移动通信网络规划与优化的测试技术研究

摘要

测试技术与测试仪器的应用贯穿于无线通信系统研发、生产、网络建设、网络优化与网络监测等各个环节，是现代无线通信技术的重要技术基础。随着第三代移动通信商用化进程的加快，以及第四代移动通信试验网的建设，在主要基站设备技术发展已比较成熟的条件下，如何以尽可能小的成本来建设高质量的网络就成了运营商最关心的问题。在现阶段，解决这一问题最有效的途径是进行仔细的网络规划和优化，从站址选择、功率分配等方面节省成本，同时为了确保网络质量，要针对已建成的网络做大量测试与分析。本文主要针对现代移动通信网络规划与优化开展测试方法与测试技术的研究和相应测试仪器的研制。主要工作包括：
　　 ⑴针对AWGN信道下QPSK信噪比估计问题,提出了一种以噪声功率为主导的新的信噪比估计算法，仿真结果表明,该算法比现有的基于数据辅助(DA)的最大似然估计方法(ML-DA)具有更好的性能，尤其在低信噪比条件下，可以同时具有更好的精度和更高的可信度，而且不受接收机相位误差的影响。
　　 ⑵针对连续波(CW)扫频测试仪(扫频仪)采用低中频结构后存在的严重的镜频干扰问题，提出了在合理近似的基础上用递推公式从已被镜频干扰的信号中推算待测频率功率的方法，实测结果验证了该算法的正确性和有效性。进行网络规划模型校正测试时，主要进行离散点频功率测量。考虑体积和成本，本文研制的连续波(CW)扫频测试仪采用了低中频结构，该结构没有零中频结构的直流偏移、1/f噪声等缺陷,但是存在严重的镜频干扰问题。
　　 ⑶针对第三代移动通信(3G)网络规划初期的模型校正以及室内覆盖的应用需求，开展了仿基站信号发生器的研究，可以模拟实际应用情景，设置频率、功率、配置信道等。数据生成基于软件编程，硬件存储采用任意波形发生器的架构，加上多频多模射频前端，研制的信号发生器可以支持WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA以及WiMAX四种3G制式的应用。灵活的架构解决了成形滤波器对硬件资源的消耗问题，大大提高了ACLR等指标，确保了输出信号的频谱质量。
　　 ⑷针对我国自主知识产权的TD-SCDMA系统，开展了无线网络基本物理特性参数测量技术的研究，并研制了相应的扫频测试仪。针对扫频测试应用，提出并实现了一种有效的干扰抵消和多小区多用户联合检测技术，解决了TD-SCDMA小区搜索中的同频干扰问题，使同频检测能力达到20dB以上，在蜂窝网络环境中增强了弱信号检测能力。针对TDD方式提出了一种有效的自动增益控制方法与校准测量方案，保证了接收信号的动态范围与测量的精确性。分析了载波频偏对小区搜索的影响，利用TD-SCDMA时隙结构的特点，结合GPS定时功能，提出并设计实现了一种自动频偏校准算法。研制的TD-SCDMA扫频测试仪可同时支持我国政府为TD-SCDMA分配的1880MHz-1920MHz、2010MHz-2025MHz和2300MHz-2400MHz三个频段，具有盲小区搜索能力，可以快速地搜索并测量TD-SCDMA网络所有频点对应的小区，为网络优化提供全面的测试数据。
　　 ⑸Mobile WiMAX OFDMA系统基于IEEE802.16e-2005标准，与WCDMA/cdma2000/TD-SCDMA三种3G系统物理层有本质的区别，与LTE(长期演进)以及第四代(4G)系统物理层有更多的相似点，本文研究了其小区搜索技术，包括粗略帧同步、精细帧同步以及小区号检测算法等，并进行了仿真验证，为WiMAX和LTE扫频测试仪的研制奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略词

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 无线网优测试仪器的技术与产业状况

1.3 本文的主要工作和内容安排

参考文献

第二章AWGN信道下QPSK信号信噪比估计

2.1 信噪比估计技术

2.2 AWGN信道下QPSK信号模型和信噪比估计公式

2.2.1 信号模型

2.2.2 信噪比估计公式

2.2.3 最大似然信噪比估计

2.2.4 新的信噪比估计算法

2.3 仿真结果与说明

2.3.1 仿真结果

2.3.2 ML-DA算法有偏差的原因

2.3.3 新算法偏移度与误差分析

2.3.4 新算法的运算复杂度

2.4 本章小结

参考文献

第三章低中频CW扫频仪中的去镜频干扰研究

3.1 镜频干扰

3.2 步进离散扫频的数学模型

3.3 去混叠算法及应用分析

3.4 仿真与实验

3.5 本章小结

参考文献

第四章第三代移动通信基站信号发生器的研制

4.1 软件数据生成

4.1.1 WCDMA物理层数据生成

4.1.2 cdma2000物理层数据生成

4.1.3 TD-SCDMA物理层数据生成

4.1.4 Mobile WiMAX OFDMA物理层数据生成

4.2 波形合成

4.2.1 信号产生流程

4.2.2 硬件平台与控制软件设计

4.3 射频电路设计

4.4 信号发生器主要性能指标测试

4.4.1 CW输出信号测试

4.4.2 ACLR测试

4.4.3 矢量信号测试

4.4.4 信号发生器的应用

4.5 本章小结

参考文献

第五章TD-SCDMA扫频仪的研制

5.1 TD-SCDMA扫频仪的应用背景

5.2 TD-SCDMA扫频仪的基本功能

5.3 TD-SCDMA扫频仪关键算法设计

5.3.1 小区搜索过程概述

5.3.2 初始帧同步算法及实现

5.3.3 下行同步码检测

5.3.4 中间码识别与信道估计

5.3.5 同频多小区多用户联合检测

5.3.6 频偏估计与频率调整

5.3.7 自动增益控制与功率测量

5.4 硬件及控制软件设计

5.4.1 硬件架构

5.4.2 FPGA 工作流程与主要功能模块

5.4.3 DSP与控制流程

5.4.4 射频前端设计

5.4.5 扫频仪与PC接口

5.5 功能验证与性能测量

5.5.1 测量参数定义

5.5.2 功能验证

5.5.3 性能测量

5.5.4 路测实验

5.6 本章小结

参考文献

第六章MOBILE WIMAX OFDMA小区搜索技术研究

6.1 第三代移动通信网络优化测量中的小区搜索技术

6.2 Mobile WiMAX OFDMA物理层基本模型

6.3 OFDM符号与OFDMA 帧基本参数

6.4 小区模型

6.5 帧同步

6.6 小区识别

6.7 本章小结

参考文献

全文总结与展望

致 谢

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