接入信道的占用率和參數(shù)設(shè)置是不必要的，而

28、是通過收集基站每扇區(qū)的數(shù)據(jù)，針對接入業(yè)務(wù)量高的扇區(qū)，以現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立接入信道模型進(jìn)行分析和預(yù)測。大量接入信道消息的發(fā)送會對反向業(yè)務(wù)信道造成很大的干擾，當(dāng)一個接入探測的沒有達(dá)到基站接收的門限時，隨后的接入探測會以更高的功率發(fā)射，直至基站成功接收。而這個功率不斷加大的過程勢必會對反向鏈路造成干擾，從而影響反向鏈路的容量。為了保證業(yè)務(wù)信道的容量不受影響，接入信道的過量使用是應(yīng)該被限制的?？紤]到接入信道干擾對容量的影響，接入信道利用率的工程門限通常取在50%。2.4 接入信道容量的優(yōu)化影響接入信道容量的最主要因素是登記消息的數(shù)量，一般來說，登記消息要占用接入信道容量的大部分；當(dāng)sms有快速增長時，

29、sms origination和sms termination消息對接入信道容量的影響也不能忽視；而鑒權(quán)消息對接入信道和尋呼信道容量的影響并不大，除非有頻繁的ssd更新。2.4.1登記消息登記就是移動臺向基站通知其位置信息，狀態(tài)信息，時隙信息，密鑰參數(shù)及其它參數(shù)的過程。這些信息是基站及交換機準(zhǔn)確尋呼定位移動臺，建立通信鏈路所必須的。cdma系統(tǒng)常用的登記方式如下。（1）開機登記。當(dāng)移動臺開機或從替代的服務(wù)系統(tǒng)返回，移動臺會進(jìn)行開機登記，由標(biāo)志位power_up_reg控制。（2）關(guān)機登記。當(dāng)移動臺執(zhí)行關(guān)機指令，移動臺會進(jìn)行關(guān)機登記，在登記結(jié)束后，才關(guān)掉電源，由標(biāo)志位power_down_reg

30、控制。（3）基于計時器的登記。移動臺在登記計時器（reg_count）截至，即到達(dá)一個最大值時(reg_count_max )，進(jìn)行基于計時器的登記，它可以使移動臺以固定時間間隔登記。由參數(shù)reg_count_max和reg_prd（登記周期）控制，reg_count_max=2reg_prd/4。（4）基于區(qū)域的登記。當(dāng)移動臺進(jìn)入新區(qū)域時進(jìn)行基于區(qū)域的登記，如果登記完成，則在列表中添加一個區(qū)域。由參數(shù)reg_zone，total_zones，zone_timer控制。（5）參數(shù)改變登記。當(dāng)首選時隙循環(huán)序號，基站類型標(biāo)識或呼叫終端被激活的指示器3個參數(shù)任何一個改變時，將進(jìn)行參數(shù)改變登記。（6）

31、基于距離的登記。當(dāng)移動臺當(dāng)前的基站與上次登記的基站距離超過門限值時，進(jìn)行基于距離的登記。由參數(shù)reg_dist控制。由于登記消息需要基站發(fā)送確認(rèn)消息，所以如果接入信道稍有擁塞或?qū)ず粜诺廊萘匡柡?，就極易引起雪崩效應(yīng)，造成接入信道的登記消息指數(shù)倍增長，導(dǎo)致接入信道更嚴(yán)重的擁塞，容量進(jìn)一步減小。還有一種極易造成接入信道擁塞的情況就是易產(chǎn)生乒乓登記效應(yīng)的交換機或?qū)ず魠^(qū)域的邊界。另外，在人口稠密的熱點地區(qū)對登記消息數(shù)量的控制也是值得考慮的問題。根據(jù)工程經(jīng)驗，可考慮以下建議控制和優(yōu)化登記消息對接入信道的影響。（1）廣泛使用基于區(qū)域的登記（zone-based registration），關(guān)閉參數(shù)改變的登記

32、（parameter-change registration）方式。（2）采用基于區(qū)域的登記方式時，zone_timer的設(shè)置應(yīng)在15min之間以減小乒乓登記的發(fā)生。（3）在人流稠密的活動現(xiàn)場，如體育賽場，演唱會會場，熱點地區(qū)的基站可以暫時關(guān)閉基于計時器的登記（timer-based registration）。2.4.2 參數(shù)優(yōu)化通過優(yōu)化參數(shù)的設(shè)置，也可以達(dá)到減少接入信道擁塞，提高容量的目的。在接入信道容量優(yōu)化中，常被涉及的接入?yún)?shù)如下所示。（1）最大請求試探序列數(shù)（max_req_seq）。這個參數(shù)定義了移動臺在一次請求類接入嘗試中，請求試探序列的最大數(shù)目。此參數(shù)的取值范圍是015，建議值

33、為2。如果設(shè)置過大，會導(dǎo)致一次接入嘗試中重復(fù)發(fā)送探測序列的次數(shù)大大增加，影響接入信道容量；若設(shè)置過小，則會降低接入成功率。（2）最大響應(yīng)試探序列數(shù)（max_rsp_seq）。這個參數(shù)定義了移動臺在一次響應(yīng)類接入嘗試中，響應(yīng)試探序列的最大數(shù)目。此參數(shù)的取值范圍是015，建議值為2。如果設(shè)置過大，會導(dǎo)致重復(fù)發(fā)送響應(yīng)探測序列的次數(shù)大大增加，影響接入信道容量；若設(shè)置過小，則會降低接入成功率。（3）接入試探報頭最大量（pam_sz）。pam_sz的數(shù)值范圍是015，默認(rèn)值為3。如果此參數(shù)設(shè)置過大，而實際可以用一個更短的序列使基站獲取移動臺情況，就會造成接入信道容量的浪費。若設(shè)置過小，降低了接入試探得到基

34、站成功確認(rèn)的可能性。（4）接入試探消息封裝最大量（max_cap_sz）。此參數(shù)等于移動臺接入試探的消息段允許的最大幀數(shù)減3, max_cap_sz的數(shù)值范圍是07，默認(rèn)值為2。此參數(shù)設(shè)置過大，會使消息的長度超過實際的需求，浪費了接入信道容量。如果設(shè)置過小，可能會造成撥叫號碼等信息不足，這樣移動臺會發(fā)起持續(xù)消息來結(jié)束呼叫的發(fā)起，從而降低了移動臺的接人成功率。結(jié)合接入信道的特點和業(yè)務(wù)模型，針對特定接入信道業(yè)務(wù)模型計算出接入消息數(shù)量，進(jìn)而計算出接入信道所能支持的最大消息數(shù)量，得出接入信道占用率。反之，也可以推斷出在接入信道占用率達(dá)到工程門限時，系統(tǒng)可支持的最大bhca或用戶數(shù)量。同時為了確保接入信

35、道的性能，提高接入信道的容量，需要慎重的選擇移動臺的登記方式。第三章 接入信道的干擾分析與仿真除了提高接入信道的容量，如何消除接入信道的各類干擾也是亟待解決的問題。信號在無線傳輸?shù)倪^程中，由于不穩(wěn)定性，即使在同一地點不同時間收到的場強也不同，時強時弱，在移動通信中，由于城市建筑及地面復(fù)雜地形的影響，移動臺收到的信號是經(jīng)過多次反射和散射路徑傳輸?shù)模魏我稽c接收到的場強是多個信號矢量迭加的結(jié)果，即多徑效應(yīng)，這樣就形成了場強變化很大的快衰落，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量,引起信噪比下降,造成大片差錯（誤碼），甚至?xí)鹜ㄐ潘矔r中斷。此外大氣中的自然噪聲等加性噪聲也是不容忽視的。3.1噪聲和干擾3.1.1 加性噪

36、聲移動信道中加性噪聲（簡稱噪聲）的來源是多方面的，一般可分為： 內(nèi)部噪聲；自然噪聲； 人為噪聲。內(nèi)部噪聲是系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲。不能預(yù)測的噪聲統(tǒng)稱為隨機噪聲。自然噪聲及人為噪聲為外部噪聲，它們也屬于隨機噪聲。依據(jù)噪聲特征又可分為脈沖噪聲和起伏噪聲。脈沖噪聲是在時間上無規(guī)則的突發(fā)噪聲，例如，汽車發(fā)動機所產(chǎn)生的點火噪聲，這種噪聲的主要特點是其突發(fā)的脈沖幅度較大，而持續(xù)時間較短；從頻譜上看，脈沖噪聲通常有較寬頻帶；熱噪聲、散彈噪聲及宇宙噪聲是典型的起伏噪聲。 3.1.2 鄰道干擾所謂鄰道干擾是相鄰的或鄰近頻道的信號相互干擾。目前，移動通信系統(tǒng)廣泛使用的vhf、uhf電臺，頻道間隔是25khz。

37、然而，調(diào)頻信號的頻譜是很寬的，理論上說，調(diào)頻信號含有無窮多個邊頻分量，當(dāng)其中某些邊頻分量落入鄰道接收機的通帶內(nèi)，就會造成鄰道干擾。3.1.3 多徑效應(yīng)在無線通信領(lǐng)域，多徑指無線電信號從發(fā)射天線經(jīng)過多個路徑抵達(dá)接收天線的傳播現(xiàn)象。多徑效應(yīng)移動體（如汽車）往來于建筑群與障礙物之間，其接收信號的強度，將由各直射波和反射波疊加合成。各條路徑的長度會隨時間而變化，故到達(dá)接收點的各分量場之間的相位關(guān)系也是隨時間而變化的。這些分量場的隨機干涉，形成總的接收場的衰落。各分量之間的相位關(guān)系對不同的頻率是不同的。因此，它們的干涉效果也因頻率而異，這種特性稱為頻率選擇性。在寬帶信號傳輸中，頻率選擇性可能表現(xiàn)明顯，形

38、成交調(diào)。與此相應(yīng)，由于不同路徑有不同時延，同一時刻發(fā)出的信號因分別沿著不同路徑而在接收點前后散開，而窄脈沖信號則前后重疊。在數(shù)字無線通信系統(tǒng)中，多徑效應(yīng)產(chǎn)生的符號間干擾（inter symbol interference，isi）也會影響到信號傳輸?shù)馁|(zhì)量?；陬愃频脑颍瑔蝹€目標(biāo)會由于地形反射在雷達(dá)接收機上產(chǎn)生一個或多個虛像。這些虛像的運動方式與它們反射的實際物體相同，因此影響到雷達(dá)對目標(biāo)的識別。在電視信號傳輸中可以直觀地看到多徑對于通信質(zhì)量的影響。通過較長的路徑到達(dá)接收天線的信號分量比以較短路徑到達(dá)天線的信號稍遲。因為電視電子槍掃描是由左到右，遲到的信號會在早到的信號形成的電視畫面上疊加一個

39、稍稍靠右的虛像。為克服這一問題，雷達(dá)接收端需要將信號與附近的地形圖相比對，將由反射產(chǎn)生的看上去在地面以下或者在一定高度以上的信號去除。l 電離層短波的多徑效應(yīng)傳播的多徑效應(yīng)經(jīng)常發(fā)生而且很嚴(yán)重。它有兩種形式的多徑現(xiàn)象：一種是分離的多徑，由不同跳數(shù)的射線、高角和低角射線等形成，其多徑傳播時延差較大；另一種是微分的多徑，多由電離層不均勻體所引起，其多徑傳播時延差很小。對流層電波傳播信道中的多徑效應(yīng)問題也很突出。多徑產(chǎn)生于湍流團和對流層層結(jié)。在視距電波傳播中，地面反射也是多徑的一種來源。 l 多徑效應(yīng)描述多徑時延特性可用時延譜或多徑散布譜（即不同時延的信號分量平均功率構(gòu)成的譜）來描述。與時延譜等價的是

40、頻率相關(guān)函數(shù)。實際上，人們只簡單利用時延譜的某個特征量來表征。例如，用最大時延與最小時延的差，表征時延譜的尖銳度和信道容許傳輸帶寬。這個值越小，信道容許傳輸頻帶越寬。l 應(yīng)用多徑效應(yīng)不僅是衰落的經(jīng)常性成因，而且是限制傳輸帶寬或傳輸速率的根本因素之一。在短波通信中，為保證電路在多徑傳輸中的最大時延與最小時延差不大于某個規(guī)定值，工作頻率要求不低于電路最高可用頻率的某個百分?jǐn)?shù)。這個百分?jǐn)?shù)稱為多徑縮減因子，是確定電路最低可用頻率的重要依據(jù)之一。3.1.4 瑞利衰落在基站發(fā)射機和移動（或固定）接收機之間的通信質(zhì)量取決于多種因素，其中包括信號傳播信道的總體質(zhì)量。由于空氣吸收作用以及建筑物和樹木的反射作用，

41、信號在傳播中的幅度和相位都將產(chǎn)生量值不定的波動。這種現(xiàn)象通常被稱為衰落（fading），有時稱為多徑衰落（一種特殊類型的衰落），或者更一般地稱為信道損害（impairment）。信道損害可以依靠模仿衰落信道響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型模擬出來。這些模型使用統(tǒng)計方法來表達(dá)當(dāng)電磁波遇到物理障礙時將發(fā)生的變化，包括瑞利衰落、 rician 衰落和鈴木衰落。瑞利衰落是一個用來描述信道傳播規(guī)律的數(shù)學(xué)分布，適用于在從發(fā)射機到接收機之間沒有強視距（line-of-sight）路徑的情況。這個分布可以表達(dá)在一個繁忙的城市街道上看到的信道條件，這種情況下基站被隱藏在幾個街區(qū)之外的建筑物背后。在鄉(xiāng)村環(huán)境中，多徑衰落模型由幾個反

42、射路徑與一個強視距路徑組合而成，其頻譜功率遵循 rician分布。直接射束和多徑射束的能量之比被稱為k系數(shù)。如果在頻域觀察這個效應(yīng)，會看到一個功率毛刺，其幅度由k系數(shù)決定。鈴木衰落把來自多路徑的小幅度衰落疊加在反射和散射造成的大幅度衰落之上。大幅度衰落遵循對數(shù)正態(tài)分布，小幅度衰落遵循瑞利分布。雖然來自遮蔽和大幅度反射的平均路徑損失呈正態(tài)（高斯）分布，信號衰減的典型值為6-10db，但在非視距小幅度衰落的最壞情況下，多徑各部分完全反相而發(fā)生最深度衰落，此時的信號衰減將達(dá)到 20-30db。瑞利衰落屬于小尺度的衰落效應(yīng)，它總是疊加于如陰影、衰減等大尺度衰落效應(yīng)上。一般來說，多路信號到達(dá)接收機的時間

43、有先有后，即有相對時間延遲。如果這些相對時延遠(yuǎn)小于一個符號的時間，則可以認(rèn)為多路信號幾乎是同時到達(dá)接收機的。這種情況下多徑不會造成符號間的干擾。這種衰落稱為平坦衰落，因為這種信道的頻率響應(yīng)在所用的頻段內(nèi)是平坦的。相反地，如果多路信號的相對時延與一個符號的時間相比不可忽略，那么當(dāng)多路信號迭加時，不同時間的符號就會重迭在一起，造成符號間的干擾。這種衰落稱為頻率選擇性衰落，因為這種信道的頻率響應(yīng)在所用的頻段內(nèi)是不平坦的。瑞利分布是一個均值為0，方差為的平穩(wěn)窄帶高斯過程，其表達(dá)式為： （3-1）瑞利分布是最常見的用于描述平坦衰落信號接收包絡(luò)或獨立多徑分量接受包絡(luò)統(tǒng)計時變特性的一種分布類型。瑞利衰落能有

44、效描述存在大量散射無線電信號的障礙物的無線傳播環(huán)境。若傳播環(huán)境中存在足夠多的散射，則沖激信號到達(dá)接收機后表現(xiàn)為大量統(tǒng)計獨立的隨機變量的疊加，根據(jù)中心極限定理，則這一無線信道的沖激響應(yīng)將是一個高斯過程。如果這一散射信道中不存在主要的信號分量，通常這一條件是指不存在直射信號（los），則這一過程的均值為0，且相位服從0到的均勻分布。即信道響應(yīng)的能量或包絡(luò)服從瑞利分布。設(shè)隨機變量，于是其概率密度函數(shù)為，其中。 （3-2）3.1.5 萊斯分布如果收到的信號中除了經(jīng)反射、折射、散射等來的信號外，還有從發(fā)射機直接到達(dá)接收機（如從衛(wèi)星直接到達(dá)地面接收機）的信號，即直射信號（los），那么總信號的強度服從萊斯

45、分布，故稱為萊斯衰落，對應(yīng)的信道模型為萊斯衰落信道。正弦波加窄帶高斯過程的概率密度函數(shù)分布稱為萊斯（rice）密度函數(shù)，也稱廣義瑞利分布。即 （3-3）其中，參數(shù)a指主信號幅度的峰值，是修正的0階第一類貝塞爾函數(shù)。萊斯分布常用參數(shù)k來描述，即萊斯因子，完全確定了萊斯分布。k定義為確定信號的功率與多徑分量方差之比。 （3-4） 圖3-1 萊斯分布 當(dāng)，且主信號幅度減小時，萊斯分布轉(zhuǎn)變?yōu)槿鹄植?。如右圖3-1所示。 通常將信道增益以等效基帶信號表示，即用一復(fù)數(shù)表示信道的幅度和相位特性。由此瑞利衰落即可由這一復(fù)數(shù)表示，它的實部和虛部服從于零均值的獨立同分布高斯過程。綜上，信號衰落分類：圖3-2 信號

46、衰落圖3.2 噪聲及干擾的仿真結(jié)果下圖3-3即為cdma反向接入信道三類噪聲和干擾的仿真設(shè)計圖。圖3-3 is-95a反向信道發(fā)射機和干擾信道圖3.2.1 simulink模擬瑞利衰落右圖3-4為瑞利衰落的參數(shù)設(shè)置：最大多普勒頻移為10hz，該模擬設(shè)計了兩徑干擾，時延差為2.11s，衰減為2db。下圖3-5和3-6分別為瑞利衰落的散布圖和帶限脈沖響應(yīng)。圖3-4 瑞利衰落的參數(shù)設(shè)置 圖3-5瑞利衰落的散布圖 圖3-6 瑞利衰落的帶限脈沖響應(yīng) 3.2.2 simulink模擬萊斯衰落右圖3-7為萊斯衰落的參數(shù)設(shè)置：直射多普勒頻移為10hz，最大多普勒頻移為40hz，該模擬設(shè)計了兩徑干擾，時延差為2

47、.11s，衰減為3db，萊斯因子為2。下圖3-8和3-9分別為萊斯衰落的散布圖和帶限脈沖響應(yīng)。 圖3-7 萊斯衰落的參數(shù)設(shè)置 圖3-8 萊斯衰落散布圖 圖3-9 萊斯衰落的帶限脈沖相應(yīng) 3.2.3 simulink模擬白高斯噪聲信道右圖3-10為白高斯噪聲信道的參數(shù)設(shè)置：為3db。下圖3-11為高斯白噪下的信號散布圖。圖3-10白高斯噪聲信道的參數(shù)設(shè)置圖3-11 白高斯噪聲下信號散布圖3.2.4 仿真結(jié)果及分析分別在每個信道輸出端連接simout模塊，即可得到信號經(jīng)過衰落的波形圖。圖3-12 經(jīng)過瑞利衰落后的信號波形圖圖3-13 經(jīng)過萊斯衰落后的信號波形圖圖3-14 經(jīng)過白高斯噪聲后的信號波形

48、圖圖3-15 is-95a反向信道發(fā)射機和各級干擾信道級聯(lián)圖如上圖3-15所示，在無線信道傳輸?shù)倪^程中，信號所受到得加性噪聲和多徑衰落是同時存在的，因此上圖更接近實際中的信號傳輸。下圖3-16、3-17、3-18分別為通過混合信道的限帶脈沖響應(yīng)，散布圖和最終信號輸出圖。3-16經(jīng)過混合信道的限帶脈沖響應(yīng)3-17經(jīng)過混合信道的散布圖3-18經(jīng)過混合信道的輸出信號圖3.3 改善辦法cdma通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)3.3.1 直接序列擴頻cdma利用自相關(guān)性非常大而互相關(guān)性小的碼序列作為地址碼，對已被原始用戶信息信號調(diào)制的載頻進(jìn)行二次調(diào)制，擴展其信號頻譜。is-95采用 180度相移鍵控qpsk。有效的降

49、低功率譜密度提高信噪比，保密性好，同時，用戶共用同一寬帶頻譜不存在互調(diào)干擾。cdma采用三層編碼結(jié)構(gòu)：用戶碼（42比特長碼）、基站碼（15比特時間偏移碼）、信道的正交碼（64正交walsh碼）。3.3.2 多種分集技術(shù)分集合成技術(shù)是指系統(tǒng)提供二個或更多個輸入信號到接收端，這些輸入信號的衰落各不相關(guān)，系統(tǒng)分別接收它們再將它們合成處理后進(jìn)行判決，大大降低衰落對信號的影響。依據(jù)衰落的頻率、時間和空間的選擇性，相應(yīng)有頻率分集、時間分集和空間分集。空間分集通過幾個獨立天線或在不同位置分別發(fā)射和接收信號，采用選擇性合成技術(shù)總是選擇信號較強的一個輸出，降低了地形等因素對信號的影響。cdma越區(qū)軟切換就是空間

50、分集的一個有利例證。cdma采用擴頻技術(shù)，根據(jù)寬帶信號不會在使用頻率均衰落這一特性，其寬帶傳輸即為頻率分集，克服了因信號傳送的多條路徑以及用戶的移動性帶來的多徑衰落。cdma利用交織編碼、糾錯和檢錯編碼等技術(shù)在不同時隙發(fā)送信號，利用衰落的時間選擇性來進(jìn)行時間分集。此外通過比特交織技術(shù)可以使成群誤差趨向于更隨機的分布，從而改善了碼組誤碼率的性能，通常誤碼率可以從交織中獲得顯著改善，一般能改善兩個數(shù)量級左右。同時cdma采用rake接受機（基站采用4finger接受機，手機采用3finger接受機）分別接收時延較大的不同路徑強信號然后合并，采用數(shù)字判別恢復(fù)信號。cdma采用多種分集技術(shù)減少衰落對信

51、號的影響，獲取高質(zhì)量的通信。在mimo中，傳統(tǒng)的多天線被用來增加分集度從而克服信道衰落。具有相同信息的信號通過不同的路徑被發(fā)送出去，在接收機端可以獲得數(shù)據(jù)符號多個獨立衰落的復(fù)制品，從而獲得更高的接收可靠性。舉例來說，在慢瑞利衰落信道中，使用1根發(fā)射天線n根接收天線，發(fā)送信號通過n個不同的路徑。對于發(fā)射分集技術(shù)來說，同樣是利用多條路徑的增益來提高系統(tǒng)的可靠性。在一個具有m根發(fā)射天線n根接收天線的系統(tǒng)中，如果天線對之間的路徑增益是獨立均勻分布的瑞利衰落，可以獲得的最大分集增益為mn。智能天線技術(shù)也是通過不同的發(fā)射天線來發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，形成指向某些用戶的賦形波束，從而有效的提高天線增益，降低用戶間的干擾。廣義上來說，智能天線技術(shù)也可以算一種天線分集技術(shù)。分集技術(shù)主要用來對抗信道衰落。相反，mimo信道中的衰落特性可以提供額外的信息來增加通信中的自由度（degrees of freedom）。從本質(zhì)上來講，如果每對發(fā)送接收天線之間的衰落是獨立的，那么可以產(chǎn)生多個并行的子信道。如果在這些并行的子信道上傳輸不同的信息流，可以提供傳輸