【正文】 相關函數(shù)，X是一個正態(tài)分布的隨機數(shù)，其均值為，均方差為。其歸一化自相關函數(shù)R(△x)可以用一個指數(shù)函數(shù)來表示： ()其中為不相關距離，其數(shù)值的大小與環(huán)境有關，宏小區(qū)的不相關距離為20m，在微小區(qū)和微微小區(qū)(室內環(huán)境)中，不相關距離可設為5m(還沒有嚴格測量)。如果仿真中使用的頻率為2000Mhz，基站天線高度為15m，則公式(32)可以簡化為： L=+ R (33)慢衰落模型慢衰落服從對數(shù)正態(tài)分布，其對數(shù)值是一個零均值的高斯分布。f為2G頻段的載波頻率，單位Mhz。d為基站與手機之間的距離，單位km。Hb為基站發(fā)射天線高度，單位m。 仿真衰落模型傳播模型典型的傳播模型有OkumuraHata模型、COST231Hata模型、COST231WI模型等。根據(jù)文獻[20]，RTP包長為1267byte，所以，在服務器端，RTP包的發(fā)送間隔為1267*8/144000=70ms，即為70/5=14個功控周期。Off：持續(xù)時間服從WeiBull分布，表示上一次數(shù)據(jù)傳輸結束到下一次數(shù)據(jù)傳輸開始這段間隔時間。因此一個session中只有一個packet call?？梢杂肙N/OFF模型描述通話期間的激活狀態(tài)和靜默狀態(tài)，如圖36所示。通話持續(xù)期間，可分為激活期(active)和靜默期(silent)兩個狀態(tài)，激活期指一次呼叫過程中用戶處于通話的平均時間長度，即呼叫處于激活的平均時間，靜止期指在一次呼叫過程中通話處于靜止的平均時間長度，即指在該階段將不占用系統(tǒng)資源的平均時間。一般認為話音業(yè)務的到達時間間隔服從負指數(shù)分布。用戶移動模塊可通過初始化模塊和參數(shù)設置模塊中的參數(shù)包來設置用戶的初始位置、方向和速度等。在角度轉向移動模型中，移動節(jié)點的下一步移動速度、移動時間和轉向角度均服從以上一次的移動速度、移動時間和轉向角為均值的正態(tài)分布，同時移動速度還受移動節(jié)點所在區(qū)域的最大速度的限制，即不能超過最大的移動速度。 用戶移動模型在19小區(qū)的仿真環(huán)境中，用戶在仿真區(qū)域內服從均勻分布，可以根據(jù)均勻分布隨機生成用戶，并且得到每個用戶的坐標。為了解決這個問題，我們可以把該19小區(qū)進行整體復制平移，如圖35所示，整個平面上就有了61個小區(qū)(除了仿真中用到的19個小區(qū)外，其余均稱為虛擬小區(qū))。圖34 19宏小區(qū)模型在仿真中我們使用19宏小區(qū)模型，對于第0小區(qū)內的用戶來說，他不僅收到本小區(qū)BS的有用信號，還收到周圍第一層小區(qū)BS(編號6)、第二層小區(qū)BS(編號111111118)的信號，即該用戶位于三層小區(qū)的中心小區(qū)內。圖33 TDSCDMA系統(tǒng)級仿真框架圖 仿真場景根據(jù)系統(tǒng)覆蓋范圍以及所處地域不同，一般可以把3G系統(tǒng)的仿真場景分為：宏小區(qū)(Macro)、微小區(qū)(ManhattanGrid)和微微小區(qū)(Pico)，它們的覆蓋范圍依次遞減。動態(tài)系統(tǒng)級仿真就是讓用戶和系統(tǒng)的各種行為方式與系統(tǒng)級仿真的過程充分擬合，讓真實環(huán)境中用戶和系統(tǒng)所采取的主要行為方式在系統(tǒng)級仿真中都得到具體的模仿性體現(xiàn)[17]。鏈路級仿真的框架如圖32所示[16]。發(fā)射機前端包括如下處理過程：調制、擴頻、加擾、插入訓練序列和保護碼片而成突發(fā)結構、產生信道增益等。鏈路級仿真的傳統(tǒng)模型由發(fā)射機模塊、信道模型、接收機模塊和功率控制/同步控制模塊四部分構成。仿真系統(tǒng)的總體結構如圖31所示。通常的仿真方法是將無線鏈路和通信系統(tǒng)分開進行仿真，將大量無線鏈路仿真結果經過統(tǒng)計后作為系統(tǒng)仿真輸入[14]，本平臺也采用此種方法。 仿真平臺總體結構對通信系統(tǒng)而言，理想的仿真方法莫過于盡可能真實的模擬系統(tǒng)中每一個細節(jié)流程，即根據(jù)仿真假設計算各單條無線鏈路的信道質量，并將計算結果提交網絡端進行判決和處理。SIMULINK框圖和MATLAB編程仿真結合的混合模式常?？梢愿屿`活地對大型系統(tǒng)進行建模、自動仿真和結果數(shù)據(jù)處理[13]。從同步的角度來看，時間流仿真比數(shù)據(jù)流仿真更有優(yōu)勢。在時間流仿真中，使用SIMULINK用戶界面，用戶可以通過調整觸發(fā)脈沖信號的相位來調整通信系統(tǒng)的預計時間延遲。這種仿真被稱為數(shù)據(jù)流仿真。輸出信號也類似，這就擴大了系統(tǒng)與各種外部軟件和硬件的接口能力。(3) 輸入輸出信號來源形式的多樣化。(2) 仿真的建立和運行是智能化的。構成任何一個系統(tǒng)框圖有三個步驟，既選定典型環(huán)節(jié)、相互連接和給定環(huán)節(jié)參數(shù)。因此，SIMULINK具有模塊化、可重載、可封裝、面向結構圖編程及其可視化等特點，可以大大提高系統(tǒng)仿真的效率和可靠性[10]。與Matlab語言編寫的m文件相比，SIMULINK不僅界面友好，而且還提供了豐富的模型庫。對于高級使用者而言，Matlab提供高級的程序控制和用戶自定義功能，高級用戶可以開發(fā)自己的函數(shù)庫，在使用中進一步豐富Matlab的功能[9]。作為Matlab的使用者，要完全掌握Matlab的所有功能模塊是不可能的。 Matlab和SIMULINK介紹Matlab在各應用方面提供了大量的函數(shù)，因此，它本身是一個極復雜的計算機程序，Matlab不加擴展的最簡化版本內建的函數(shù)和其他工具箱就遠多于其他編程語言，目前版本的最基本框架就包含1000個內建函數(shù)。鏈路級和系統(tǒng)級的仿真可以在不同的系統(tǒng)平臺上進行，兩個仿真平臺之間以數(shù)據(jù)文件的方式進行接口交互，接口的數(shù)學模型常用瞬間值等方法。移動通信系統(tǒng)的仿真包括鏈路級的仿真和系統(tǒng)級的仿真。一般采用靜態(tài)抓拍仿真方法來評估移動通信系統(tǒng)的實時業(yè)務的容量的大小，以及評估不同系統(tǒng)之間的相互干擾水平。系統(tǒng)仿真主要包括靜態(tài)系統(tǒng)仿真和動態(tài)系統(tǒng)仿真。因此，在對原有的通信系統(tǒng)做出改進或建立一個新系統(tǒng)之前，通常需要對這個系統(tǒng)進行建模和仿真。TDSCDMA系統(tǒng)中的DCA主要完成三個方面的功能：自適應的為小區(qū)分配無線資源；為申請接入的業(yè)務分配無線資源；對已分配的無線資源進行調整。DCA是TDD系統(tǒng)的優(yōu)勢所在，能夠靈活的分配時隙資源，自由地進行上下行鏈路間的轉換。動態(tài)信道分配動態(tài)信道分配(DCA：Dynamic Channel Allocation)技術是利用系統(tǒng)中的綜合信息，對系統(tǒng)中的所有資源實施分配、管理和調度，以最大限度地利用系統(tǒng)資源并確保鏈路和系統(tǒng)的性能。其優(yōu)點是：(1)通過軟件方式，靈活完成硬件功能；(2)良好的靈活性及可編程性；(3)可代替昂貴的硬件電路，實現(xiàn)復雜的功能；(4)對環(huán)境的適應性好，不會老化；(5)便于系統(tǒng)升級，降低用戶設備費用。系統(tǒng)同步要求在基站有GPS接收機或公共的分布式時鐘，增加了系統(tǒng)成本。同步CDMA的缺點是系統(tǒng)對同步的要求非常嚴格，上行的同步要求為1/8碼片寬度，網絡同步要求為5ms。另外，聯(lián)合檢測技術允許在現(xiàn)存的GSM基礎設備里運行TDSCDMA。因此，每載波的大量用戶被分布到每個幀的每個傳輸方向的時隙中，最終使每時隙中并行用戶的數(shù)量很少，這樣，使用較低的計算量就可以有效地檢測到用戶信號。聯(lián)合檢測技術能很好地解決多用戶干擾問題。在基站側，聯(lián)合檢測技術可以把同一時隙中多個用戶的信號及多徑信號一起處理，精確地解調出各個用戶的信號。聯(lián)合檢測聯(lián)合檢測技術即“多用戶干擾”抑制技術，是消除和減輕多用戶干擾的主要技術。智能天線智能天線系統(tǒng)是由多天線陣及相連的相干收發(fā)信機和先進的數(shù)字信號處理算法構成的，它采用空分多址(SDMA)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號區(qū)分開，最大限度地利用有限的信道資源。TDSCDMA的優(yōu)勢突出表現(xiàn)在系統(tǒng)抗干擾和系統(tǒng)容量之間得到了很好的均衡、對混合業(yè)務的高效支持、系統(tǒng)自身有良好的持續(xù)發(fā)展和技術演進性，使得系統(tǒng)性能和系統(tǒng)容量得到很大的提升。TDSCDMA系統(tǒng)的基本參數(shù)可以歸納為如表21所示。這樣，每個業(yè)務時隙可以由OVSF碼(SF=1, 2, 4, 8, 16)分為1到16個碼道(Code Channel)。在TDSCDMA中，除了在室內環(huán)境下的2Mbps數(shù)據(jù)業(yè)務中采用 8PSK的調制方式外，一般采用QPSK的調制方式。每個物理信道的時圖26 TDSCDMA物理信道結構圖間長度為675微秒，即一個業(yè)務時隙的長度。這樣，對于上述兩種業(yè)務，TDD模式都可以提供最佳頻譜利用率和最佳業(yè)務容量。這個方案的優(yōu)勢在于：上下行鏈路間的轉換點的位置可以因業(yè)務的不同而任意調整。在子幀中是通過切換點來將上行時隙和下行時隙進行分離的，一個子幀含有兩個切換點。GP的長度為96個碼片長度即75微秒，用于保護和區(qū)分上、下行時隙，在TDSCDMA系統(tǒng)中，此時隙的寬度保證了小區(qū)的最大半徑可達到11 km。DwPTS的長度為96個碼片長度即75微秒，它是無線基站(小區(qū))的導頻信息，也是下行同步的信號。在TDSCDMA系統(tǒng)中，每個10毫秒的無線幀被分為兩個5毫秒的子幀。圖25 TDSCDMA系統(tǒng)的幀結構物理信道采用4層結構：超幀、無線幀、子幀和時隙。 物理信道與其他第三代移動通信標準相比，TDSCDMA的基本參數(shù)和幀結構有很多獨特的地方，這些獨特性是為了保證系統(tǒng)的性能和容量優(yōu)勢。每個傳輸信道都可為一個無線承載提供信息比特流的傳輸，也可用于層2和高層的信令消息傳輸。物理層的操作嚴格按照無線幀的定時進行，傳輸塊定義為能被物理層聯(lián)合編碼的數(shù)據(jù)，傳輸塊的定時與無線幀嚴格對應，每l0ms或10ms的整數(shù)倍產生一個傳輸塊。圖24 物理層接口 物理層功能和向上層提供的服務物理層主要功能包括：傳輸信道的FEC編/解碼、向上層提供測量及指示(如FER、SIR、干擾功率、發(fā)送功率等)宏分集分布/組合及軟切換執(zhí)行、傳輸信道的錯誤檢測、傳輸信道的復用，編碼復合傳輸信道的解復用、速率匹配、編碼復合傳輸信道到物理信道的映射、物理信道的調制/擴頻與解調/解擴、頻率和時間(碼片、比特、時隙、幀)的同步、閉環(huán)功率控制、物理信道的功率加權與組合、射頻處理等。物理層與媒體接入控制層(MAC)及無線資源控制層(RRC)的接口如圖24所示。它在邏輯上對應于GSM網絡中的BTS。它的主要功能是擴頻、調制、信道編碼及解擴、解調、信道解碼，還包括基帶信號和射頻信號的相互轉換等功能。控制Node B的RNC稱為該Node B的控制RNC(CRNC)，CRNC負責對其控制的小區(qū)的無線資源進行管理。它通過Iu接口與電路域的MSC和分組域的SGSN以及廣播域設備相連，在移動臺和UTRAN之間的無線資源控制協(xié)議(RRC)在此終止。RNC用來分配和控制與之相連或相關的Node B的無線資源，Node B則完成Iub接口和Uu接口之間的數(shù)據(jù)流的轉換，同時也參與一部分無線資源管理[5]。RNC和CN之間通過Iu接口連接，Node B和RNC通過Iub接口連接。UTRAN包含一個或幾個無線網絡子系統(tǒng)(RNS)。基本構架域進一步劃分為接入網(RAN)域和核心網(CN)域，其中接入網域由管理接入網資源的物理實體組成，向用戶提供接入到核心網域的機制；核心網域由提供網絡支持特性和通信業(yè)務的物理實體組成，提供的功能包括用戶位置信息的管理、網絡特性和業(yè)務的控制、信令和用戶信息的傳輸機制等。圖21 UTMS的系統(tǒng)結構UMTS系統(tǒng)按照功能可分為兩個基本域，用戶設備域(User Equipment Domain)和基本構架域(Infrastructure Domain)，如圖22所示[4]。其中無線接入網絡處理所有與無線有關的功能，而核心網處理UMTS系統(tǒng)內所有的話音呼叫、數(shù)據(jù)連接和交換，并實現(xiàn)與外部網絡的連接和路由選擇。UMTS系統(tǒng)與第二代移動通信系統(tǒng)在邏輯結構方面基本相同。為了加速我國擁有自主知識產權的TDSCDMA的發(fā)展，搭建TDSCDMA系統(tǒng)仿真平臺勢在必行。在進行TDSCDMA研究過程中，使用通信仿真軟件對TDSCDMA系統(tǒng)進行建模，并實現(xiàn)對各種新技術和算法進行理論分析的驗證是很有效的方法。如今中國的3G產業(yè)剛剛啟動，TDSCDMA技術必將扮演重要的角色。我國由于沒有掌握核心技術，不得不使用別人的專利，付出了上百億美元的依附于移動通信標準的知識產權費。 課題意義在建設和發(fā)展第一代、第二代移動通信系統(tǒng)的過程中，由于我國在技術方面處于被動地位，國內大多數(shù)廠家只能組裝國外產品，僅占很少的國內市場份額，絕大多數(shù)市場被國外公司所占有。同時由于節(jié)約了大量昂貴的頻譜資源，采用低碼片速率，并且對基站射頻部件設計采取有效措施，顯著地降低了硬件設備制造的技術難度，整個網絡的投資費用大幅度降低。而TDSCDMA系統(tǒng)采用TDD模式，不需要成對的工作頻段，可以充分利用分散、零碎的空閑頻段，從而能夠靈活有效的利用現(xiàn)有的頻率資源。它對頻譜資源的利用也要比FDD系統(tǒng)更為靈活，F(xiàn)DD系統(tǒng)的上下行信道要同時占用相同的帶寬(如WCDMA，其上下行各需5M的帶寬)，而且上下行之間需要有幾十兆赫茲的頻率間隔作為保護。因此，TDSCDMA通過最佳自適應資源的分配和最佳頻譜效率，可支持速率從8kbps到2Mbps的語音、互聯(lián)網等所有的3G業(yè)務。TDSCDMA所呈現(xiàn)的先進的移動無線系統(tǒng)是針對所有無線環(huán)境下對稱和非對稱的3G業(yè)務所設計的，它運行在不成對的射頻頻譜上?；诟叨鹊臉I(yè)務靈活性，TDSCDMA無線網絡可以通過無線網絡控制器(RNC)連接到交換網絡，如同三代移動通信中對電路和包交換業(yè)務所定義的那樣。通過引進智能天線，容量還可以進一步提高。TDSCDMA的無線傳輸方案靈活地綜合了FDMA，TDMA和CDMA等基本傳輸方法。 課題背景TDSCDMA是由中國第一次提出并在此無線傳輸技術(RTT)的基礎上與國際合作，完成了TDSCDMA標準，成為CDMA TDD(Time Division Duplex時分雙工)標準的一員的，這是中國移動通信界的一次創(chuàng)舉，也是中國對第三代移動通信發(fā)展的貢獻。第三代移動通信系統(tǒng)可以使全球范圍內的任何用戶所使用的小型廉價移動臺，實現(xiàn)從陸地到海洋到衛(wèi)星的全球立體通信聯(lián)網，保證全球漫游用戶在任何地方、任何時候與任何人進行通信，并能提供具有有線電話的語音質量，提供智能網業(yè)務，多媒體、