（通信与信息系统专业论文）tdscdma相邻小区干扰研究.pdf

南京邮电大学硕士学位论文摘要 摘要 第三代移动通信标准就是要满足对应于静止、步行、车速移动环境下的用户 信息速率分别达到2 m b p s 、3 8 4 k b p s 和1 4 4 k b p s 。t d s c d m a ( 时分同步码分多 址) 标准是由中国提出的第三代移动通信标准。它是基于同步码分多址技术 ( s c d m a ) ，使用时分双工( t d d ) 方式的陆地移动通信系统。由于干扰是影 响无线通信系统通信质量的重要因素，因此有必要对t d s c d m a 系统中存在的 干扰进行研究。 本文首先介绍了第三代移动通信系统的发展与趋势，以及目前各3 g 标准的 应用情况，以及我国通信事业的发展现状。随后介绍了t d s c d m a 系统的技术 特点，物理信道基本帧结构，分析了t d s c d m a 标准存在的一些缺点。然后简 要地介绍了扩频通信的基本原理，讨论了t d s c d m a 的扩频结构和扩频码，同 时介绍了几种p n 序列，并分析了它们的性能。之后着重分析了与本论文密切相 关的t d s c d m a 系统中存在的各种干扰，并分情况详细的进行了分析。最后推 导出t d s c d m a 系统相邻小区干扰的计算公式，分析了影响邻小区干扰的几大 因素，并提出了一种t d s c d m a 系统邻小区干扰的消除方案。 关键词：t d s c d m a 标准，扩频码，邻小区干扰，干扰消除 南京邮电大学硕： ：学位论文 目录 a b s t r a c t t h em a i np u r p o s eo f3 gs t a n d a r d si st op r o v i d er a d i oa c c e s sd a t ar a t eo f 14 4 k b p s ，38 4 k b p so r2 m b p st om u l t i u s e r si nr a d i oe n v i r o n m e n to fv e h i c u l a r , p e d e s t r i a n ，o ri n d o o ro f f i c ec o r r e s p o n d i n g l y t d s c d m a ( 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 nm u l t i p l ea c c e s s ) i so n eo f t h e3 gs t a n d a r d sa n d p r o p o s e db yc h i n a i ti sa l a n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mw i t ht i m ed i v i s i o n d u p l e x ( t d d ) m o d eo nt h eb a s i so fs y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t e c h n o l o g y ( s c d m a ) b e c a u s et h ei n t e r f e r e n c ei sa ni m p o r t a n tf a c t o ra f f e c t i n gt h e s e r v i c eq u a l i t yo fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，i ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c ht h e e f f e c to fi n t e r f e r e n c ei nt d - s c d m a s y s t e m i nt h i sp a p e r ，f i r s t l yi n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n ta n dt r e n do ft h et h i r dg e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，a n da n a l y z e dt h ec u r r e n ta p p l i c a t i o no f3gs t a n d a r d s t h e nb r i e f l yi n t r o d u c e dt h et d s c d m as y s t e m st e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e b a s i cf r a m es t r u c t u r eo fp h y s i c a lc h a n n e l s t h e na n a l y z e dd i s a d v a n t a g e so ft h e t d s c d m as t a n d a r d i n t r o d u c e dt h eb a s i c p r i n c i p l e s o f s p r e a ds p e c t r u m c o m m u n i c a t i o n ，a n dt h es p r e a ds p e c t r u ms t r u c t u r e a n ds p r e a d i n gc o d e si n t d s c d m as y s t e m ，a sw e l la ss e v e r a lp ns e q u e n c e sa n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h e s e s e q u e n c e si sa n a l y z e d y o uc a na l s og e ts o m ed e t a i l e da n a l y s i s a b o u tt h ev a r i o u s i n t e r f e r e n c e sf o rd i f f e r e n ts i t u a t i o ni nt d - s c d m as y s t e m d e r i v e dt h ef o r m u l af o r c a l c u l a t i n ga d j a c e n tc e l li n t e r f e r e n c ei nt d s c d m as y s t e m ，a n da n a l y z e ds e v e r a l f a c t o r sa f f e c t i n gt h ea 由a c e n tc e l li n t e r f e r e n c e a tl a s t ，i tw i l lg i v eam e t h o dt o e l i m i n a t et h ea d j a c e n tc e l li n t e r f e r e n c ei nt d - s c d m as y s t e m k e y w o r d s ：t d - s c d m as t a n d a r d ，s p r e a d i n gc o d e ， a d ja c e n tc e l li n t e r f e r e n c e ，i n t e r f e r e n c ee l i m i n a t i n g 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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的 地方外，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 含为获得南京邮电大学或其它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。 研究生签名：乡尴 、毋 日期：l 岫 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：三虫导师签名：逝日期：酬 南京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 建设3 g 网络已经成为当前中国通信产业的最大热点。3 g 主流标准有 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 这三种制式，这3 种制式均采用c d m a 方式。 国家移动主管部门至今未发3 g 系统运营牌照，因此有必要继续深入研究各种3 g 标准的特征，比较他们的差别，选择较合理的移动系统标准，以减少投资损失。 但由于这些标准包含的技术内容极为复杂，所以要在所用技术基础上评价这 些标准的优缺点比较困难。在这些标准的实旌过程中会逐步认识各种标准的不足 之处，需在实施过程中逐步修改标准，并制定新的标准，使其更为合理。因此有 必要关注3 g 标准的实施过程和现状，它们会给3 g 标准比较提供一些重要的提 示。 1 1 第三代移动通信系统发展与趋势 移动通信是当今通信领域发展最为迅速的领域之一，它对人类生活及社会发 展产生了重大影响。从1 8 6 4 年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，到1 8 7 6 年赫兹用实验证明了电磁波的存在，到1 9 0 0 年马可尼等人利用电磁波实现信息 远距离无线通信，世界开始了无线电通信的新时代。在后来一个多世纪时间里， 在飞速发展的计算机和半导体技术的推动下，无线通信的理论和技术不断取得进 步。今天，无线通信已经发展到大规模商用并逐渐成为人们r 常生活不可缺少的 重要通信方式之一。 现代移动通信在过去短短十几年中经历了从模拟制式到数字制式、从单纯 提供语音业务到全面提供高速高质量数据传输业务的快速发展历程。第一代移动 通信系统以美国的a m p s 系统为代表。该系统采用频分多址( f d m a ) 方式，属 于模拟移动通信系统，仅提供模拟语音服务和简单的信令。由于第一代移动通信 系统主要采用模拟技术，随着用户数的剧增，模拟系统逐渐暴露出许多不足之处， 已逐渐退出历史的舞台。 第二代移动通信( 以下简称2 g ) 是在克服模拟系统不足之处的基础上发展 起来的，采用数字调制技术，主要以采用时分多址( t d m a ) 方式的数字式g s m 系统和采用窄带码分多址( c d m a ) 方式的数字式i s 9 5 系统为代表，它主要以提 南京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 供数字语音业务为主，同时通过使用多个时隙( 时隙捆绑) 或多个码道( 码道捆 绑) 来实现低速的数据业务，一般也仅能提供1 0 0 k b p s 2 0 0 k b p s 的数据业务。随 着移动通信的发展和移动电话用户数的增长，单靠现有技术、现有系统以及现有 频段的第二代移动通信系统已不能适应移动通信的发展规模和移动电话用户增 长速度的需求。另外，仅仅用于通话的通信技术己不能满足人们对信息交流的需 求，人们希望能随时随地获取除语音之外的数据、视频、和图像等多媒体业务信 息，这些都要求寻求频谱利用率更高的技术，寻求通信容量更大的移动通信系统。 与第一、第二代移动通信系统相比，对于采用频分双i ( f d d ) 和时分双工 ( t d d ) 的第三代移动通信系统3 g ，要求能够支持从语音到分组数据到多媒体业 务；能根据具体的业务需要，提供必要的带宽，必须满足以下三种环境的最低要 求，即： 一快速移动环境( 对f d d ：5 0 0 k m h ；对t d d ：1 2 0 k m h ) ，最高速率 达到1 4 4 k b p s ： 一室外到室内或步行环境( 3 0 k i n h ) ，最高速率的达到3 8 4 k b p s ； 一室内环境，最高速率达2 m b p s 。 第三代移动通信系统( 以下简称3 g ) 的设计目标是不仅能够提供比2 g 系 统更大的系统容量和更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫 游及为用户提供包括语音、数据和多媒体业务；同时，也要考虑与已有的2 g 网 络良好的兼容性，其最基本特征是它的支持多媒体( 特别是i n t e m e t ) 业务方面 的能力。在i t u 中，3 g 技术被分为多种模式。在3 g p p 和3 g p p 2 组织的共同努 力下，w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 成为i m t 2 0 0 0 的3 个无线接i ：3 技术 标准。3 g 是工作在2 g h z 频段、最高速率可达2 m b p s 的宽带移动通信系统。 因为全球各个通信商家的利益得不到很好的协调，第三代移动通信被分化成 了三大阵营。然而，统一的呼声在业界仍然留存，希望在未来能够统一。目前相 互兼容移动通信技术的第四代移动通信( 以下简称4 g ) 标准( 亦有称后3 g 标准) 正在业界萌动。4 g 以数据通信和图像通信为主，数据通信的速率比3 g 要大大 提高，室外移动通信的速率2 0 m b s 以上，室内移动通信速率1 0 0 m b s 以上，与 因特网结合，通信以i p 协议为基础，可能是没有基站的完全与、二、三代不 2 南京邮电人学硕士学位论文第章绪论 同的网络结构，包括a d h o c 网自组织网络。4 g 有可能使用一些新型技术如： o f d m ( 正交频分复用) 、软件无线电、智能天线和i p v 6 实现未来的移动通信系统。 1 2 第三代移动通信系统标准应用情况分析 3 g 标准的基本目标是3 g 系统能在车载、步行和静止三种不同环境下为多个 用户分别提供最高速率为1 4 4 k b p s 、3 8 4 k b p s 和2 0 4 8 k b p s 无线接入数据速率。为 多个用户提供可变的无线接入速率是3 g 标准的核心要求。3 g 主流标准有 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 这三种制式，这3 种制式均采用c d m a 方式， w c d m a 的主要倡议者为欧洲和日本，c d m a 2 0 0 0 由美国和北美为主要倡议者， 而t d s c d m a 则由中国提出。它们之间的区别如表1 1 所示。 表1 13 g 主流标准的具体技术参数 各项指标 w c d m ac d m a 2 0 0 0t d s c d m a 单载波直接序列扩频多载波和直接序列扩频 扩频类型 时分同步c d m a c d m ac d m a 最小带宽m h z 51 2 51 6 码片速率m o p s 3 8 41 2 2 8 81 。2 8 无线帧长m s 1 02 01 0 语音编码器 a m r 可变速率卢码器 a m r 扩频因子( s f ) 2 5 6 44 3 21 6 1 上行：b p s k上行：b p s k上行：8 p s k 调制方式 下行：q p s k下行：q p s k下行：q p s k 双t 方式 f d df d dt d d 基站间同步 异步( 不需g p s )同步( 需g p s )同步( 主从同步) 在3 g 的三个主流标准w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 标准中，w c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 标准己在一些国家建立了商用网络，因此可以对这些商用情况来对这 些标准进行分析。而t d s c d m a 标准成为国家标准的时间还不长，目前还没有 真正的商用网，把它从基本的技术原理上升为可以支持实际应用的实用技术还有 待实践检验。 南京邮电人学硕上学位论文第一章绪论 在这三个标准中，日本、欧洲等国的运营商已分别在2 0 0 1 年和2 0 0 3 年前后建 立w c d m a 商用网络，但该网络的使用情况欠佳，发展缓慢。由美国为主要倡议 者的c d m a 2 0 0 0 标准，虽然在1 9 9 9 年前后正式公布时应遵循从c d m a 2 0 0 01 x 到 c d m a 2 0 0 03 x 的发展过程，但是在c d m a 2 0 0 0l x 网络正式实施后，根据网络使用情 况，又推出了c d m a 2 0 0 0l xe v - d o ( e v o l u t i o n d a t ao n l y ) 标准和c d m a2 0 0 0i x e v - d v ( e v o l u t i o n d a t a & v o i c e ) 标准。其中e v - d o 标准的下行链路改用时分多址 ( t d m a ) 方式，平均车载用户速率r 可达6 0 0 k b p s ，而e v - d v 标准则是在一个 载波上同时提供语音和高速数据业务。从商用情况来看，e v - d o 标准的运营情况 良好，发展迅速。而i l l 指出e v - d v 标准缺乏理论基础，而e v - d v 标准的废止也证 明了此论点。 3 g 网络标准虽出台己久，但国际上普遍认为这些标准还很不成熟，需继续 修改完善。3 g 的主导业务应该是移动因特网业务，它的下行容量应该数倍于上 行容量。但早期的3 g 标准都是上下行信道容量基本对称的系统，存在严重技术 缺陷。c d m a2 0 0 0 标准已经作出重大改进，抛弃了c d m a 2 0 0 03 x 标准和c d m a 方 式，转向时分多址( t d m a ) 的e 、，- d o 方式。然而w c d m a 和t d s c d m a 标 准并未作出相应改动。作为c d m a 方式的始作俑者，又将c d m a 2 0 0 0l x 的关键 部分改为t d m a 方式，这充分说明了美国移动运营商、高通公司对c d m a 方式 在可变速率高速率无线接入应用认识上的重大转变。我们应认真研究此种转变的 产生原因。并比较这些标准的差异及它们的合理性。 对于作为中国自己国际标准的t d s c d m a 标准来说，考虑到t d s c d m a 标准与之前的t d d w c d m a 标准有许多相同的地方，而t d d w c d m a 标准却 已被废止，我们也应认真研究t d s c d m a 标准的合理性与实际应用价值。 目前正值国内选择3 g 标准的关键时期，应慎重考虑各标准的可行性，谨慎 选择商用的3 g 标准。 1 3 论文的主要安排 本文首先介绍了第三代移动通信系统的发展与趋势，以及目前各3 g 标准的 应用情况。然后在第二章首先介绍了我国通信事业的发展现状，然后详细介绍了 4 南京邮电大学硕士学位论文第章绪论 t d s c d m a 标准的技术特点以及所带来的问题。第三章讨论了t d s c d m a 的 扩频结构和扩频码，同时介绍了几种p n 序列，并分析了它们的性能。第四章着 重分析了与课题相关的t d s c d m a 系统中存在的各种干扰，并分情况详细的进 行了讨论与分析。然后第五章首先推导出t d s c d m a 系统相邻小区干扰的计算 公式，然后分析了邻小区干扰的几大影响因素，最后提出了一种t d s c d m a 系 统邻小区干扰的消除方案。在第六章对全文作了总结，总结了文章所作的工作并 提出了还需继续研究的问题。 1 4 主要工作和成果 本文主要针对目前3 g 主流标准之一的t d s c d m a 标准的邻小区干扰进行 分析，推导出邻小区干扰的具体计算公式，分析影响邻小区干扰值的几大因素， 提出抑制邻小区干扰的三大方法，同时对他人所得出的结论进行了讨论并提出问 题。另外，本文提出了一种消除邻小区干扰的结构，并做了仿真来验证。 南京邮电大学硕l j 学位论文第二二章t d - s c d m a 标准简介 第二章t d s c d m a 标准简介 2 1 我国移动通信事业发展现状 移动通信是当前发展最快的通信产业之一，移动通信的用户数量增长迅 速，1 9 8 5 年全球移动电话用户为5 5 3 万，1 9 9 7 年为2 亿，2 0 0 0 年己达5 亿，到 2 0 1 0 年可能会超过固定电话用户。亚洲是世界上最大的通信业市场，而中国是 亚洲最大的国家，随着中国经济的腾飞，对通信的需求越来越高，近几年来，移 动通信用户几乎是以每年翻一番的速度高速增长。1 9 8 7 年，第一个t a c s 模拟 蜂窝移动电话系统在广东省建成并投入商用，1 9 9 4 年，广东首先开通了g s m 数 字移动电话网。1 9 9 7 年底，我国移动电话用户数已达1 3 5 8 万，1 9 9 8 年9 月底， 移动电话用户数已超过2 1 0 0 万，其中g s m 网用户数为1 4 5 0 力以上，我国的 g s m 移动通信网成为世界上最大的g s m 网，到2 0 0 0 年9 月2 0 日，我国的移动 电话数达到了6 5 0 0 万，中国固定电话网、移动电话网的网络规模和用户总数都 已位居世界第二位。而截至2 0 0 5 年1 0 月底，我国的移动电话用户数达到了3 8 3 亿，其中年新增用户达4 8 2 1 7 万户，远远超过了几年前的用户规模。 要适应这种大容量、高速度发展的移动通信市场增长的需求，单靠现有技术、 现有系统及现有频段的第二代和2 5 代移动通信系统是力不从心的。另外，仅能 进行通话的通信技术已不能满足人们对信息交流的需要，对无线数据、视频和图 像等多媒体业务的需求日渐增长，这都要求具有更高频谱利用率及更高容量的第 三代( 3 g ) 移动通信系统的出现。 国际电信联盟( i t u ) 在2 0 0 0 年5 月召开的年会上通过了我国提交的 t d s c d m a 标准，在国家大力倡导自主创新的今天，作为百年来中国电信业提 出的第一个完整的国际标准，具有自主知识产权的t d s c d m a 标准更是格外引 人瞩目。与采用频分双工( f d d ) 的欧洲标准w c d m a 和美国标准c d m a 2 0 0 0 相 比较，由于其采用了时分双工( t d d ) 模式，突破了频分双工( f d d ) 技术的许 多限制，上、下行工作于同一频段，可以方便实现上、下行非对称业务的需要， 满足日益凸现的移动网络传输需求，极大提高系统的频谱利用率。但我们也要看 至i j t d s c d m a 标准的许多内容与t d d w c d m a 雷同，所以国际上有时也把它称 为低码片速率的t d d w c d m a 。t d s c d m a 标准在标准中规定必须使用智能天 南京邮电大学硕：l 学位论文 第二章t d s c d m a 标准简介 线、联合接收机等技术，这是一种罕见而又不合规范的作法。实际上，利用这些 在3 g 车载移动通信系统中都未普遍使用的高新技术必将导致系统设备的高价位 和低稳定性，而且也不能改变它步行移动通信系统的基本属性【2 l 。若不进行技术 改进的话，必将取得与t d d w c d m a 和c d m a2 0 0 03 x 类似的结果，成为一个应 用价值极低，被搁置的标准l3 1 ，使近百亿研发资金付诸东流。 2 2t d s c d m a 标准的提出和发展历程 t d s c d m a 是中国提出的第三代移动通信技术标准的t d d 模式技术，是 i m t - 2 0 0 0 标准中t d d 方式的低码片速率( l c r ，l o wc h i pr a t e ) 解决方案，也 是3 g p p 标准的一个重要组成部分。 i m t - 2 0 0 0 是第三代无线通信系统的全球标准，1 9 9 6 年，第三代移动通信系 统( 3 g ) 经国际电联( i t u ，i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 正式命名为 国际移动通信2 0 0 0 ( i m t - 2 0 0 0 ，i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n - 2 0 0 0 ) 。 i m t - 2 0 0 0 的目标与要求： 全球同一频段、统一体制标准、无缝隙覆盖，并至少可实现全球漫游； 提供不同环境下的语音、数据和多媒体业务，车速环境1 4 4 k b p s ，步行 环境3 8 4 k b p s ，室内环境2 m b p s ，这是3 g 标准的核心要求： 满足通信质量能接近固定网的高质量业务要求； 可灵活的引入新业务，按需分配带宽，支持大范围、可变速率的信息传 送； 频谱利用率高，容量大； 易于从第二代平滑过渡和演变； 1 9 9 8 年6 月3 0 日，经信息产业部批准，中国电信科学技术研究院代表中国 向国际电联提交了第三代移动通信t d s c d m a 标准提案。 1 9 9 9 年1 1 月，在芬兰赫尔辛基举行的国际电联( i t u r ) 会议上，我国的 t d s c d m a 标准提案被写入第三代移动通信无线接口技术规范的建议中，这是 我国百年电信史上首次完整地提出自己的标准，并被国际电联接纳。 2 0 0 0 年5 月5 日，在土耳其召开的国际电联2 0 0 0 年会上，由我国提交的第 南京邮电大学硕士学位论文第二章t d s c d m a 标准简介 三代移动通信技术标准t d s c d m a 被批准为国际电联的正式标准，2 0 0 1 年3 月 1 6 日，在美国加州结束的3 g p p t s gr a n 第11 次会议上，中国的t d s c d m a 标准正式被3 g p p 接纳，包含在3 g p p 版本4 中。它标志着t d s c d m a 技术规 范在被i t u 正式确定为第三代移动通信技术标准后，又被广大的设备运营商和 设备制造商所接受，它使t d s c d m a 技术的正式使用成为可能，它是 t d 。s c d m a 成为全球实质3 g 标准的一个重大罩程碑。 t d s c d m a 系统全面满足i m t - 2 0 0 0 的基本要求。它采用不需配对频率的 t d d 双工方式，以及f d m a f f d m m c d m a 相结合的多址接入方式。 2 3t d s c d m a 标准的特点 t d s c d m a 采用了一系列不同于其他3 g 主流标准的关键技术，这是其成 为3 g 主流标准并具有一定竞争力的主要原因，但同时也要看到这些特点所带来 的问题。 2 3 1t d d 模式 3 g 系统分为时分双i ( t d d ) 和频分双工( f d d ) 两种模式。f d d 方式是指 接收和发射是在分离的两个对称频率信道上，用保证频段来分离接收和发射信 道：而在t d d 方式中，接收和发射是在同一个频率信道上，用不同时隙来区分 上下行，即用保护间隔来分离接收与发射信道。t d s c d m a 全称为时分双工同 步c d m a ，所以t d d 是其最主要的特点之一，但有其优点，同时也有缺陷。 t d d 系统具有如下优点： ( 1 ) 由于不需要成对的频谱，灵活性强； ( 2 ) 因为可以灵活分配上下行的时隙，故适用于不对称的上下行数据传输 速率，特别适用于i p 型的数据业务； ( 3 ) 上下行工作于同一频率，便于使用智能天线等新技术，达到提高性能、 降低成本的目的； ( 4 ) 设备成本较低，比f d d 系统低2 0 一5 0 。 当然，t d d 系统也有其固有的缺点： 8 南京邮电大学硕士学位论文第二章t d s c d m a 标准简介 ( 1 ) 采用多时隙不连续传输方式，抗快衰落和多普勒效应能力比连续传输 的f d d 方式差，因此i t u 要求t d d 系统用户终端的移动速度是1 2 0k m h ，而 f d d 系统则要求达到5 0 0 k m h ：而且基站收发信机基本上只能在1 2 时间内工 作，导致设备能源和机房的大量浪费。 ( 2 ) 上下行链路转换点的位置实际上并不能任意配置，它受到相邻基站转 换点位置和智能天线技术要求的影响。 ( 3 ) t d d 系统平均功率与峰值功率之比随时隙数增加而增加，考虑到耗电 和成本因素，用户终端的发射功率不可能很大，故通信距离( 小区半径) 较小， 由t d s c d m a 标准采用的t d d 方式和2 g h z 工作频段，无线链路预算所确定 的城市基站覆盖半径约为3 0 0 m ，因此，t d d 模式一般适用于小型、步行速度的 移动通信系统或在无法实现上下行对称分配的频段中使用。 2 3 2 智能天线 t d s c d m a 是目前世界上唯一确定采用智能天线的3 g 系统。由于采用t d d 模式，上下行链路使用同一频率，同一时刻上下行链路的空间物理特性完全相同， 所以只要根据上行数据在基站端进行空间参数的估值，再根据估值下行链路的数 据进行数字赋形，就可达到自适应波束赋形的目的，充分发挥智能天线的作用。 由于c d m a 系统中所有用户工作在同频段，所以对某一特定用户而言，所 有其他用户信号都是干扰信号，随着用户数增加，干扰逐渐增大，当系统用户数 增加到一定数量时，干扰会使系统无法将有用信号提取出来，故我们将其称为干 扰受限系统。采用智能天线技术后，只有来自主瓣方向和较大副瓣方向的多径干 扰才会影响有用信号，极大地降低了多址干扰，有效提高了系统容量，从而提高 了频谱利用率。 在t d s c d m a 实际系统中，计划使用由8 根低增益偶极子天线元组成的智能 天线。利用智能天线可估计接收信号的来波方向( d o a ) ，确定移动台( m s ) 的方位，使下行波束具有方向性，可减少多用户干扰 但智能天线的这种方向性波束作用很难实现。智能天线利用到达各天线元载 波的相位偏移和幅度变化调整发波束的方向和强度。这会对系统载波传输相位的 准确性提出极其严格的要求。系统中影响载波传输相位的因素很多，如负载大小、 9 南京邮电大学硕士学位论文第二章1 1 3 s c d m a 标准简介 滤波器参数、电路时延和匹配情况等，因此在应用中实现难度极大。而且由于多 径传播的作用，基站接收机很难正确估计收信号的d o a ，一旦发生估计错误， 将导致更差的结果：其次，若用户集中在某一个方向上的话，如会场、道路应用 等，智能天线波束的跟踪和自干扰隔离作用将急剧下降，这种要求用户在小区内 均匀分布的特性是很难满足的；此外，还需考虑车载移动通信系统中多普勒频移 的影响，它也会使传输相位发生很大变化。 再则，由于t d s c d m a 采用时分方式，每隔2 m s 左右才能判定一次用户的 d o a 。调整用户发信波束方向时，只能使用上一次的d o a 判定值，在时变信道 情况下导致d o a 的判定值误差较大，使它基本上只能适用于静止或步行移动通 信环境。此外，使用智能天线时，一个基站需使用8 套射频收、发信设备，导致 系统成本上升，可靠性下降。由于基站的设备过于复杂，所以不太可能实现多扇 区基站，而且在扇区应用时，对定向波束成形的方向性要求将进一步增加，实现 难度极大。 应该认识到还未得到大规模商用的智能天线技术目前还很不成熟，将它用于 实际系统时，风险极大。 2 3 3 上行同步 上行同步是指上行链路各终端的信号在基站解调器完全同步。在 t d s c d m a 中用软件和帧结构设计来实现上行同步，因此它是同步c d m a 系统。 通过上行同步，可让使用正交扩频码的码道在解扩时完全正交，相互间不会产生 多址干扰，克服了异步c d m a 多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到达 基站的时间不同而造成码道非正交所带来的干扰，从而大大提高了系统容量和频 谱利用率。当然，要实现上行同步必须要有一套可靠的同步机制作保证。 但是，在t d s c d m a 标准中规定上行同步误差应小于 1 8 个码片 2 1 ，该允 许的同步误差可能导致较大的自干扰，其干扰强度可能大于使用异步上行信道地 址码的系统。而且由于多普勒频移以及距基站距离等参数的影响，在高速移动环 境中要保持各移动台到达基站接收机问的码片同步并不是一件易事。 l o 南京邮电大学硕士学位论文 第二二章t d s c d m a 标准简介 2 3 4 接力切换 越区切换在蜂窝移动通信系统中占有重要的地位。t d s c d m a 系统采用了 独特的接力切换。 在早期的频分多址( f d m a ) 和时分多址( t d m a ) 移动通信系统中，采用 的是“硬切换技术”，该技术使系统在切换过程中大约丢失3 0 0 m s 的信息，同时 占用信道资源较多。美国高通公司开发的i s 一9 5 无线通信系统使用了“软切换 技术”，软切换过程不丢失信息、不中断通信，还可增加c d m a 系统的容量。但 是，软切换技术只解决了终端在使用相同载波频率的小区或扇区间切换的问题， 对于不同载波的基站之间，f d dc d m a 系统仍然只能使用硬切换方式。而且， 处于切换过程中的每一个终端要同时接收来自两个或三个基站的信息，并在反向 链路中向这些基站发送相应信息，这占用了较多的通信设备和信道，造成系统资 源的浪费。 t d s c d m a 系统由于采用了智能天线，可以用来定位用户的方位，所以可 采用接力切换方式。两个小区的基站将接收来自同一个移动台的信号并对其定 位，在移动台可能切换区域时，将此定位结果向基站控制器报告，其根据用户的 方位和距离判断移动台用户现在是否移动到应切换给另一基站的临近区域，并告 知移动台周围同频基站信息。如果进入切换区，便由基站控制器通知另一基站做 好切换准备，通过一个信令交换过程，移动台就由一个小区像交接力棒一样切换 到另一个小区。这个切换过程具有软切换不丢失信息的优点，又克服了软切换对 邻近基站信道资源和服务基站下行信道资源浪费的缺点，简化了用户终端设计。 接力切换还具有较高的准确度和较短的切换时间，从而提高了切换成功率。 2 3 5 联合检测技术 t d s c d m a 是唯一确定采用多用户检测的3 g 标准，联合检测是t d s c d m a 技术中革新的多用户检测方案。联合检测分别消除和将所有用户的多址 干扰降至最低。结果是由于这几个方面的因素每载波的用户负载量得到了提高。 需要说明的是，由于平行的用户数量的增长使计算复杂度呈指数型增长，同时， 一个高于一般的噪音造成了移动范围的降低。换言之，联合检测只在平行的用 南京邮电人学硕士学位论文 第二章t d s c d m a 标准简介 户的数量相对低的环境下才有效。 t d - - s c d m a 中的联合检测的高效率主要是因为t d - - s c d m a 是一个时域 和帧控的t d m a 方案。因此，每载波的大量用户被分布到每个帧的每个时隙中， 最终使每时隙中并行用户的数量很少，再加上智能天线的空分多址，这样，通过 较低的计算量和较低的信号要求即可被有效地检测到。 但基站t d d 设备引入智能天线、联合接收机后，将使原有设备价格较低的 特点荡然无存，将会形成一个性价比低的不合理系统。 2 4t d s c d m a 系统的物理信道1 4 l 2 。4 1t d s c d m a 物理信道格式 t d s c d m a 标准所有的物理信道都采用四层结构：超帧、无线帧、子帧和 时隙码。超帧、无线帧和子帧之间的结构如图2 。l 所示。一个超帧长7 2 0 m s ，由 7 2 个无线帧组成，每个无线帧长1 0 m s ，每个无线帧又分为两个5 m s 的子帧。 k 一 i 无线帧( 1 0 m s )、_ 一、 篚主运西：赢 l 桢 f ol 帧 1 ： l 帧_ | 7 1i l - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - - _ - _ 。_ j - - - - - j l _ - _ _ - - _ _ _ j ：、 l ；子帧( 5 m ；)、 匣亟匠丘蓟 ： i 图2 it d s c d m a 超帧、无线帧和子帧的结构关系 依据不同的资源分配方案，子帧或时隙码的配置结构可能有所不同。所有 物理信道的每个时隙间都需要有保护间隔。在t d s c d m a 系统中时隙用于在时 间域和码域上区分不同用户信号，这在某种意义上有些t d m a 的成分。 t d s c d m a 的子帧的结构图如图2 2 所示。 南京邮电大学硕：i ：学位论文 第二幸t d s c d m a 标准简介 d w 髓； ( 9 6 c l a p s ) r l 转按点i t ；0r 斧lm 十t s 3 十t ；t ，01t 5 s r 图2 2t d s c d m a 的子帧结构 每个子帧由长度6 7 5 1 x s 的7 个常规时隙和3 个特殊时隙组成。3 个特殊时隙分别 是下行导频时隙( d w p t s ，7 5 “s ) 、上行导频时隙( u p p t s ，1 2 5 “s ) 和保护时隙 ( g p ，7 5 肛s ) 构成。在这7 个常规时隙中t s 0 总是分配给下行链路，而t s l 总是分 配给上行链路，其他时隙按小区上、下行时隙的配置要求灵活分配，上行链路的 时隙和下行链路的时隙之间由一个转换点分开，在t d s c d m a 系统中的每个5 m s 的子帧中有两个转换点( u l 到d l 和d l 到u l ) ，这种灵活的配置方案特别适合 于以不对称业务为主的无线数据的传输。 2 4 2 子帧时隙结构 ( 1 ) 下行导频时隙( d w p t s ) 每个子帧中的d w p t s ( s y n c d l ) 是为下行导频和同步而设计的，i ： ：l n o d eb 以最大功率在全方向或在某一扇区上发射这个时隙，通常是由长为6 4 c h i p s 的 s y n cd l 和3 2 c h i p s 的保护间隔组成，其结构如图2 3 所示。s y n c _ d l 是一组p n 码，不同的s y n c d l 标识了不同的小区。 图2 。3d w p t s 结构 ( 2 ) 上行导频时隙( u p p t s ) 每个子帧中i 拘u p p t s ( s y n c u l ) 是为上行导频和同步而设计的，当u e 处于 空中登记和随机接入状态时，它将首先发射u p p t s ，当得到网络的应答后发送 r a c h 。这个时隙通常由长为1 2 8 c h i p s 的s y n c _ u l 和3 2 c h i p s 的保护间隔组成，其 南京邮电大学硕七学位论文第二章t d s c d m a 标准简介 结构如图2 4 所示。s y n c _ u l 是一组p n 码，不同的s y n c _ u l 在接入过程中区分 不同的u e 。 1 剿n g u l ( 1 2 8 c h 鞫 g p ( 3 2 c l u p ) 图2 4u p p t s 结构 ( 3 ) 保护间隔( g p ) 在n o d eb 侧由发射向接收转换的保护间隔为7 5 u s ( 9 6 c h i p s ) 。 ( 4 ) t s 0 一t s 6 时隙 一个时隙也被称作一个突发，t s 0 - t s 6 这7 个常规时隙被用作用户数据或 控制信息的传输，他们的结构见图2 5 。 d a t as y m b o l s l m ) d a t a b l e j d a t as y m b o l s 3 5 2 c h i p sf 1 4 4c h l p s f 3 5 2c h i p s g p 1 6 c p ( g p 嵌1 ： 麓护嘲翰，c p q i 码片 乏j 幻 图2 5 常规时隙结构 每个时隙可分为4 个域：两个数据域、一个训练序列( m i d a m b l e ) 和一个保 护间隔。 在这7 个主时隙中，t s 0 总是分配给下行链路，而t s l 总是分配给上行链路。 其他时隙既可作为上行链路的时隙，也可作为下行链路的时隙。上行链路的时隙 和下行链路的时隙之间由一个转换点分开。通过该切换点可以调整上行链路时隙 和下行链路时隙的数量比例，从而适应各种分组业务中的不对称业务。灵活分配 上行链路业务和下行链路业务的信道示例如图2 6 所示。图( a ) 中有1 个上行时隙 和6 个下行时隙，适用于文件下载，i n t e m e t 浏览等，可达2 m b i t s 传输速率。图 ( b ) 中有3 个上行时隙和3 个下行时隙，是对称结构，适用于语音呼叫；图( c ) 中有1 个下行时隙和6 个上行时隙，适用于文件上传等。 南京邮电大学硕士学位论文第二章t d s c d m a 标准简介 ( a ) ( b ) ( c ) 图2 6t d s c d m a 信道分配示例 一个突发的持续时间就是一个时隙，主时隙突发结构由两个数据符号域、一 个1 4 4 c h i p s 的m i d a m b l e 码、l 1 控制信息和1 6 c h i p s 的保护域组成，总长为 8 6 4 c h i p s 。数据区共7 0 4 c h i p s ，数据域中每个码片用q p s k 调制，扩频系数为1 1 6 。 m i d a m b l e 码用作训练序列，供多用户检测时信道估值用。下行导频时隙 ( d w p t s ) 由6 4 个码片正交码组成，它是无线基站的导频信号，也是下行同步 信号。而上行导频时隙( u p p