（信号与信息处理专业论文）tdhspa信道估计和联合检测算法.pdf

- 、t j i i it j ii irt i r 11 111 1i ii y 17 5 8 9 10 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期： 伽，o ，2 ， 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围， 本人签名：巡兰 导师签名： 适用本授权书。 日期：塑! 望：! ：! 兰 日期： p ，乙 厂 北京邮电大学硕士论文 摘要 t d h s p a + 系统的信道估计和联合检测算法 摘要 时分双工同步码分多址( t o s c d m a ) 是由中国提出的基于时分 双工d ) 模式的第3 代移动通信技术标准，是3 g p p 标准的重要组 成部分。t d s c d m a 采用了大量先进的无线通信技术，如：上行同 步码分多址、智能天线、联合检测、软件无线电、接力切换和动态信 道分配等。t d d 模式不需要对称频带，在频带资源日益紧张的今天， t d s c d m a 系统高频谱利用率的优势越来越明显。同时，无线资源 在上下行间可以灵活分配，更适合于传输非对称业务。随着 t d s c d m a 标准被各国运营商和设备商所接受，运营商及制造商都 投入了大量的研发精力，使得t d s c d m a 技术不断向前发展，演进， 逐步形成了t d s c d m a 阶段，时分双工高速分组接入( t d h s p a ) 阶段，t d h s p a 增强演进( t d h s p a + ) 系统阶段，时分长期演进 ( t d l 1 e ) 系统阶段；并逐步向b 3 g 4 g 阶段演进。t d h s p a 阶段 主要引入了高速下行分组接入( h s d p a ) 和高速上行分组接入 ( h s u p a ) ，同时考虑了与其他无线宽带接入系统的融合。t d h s p a + 系统是t d h s p a 系统的演进系统，旨在获得更高的系统容量和更好 的q o s 保障，t d h s p a + 系统的重要创新在于引入了多输入多输出 ( m i m o ) 技术，通过空间分集和复用，提高了通信系统的可靠性和 通信速率。 信道估计是信号检测接收的前提，t d 系统通过在每个时隙中间 插入训练序列( m i d a m b l e 码) ，接收端通过已知的训练序列解出信道 响应。现有信道估计基于s t e i n e r 算法，使用快速傅里叶变换，简化 信道求逆过程，但是无法消除小区间干扰。 联合检测是t d 系统的关键技术之一，该技术可以减少多址接入 干扰( m a i ) ，同道干扰( c c i ) 并且将同一时刻接收到的多码道信号 同时解出。现有系统通常采用最小均方误差( m m s e ) 算法。迫零( z f ) 算法和匹配滤波( m f ) 算法也通常做为性能比较出现在论文中。但 是现有的研究主要集中在单小区场景下，多小区场景的研究成果相对 较少。一 北京邮电大学硕士论文 摘要 本文在认真分析t d h s p a + 系统的传输模型，尤其是t d h s p a + 系统典型的信道估计和联合检测算法的基础上，对现有算法进行了改 进，并且考虑到了t d h s p a + 系统引入m i m o 技术的场景，给出了 不同天线配置及不同工作模式下信道估计和联合检测的仿真结果，评 估了t d h s p a + 系统的信道估计和联合检测性能。本文的创新点主要 集中在：a ) 通过理论推导，对现有的信道估计算法进行了改进，将信 道估计结果后处理，有效降低了噪声对信道估计准确度的影响。b ) 对现有联合检测算法进行改进，增加了强干扰用户选择过程。给出三 种衡量标准，对相邻小区用户的干扰强度进行评估，选出强干扰用户， 从而降低运算复杂度并且提高检测性能。c ) 本文分析了不同天线配置 及不同工作模式下m i m o 系统信道估计的性能。以往的信道估计的 性能研究一般限于t d s c d m a 系统或t d h s p a 系统，而m i m o 技 术作为t d h s p a + 系统引入的新的关键技术，评估其信道估计的性能 是十分必要而有意义的。 关键词：时分同步码分多址，t d _ h s p a + 系统，信道估计，联合检测， 仿真性能 北京邮电大学硕士论文 a b s t r a c t c h a n n e le s t i m 睑t i o na n d j o i n td e t e c t i o n o ft d - h s p a + s y s t e m a b s t r a c t t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s 仃d s c d m a ) p r o p o s e db yc h i n ai so n eo f3 gc o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d s w h i c hi sb a s e do nt i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g ( t d d ) m o d e t d s c d m a a d e p t sm a n ya d v a n c e dt e c h n i q u e s ，s u c ha su p l i n ks y n c h r o n o u sc d m a , s m a r ta n t e n n a ，j o i n td e t e c t i o n ，s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o ，b a t o n h a n d o v e r ，d y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o na n ds oo n t d dm o d ed o e s n t n e e ds y m m e t r i cs p e c t r u m ，a n dt h ea d v a n t a g eo ft d s c d m a , t h eh i g h s p e c t r u me f f i c i e n c y , b e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ta st h es p e c t r u m r e s o u r c eb e c o m e sr a r e r m e a n w h i l e ，t h er a d i or e s o u r c ec a nb ea l l o c a t e d b e t w e e nt h eu p l i n ka n dt h ed o w n l i n kw i t hh i g hf l e x i b i l i t y , w h i c hi sm o r e s u i t a b l ef o rt h ea s y m m e t r i ct r a f f i c s a st d s c d m as t a n d a r di sw i d e l y a c c e p t e d ，m o s to ft h eo p e r a t o r sa n dt h em a n u f a c t o r i e sa r em a k i n gg r e a t e f f o r t st or e s e a r c ha b o u ti t ，w h i c hs t i m u l a t e st h ed e v e l o p m e n ta n d e v o l u t i o no ft d s c d m ai n c l u d i n gt h et d s c d m ap h a s e ，t h et i m e d i v i s i o n h i 曲s p e e dp a c k e ta c c e s sf r o h s p a ) p h a s e ，t h et i m e d i v i s i o n h i g l ls p e e dp a c k e ta c c e s sp l u sf r o h s p a + ) p h a s e ，a n dt h e t i m ed i v i s i o n b i 培t e r me v o h t i o n ( t o l t e ) p h a s e ，f o l l o w e db yt h e b 3 g 4 gp h a s e t d h s p f p h a s ei m p o r t sh i g l ls p e e dd o w n l i n kp a c k e t a c c e s s ( h s d p a ) a n dh i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s ( h s u p a ) a n d a l s ot a k ei n t oa c c o u n to ft h ec o m p a t i b i l i t yw i t ho t h e rw i r e l e s sw i d e b a n d a c c e s st e c h n i q u e s t d h s p a + i st h ee v o l u t i o no ft d h s p a ，w h i c h w a n t st oa c h i e v eh i g h e rs y s t e mc a p a c i t ya n db e t t e rq o sg u a r a n t e e t h e 北京邮电大学硕士论文 a b s t r a c t m a i ni n n o v a t i o no ft d h s p a + s y s t e mi st h ea d o p t i o no fm u l t i p l ei n p u t m u l t i p l eo u t p u t ( m i m o ) ，w h i c he n h a n c e st h es t a b i l i t ya n ds p e e do ft h e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mt h r o u g ht h es p a t i a ld i v e r s i t ya n dm u l t i p l e x i n g t h ec h a n n e le s t i m a t i o ni st h ep r e m i s eo ft h er e c e p t i o no ft h es i g n a l t d s y s t e m si n s e r tm i d a m b l ec o d e si n t oe v e r ys l o ta n dt h er e c e i v e rg e t s t h ec h a n n e lr e s p o n s et h r o u g ht h ek n o w nm i d a m b l ec o d e s 。砀ep o p u l a r c h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h mi sb a s e do ns t e i n e ra l g o r i t h m ，w h i c h s i m p l i f i e st h ep r o c e d u r eo fg e t t i n gt h ec h a n n e lb yu s i n gf a s tf o u r i e r t r a n s f o r m b u ti tc a n te l i m i n a t et h ei n t e r - c e l li n t e r f e r e n c e j o i n td e t e c t i o ni so n eo fk e yt e c h n i q u e so ft ds y s t e m s w h i c hc a n r e d u c et h em u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c e ( m a d ，c o c h a n n e li n t e r f e r e n c e ( c c i ) a n dg e tt h em u l t i p l ec o d es i g n a l sw h i c ha r es e n ts i m u l t a n e o u sa t t h es a m et i m e m i n i m u mm e a ns q u a r e de r r o r ( m m s e ) i sw i d e l yu s e d ， a n dz e r o f o r c i n g ( z f ) a n dm a t c h - f i l t e r i n g ( m f ) a r eu s u a l l yu s e da s c o m p a r i s o n s h o w e v e r , m o s tr e s e a r c h e sa r eb a s e do no n ec e l ls c e n a r i o t h e r ea r eo n l yf e wr e s e a r c h e sa b o u tm u l t i c e l ls c e n a r i o t h i sp a p e ra n a l y z e st h et r a n s m i tm o d e lo ft h et d h s p a + s y s t e ma n d t h ec l a s s i cc h a n n e le s t i m a t i o na n di o i n td e t e c t i o na l g o r i t h m s ，a n dm a k ea b i gi m p r o v e m e n t t ot h e e x i s t i n ga l g o r i t h m s i ta l s oc o n s i d e r st h es c e n a r i o w h i c ha d o p t sm i m 0i nt h et d h s p i a + s y s t e m p r e s e n t ss o m es i m u l a t i o n r e s u l t sa b o u tt h ec h a n n e le s t i m a t i o na n di o i n td e t e c t i o na l g o r i t h m sw i t h d i f f e r e n ta n t e n n ac o n f i g u r a t i o n sa n dw o r k i n gm o d e s ，a n da n a l y z e st h e p e r f o r m a n c e so ft h ec h a n n e le s t i m a t i o na n di o i n t d e t e c t i o ni nt h e t d h s p a + s y s t e m t h em a i ni n n o v a t i o n sa n dc o n t r i b u t i o n so ft h i sp a p e r a r e ：a ) i ti m p r o v e s t h e e x i s t i n g c h a n n e le s t i m a t i o n a l g o r i t h mb y t h e o r e t i c a ld e d u c t i o na n da l s or e d u c e st h ee f f e c to ft h en o i s et ot h e a c c u r a c yo ft h e c h a n n e le s t i m a t i o nb yp o s t - p r o c e s s i n gt h ec h a n n d e s t i m a t i o nr e s u l t s b ) i ti m p r o v e st h ee x i s t i n gj o i n td e t e c t i o na l g o r i t h m a n da d d st h ep r o c e d u r eo fs e l e c t i n gh i g hi n t e r f e r e n c eu s e r s k e yw o r d s ：t d - s c d m a ，t d h s p a + s y s t e m ，c h a n n e le s t i m a t i o n ， j o i n td e t e c t i o n ，s i m u l a t i o nc a p a b i l i t y 北京邮电大学硕士论文目录 目录 第1 章t d h s p a + 系统简介。1 1 1 t d s c d m a 着统1 1 1 1t d s c d m a 网络结构1 1 1 1t d s c d m a 物理层结构。2 1 1 2t d s c d m a 系统关键技术及优势4 1 1 3t d 系统演进过程及t d h s p a + 系统6 1 2t d h s p a + 关键技术。7 1 2 1高阶调制7 1 2 2m a c 层及r l c 层增强8 1 2 3增强的c e l lf a c h 状态。9 1 2 4连续型分组连接( c p c ) 1 0 1 2 5 m i m o 技术1 1 1 3本章小结1 3 第2 章单天线t d h s p a + 系统信道估计和联合检测算法1 4 2 1单小区信道估计及联合检测算法1 6 2 1 1单小区信道估计算法1 8 2 1 2单小区联合检测算法。2 2 2 2多小区信道估计算法及联合检测算法2 4 2 2 1多小区信道估计算法2 7 2 2 2多小区联合检测算法3 0 2 3多小区信道估计和联合检测算法的改进3 3 2 3 1多小区信道估计的降噪处理3 3 2 3 2多小区联合检测中的强干扰用户选择3 8 2 4本章小结4 1 第3 章t d h s p a + m i m o 系统的信道估计和联合检测算法4 2 3 1m i m o 系统简介4 2 3 2m i m o 系统的信道估计和联合检测算法4 3 3 2 1m i m o 系统信道估计算法4 4 3 2 2m i m o 系统联合检测算法4 9 3 3 本章小结。5 2 第4 章总结和展望5 3 4 1 论文总结5 3 4 2 后续研究5 3 参考文献5 4 致谢5 6 硕士研究生期间发表的论文5 7 北京邮电大学硕士学位论文t 阻h s 队+ 的信道估计和联合检测算法 第1 章t d h s p a + 系统简介 t d h s p a 系统是t d s c d m a 系统的增强演进系统，它继承了t d s c d m a 系 统的特点和关键技术，同时又加入了高阶调制，m a c 层和r l c 层增强，增强的 c e l l - f a c h 状态，连续分组连接，多输入多输出( m i m o ) 技术等关键技术，旨 在进一步提高t d 系统性能，更充分的发挥t d d 传输标准的优势，提高频谱利用 率。 1 1t d s c d m a 系统 t d s c d m a 是由我国提出的一种t d dc d m a 标准，它具备t d d c d m a 的 一切特征，能够满足3 g 系统的要求，可在室内，室外环境下进行语言、传真及各 种数据业务。由于t d s c d m a 采用了同步c d m a 、智能天线、软件无线电、低 码片速率、接力切换和联合检测等一系列高新技术，具备良好的性能和相当高的 技术含量，在2 0 0 1 年的3 g p pt s gr a n 的第1 1 次全会上，将t d s c d m a 接纳 为3 g 标准之一，并包含在3 g p p 的r e l e 硒e4 版本中。自此，对t d s c d m a 的研 究正式全面展开，t d s c d m a 不论在形式上还是在实质上，都在国际上被广大运 营商、设备制造商所认可和接受，形成了真正的国际标准。各大机构都表示了对 这一标准的认可并开始投入大量研发精力【1 1 。这是中国首个具有自主知识产权的国 际通信标准，是整个通信业的重大突破。 在t d s c d m a 技术中，体现了t d d 系统特有的优点，它不需要成对的频谱 资源，在目前频谱资源非常紧张且属于不可再生资源的前提下，能提高频谱利用 率是非常有意义的。同时，t d s c d m a 系统引入了智能天线等先进的技术，为t d 系统带来了良好的性能和广阔的发展空间。基于此，t d s c d m a 具有非常好的发 展潜力和发展空间，并且在工业和信息化部、中国移动的推动下，针对t d s c d m a 的研发也已经成为设备厂商的必修课，并且已经对t d s c d m a 的演进方面进行了 长期规划，t d s c d m a 系统会继续向t d h s p a + 以及l t e 的方向进行发展和演进， 逐渐提高技术水平和产业竞争力。 1 1 1t d s c d m a 网络结构 t d s c d m a 的网络结构模型与u m t s 网络结构模型相同，可以划分为用户设 备域，接入网域和核心网域。 北京邮电大学硕士学位论文t d h s p a + 的信道估计和联合检测算法 网络结构图和参考点如下： 图1 - 1t d s c d m a 网络结构模型 用户设备域由用户业务识别模块域，移动设备域组成。用户业务识别模块负 责处理确认用户身份安全的数据信息，移动设备负责无线传输并完成各种应用功 能。接入网域由一系列管理接入网资源的物理资源组成，为u e 提供接入核心网的 机制。t d s c d m a 的无线接入网由无线网络系统( r n s ) 组成，若干个r n s 通过 i u 接口与核心网相连。每个r n s 由一个无线网络控制器( r n c ) 和一个或多个 n o d eb 组成。r n c 与r n c 之间通过l u r 接口相连，r n c 与n o d eb 之间通过l u b 接口相连。核心网由支持网络特征和通信服务的实体组成，可分为服务网域，原 籍网域和传输网域。 1 1 1t d s c d m a 物理层结构 t d s c d m a 系统作为t d d 系统与w c d m a 系统的主要区别在于物理层，t d 系统的各项关键技术和流程也都依赖于物理层的结构来实现。一个物理信道资源 是由频率、时隙、信道码、突发类型以及无线帧来共同决定的。t d s c d m a 的物 理信道单元从4 , n 大依次为：时隙码、子帧、无线帧、系统帧。时隙用于在时间 域上区分不同用户的信号，体现了t d m a 的特性。t d s c d m a 将每个无线帧分为 两个长度为5m s 、格式相同的子帧，每个子帧由七个常规时隙( 长度6 7 5 u s ) 和 三个特殊时隙构成。三个特殊时隙为：下行导频时隙( d w p t s ) 、上行导频时隙 ( u p p t s ) 和保护时隙( g p ) 。d w p t s 用作下行导频和同步使用，u p p t s 是为了 建立上行同步而设计的，g p 为上下行问的保护间隔。其余的七个时隙为常规时隙， 2 北京邮电大学硕士学位论文t d h s p a + 的信道估计和联合检测算法 其中，t s 0 固定为下行时隙，而t s l 固定为上行时隙，其余时隙既可以传输上行 信号，也可以传输下行信号。t d - s c d m a 的帧结构如图1 2 所示。其中，切换点 的位置是可以移动的，可以根据上下行数据量的变化，灵活的调整切换点的位置【2 l 。 r 一一一一“u 一7 7 鬣溺i十 个 十0 士 下 。l 图卜2t d - s c d m a 帧结构 时隙结构即是一个由两块数据符号区，一块训练序列码( 在t d 系统中为 m i d a m b l c 码) ，一个保护部分( g p ) 组成的突发结构。一个突发的时间长度就是 一个时隙长度。其中，同一小区同一时隙上的不同用户所采用的m i d a m b l e 码有一 个基本的m i d a m b l e 码经循环移位产生，这种循环移位产生训练序列的方式，对于 t d s c d m a 及t d h s p a + 系统中实现信道估计及联合检测等关键技术有很大帮 助，可以很大程度缩短运算复杂度。一个发射机可以同时发射几个突发，应注意 的是，这几个突发的数据部分应使用相同的扰码和不同的正交可变扩频因子 ( o v s f 码) 。时隙突发结构如图1 3 所示。 | d a t a s y m b o l s m i d a m b l ed a t as y m b o l s l 嚣| 3 5 2c h i p s1 4 4c h i p s3 5 2c h i p s i 昂! i。，j一。i，】一 8 6 4 亿 图1 - 3 时隙突发结构 基于以上的物理信道结构，t d s c d m a 在无线帧中插入了一些物理层控制信 令，包括：传输格式合成指示( 1 1 i ) 、发射功率控制( 皿c ) 、同步偏移( s s ) 。 这些控制信息放在数据部分传输，分别用于指示上下行传送传输格式组合，上调 或下调发送功率，进行时序调整。 在t d s c d m a 系统中，有3 种信道模式，除了上面提到的物理信道，还有逻 辑信道和传输信道。逻辑信道的工作是描述传送何种类型的信息，它用于m a c 子 层向r l c 子层提供服务。传输信道的工作是描述信息图和在空口上进行传输，它 用于物理层向高层提供服务。物理信道是信息的直接承载体，它真正的把需要传 输的信息发送出去。t d s c d m a 系统中，物理信道分为专用物理信道和公共控制 物理信道两大类，每类中又有若干种类的信道。 3 北京邮电大学硕士学位论文t d h s p a + 的信道估计和联合检测算法 1 1 2t d s c d m a 系统关键技术及优势 1 时分双工模式 t d - s c d m a 系统采用t d d 模式，t d d 模式和f d d 模式的区别在于数据的发 送和接收的区分方式上。对于f d d 而言，上下行信道的区分依靠不同的频段，即 上下行信道是在分离的两个对称频段上，用保护频段来分离上行和下行信道，在 时间上，上下行信道可以同时传输，信号的发送和接收可以同时进行；对于t d d 系统而言，上下行信道的区分依照的是时间的不同，即上行信号的传输和下行信 号的传输位于不同的时间段内，但信号的接收和发送是在同一频段内进行的，上 下行信道用保护时隙来分离。 结合t d d 模式的特性，t d s c d m a 可以利用不成对的频率，在频率资源日 益紧张的今天，t d d 模式受到了特别的重视；t d d 模式可以根据上下行业务量来 自适应调整上、下行的时隙数，这对于未来以球型数据业务为主的移动通信系统 显得特别重要。比较而言，f d d 系统一旦建立通信就要分配一对频率以分别支持 上、下行业务，在不对称的业务中，由于上下行数据量不平衡，这样存在很大的 频谱资源浪费，在支持不对称业务时，f d d 系统的频谱利用率显著降低；由于t d d 模式的上、下行链路传输处于同一个频段内，其上、下行信号的传播特性相同， 信道存在所谓的“互易性”，可以很方便的采用诸如智能天线等新技术。 2 t d m a 技术 t d s c d m a 标准采用了时分多址接入( t d m a ) 技术，这使得t d s c d m a 系统更加有利于传输非对称数据业务。正因为t d m a 特有的对高速非对称数据业 务的支持，在第三代移动通信系统的演进技术中均倾向于采用具有t d m a 特征的 多址方式，例如w c d m a 和t d s c d m a 系统的演进h s d p a 以及c d m a 2 0 0 0 的 演进h d r 均倾向于t d m a 特征的资源分配方式。 3 同步c d m a 技术 同步c d m a 技术指上行链路各个用户终端信号同时到达基站端的接收机侧， 它是通过软件和物理层设计实现的。同步c d m a 可以使得正交扩频码的各个码道 在解扩时完全正交，相互之间不会产生多址干扰( m 触) ，克服了异步c d m a 多 址技术由于上行各用户终端信号到达的时间不一致导致的各码道不完全正交，从 而会产生较严重的多址干扰，而众所周知，对c d m a 系统而言，干扰的降低意味 着容量的增加。 精确的同步，特别是上行同步可以有效地降低多址干扰，并且可以降低接收 机的设计复杂度，另外，为了保持上行信号达到基站时能够保证同步，移动台需 4 北京邮电大学硕士学位论文t d 州s 队+ 的信道估计和联合检测算法 要动态调整其发射时间，从而可以进行距离估算，更有效地进行波束赋形和切换 判决。 4 智能天线技术 一 智能天线是一个天线阵列，由一系列空间分隔的天线阵元组成。之所以称之 为“智能天线”，是因为其与传统的3 6 0 。天线不同，天线阵列是空间到达角度或者 说是扩展角度的函数，接收机可以在这个角度的范围内推接收的信号进行检测处 理，可以动态的调整一些接收机制来提高接收性能。智能天线的效果是让c d m a 系统在同频组网条件下所有码道都能承载业务。由于智能天线对信号更加精确的 接收，可以使t d 系统的频谱利用率提高1 2 倍。智能天线技术在t d s c d m a 系 统中的应用非常具有创新性，对提高t d s c d m a 系统的性能也大有帮助，非常具 有发展和继续研究的意义。多天线技术是未来天线技术的发展方向，智能天线作 为一种先进的多天线技术，必然会获得广阔的发展空间。并且由于智能天线技术 对频谱利用率的提高，可以节省频谱资源，而频谱资源是有限的同时是不可再生 资源，因此智能天线技术的开发具有重大意义，相比其他天线技术，智能天线的 应用也有很大的优势。 5 动态信道分配技术 由于t d s c d m a 系统带宽为1 6 m h z ，与其他3 g 系统带宽为5 m h z 相比， 5 m h z 可同时支持3 个载波频率，所以可以实现频率复用，复用因子可为3 ，甚至 可以为1 。同时智能天线技术使得t d s c d m a 系统可以实现空间复用，所以在 t d s c d m a 系统中采用了c d m a 厂r d m a 仰m s d m a 的混合多址方式，动态的 信道分配方式成为该系统的重要特点，需要实现频时码空多维资源空间的动态管 理，根据所需要的业务和服务及信道条件、系统干扰状况对这些多维的资源进行 动态的调整和变化。 综上所述，与其他3 g 标准如w c d m a ，c d m 删等相比，t d s c d m a 系 统的主要优势在于： ( 1 ) 频谱灵活性和支持蜂窝网的能力 t d s c d m a 采用t d d 方式，仅需要1 6 m h z ( 单载波) 的最小带宽。因此 频率安排灵活，不需要成对的频率，可以使用任何零碎的频段，能较好地解决当 前频率资源紧张的矛盾；若带宽为5 m h z 则支持3 个载波，在一个地区可组成蜂 窝网，支持移动业务。 ( 2 ) 高频谱利用率 t d s c d m a 频谱利用率高，抗干扰能力强，系统容量大，适用于人口密集的 大、中城市传输对称与非对称业务。尤其适合于移动h t e m e t 业务( 它将是第三代 移动通信的主要业务) ； 5 北京邮电大学硕士学位论文t d h s p a + 的信道估计和联合检测算法 ( 3 ) 适用于多种使用环境 t d s c d m a 系统全面满足n u 的要求，适用于多种环境。 ( 4 ) 设备成本低 设备成本低，系统性能价格比高。具有我国自主的知识产权，在网络规划、 系统设计、工程建设以及为国内运营商提供长期技术支持和技术服务等方面带来 方便，可大大节省系统建设投资和运营成本。 1 1 3t d 系统演进过程及t d h s p a + 系统 t d s c d m a 在1 9 9 9 年1 1 月被国际电信联盟接纳为3 g 标准之一后，于2 0 0 1 年3 月写入3 g p p 的第4 阶段标准( r e l e a s e4 ) ；在3 g p pr e l e a s e5 标准版本中， 提出了h s d p a 增强方案，h s d p a 的主要目标是高速支持“尽力而为”的分组数据 报业务，其数据传输要求远低于i m t - 2 0 0 0 的2 m b i t s 的要求，并且要获得更低的 时间延迟，更高的系统吞吐量和更有力的q o s 保证。从技术角度看，h s d p a 主要 是通过引入告诉下行共享信道( h s d s c h ) 增强空中接口，并在u t r a n 中增加 相应的功能实体。在物理层来看，主要是引入了自适应调制编码( a m c ) 和h 伽 ( 混合a r q ) 技术来增加数据吞吐量。从功能实体的角度来看，主要是增强n o d e b 的处理功能，在n o d eb 的m a c 子层中引入一个新的眦h s 实体，专门完成 h s d s c h 的相关参数和h - a r q 协议等相关处理，在高层和接口加入相关操作信 令。在3 g p pr e l e a s e6 标准版本中引入了h s u p a 增强方案。h s u p a 的目的是进 行上行链路方向分组业务的优化，其采用的主要技术是物理层混合重传和基于 n o d eb 的快速调度。h s d p a 与h s u p a 合称h s p a ，两者的结合构成了完整的3 5 g 系统。为了应对来自宽带无线接入w i m a x 等技术的挑战，进一步满足日益增长的 通信需求，又在h s p a 技术和l t e ( 长期演进) 技术之间在3 g p p r e l e a s e8 标准中 引入h s p a + 。引入t d h s p a + 的目的主要在于，提供更高的峰值速率，更低的传 输延时和更高的资源利用率。峰值速率的提高主要体现在更高阶调制6 4 q a m 、多 天线技术m i m o 以及层2 增强，前两项技术只用于下行h s d p a 信道，层2 增强 对上下行都适用；传输时延优化主要体现在系统架构演进方面；资源利用效率的 提高主要是针对几种典型的业务场景对资源分配机制进行了改进，包括针对v o l p 业务和a l w a y so n l i n e 业务所做的优化，分解为c p c ( 连续的分组连接) 和 c e l lf a c h 增强两个特性。 目前国外基于w c d m a 的h s p a + 已经开始商业化部署，其峰值下载速率已由 h s p a 的2 8 m b i t s s 提升至4 2 m b i t s s 。t d 系统的演进及商用速度要略慢于 w c d m a 及c d m a 2 0 0 0 ，目前t d h s d p a 已通过各主流设备商的努力逐渐投入商 用，其支持的业务也逐步增多，t d h s u p a 的各项算法设计和测试也在有序进行 6 北京邮电大学硕士学位论文 t d - h s p a + 的信道估计和联合检测算法 中，预计在2 0 1 0 年会逐步推出t d h s u p a 商用产品和相应业务。从产业角度来看， 在中国全面推行3 g 移动通信技术，各运营商分别主营不同的移动通信技术，这就 带来了不同技术之间的竞争。我国自主知识产权的t d 技术将面临难得的发展机 会，同时由于t d 的发展时间较短，目前需要完善的地方也有很多，因此国内t d 企业所面临的来自于国外同行和技术上的挑战也是巨大的。国内的t d 产业不应仅 仅依靠政府的支持和运营商的投资拉动来实现发展；而应主动出击。在技术和产 业规模发展上有所突破，从而实现t d 产业的良性发展。 1 2t d h s p a + 关键技术 1 2 1 高阶调制 t d h s p a + 中的高阶调制是指在上行高速业务中引入1 6 q a m 调制方式以及在 下行高速业务中引入6 4 q a m 调制方式。在下行业务中，当用户信道条件较好时， 如用户位置固定或移动很缓慢时，可以采用6 4 q a m 高阶调制。每个符号可以承载 6 个b i t s ，所以理论上数据速率是1 6 q a m 的1 5 倍。6 4 q a m 的引入将h s d p a 的 峰值速率从2 8 m b p s 提高到4 2 m b p s ，频谱效率高达2 6 2 5 m b i t s s h z 。6 4 q a m 的 引入并没有带来额外的信令开销，上下行控制信道( h s s c c h h s s i c h ) 的格式 也没有任何改变，只是对两个信道上l b i t 的调制方式域做了修改：3 g p pr e l e a s e5 中h s d p a 系统的控制信道h s s c c h 和h s s i c h 有l b i t 的信息域表示调制方式， 0 表示q p s k ，1 表示1 6 c a m 。引入6 4 c a m 后，仍然用1 个b i t 来区分三种调制 方式，其中1 表示1 6 q a m ，0 表示q p s k 和6 4 删。q p s k 和6 4 q a m 的区分要 借助于控制信道上的传输块大小( t b s ) 域，如果用6 4 c i a m 调制时承载该t b s 的编码速率小于1 3 ，则表示调制方式为q p s k ；反之大于l 3 ，则表示调制方式为 6 4 洲。6 4 洲的引入，虽然能够增加下行链路的峰值速率，但是由于调制阶数 的升高，传输正确率会有所下降。在实际系统中，本次调度的调制编码方式( m c s ) 选择，是基于上次传输u e 的反馈得到的。因为两次传输间存在时延，信道的时变 特性和干扰的更新会使得m c s 选择存在误差。在某些特殊场景( 例如：高速铁路) 下，由于传输正确率的下降，6 4 删的引入并不会增加系统容量。因此，需要在 郊区宏小区，市内宏( 微