TD-SCDMA技術(shù)

第 3章 本章內(nèi)容 本章重點(diǎn) 學(xué)習(xí)本章目的和要求 了解 熟悉并掌握 了解 幀結(jié)構(gòu)及映射 1 低碼片速率為 s（ 抗干擾性強(qiáng)； 采用了聯(lián)合檢測，智能天線，上行同步等新技術(shù)； 適合軟件無線電的應(yīng)用； 采用 用 有利于頻譜的有效利用 （ 1） 圖 3多址特點(diǎn)： 更適合于不對稱業(yè)務(wù) 圖 3上下行業(yè)務(wù) 上、下行鏈路中具有對稱信道特性 設(shè)備成本低 移動(dòng)速度與覆蓋問題 基站的同步問題 干擾問題 （ 2） 載波間隔 /碼片速率：s（ ）； 小區(qū)重用模式： c=3（采用智能天線時(shí)c=1）； 要求的最小帶寬： 5持 3個(gè)載波間隔）； 操作模式： 幀長度 /時(shí)隙數(shù)： 102個(gè) 514時(shí)隙（每個(gè)子幀 7個(gè)時(shí)隙）； 2基本參數(shù) 擴(kuò)頻因子： 1/2/4/8/16； 射頻調(diào)制方式： 816降因子 數(shù)據(jù)速率：8s384s2048s； 對稱和非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模式； 電路與分組交換； 聯(lián)合檢測、智能天線、基于用戶定位的 多基站同步、多模的軟件無線電； 控制頻率： 0 200次 /秒； 功率控制步長： 1 3 同步控制精度： 1/8碼片寬度。 幀結(jié)構(gòu)及映射 1幀結(jié)構(gòu) （ 1）子幀結(jié)構(gòu) 圖 3圖 3圖 3 突發(fā)結(jié)構(gòu)中的訓(xùn)練序列 ， 用于進(jìn)行上下行信道估計(jì) 、 測量 ， 如上行同步的保持以及功率測量等 。 每個(gè)小區(qū)一般使用 1個(gè)基本的訓(xùn)練序列碼 。 對這個(gè)周期性的基本碼進(jìn)行等長的循環(huán)移位 （ 長度取決于同一時(shí)隙的用戶數(shù) ） 又可以得到一系列的訓(xùn)練序列 。 同一時(shí)隙的不同用戶將使用不同的訓(xùn)練序列位移 。 （ 2）導(dǎo)頻分配 圖 3時(shí)隙內(nèi)不同用戶的訓(xùn)練序列碼的生成 （ 3）同步時(shí)隙分配 圖 3 圖 3 在 時(shí)隙 隙 他時(shí)隙的分配可以有 L/ 通過靈活配置上行及下行業(yè)務(wù)時(shí)隙的數(shù)量，可以方便地實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)需求下的數(shù)據(jù)傳送。 圖 3行業(yè)務(wù)時(shí)隙的對稱配置方式，其中 （ 4）業(yè)務(wù)時(shí)隙分配 在上、下行業(yè)務(wù)時(shí)隙對稱配置的方式下，上行鏈路與下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率對稱，可適用于以話音業(yè)務(wù)為主的區(qū)域。 圖 3行業(yè)務(wù)時(shí)隙非對稱配置的方式，其中 在這樣的時(shí)隙配置下，下行鏈路相比較于上行鏈路具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可適用于多媒體點(diǎn)播等以數(shù)據(jù)下載業(yè)務(wù)為主的區(qū)域。 在對下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸速率具有更高需求的業(yè)務(wù)中，還可以采用 L=15 的配置。 圖 3圖 3上下行對稱分配方式 2信道映射 （ 1）空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu) 圖 3第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu) （ b）所示） 從圖 3理層是空中接口的最底層，支持比特流在物理介質(zhì)上的傳輸。 物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的 物理層向 輸信道定義了信息是如何在空中接口上傳輸?shù)摹?物理信道在物理層定義，物理層受 物理層向高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，這些服務(wù)的接入是通過傳輸信道來實(shí)現(xiàn)的。 為提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，物理層需要完成以下功能： 傳輸信道前向糾錯(cuò)（ 碼和解碼； 切換測量和接力切換的執(zhí)行； 傳輸信道的復(fù)接和分接以及傳輸信道中碼的組成； 傳輸信道和物理信道中間碼的映射； 物理信道的調(diào)制擴(kuò)頻和解調(diào)解擴(kuò)； 頻率跟蹤和定時(shí)（碼片、比特、時(shí)隙、子幀）同步，包括上行同步； 功率控制； 隨機(jī)接入過程； 動(dòng)態(tài)信道分配（ 項(xiàng)）； 物理信道的功率加權(quán)和合并； 射頻控制； 差錯(cuò)檢測； 速率匹配（數(shù)據(jù)復(fù)接至 無線特性測試，包括 上下行波束賦形（智能天線）； 用戶定位（智能天線）。 表 3傳輸信道到物理信道的映射 （ 2）傳輸信道與物理信道的映射關(guān)系 傳 輸 信 道 物 理 信 道 用信道） 用物理信道） 播信道） 用控制物理信道） 向接入信道） 用控制物理信道） 呼信道） 用控制物理信道） 機(jī)接入信道） 機(jī)接入物理信道） 行共用信道） 行共用物理信道） 用物理信道） 機(jī)接入物理信道） 步信道） （下行導(dǎo)引時(shí)隙） 行共用信道） 行共用物理信道） 為了保證數(shù)據(jù)在無線鏈路上的可靠傳輸，物理層需要對來自 復(fù)用后發(fā)送。 同時(shí)，物理層對接收自無線鏈路上的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行解碼 /解復(fù)用后，再傳送給 到達(dá)編碼 /復(fù)用單元的數(shù)據(jù)以傳送塊集的形式，在每個(gè)傳輸時(shí)間間隔（ 輸一次。傳輸時(shí)間間隔從集合 51020080取值。 （ 3）傳輸信道編碼 /復(fù)用 編碼 /復(fù)用的步驟如下： 給每個(gè)傳輸塊加 環(huán)檢測）； 傳輸塊級連 /碼塊分段； 信道編碼； 無線幀均衡； 交織（分兩步）； 無線幀分段； 速率匹配； 傳輸信道復(fù)用； 比特加擾； 物理信道分段； 子幀分段； 物理信道映射。 圖 3傳輸信道編碼 /復(fù)用流程圖 （ 1）差錯(cuò)檢測。 （ 2）傳送塊的級聯(lián)和碼塊分段。 （ 3）信道編碼。 圖 3編碼率為 1/3的 （ 4）無線幀尺寸均衡和分段。 （ 5）第一次交織。 （ 6）速率匹配。 （ 7）傳輸信道復(fù)用。 （ 8）物理信道的分段和子幀分段。 （ 9）第二次交織。 （ 10）物理信道映射。 圖 3數(shù)據(jù)符號的擴(kuò)頻過程 智能天線 聯(lián)合檢測 10 上行同步 小區(qū)搜索 隨機(jī)接入 功率控制 智能天線 1基本原理 智能天線利用天線陣列對波束的匯成和指向的控制 ， 形成多個(gè)獨(dú)立的波束 ， 可以自適應(yīng)地形成天線的方向圖以跟蹤信號的變化 。 智能天線系統(tǒng)由天線陣列及相連的收發(fā)機(jī)和先進(jìn)的基帶信號信號處理算法構(gòu)成 。 接收時(shí) ， 每個(gè)陣元的輸入被自適應(yīng)地加權(quán)調(diào)整 ， 并與其他的信號相加 ， 以達(dá)到從混合的接收信號中解調(diào)出期望得到的信號并抑制干擾信號的目的 ， 它對干擾信號方向調(diào)零 ，以減少甚至抵消干擾信號 。 發(fā)射時(shí) ， 根據(jù)接收到達(dá)的信號在天線陣上產(chǎn)生的相位差 ， 提取出移動(dòng)臺的位置信息 ，有效地產(chǎn)生多波束賦形 ， 可為每一個(gè)移動(dòng)臺提供跟蹤波束 ， 為高速移動(dòng)的移動(dòng)臺提供快速波束跟蹤 。 智能天線是一種空分多址 （ 技術(shù) ，主要包括三個(gè)方面：波達(dá)角度 （ 估計(jì) ，波束賦形和定位技術(shù) 。 波達(dá)方向估計(jì)是智能天線工作的基礎(chǔ)，是陣列信號處理的重要應(yīng)用之一。 當(dāng)有多個(gè)電磁波從不同方向到達(dá)天線陣時(shí)，每個(gè)陣元上都有多個(gè)電磁波產(chǎn)生的信號，如圖 3些信號因?yàn)槿肷浞较虿煌?，在各個(gè)陣元上有不同的相位延遲分布，即在陣列的輸出端是每個(gè)陣元所接收到的多個(gè)信號的總疊加。 以此為根據(jù)經(jīng)過矩陣運(yùn)算，得出相應(yīng)的波達(dá)方向估計(jì)圖。 圖 3方向性多徑信道示意圖 圖 3信號波束形成 圖 3常用的兩種典型結(jié)構(gòu)（俯視圖） 圖 3智能天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中 ， 由于無法確定移動(dòng)用戶的地理位置而不得不采用全向發(fā)射天線 ， 能量分布于整個(gè)小區(qū)內(nèi) ， 實(shí)際上只有很少部分的信號被移動(dòng)臺截獲 ， 這不僅造成能量的損失 ， 更為嚴(yán)重的是所有小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)終端均相互干擾 ， 此干擾是 2特點(diǎn) 使用智能天線技術(shù)，能量僅指向小區(qū)內(nèi)處于激活狀態(tài)的移動(dòng)終端，正在通信的移動(dòng)終端在整個(gè)小區(qū)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài)，把基站盲目的、廣播式的傳播變?yōu)槎ㄏ虻男盘杺鬟f，減少噪聲干擾，從而提高系統(tǒng)容量，增加基站服務(wù)的范圍。 智能天線方向性收發(fā)的特點(diǎn)如圖 3 圖 3智能天線方向性收發(fā)的特點(diǎn) 3實(shí)現(xiàn)賦形方式 （ 1）上行空域?yàn)V波 圖 3接收波束賦形原理圖 圖 3發(fā)送波束賦形原理圖 （ 2）下行波束賦形 聯(lián)合檢測 1檢測技術(shù)概述 在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中 在同一頻段上同時(shí)傳輸不同用戶的數(shù)據(jù) ， 使整個(gè)系統(tǒng)的容量得到大幅度的增加 。 若僅僅從碼字的正交性角度來說 ， 只要找到符合要求的正交碼 ， 系統(tǒng)的容量就可以得到無限的擴(kuò)大 。 但在實(shí)際中 ， 由于無線信道的時(shí)變性以及多徑效應(yīng)等 ， 使得同一個(gè)用戶數(shù)據(jù)之間存在符號間干擾 （ ， 不同用戶的數(shù)據(jù)間存在多址干擾 （ ， 如圖 3 這兩種干擾都抑制了系統(tǒng)容量的增加 。 圖 3信號分析 圖 3傳統(tǒng)接收機(jī) 聯(lián)合檢測技術(shù)的核心是利用均衡技術(shù) ， 通過聯(lián)合檢測不同用戶的信號 ， 將來自其他用戶的 這樣得到發(fā)送數(shù)據(jù)符號的無偏估計(jì) 。 聯(lián)合檢測的原理結(jié)構(gòu)如圖 3 2聯(lián)合檢測技術(shù)原理 圖 3聯(lián)合檢測的原理結(jié)構(gòu) 上行同步 1基本原理 在 下行鏈路總是同步的 。 所以一般說同步 即要求來自不同距離的上行鏈路各終端信號在基站解調(diào)器完全同步 ， 如圖 3 特別是對 上行同步能夠給系統(tǒng)帶來很大的好處 。 通過上行同步可以讓使用正交擴(kuò)頻碼的各個(gè)碼道在解擴(kuò)時(shí)完全正交，相互間不會產(chǎn)生多址干擾，降低了由于每個(gè)移動(dòng)終端發(fā)射的碼道信號到達(dá)基站的時(shí)間不同造成碼道非正交所帶來的干擾，大大提高了 可以簡化基站硬件，降低無線基站成本。 圖 3上行同步原理 （ 1）同步的建立 2實(shí)現(xiàn)過程 圖 3上行同步過程 （ 2）同步的保持 小區(qū)搜索 1原理 （ 1）概念 能接收到附近用戶的強(qiáng)上行信號。 在 于沒有其他本小區(qū)多址干擾的獨(dú)立時(shí)隙。 當(dāng) 行同步便獲得了。 有小區(qū)的 于切換中進(jìn)行測量。 （ 2）搜索過程 設(shè)定載波頻率；搜索 得 （ 3）搜索 接收并記錄任意 5已知正交碼序列在一個(gè)個(gè)窗口內(nèi)求相關(guān)。 第一步：搜索 第二步：識別擾碼和基本中間碼。 第三步：控制復(fù)幀同步。 第四步：讀 2過程 隨機(jī)接入 1隨機(jī)接入必須完成的工作 上行同步、功率控制、系統(tǒng)獲得接入要求、用戶鑒權(quán)、分配業(yè)務(wù)碼道等。 2隨機(jī)接入必須考慮的問題 （ 1） （ 2）防止碰撞的策略； （ 3）加快接入速度。 隨機(jī)接入的過程如圖 3 3隨機(jī)接入過程 圖 3隨機(jī)接入過程 功率控制 1基本原理 功率控制技術(shù)是 所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率 ， “ 遠(yuǎn)近效用 ” 問題特別突出 。 遠(yuǎn)近效用 ” ， 使系統(tǒng)既能維護(hù)高質(zhì)量通信 ， 又不對其他用戶產(chǎn)生干擾 ， 如圖 3 圖 3功率控制 （ 1）前向功率控制 （ 2）反向開環(huán)功率控制 （ 3）反向閉環(huán)功率控制 當(dāng)信道的傳播條件突然改善時(shí)，功率控制應(yīng)做出快速反應(yīng)（例如幾 s），以防止信號突然增強(qiáng)而對其他用戶產(chǎn)生附加干擾；相反，當(dāng)傳播條件突然變壞時(shí)，功率調(diào)整的速度可以相對慢一些。 也就是說，寧愿單個(gè)用戶的信號質(zhì)量短時(shí)間惡化，也要防止許多用戶因?yàn)閱蝹€(gè)用戶的信號電平突然變大而增大背景干擾。 這種功率控制辦法簡單、直接，不需要在移動(dòng)臺和基站之間交換信息，因而控制速度快并節(jié)省開銷。 2功率控制的原則 對于某些情況，例如車載移動(dòng)臺快速駛?cè)牖蝰偝龅匦纹鸱鼌^(qū)或高大建筑物遮蔽區(qū)而引的信號強(qiáng)度變化是十分有效的，但是對于信號因多徑傳播而引起的瑞利衰落變化則效果不好。 因?yàn)榍跋騻鬏敽头聪騻鬏斒褂玫念l率不同，通常兩個(gè)頻率的間隔大大超過信息的相干帶寬，因而不能認(rèn)為移動(dòng)臺在前向信道上測得的衰落特性，就等于反向信道上的衰落特性。 為了解決這個(gè)問題，可以由基站檢測來自移動(dòng)臺的信號強(qiáng)度，并根據(jù)測得的結(jié)果，形成功率調(diào)整指令，通知移動(dòng)臺，使移動(dòng)臺根據(jù)此調(diào)整指令來調(diào)節(jié)其發(fā)射功率。 實(shí)現(xiàn)這種辦法的條件是傳輸調(diào)整指令的速度要快，處理和執(zhí)行調(diào)整指令的速度也要快。 一般情況下，這種調(diào)整指令每毫秒發(fā)送一次就可以了。 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 無線資源管理 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營之前的關(guān)鍵步驟 ， 主要根據(jù)實(shí)際的無線傳播環(huán)境 、 業(yè)務(wù) 、社會等多方面因素 ， 從 “ 覆蓋 、 容量 、 個(gè)方面對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 “ 宏觀配置 ” ， 實(shí)現(xiàn)各方面良好的平衡 。 1覆蓋規(guī)劃 2容量規(guī)劃 3業(yè)務(wù)規(guī)劃 無線資源管理 頻率 、功率 、 時(shí)隙和空間角度 。 因?yàn)樵撓到y(tǒng)綜合使用了時(shí)分 、 頻分 、 碼分和空分以及其他多種新技術(shù) ， 所以頻譜利用率比較高 。 無線資源管理 （ 是無線網(wǎng)絡(luò)控制器（ 的重要組成部分 。 其作用主要包括三個(gè)方面：確保用戶申請業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量 ， 包括 時(shí)間延遲 、業(yè)務(wù)優(yōu)先等級等；確定系統(tǒng)規(guī)劃的覆蓋；充分提高系統(tǒng)容量 。 （ 1）硬切換（ 原理 在硬切換過程中， 1（源基站）的信令和業(yè)務(wù)連接，再建立與2（目標(biāo)基站）的信令和業(yè)務(wù)連接，即易掉話。 1切換（ 發(fā)生硬切換的情況 不同頻率之間的切換； 不同系統(tǒng)之間的切換（如 不同 且兩者之間沒有軟切換通路（ 7）； 不同 對于幀偏移分配的變化，在切換過程中，新基站分配給 概念 過程 作用 （ 2）軟切換（ 原理 特點(diǎn) 接力切換示意圖 （ 3）接力切換 圖 3接力切換過程示意圖 2動(dòng)態(tài)信道分配 （ 1）原理和作用 動(dòng)態(tài)信道分配的主要功能是負(fù)責(zé)將信道分配到小區(qū) 、 信道優(yōu)先級排序 、 信道選擇 、 信道調(diào)整和資源整合 ， 全面降低小區(qū)間干擾 ，優(yōu)化頻譜利用率 。 時(shí)隙 /擴(kuò)頻碼的組合唯一確定 。 夠靈活分配時(shí)隙資源，動(dòng)態(tài)調(diào)整上下行時(shí)隙的個(gè)數(shù)，靈活支持對稱及非對稱業(yè)務(wù)。 需信道預(yù)規(guī)劃，可自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載和干