TDSCDMA關鍵技術介紹實用教案

1、計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)1提綱(tgng)TD-SCDMA簡介智能天線（SA）聯(lián)合(linh)檢測（JD）動態(tài)信道分配（DCA）軟件無線電（SDR）第1頁/共33頁第一頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)2 TDSCDMA Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access（時分同步碼分多址） 的簡稱 是ITU正式發(fā)布的第三代移動通信空間接口技術規(guī)范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持 是中國電信百年來第一個完整的通信技術標準，是UTRA FDD可替代的方案 是集CDMA、TDMA等技術優(yōu)勢于一體、系統(tǒng)容量大、頻譜

2、利用率高、抗干擾能力強的移動通信技術 它采用了智能(zh nn)天線、聯(lián)合檢測、動態(tài)信道分配、軟件無線電等技術第2頁/共33頁第二頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)3TD技術(jsh)概要 TD-SCDMA在頻譜利用率、頻率靈活性、對業(yè)務支持具有多樣性及成本等方面有獨特優(yōu)勢。TD-SCDMA由于采用時分雙工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根據(jù)接收信號估計上行和下行信道特性比較容易。此外，TD-SCDMA使用智能天線技術有先天的優(yōu)勢，而智能天線技術的使用又引入了SDMA的優(yōu)點，可以減少用戶間干擾，從而提高頻譜利用率。TD-SCDMA還具有TDMA的優(yōu)點，可以靈活設置上行和下行時隙的

3、比例而調(diào)整上行和下行的數(shù)據(jù)速率的比例，特別適合因特網(wǎng)業(yè)務中上行數(shù)據(jù)少而下行數(shù)據(jù)多的場合。但是這種上行下行轉換點的可變性給同頻組網(wǎng)增加了一定的復雜性。TD-SCDMA是時分雙工，不需要成對的頻帶。因此，和另外兩種頻分雙工的3G標準相比，在頻率資源的劃分(hu fn)上更加靈活。一般認為，TD-SCDMA由于智能天線和同步CDMA技術的采用，可以大大簡化系統(tǒng)的復雜性，適合采用軟件無線電技術，因此，設備造價可望更低。但是，由于時分雙工體制自身的缺點，TD-SCDMA被認為在終端允許移動速度和小區(qū)覆蓋半徑等方面落后于頻分雙工體制。同時，TD只可以同時在線500人，是個問題。第3頁/共33頁第三頁，共3

4、4頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)4n智能天線：降低多徑、多址干智能天線：降低多徑、多址干擾擾n聯(lián)合檢測：降低多址干擾聯(lián)合檢測：降低多址干擾n軟件無線電：利用軟件來定義軟件無線電：利用軟件來定義實現(xiàn)無線電臺的部分功能實現(xiàn)無線電臺的部分功能n動態(tài)動態(tài)(dngti)信道分配：在信道分配：在時域、頻域、碼域實現(xiàn)以降低時域、頻域、碼域實現(xiàn)以降低干擾干擾n. (.)542136第4頁/共33頁第四頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)5智能(zh nn)天線智能天線基本概念與原理(yunl)智能天線實現(xiàn)方式和關鍵點智能天線具有的優(yōu)勢第5頁/共33頁第五頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)6智能天線(

5、tinxin)基本概念與原理智能天線是由多根天線陣元組成天線陣列智能天線的原理是通過調(diào)節(jié)各陣元信號的加權幅度和相位來改變陣列天線的方向圖，從而抑制(yzh)干擾，提高信干比。目標是實現(xiàn)天線和傳播環(huán)境與用戶和基站之間的最佳匹配。第6頁/共33頁第六頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)7智能(zh nn)天線: FDD vs.TDD FDD方式：由于上、下行鏈路信號傳播的無線環(huán)境受頻率選擇性衰落影響不相同，所以根據(jù)上行鏈路計算得到的權值不能直接(zhji)應用于下行鏈路 TDD方式：上、下行鏈路使用相同頻率傳輸信號，且間隔時間短，鏈路無線傳播環(huán)境差異不大，可以使用相同權值 TDD方式更方便采用

6、智能天線 FDD方式TDD方式第7頁/共33頁第七頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)8陣列類型陣列類型 從空間維數(shù)來看：線陣、面陣 從形狀來看：直線陣、弧線陣 從陣元間距來看：均勻、非均勻陣智能天線實現(xiàn)(shxin)方式 第8頁/共33頁第八頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)9常用智能天線(tinxin)方式 智能天線的陣元通常是按直線等距、圓周或平面等距排列。每個陣元為全向天線 當移動臺距天線足夠遠，實際信號入射角的均值和方差滿足一定(ydng)條件時，可以近似地認為信號來自一個方向第9頁/共33頁第九頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)10與其它天線方式特點與其它天線方式特

7、點(tdin)的比較的比較全向天線三扇區(qū)天線(tinxin)智能天線第10頁/共33頁第十頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)11智能智能(zh nn)天線的優(yōu)勢天線的優(yōu)勢使用智能天線使用智能天線 .能量僅指向小區(qū)內(nèi)處于激活能量僅指向小區(qū)內(nèi)處于激活狀態(tài)的移動狀態(tài)的移動(ydng)終端終端移動移動(ydng)終端在整個小區(qū)終端在整個小區(qū)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài)不使用智能天線不使用智能天線 . 能量分布于整個小區(qū)內(nèi) 在沒有激活狀態(tài)的移動終端的地區(qū)內(nèi)，干擾并沒有得到減少智能天線的優(yōu)勢智能天線的優(yōu)勢提高了基站接收機的靈敏度提高了基站接收機的靈敏度提高了基站發(fā)射機的等效發(fā)射提高了基站發(fā)射機的

8、等效發(fā)射功率功率降低了系統(tǒng)的干擾降低了系統(tǒng)的干擾改進了小區(qū)的覆蓋改進了小區(qū)的覆蓋增加了增加了CDMA系統(tǒng)的容量系統(tǒng)的容量第11頁/共33頁第十一頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)12聯(lián)合(linh)檢測 概念介紹(jisho) 特點說明 研究現(xiàn)狀 原理說明 TD-SCDMA中的實現(xiàn)方法 作用介紹(jisho)第12頁/共33頁第十二頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)13 利用接收到的多個用戶的信號，實現(xiàn)目標用戶信號的判決 優(yōu)勢 抑制(yzh)ISI（符號間干擾）與MAI（多址干擾） 抑制(yzh)遠近效應，降低功率控制要求接收信號能量MAIISI接收信號能量MAIISI接收信號能量

9、熱噪聲熱噪聲熱噪聲傳統(tǒng)傳統(tǒng)(chuntng)接收機接收機聯(lián)合檢測聯(lián)合檢測聯(lián)合檢測基本概念聯(lián)合檢測基本概念第13頁/共33頁第十三頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)14K個用戶信道估計K個用戶聯(lián)合檢測用戶1用戶2用戶K接收接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Y用戶用戶數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)XY = AX + N，信號，信號(xnho)檢測理論檢測理論 原理：原理： 充分利用對多用戶信充分利用對多用戶信道的估計，根據(jù)某種道的估計，根據(jù)某種信號估計準則，估計信號估計準則，估計同時同時(tngsh)(tngsh)工作工作的多個碼道的用戶信的多個碼道的用戶信息，在多個用戶中檢息，在多個用戶中檢測、提取出所需的用測、提取出所需的用戶信號

10、戶信號聯(lián)合檢測實現(xiàn)原理聯(lián)合檢測實現(xiàn)原理第14頁/共33頁第十四頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)15 聯(lián)合聯(lián)合(linh)檢測作檢測作用用n聯(lián)合(linh)檢測作用n避免多址干擾n相對擴大檢測動態(tài)范圍n小區(qū)內(nèi)干擾最小化n抗遠近效應第15頁/共33頁第十五頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)16聯(lián)合檢測(jin c)：抗遠近效應接收(jishu)信號能量MAI接收信號能量MAI接收信號能量熱噪聲熱噪聲熱噪聲傳統(tǒng)接收機傳統(tǒng)接收機聯(lián)合檢測聯(lián)合檢測傳統(tǒng)接收機：傳統(tǒng)接收機： 小信號被淹沒小信號被淹沒聯(lián)合檢測：聯(lián)合檢測： 小信號依然能夠解調(diào)小信號依然能夠解調(diào)第16頁/共33頁第十六頁，共34頁。

11、計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)17聯(lián)合(linh)檢測的TD-SCDMA實現(xiàn)優(yōu)勢每時隙每時隙(sh x)內(nèi)碼道數(shù)少內(nèi)碼道數(shù)少上行同步上行同步計算量小！計算量小！大的家具組合家具第17頁/共33頁第十七頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)18聯(lián)合(linh)檢測（續(xù)） 聯(lián)合檢測技術：迫零算法(ZF)、最小均方差算法(MMSE)、使用反饋后的迫零算法和最小均方差算法 聯(lián)合檢測的優(yōu)點：降低干擾，擴大容量，降低功控要求，削弱遠近效應 聯(lián)合檢測的缺點：大大增加系統(tǒng)復雜度、增加系統(tǒng)處理時延、需要要消耗一定(ydng)的資源第18頁/共33頁第十八頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)19智能天線聯(lián)合(l

12、inh)檢測 智能天線的主要作用： 降低多址干擾(gnro)，提高CDMA系統(tǒng)容量 增加接收靈敏度 智能天線所不能克服的問題 時延超過碼片寬度的多徑干擾(gnro) 多普勒效益(高速移動) 因而，在移動通信系統(tǒng)中，智能天線必須和其它信號處理技術同時使用 聯(lián)合檢測： 基于訓練序列的信道估值 同時處理多碼道的干擾(gnro)抵消 理論上，聯(lián)合檢測和智能天線相結合技術，可以完全抵消MAI的影響，大大提高系統(tǒng)的抗干擾(gnro)能力和容量。第19頁/共33頁第十九頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)20動態(tài)(dngti)信道分配 (DCA)系統(tǒng)根據(jù)當前的業(yè)務負載和干擾情況，動態(tài)地將信道(頻率或時隙

13、)分配給所需用戶的操作，以達到最大系統(tǒng)容量和最佳通信(tng xn)質(zhì)量。DCA意味著可以根據(jù)小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的干擾水平，在終端接入時分配合適的信道，或者在通信(tng xn)過程中把終端調(diào)整到小區(qū)內(nèi)更合適的信道。上下行時隙切換點的調(diào)整也是一種DCA手段。第20頁/共33頁第二十頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)21動態(tài)(dngti)信道分配（DCA）n頻域 DCAn頻域DCA中每一小區(qū)使用多個無線信道(頻道)n在給定頻譜范圍內(nèi)，與 5 MHz 的帶寬相比， TD-SCDMA 的1.6 MHz 帶寬使其具有3倍以上的無線信道數(shù)(頻道數(shù))n時域 DCAn在一個TD-SCDMA 載頻上，使用7

14、個時隙減少了每個時隙中同時處于激活狀態(tài)的用戶數(shù)量n每載頻多時隙，可以將受干擾最小的時隙動態(tài)分配給處于激活狀態(tài)的用戶n碼域 DCAn在同一個時隙中，通過改變分配的碼道來避免偶然出現(xiàn)的碼道質(zhì)量惡化n空域 DCAn通過智能(zh nn)天線，可基于每一用戶進行定向空間去耦 (降低多址干擾)TD-SCDMA 中的多種動態(tài)信道分配方法全面降低了相應的小區(qū)內(nèi)干擾和小區(qū)間干擾，優(yōu)化了頻譜利用率。第21頁/共33頁第二十一頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)22動態(tài)(dngti)信道分配(DCA)(續(xù)) GSM中的DCA 信道分配（channel assignment）：半固定 信道選擇(xunz)（ch

15、annel selection） TD-SCDMA中的DCA 根據(jù)TD-SCDMA系統(tǒng)中的特點，參考GSM系統(tǒng)的DCA并加以改進、發(fā)展。 信道分配（channel assignment）：動態(tài) 接納控制（admission control） 信道選擇(xunz)（channel selection）第22頁/共33頁第二十二頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)23動態(tài)信道(xn do)分配(DCA)(續(xù)) 動態(tài)信道分配的組成 慢速DCA（把資源分配到小區(qū)） 根據(jù)小區(qū)中各個時隙當前的負荷情況對各個時隙的優(yōu)先級進行排隊，為接入控制提供選擇時隙的依據(jù)。 接納控制AC 當一個新的呼叫到來時，DCA

16、首先(shuxin)選擇一個優(yōu)先級最高的時隙，能否在該時隙為新呼叫分配資源。在選擇時隙的過程中，如果沒有單獨的時隙能夠提供新呼叫所需要的資源，DCA將試圖進行資源整合，從而為新呼叫騰出一定的資源（包括碼資源、功率資源）。 快速DCA（為業(yè)務分配資源） 它的功能主要是有選擇的把一些用戶從負荷較重（或鏈路質(zhì)量較差）的時隙調(diào)整到負荷較輕（或鏈路質(zhì)量較好）的時隙。 第23頁/共33頁第二十三頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)24動態(tài)(dngti)信道分配(DCA)(續(xù)) DCA與TD-SCDMA其他技術的融合 TD-SCDMA系統(tǒng)中DCA的方法有如下幾種： 時域動態(tài)信道分配 因為TD-SCDMA

17、系統(tǒng)采用了TDMA技術，所以通過選擇接入時隙來減小激活用戶之間的干擾。 頻域動態(tài)信道分配 因為TD-SCDMA系統(tǒng)中每個小區(qū)可以有多個載波(zib)（一到三個），所以把激活用戶分配在不同的載波(zib)上，從而減小小區(qū)內(nèi)用戶之間的干擾。 空域動態(tài)信道分配 因為TD-SCDMA系統(tǒng)采用智能天線的技術，可以通過用戶定位、波束賦形來減小小區(qū)內(nèi)用戶之間的干擾、增加系統(tǒng)容量。第24頁/共33頁第二十四頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)25 軟件(run jin)無線電的由來 軟件(run jin)無線電的研究內(nèi)容和核心技術 軟件(run jin)無線電的硬件實現(xiàn) 采用軟件(run jin)無線電的

18、好處軟件(run jin)無線電技術(SDR)第25頁/共33頁第二十五頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)26軟件(run jin)無線電（SDR）的由來 解決多制式系統(tǒng)的“互通性” 軍事上：“沙漠風暴”行動中，各種通信設備的不兼容性暴露無疑，不得不借助許多額外的無線電臺，才能保障高效的通信聯(lián)絡 民用方面：多種移動通信系統(tǒng)，各國制式、頻率各不相同，不能互通、兼容，對于跨國漫游的人們帶來了極大的不便 減少技術演進過程中的投資浪費 技術的演進需要(xyo)更換硬件，極大地增加了設備投資的成本：基站要全部更換 盡可能以軟件（算法）實現(xiàn)射頻硬件部分的功能 構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用

19、硬件平臺 各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成 使A/D和D/A轉換器盡可能靠近天線 新一代無線通信系統(tǒng)具有高度靈活性、開放性第26頁/共33頁第二十六頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)27軟件無線電的研究(ynji)內(nèi)容 一般說來，軟件無線電主要由天線、 射頻前端、寬帶A/D-D/A轉換器、數(shù)字信號處理以及各種( zhn)軟件組成。軟件無線電的宗旨：（1）盡可能地簡化射頻模擬前端，使A/D轉換盡量靠近天線，數(shù)字化后的信號盡量多用軟件處理。（2）硬件平臺應具有開放性、通用性，軟件應具有可升級性，可替換性。軟件無線電可分為三大組成部分：射頻處理前端A/DD/A數(shù)字處理軟件第27頁/共33頁第二十七頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)28軟件(run jin)無線電信號處理的核心技術 高速A/D與D/A 帶通采樣（欠采樣） 數(shù)字上下變頻 調(diào)制解調(diào) 同步技術 多速率(sl)信號處理 數(shù)字濾波器設計等 第28頁/共33頁第二十八頁，共34頁。計算機網(wǎng)絡新技術(jsh)29軟件無線電的硬件(yn jin)實現(xiàn) 模擬前端 寬帶A/D和D/A 數(shù)字(shz)上下變頻器 高速數(shù)字(shz)信號處理器模擬前端模擬前端寬帶寬帶A/D數(shù)字下變數(shù)字下變頻器頻器DSP處處理器理器數(shù)