3-TD-SCDMA关键技术介绍

TD-SCDMA关键技术中兴通讯学院TD&W&PCS无线团队目标学习完本课程，您将会：了解TD-SCDMA系统使用的关键技术掌握各种关键技术对系统性能的影响了解各种关键技术对规划组网的影响目录TDD技术同步技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制时分双工(TDD):上行频带和下行频带相同(节约频率资源）DUDDDDDD频分双工(FDD):上行频带和下行频带分离DDDDDDDUU上行D下行未使用TDD技术易于使用非对称频段,无需具有特定双工间隔的成对频段适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的,有利于智能天线技术的实现无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本TDD技术目录TDD技术同步技术（比较重要）智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制同步技术TD-SCDMA系统中的同步技术主要由两部分组成：（必考）基站间的同步（SynchronizationofNodeBs）基站与移动台间上行同步（UplinkSynchronization）同步技术同步技术－－基站间同步TD-SCDMA系统的TDD模式要求基站之间必须同步同步目的：避免相邻基站的收发时隙交叉，减小干扰基站间同步:系统内各基站的运行采用相同的帧同步定时同步精度要求：几微秒同步方法：GPS网络主从同步空中主从同步BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTSTxRxG同步技术定义：上行链路各终端信号在基站解调器基本同步。目的：CDMA码道正交；降低码道间干扰（码间干扰，MAI）；提高CDMA容量；简化硬件、降低成本。上行同步过程主要用于随机接入过程（手机开机之后小区搜索，搜索之后开始接入）和切换过程前，用于建立UE和基站之间的初始同步，也可以用于当系统失去上行同步时的再同步，同步的精度一般要求在1/8～1chip（100ns)同步技术－－上行同步同步技术上行同步实现同步的准备：建立下行同步同步的建立：UE通过对接收到的DwPTS和或P-CCPCH的功率估计来确定SYNC_UL的发射时刻，然后在UpPTS发送基站检测SYNC_UL序列，估计接收功率和时间，通过FPACH调整下次发射的功率和时间在以后的4个子帧内，基站用FPACH里的一个单一子帧消息向UE发射调整信息同步的保持：在每一上行帧检测Midamble，估计UE的发射功率和发射时间偏移立即在下一个可用的下行帧发射SS和TPC命令进行闭环控制SS上行业务时隙(BTS要求)Midamble随机接入SYNC1ssUpPTSUE的上行突发同步技术手机发射信号发同步调整命令SSUE上行同步过程信道估计信道估计1h2h::信道估计Nh::同步算法和同步命令生产::...天线1天线Ka各个用户的同步控制命令上行同步实现DatasymbolsMidambleDatasymbolsTPCsymbolsSSsymbolsGP1stpartofTFCIcodeword2ndpartofTFCIcodewordDatasymbolsMidambleDatasymbolsTPCsymbolsTimeslotx(864Chips)SSsymbolsGP3rdpartofTFCIcodeword4thpartofTFCIcodewordRadioFrame10msSub-frame5msSub-frame5msTimeslotx(864Chips)同步技术目录TDD技术同步技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制TalkTalk干扰自适应阵列基站普通基站智能天线的作用使用智能天线：能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端正在通信的移动终端在整个小区内处于受跟踪状态不使用智能天线：能量分布于整个小区内所有小区内的移动终端均相互干扰，此干扰是CDMA容量限制的主要原因智能天线技术智能天线智能天线技术智能天线基本原理智能天线是一个天线阵列：它由多个天线单元组成，不同天线单元对信号施以不同的权值，然后相加，产生一个输出信号。原理：使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。空分多址大大增加系统容量智能天线技术上行DOA估计上行DOA估计d:平行上行信号路程差；L:天线阵元间的距离；θ:来波信号方位角；cosθ＝d/Lθ=arccos(d/L)智能天线技术智能天线技术实现上行波束赋形：借助有用信号和干扰信号在入射角度上的差异（DOA估计），选择恰当的合并权值（赋形权值计算），形成正确的天线接收模式，即将主瓣对准有用信号，低增益旁瓣对准干扰信号。下行波束赋形：在TDD方式工用的系统中，由于其上下行电波传播条件相同，则可以直接将此上行波束赋形用于下行波束赋形，形成正确的天线发射模式，即将主瓣对准有用信号，低增益旁瓣对准干扰信号。智能天线技术智能天线实现示意图智能天线系统主要包含如下部分：(填空）•智能天线阵列（圆阵，线阵）、•多RF通道收发信机子系统（每根天线对应一个RF通道）、•基带智能天线算法（基带实现，各用户单独赋形）。智能天线技术上行链路处理各个天线的射频（RF）单元对接收的信号进行下变频以及A/D转换，形成接收到的天线阵列基带信号。根据用户训练序列的循环偏移的形成特性，采用算法对各个天线上接收到的训练序列进行快速信道估计，得到各个用户的信道冲激响应。对于信道估计的结果，一方面用于形成联合检测的系统矩阵；另一方面用于用户的DOA估计，为下行链路的波束赋行选择方向。根据用户到各天线的信道冲激响应以及用户分配的码信息形成的系统矩阵进行联合检测，同时获取多用户的解扰和解扩以及解调后的比特信息，然后经过译码，就可以得到用户的发送数据。智能天线技术下行链路处理首先对用户的下行链路的发送数据进行编码调制，然后根据用户分配的码信息和小区信息进行扩频加扰，形成用户的发送码片信息。然后根据上行链路中确定的用户DOA，选择下行波束赋行的权值，对用户进行下行波束赋行，以便形成用户的发射波束，达到空分的目的，并最终生成用户待发送的各个天线上的基带信号。对基带信号进行D/A转换和上变频操作，最终由天线单元发送出去。智能天线技术智能天线的实现上行方向，目的是将8路信号变成一路信号，一个用户对于八根天线所接收到的信号相位不同，即不同的相位角。将接收到的信号正弦波相位依次前移，通过提供自适应权值进行同向合并。数字信号处理器是用于信道估计，给自适应算法提供依据。对于下行来说，是根据上行的信道估计参数，将基带发射信号变成8路信号到8个阵元上，完成波束定向赋形过程。智能天线技术智能天线算法智能天线下行赋形算法准则：最大接收功率－DOA搜索法最大接收功率－特征值分解最大信干比－特征值分解中兴智能天线增强算法：阵元失效补偿：阵元失效时的应对措施增强性赋形方案：增强多径时的赋形性能用户1发射信号用户K发射信号DAC/RFDAC/RF:::::加权向量计算)1,(Kw)1,1(w),1(Kaw),(KaKw.........天线1天线Ka智能天线技术智能天线性能分析阵元个数会影响对干扰的抑制能力，影响容量和覆盖8阵元阵列比单天线性能有9dB的增益智能天线技术TD-SCDMA系统更适合采用智能天线TDD的工作模式，上行下行的无线传播是对称的，上行的信道估计参数可直接应用于下行，相比FDD要准确。子帧时间较短（5ms），便于支持智能天线下的高速移动单时隙用户有限（目前最多8个），计算量小，便于实时自适应权值的生成TD-SCDMA系统是一个以智能天线为核心的第三代移动通信系统智能天线技术智能天线对TD-SCDMA系统性能改进分析普通天线智能天线提高了基站接收机的灵敏度提高了基站发射机的等效发射功率降低了系统的干扰降低了系统的误码率增加了CDMA系统的容量改进了小区的覆盖降低了无线基站的成本智能天线技术目录TDD技术同步技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制抗干扰技术分类抗干扰技术单用户检测多用户检测技术实现简单导致信噪比恶化，系统性能和容量不理想充分利用MAI中的先验信息而将所有用户信号的分离看作一个统一的过程的信号分离方法联合检测干扰抵消基本思想是判决反馈，它首先从总的接收信号中判决出其中部分的数据，根据数据和用户扩频码重构出数据对应的信号，再从总接收信号中减去重构信号，如此循环迭代充分利用MAI，一步之内将所有用户的信号都分离开来的一种信号分离技术联合检测技术联合检测技术联合检测概念首先估计所有用户的信道冲激响应，然后利用已知的所有用户的扩频码、扰码和信道估计，对所有用户的信号同时检测，消除符号间干扰（ISI）和用户间干扰（MAI），从而达到提高用户信号质量的目的。联合检测的目的就是根据上式中的A（系統矩陣）和e估计用户发送的dc(1)c(k)c(K)...h(1)h(k)h(K).........ned(1)d(k)d(K)滤波器......d(1)^d(k)^^d(K)b(1)b(k)b(K)d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声e1=c1*(h1c1*d1+h2c2*d2+h3c3*d3+n)e2=c2*(h1c1*d1+h2c2*d2+h3c3*d3+n)==Ade3=c3*(h1c1*d1+h2c2*d2+h3c3*d3+n)e=Ad＋n联合检测原理联合检测技术DataMidambleGPDataDataMidambleGPData关键是突发序列中的训练序列e=Ad＋nA是系统矩阵，由扩频码c和信道脉冲响应h决定扩频码c已知信道脉冲响应h利用突发结构中的训练序列midamble求解出：emid=Gh+nmid其中：G由Midamble码构造的矩阵;emid接收机接收到总信号中的Midamble部分e：接收到的数据序列n：噪声联合检测在TD-SCDMA系统中的实现emid=Gh+nmid联合检测技术联合检测原理---算法线性联合检测算法解相关匹配滤波器法（DFM）迫零线性块均衡法（ZF-BLE）：已实现最小均方误差线性块均衡法（MMSE-BLE）：已实现多小区联合检测:消除邻小区强干扰非线性联合检测算法最小均方误差判决反馈块均衡法（MMSE-BDFE）迫零判决反馈块均衡法（ZF-BDFE）根据目前的情况，在TD-SCDMA系统中，采用了线性算法的一种，即迫零线性块均衡（ZF-BLE）法。联合检测技术TD-SCDMA系统适合采用联合检测技术每时隙内码道数量少基站扰码短上行同步AIR计算量小联合检测在TD-SCDMA系统实现的优势联合检测技术联合检测对TD-SCDMA系统性能改进提高系统容量增大覆盖范围减小呼吸效应（使用了系統聯合檢測和智能天線）缓解功率控制精度需求削弱远近效应频率MAI检测到信号能量Frequency允许的信号波动能量联合检测技术智能天线+联合检测天线1天线Ka信道估计联合检测信道解码测量DOA估计下行波束赋形权值产生天线1天线Ka用户1数据产生用户K数据产生联合检测技术与RAKE接收技术的比较RAKE接收技术是利用扩频码相关性抑制本小区其它用户的干扰，然而由于多径和扩频码之间的非正交性，本小区其它用户之间没有完全消除，留有残余干扰，作为噪声处理，随着用户数增加，残余干扰累加得越大。联合检测将参与干扰作为可知信号，从用户信号中消除，因此随着用户增加，干扰不会累加，信号质量更好。这带来的另一个好处是：TD-SCDMA系统呼吸效应不明显。联合检测技术目录TDD技术同步技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制信道分配技术信道分配指在采用信道复用技术的小区制蜂窝移动系统中，在多信道共用的情况下，以最有效的频谱利用方式为每个小区的通信设备提供尽可能多的可使用信道。信道分配过程一般包括呼叫接入控制、信道分配、信道调整三个步骤。不同的信道分配方案在这三个步骤中有所区别。信道分配方案可分为以