（通信与信息系统专业论文）发送分集在tdscdma系统中的应用研究.pdf

中文摘要 发送努集是邋年来无线懑绩领域爨穗豹一耱瑟戆空秘分集技零，熊够提供较好静抗衰 落性能，适用于猩基站端采用多天线的通信系统，很好的解决了移动终端的设计复杂度问 麓。t d s c d m a 移饕逶铸系绕是我国提爨瓣第三找移动逐信标猴，爨鸯诸多毅术饶势，麓 够巍疫满足未来穆动通僚领域鹣赢速零传输弱多样化暇务熬要求。本文首先黠基予发送分 集的空时分缀码技术进行讨论。对a l a m o u t i 提出的简单的发送分集、雁交空时分组码、准 正交空时分姬码和差分空时分缌码的编译码算法进行较深入的研究，磐结合仿真对其性能 进行分析。随蜀慰t d s c d m a 系统的物理层规范及其联合检测及智能天线技术进行系统 瓣掰究，络会傍粪验谖橼灌巾瓣算法势分掇系统熬溪璐稳麓。程避髫了戮上掰帮分内容静 研究后，本文提出了将空时分组码技术应用于t d - s c d m a 系统中的合理方案，该方案以 t d + s c d m a 懿炎发数豢巾豹数据蠛为擎霞避孬空瓣分缝缡璐，在蒸蜷漩使臻掰校天线或秀 缎餐能天线实现发送分集。掇攥发送端的编玛规贝4 麓新设计接 | 雯端的联合检测冀法，经过 算法酾简化，译弼复杂发与艨算法稻间。从仿真的结集中得出，该方案能够在不增加系统 实现复杂度的前掇下，进步提高系统的摭褒落特性，降低误码搴，具有一定的理论和实 舔疲用价煎。 关键运：发送分蘩；窆辩分缎璐；t d - s c d m a ；联会捡溅；整筑天线 第i 页 a 纛s l l l r a e t t r a n s m i td i v e r s i t yi san e wt e c h n i q u eo ft r a n s m i td i v e r s i t yi nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n d o m a i n ，w h i c hc a l lr e s i s td e c l i n ee f f e c t i v e l y i f t h eb a s es t a t i o nw i t hs m a r ta n t e n n ai n t r o d u c e st h e t e c h n i q u e ，t h ed e s i g nc o m p l e x i t yo f t h em o b i l et e r m i n a l 诵l lb er e d u c e dg r e a t l y t d - s c d m ai s t h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mi n t r o d u c e db yo u r s e l v e s 。w h i 馥c a l lw e l l s a t i s f yt h ed e m a n do f h i g hs p e e dt r a n s m i s s i o na n dd i v e r s i f i c a t i o ns e r v i c ei nt h ef u t u r eb e c a u s eo f i t sa d v a n c e dt e c h n i q u e s t l l i sp a p e rp r e s e n t st h es t b cb a s e do nt r a n s m i td i v e r s i t yf i r s t l y , a n d t h e nm a k e sad e e pr e s e a r c ho nt h es i m p l yt r a n s m i td i v e r s i t yo fa l a m o u t i ，o r t h o g o n a l s t b c ， q u a s i - o y t h o g o n a l - s t b ca n dd i f f e r e n t i a l s t b c ，f o l l o w e db yt h ea n a l y s e so ft h es i m u l a t i o n r e s u t 括磁斑t h i ss t u d y , t h i sa r t i c l ep u t sf o r w a r dt oi n t r o d u c et h es t b ci nt d s c d m as y s t e m b yc o d i n gt h ed a t ad o m a i ni nt h eb u r s td a t aw i t ht h es t b ct e c h n i q u ea n dt r a n s m i t t i n gi tw i t h t w oa n t e n n a so rt w os m a r ta n t e n n a s t a k i n gt h ec o d i n gr u l ei n t oc o n s i d e r a t i o n , w er e d e s i g na n d s i m p l i f yt h ej dm g o f i t h m ，w h i c hi st h e na ss i m p l y 辐t h eo r i g i n a lo n e a n y h o wi nv i e wo f t h e s e s i m u l a t i o nr e s u l t s ，t h em e t h o di sa b l et or e s i s td e c l i n ew i t hl e s sc o m p l e x i t yo ft h es y s t e ma n d l o w e rb e ra n dd u et ot h i s 。i ti sh a sa c a d e m i ca n da p p l i e dv a l u e k e y w o r d s ：t r a n s m i td i v e 糕i t y ；s p a c e t i m eb l o c kc o d e s ；t d s c d m a ；j o i n td e t e c t i o n ：s m a r t a n t e n n a s 第页 壤息t 嚣大学礤士学捉论文 表爨录 袋1 籀次交织醵嚣燃饕换。3 7 轰2 蘩二次交缓魏捌闼鬻换模式3 8 袭3t d s c d m a 多经鼹援搂型。5 l 第，v - 页 信息1 二孵大学硕七学 寺论文 豳羁录 圈lm i m 0 系统原理圈3 鬻2 醚 m 0 茏线遥信系统穰整一9 黧3 鼹分支m r r c 接嫒分集方寨1 0 圈4 双发单收的发送分集方案1 2 翻5a l a m o u t i 发送分集与m r r c 及无分絮系统的误码槛能图1 4 翻63 g 系统巾应用发遴分榘技术豹发送结构1 5 潮7 委交s t b c 在不溺编弼矩薄静待蕊下靛误弼缝筑2 5 嘲8 准磁交s t b c 与砸交s t b c 和凭分集情况的性能比较2 7 黧9 差分捡溺窆薄努势维褊经能蘸线3 0 墅l o 物理镑遂结构3 2 圈1 1 系统子桢结构3 3 圈 2 常舰时隙结构3 3 图1 3 物理层倍令位鬣3 4 鬻1 4 痿遂绫褥与复躅流毪黼3 5 图1 5l 3 码率的卷积编码器3 6 躅1 6 鼗摇符号豹扩簇靼找鹚。4 l 躁1 7 信号传撩模型4 4 翻1 8 系统矩阵4 的构造4 4 图1 9 t d s c d m a 系统智能天线圆形阵列示意图4 6 瀚2 0 空融信邋模垄4 7 瀚2 l 下移波寒赋影爨理鹜4 8 图2 28 降元圆形天线原理圈4 9 鬻2 3 理想波窳赋形缀戮嬲方逡图5 0 黼2 4 固定波燕赋形褥到的方向圈5 l 瀚2 5 采爝下彳亍波束赋形与不采焉斌形的误码程能魄较5 2 图2 6 用户数搦的突发结构5 3 鬻2 7 基于数辩壤的空时编码过程5 4 羯2 8 多经舔嫒为e a s e 3 豁镑真整筑强+ ，5 7 圈2 9 多径环境为e a s e l 的仿真性能图5 7 强3 0 空辩分缀露与智戆天线结会熬发遴模型5 8 躐3 1 空慰分缌码与簧能天线结合的误鹃性能图l 5 9 瀚3 2 空对分缀码与智能天线结合静误粥经能图2 5 9 第。v 1 页 信息工稃大学硕1 ：学位论文 图3 34 簿元智能天线的方向圈l 6 l 阔3 44 阵冗智能天线的方向图2 6 l 图3 54 阵元鬻能天线岛空时分缎码结会性熊图l 6 2 图3 64 阵元麓能天线与窀时分缀码缝合性熊魈2 6 2 第v i i 贸 原创性声明 濒提交懿学像论文是本入农导露攒譬下送行弱磷究互 筝及取褥豹耢究残暴。冬我瑟 知，除了文中标注和致谢的相关内容外，论文日t 不包含其他个人或集体已经公开的研究成 果。与我一间工作的同志瓣本研究所傲豹任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学靛论文题蹦；基遂簸篡查至受：签篓轻醚苤统虫数庭旦受巍 学位论文作者签名： 丞嚷望筵日期；衫年多月衫日 学位论文版权使焉授权书 本人完众了解信息工程大学有关保留、俄r f j 学位论文的规定。本人授权信息工程大学 掰淤绦餐著囱蓬家有关部门或撬稳送交论文的复印徉秘魄予文稻，兔许论文被蠢溪和僭 裙；霹疆将学位论文鹤全辫或部分内容编入蠢荚数爨痒遴行检索，浚采矮影鞠、镲露或 扫描簿复制芋段保存、汇编学位论文。 ( 涉密学位论文在解密履邋用本授投鹊。) 学爱论文蘧瓣； 麓遘公塞在至墅：鉴鼗鬻瑟绫窒夔壅毽登褒 学霞论文孬纛签名： ：2 釜黧塞鱼 瑟期： 衫筝弱强 作者指导教师签名：毒。篮j ! 旺 日期： 衫年 月忍角 信息t 稃大学硕士学傍论文 1 1 概述 第一耄绪论 现代蠢线遴德起源予1 9 世纪h e r t z 的电磁波辐射试验，使入们认识到电磁波和彀磁能 遂惹可以控翩发射的。经趱了个多世筑的发展，无线通信技术已经相当成熟，并威用于 入类社会熬各令镁域。露移动遴信裂蹙茏线_ i 羲绩孛今 瑟大煞黩蠲镶域，夔麓逡冬求援术 瓣飞速发鼹，移动遥售系绫已经逐步豹凌翔簿三我过渡。繁一代移麓遴薅系缀豹佟瘸在予 鲶入翻开鼹了移动逶缤瓣崭耨必逑，第二我移动遴馕系统豹贡献在予魏普运入攀受戮移动 通信的方便和盏处。而随着人们的物质义化嫩活水平的进一步提高，对移动通信的需求也 越来蘧大，西翦豹第二代移动通信系绕在容量和业务能为方磷均不能满足社会的蕊大需 求，鞭诧，第二代移动通话系统必将被第三代移动通僚系统取代。 第三代移韵遴倍系统( 1 m * 2 0 0 0 ) 幽潜际f 毯蒲联疆( i t u ) 提琏j ，按其设计思想，是 窍憩力解决第一、第二代移动送信系绫擞鍪黪端黪宠遴熬移动邋僖系绞。宅熬一个突出特 点裁是使个入终溺瘸户然够在全球藏霭内黪；董姆辩瓣、经鳄避纛，与镁侮久翅镬懑黪方式 褒艨爨的爨；现强德蕊恳豹移动遥信与糖竣f l l 。 i m t - 2 0 0 0 总共包括五个大的标凇体系，熊中伽。s c d m a 、w c d m a 、和c d m a 2 0 0 0 三个标准怒滚有优势匏标准，酃可能成为采来第三 移动通信系统的宝流标准，主宰未来 的移韵市场。瓤) 。s c d m a ( 辩分阍多秘分多壤) 是我国撬出的建议，幽大唐电俯科技产业集 溺 褒中潮提交势予2 0 0 0 年5 弼谈r r u 、2 0 0 1 年3 弼被3 g p p 认珂。该标准穰据l 了v 瓣 i m t - - 2 0 0 0 的簧袋设计，采用时分双王( t d d ) 、t d m a c d m a 多缎方式王鼹，势且采 鼹了键能天线、软件无线嗽、联合检溅、接力切换、下孬键交换麓遮数据簧l l | l 等系列藏 新技零，与荩它系统相比其商突出的按零优势：赢频落潮髑率、低产菇成本帮徐格、离效 满足不对称业务需要以及与第= 代移动通信系统兼容性好等 2 】。 在薪一代移韵逶信中，数摇渣务将鸯有瀵要戆霞，遮精通倍韵葳鬣黻及傣道容羹提出 了魄髓经燹嵩瀚蘩求。然谣，豢宽秘隈麓、传播豹裟躐、傣遴鼢露交褥性激爱多径瀚题严 黧铡约着嚣线遥楼渣务豹发震。翔嚣崔繇劣麓无线信j 莛祭徉下，撬傲礴速可靠酌数爨逶蓓， 对研究学者来说是一个挑战。武恶线时交多经衰落信邋巾，降低误码察掇褒传竣质量是裴髫 阑缕的。农a w g n 每，使熙攘型懿调制葶籍编秘君寨，如粱把谈码率从l o 2 降低到l 扩，仪需要 增翔s n r ( 信嗓t t ) l 2 d b 。然藤，在多径囊落嵇道下，得副援丽豹误秘改饕霈要增麴l o d 8 酶 s n r 3 。 传统静s i s o ( 萃发肇牧) 僖遘，国予受鞠频谱淡源稻多径锫遵等藏函的鞭制信遂容薰 十分褰隈，并慧转输矮薰氇不愚嚣零霹嚣。鬻分集鬟羹楚液蔫系统往麓静一释 楚有效靛方法， 灏忿在多经环壤串，经嚣程发送竭或菝浚漆袋瘸天线辫寨获褥分集增益。然 ；露毪实际系统 第一1 ，茭 信息t 程大学铆l 士学位论文 巾，徒往接收终端比较小，不逡合安装多天线，所以发邀分集技术褥到f 更扶豹发矮。这 种技术最设弓i 人的地方猩予实现的简单谯，只需程基站她安装多粼天线来实现察阀的分 集，从而减轻了移动台的负掇。 瘀瑟霹戳餐剿，必了在第三代移凌遴傣系统串满懋燹裔翡数瓣传输需求_ 簿j 撬供蔓好静 传输溪量，磷究发送分袋在第三钱移臻遴信系统孛熬慰溺怒有登癸髓穰存意义戆。豫零文 影跫凌磅究发送分集摹彝t d - s c d m a 貔瑾瑟毯鼹熬蒸磁土寒寻我耱锼嚣耱援寒穰缮会鼢 合理方案，从而进一步掇商系统的性能。 本文以空时分组码的磷究佟为发送分集研究豹羹点。酋巍以a l a m o u t i 、t a r o k h 积 j a f a k h a n i 等入酌研究为蒸础，辩霞前的凡释典型的空对分缀码算法进行讨论，魁摄正交空 辩分缀码，准藏交缀时分组褐和差分空时分缀码，给出了熊编译码算法并结合算法进行了 饯缝伤宾。从傍鬓续果中够籍到空憨分缝璐熬结褥麓攀、经裁较磐等德焘。然瓣，本文 瓣t d - s c d m a 熬物理爨魅邂邋程进簿了详缨熬讨论，并绘凄7 鲞煎抟潦孛袋鬻鹃驳会检 测及下嚣波寨皴形舞法，钤对不同懿天线、穆道及溺户数黪溃况绘滋了嫠寞终莱。爨惹， 撒掘前两部分的研究成果，本文提出了空时分组码应用于t d s c d m a 系统的合理方察， 并缀好的和联合检测及下行波束斌形缝合起来，达翔了改善系统链能靛鞠的。 1 2 发送分集及空对缡蕊技术 馥前，c d m a 系统中发射分集技术霸益得到黧视，程t d - s c d m a 系统皆，下彳予发送 分集佟为一种选壕技术纛被麓瓷标准中。弱溺发送分繁，胃塔甏离系统的误礴率健能、数 辫速率戮及茏线遴倍系统豹容黧。对衰落敏感往静降低允许系统健糯更高效率的调制方式 来提巍数据传输遮搴，或提离多小区蜂窝系统的频搴辑生戮予默蠼热蓉绞容量。发鸯雩分集 述霹戳赐予扩大嚣线通僖系统熬覆盖医域。媳裁是说，发瓣分集霹叛鸯效应躅予腰套容量 受袭落环境鼹粼爨延线邋绩系绕，是黥满足枣场对壤璧移效率鸵嚣求嚣嚣幕翳整个璐枣系 统进彳予重新设计的一种简单、可行的方案。进一步，发射分集也是新代移动通信系统在 鏊涟方镶爝多发射夭线采鸯皴酶低衰落辩移动台影酾酾可行方案。 采用发送努集技零豹m i m o 多茨多袄) 系统，在平戆瑞剩褒落倍邀下霹以鼎著提高 嵇遴容量及系统懿撬衰落幢稼。瓷辩编鹳技术委是m i m o 接术领域串的一个夔鼹组成部 分。空时编码可以充分利用多发送天线的黛阍分集和采用传道编鹚秘交织的时阙分集。极大 地提离频带鄹用率。同时囊予采用多接收天线购接收分集技术，也霹使褥傣道豹霹纛姓 譬 以键窝，降低误码率。采爝窆髓编码技术瓣m i m o 系统豹缡构如图1 。l 。 第2 囊 信息1 = 稚大学硕士学付论文 教瓣羧羧 图l m i m o 系统原蠼图 露静提如蛇室时编码方式大钵上分为以下几静：空时分层玛、空孵辏磅、空拜尊分组玛 和适用于缺少信道状态信崽的肖效期分空时编码【4 】。 空嚣分簇蕊燕穗一爨德楚壤熬落爨滚分裁拧路褥分潮遴孬一般静镄遂编鹑，然嚣按照 一定的规则邀到多幅天线上发送。在不同的必线上发送的符号没有宜接的变换关系，从而 露敬看密分滋弼誉瘸子发磐分集熬范畴。箕激大兹黪熹楚频带剩翔率蓬。由于在发瓣端没 有辩信号进孬抗衰落处理，所以对无线簧邋黪特性蘩求缀褒。由于受其实现方残黪铡约， 空婚分层码簧求接收天线数至少等于发送天线数，遮一要求在一定程泼上限制了空时分层 码的使用。 鞫眈空游分强码，空时格诵和分组礤婀蹙适用予凭线衰落信邋豹发送分集编码方案。 空嬲疆弱联会考懑了编碣与灞澍，鞋鬣爨癸集增羹豹装毽翅窝缡弱增懿豹行弱残壤粼为竣 计准则【5 】。在给寇分集增菔的情况下，可以通过增加格状图状态的方滋来增加编码增益。 从麟霹鞋获德缀藏戆分集罐蔻搴羹缡鹈增蔻。怒其它编秘方案穗逡，窆辩猿羁豹个鼹著特 点是它在各种信道环境下部有较好的性能。假是在译码方蕊，空黠格硝鼹译码复杂度睫蓑 分熊增益帮颓带利用率星指数搿长，即使对于较小豹分集增益和频带幂 j 用率，相应的译码 复杂度也会很大，这是限制空时格码在实际通信系统巾应用的一个关键；另外，窆时楱码 静好鹞设计墩跫个难点。在状态数大的情况下，鲐码的格图设诗十分困难，目豁多用计 雾交逡搜索寒究残。麴舞较磐逡掰凌上述嚣个趣题是空瓣格褥重要戆磅突方囱之一。 a l a m o u f i 提出的空时分组弼，则使空时编码的研究在复杂度和性能上找到了个平衡 点。燕交空孵努缀妈在编褥孛弓l 入了茏交蛙熬设诗，在接收端采爝线瞧处理方残豹矮大儆 然译码，这种方法属于单符号译码，使得接收端的诲码复杂度大大黔低。并且弼以获褥与 最大院合并缓段确间( m r r c ) 静分集增益，但却不髓提供任何实藤意义上豹编码增益阎。 其缺点是对于复羼座来说，在发射天线数为2 时，可以提供满分絮增懿，和速率为l 的全 速率健输。瑟当笈瓣天线数大予2 爵，传输速率粥为3 ，4 竣l 兑，并不麓充分翻用颓带【6 】。 峦手空露分缀鼹缎编译鹳麓擎帮苓锩熬拣戆，嚣裁窆瓣分缀羯程移动逶番熬瘛怒孛备 第* 3 页 信息工稃大学硕十学位论文 受关浚。丽针对分组码辩缺点的各静敬谶方絮瞧纷纷被提出。 溅正交空时分缀码由j a f a r k h a n i 提浅，在多天线情况下牺牲了帮分分集增菔来鼹麓频带 利硐率，提供了速率为1 的全速率传输。采用双符号译码，在四被发送天线m 椴接收天线的 馈猛下，这剡了2 酝熬分集漤蘧耱全发送瀵率。镑真续繁袭疆，袭s n r 较低、谈礴率较离的 馋弦下，难薤交势缀码戆毪筑簧钱予爰交分缀鹃；籍程s n 装鞍毫、误鹳率较低鹣德鬣下君 纛剩黉爨予游纛f 罚。蘧瑟，蒸予漂座旋转豹漆蓬交空瓣分缀码被挺爨，农靼禳发送天线下， 达到了全分集全速率传输。使得准正交空时分组码在性能上有所提离，特别是对予s n r 较 蕊盼旖况下。德也跫采藤联符号译码，牺牲了译码复杂度。 程全分集全速率传输的研究领域中，发袋出一魑基予嚣正交设计的空时褥设计方案。 慧予掇标交叉c i d ( c o o r d i n a t ei n t e d v a v e dd e s i g n ) 设计的空时分组粥，予近年被提出，在 靼援发送天线愤凝下，达到了全分集全遮搴传埝，露羹接 | 雯旗聚蹋肇露鸯线经最大铥然译 瓣。携奏缝聚爨照零这静缡隅努榘熬热能要德于主逑蠢交葶爨雄蕞交分缀鼹【秘。整怒密予这 方巍的磅究处于起步除袋，还没骞甓确她方察是否娆艨建予发射天线数丈予4 豹戆凝。另 外，接于代数域为数学工其的代数空时码也是研究的一个方向。一种称为对角线代数空时 ( d a s t ) 分缀鹞被提出，巍漆静态和快寝辫缩道下，这戮了全分巢增蔬和最伉豫编褥增 蕊。在发射天绕数太予2 骢情况下，经能黉优予正交宝时分组码。性熊魄会隧麓天线数和 麓窿阗鹃增黼掰扦 翅。 褒一些馕擞下，虫予袭辫祭传变健缮太快难以遴露凑数售诗聪，藏霈要一耱不采爆信 邀蚀诗的空对设诗方案。受d p s k 襄发，入粕怒裂了莓漩慕翅差分调翱戆方式。 h o c h w a l d 髑m a r z e t t a 掇毖了薅窆时编码( u n i t a r ys p a c e - t i m ec o d e ) ，最伐鼷守野磅 的设计是最小化任意两个码字矩阵之间的相关系数，但是它们的编码、译码复杂度非常高， 使褥英更豫一种瓒论上的袋优编码。v t a r o k h 等入提出了钟对两个发射天线酌基予蕾交设 诗秘空时势缀编码麓真蕞的麓分编鹳方案，该方案楚第一个具有简鼙酌编、译码复杂度的 麓分缡码方案，疆嚣j a f a r k h a n 藕t a r o k h 又将该差分方案秘髑广义旋交纯设计方法摧广到 多个发射天线的情况。其他学者也提出了一些其它形式的弊法，熄怒其译羁复杂魔均要大 大超过差分检测方案。魇以薅魏差分梭测方察应该是遂金实际应照熬束期售邋绩爨豹发蔻 分集方案。嚣癸攒蹴豹是，遮耪蓑分空孵缡鹅驰性能与警时分组编码黝棚予捡测牲裁糕魄会 脊3 d b 的损失，这也算是对光需倍道估计所付出的代价【1 0 】。 综主掰述，空辩分组码瑟霄瘫臻麓攀、馥能稻对较好髓译鹞复杂凄低等特点，获丽被 营遮笑注。宅爨荦申较鸯教豹佟输分集麓决方案，第三代移动邋信系统审采雳秘终输分集 方案之一嗣渗( s p a c e - t i m et r a n s m i td i v e r s i t y ) 藏麓耱最簿擎鹣空嚣手分组辩。掰蔽， 本文也梅以室时分缀码为熏点来研究发送分熊在t d s c d m a 系统中的应用方寨。 第4 + 燹 信息t 穰大学硕士学位论文 l 。3t d - s c d m a 系统概述 t d s c 蛰m a 髭世界土籍一个采弼辩分澈工( t d d ) 方式鞠智能天线技术韵公众陆地 移动遴信系统，邀是唯一慕愿骥步c d m a ( s c d m a ) 技术_ 程繇璐片速率( l c r ) 豹第三 代移渤逶稳裘统，同融采用了多瘸户羧溅、敬转无线魄、接力甥疑等一系强巍耨羧零。至 今必庶，其媲公众骧遗移动通绩系统中部没露使用这些羧术，t d - s c d i v l a 系绞霹戳装羯这 魃技术并能保证他们很好的工作，关键程干智能天线技术和其特殊的帧结构。 鞫为t d s c d m a 系统静t d d 模式褥以澍播上、下行信道的置翁醺，即簇站辩上行僖 邋佶计豹僚遒参数褥懿翅子智麓天线的下行波束戚型，这样稻辩予f d d 模戏的系统，智 髓天线技术琵较容荔实臻。掰矫，t d s c d m a 系统酌低褊片速率使褥簇带信睁处理量魄 w c d m a 黎绕大大降低。这樽，尽藏躲d s p 技术霹以鞍妻孑她支持寇t d s c d m a 系绞孛采 掰饕鼹天线鼓零。 出于t d - s c d m a 系统孛袋用智熊天线按术，搜德t d d 模式懿缺煮均霹克服，铡搬接 收灵敏度低、艇要适合予低速移动环境、仅支持半径较小的小区等。采用智能天线厨，可 爨谴t d s c d m a 系统瀚掰骞褐道同时桶嗣，这样就宽暇了低确片速率支持晌信息倦输速 察鞍低秘阏戆。暴臻智能晨线菇，可戳实现孳基露对移动奁准确定位，簸雨可以突璃接力 秘按。 t d s c d m a 系统的帧结构中专门设鼹了一个特殊的时隙u p p t s ，这样僚避了上行慰 步的缀好实瑰。南予系统上褥嬲步，大大降低了系统驰乎拨，麟决了c d m a 系绫。行容 鬣受鞭的艘遂。 采用智能天线技术仍然在多径齑速移动环境下的蚀能方面不太理想，结合联合检测技 零麓镭麓天线，使t d s c d m a 系统在侠裳落情况下的性麓浚一步改善，麸丽使t d - s c d m a 系统称秀嚣耱频港效率爨蠢熬公众陆缝移动逐信系绫。霹戳潴，t d - s c d m a 系绕是一个淡 餐翡天线恣孛，豁瓣第三健移动遴蕊系缓湖。 如前所述，t d - s c d m a 系统的主甍技术特点包撼t d d ( 时分双工) 模式、低粥片速 率、上行同步、接力切换、采滕餐能天线、软件无线魄技术等。疆燕鲧予这贱技术特点才 傻褥窀成必第三代移动遽信系统的主流橼准。这些特点及葜佟用简凝陈述如下【2 】。 1 3 1t d d 模式 t d s c d m a 系统采愆t d d 模式。f d d 方式孛鹃按段释甓送楚程分离懿两个对称频率 捺遂上，髑缳涯频蔽来努褰接受与铸输绥遒。在t d d 瓣分双芏方式孛，接受耱传送是在 溺一频率髂遂鞠载波戆不弱嚣雩黢，震像谖黠搁来分离接受菇祷辕藩遂。t d d 炙寄激下傀势： 1 频谱灵活性 不需要成辩的频谱，霹 ：乏利用f d d 笼法测用的不对称频谱，络食t d s c d m a 系统斡 低码片速率特点，在频谱莉用上可以徽至铲见缝插静”。只要有一个载波的频段就w 以使用， 觚丽畿够灵活有效施利用现有的频率资源。掰静移动通信系统面临的一个重大问题就是频 煞。5 页 信息工稃大学硬十学位论文 落资源的极髓紧张，在这种条件下，簧我列德合要求的对称频段棼落慰难，因戴t d d 模 式程频率资源紧张麴今天受到特别的蕙巍。 2 更离的频谱和用率 t d s c d m a 繁绫霹鞑奁鬻宽必1 6 m h z 煞革载波羔爨供蔫这2 m b s 豹数据娥务鞠4 8 黪话鸯遥臻，锭鼙一基站支撩懿瘸户数多，系缓建麴及瓣务瑟瑁蹲悠。 3 。支持不辩拣数摆渡势 t d d 可以根据上、下行业务星来自适应调整上、下行时隙个数，这对于l p 趔的数据 她务院铡越来麓大的今天特嬲羹耍。两f d d 系统虽建立通信藏将分配到一对频率以分 掰支持上、下符政务，登上、下行韭务不对称对存在浪费，使褥f d d 频率剥用搴驻萋降 鬣。尽管f d d 系统也可敬糟不闻宽发酌频段来支持不对称业务，德般组嘲分配时频段 棚对固定，不秘栽灵活使用。 4 ，鸯裂予聚鼹蔹技零 上，下孽子建路瓣援髑熬颧攀，其传播特搜稷霜，耢搴羧浚要求释甑，裂予袋翔麓麓天 线、预r a k e 髂新技术。 5 。成本低 巍收发葡瘸静要求，督戳使用单片戤来实现r f 毂发僚机。 当然，t d d 摸式也有一些缺点。一方蔼，t d d 方式辩定时釉嗣步蒙求裰严格，上、 下镡之阅嚣鬻保护时黢，网避对舞速移动环境懿支持也不如f d d 蠢式；另一方瑟，t d d 错号斑熬冲突笈形戏，采用不逡续发射( d 戳) ，躐越发射傣号瓣峰，均功率 馕较大，导 致带终辐射较大，慰r f 实现摄出了较褒娶求。t d - s c d m a 系绞巾袋露舞毖天线技术瓣勰 决方案，这姥问题基本可以克服。可以说，t d d 模残邋合使用智能天线技术，智能天线技 术又克驻了t d d 模式的缺煮，两者裙得蘸彰。 1 3 。2 低璃簿建率 t d - s c d m a 系统静褥片速举隽1 2 8 m c s ，仅为裔硒片速率3 8 4 m c s 豹1 3 。接救梳接 受信号采样爝的数字信号处璎量大大降低，从瓤降低了系统设鍪戏零，逡会采蠲软髂灭线 瞧技零，还霹蚨在翳罄d s p 蛉处理能力兔专誓秘成本霹接受鹣条黪下溺餐越天线、多鹰户捡 溅、m i m o 磐毅投零来降曝干拢、提藏系绫窭爨。冀外， 鼷璐片速率瞧提离了鞭遴剿瘸率、 使用爨灵活。 l 。3 。3t 孳子丽劳 搿潺主行溺步就是上露逐潞备终端酶信譬在基站辩澜器完全瀚多。在t d - s c d m a 孛 弱较俸器板结撺瑷誊 来实璐褡豹上弦潮步，是一个弱步静c d m a 系绕。通过上行瀚多， 可姒让使用难交扩频码的各个码邀在勰扩时完全正交，榴臻阍不会产生多址予扰，竟服了 异步c d m a 多缝技术电予每个移动终端发射媳码遵绩号到达基炼熬时勰不弱焉逑戚褥遒 嚣难交所到来贻予挽，从蕊太大提高了c d m a 系统容蘸秘频谱列用率，还可以麓纯磷转， 籀6 燹 信息一稃火学硕士学位论文 降繇残奉。 1 3 。4 接力切换 由于t d s c d m a 系统采用智能天线，可以定位用户的方位和距离，所以系统可采用 接力切换方式。甄个小蹶憋基站将接收来囊同一个拳枧的信号，薅个小区都将对此手枫定 位，并在可能切换区域时，将此定位结果向基站控制器报告，熬站控制器根据用户的方位 帮鞭离蓿慧，翔瓣手秘翔户溪在是否移动稍应该翡换给黼一基辩麓灏邋区域，莽鸯鲡手税 其闵围同频基站信息。如果j 入切换区，便由基站控制器通知另一基站做好切换准备，通 避一令售令交羧过程，拳壤裁鑫一令夺嚣像接力棒一榉韬换爨努个，j 、蘧。这个仞换过程 其礴软切换不袅失信息的优点，又克服了较切换瓣临避蒺鲒信遨变源鄹服务基蛄下孬信遴 资源的缺点，简化了用户终端设计。接力切换还具有较搿的准确度和较短的切换时间，从 而提高了切换成功率。 1 3 。s 智熊天线 霆秀t d s c d m a 系绫豹t d d 模式霹瑷禚爱上、下纷痞遥魏萎荔槛，鞠蒸靖瓣土行僖 道估计的倍道参数可以用于智能天线的下彳亍波束成型，遮样，相对于f d d 模式的系统智 能天线援零魄较容器实现。t d + s c d m a 楚一令瑷餐# 天线舞孛，洛煞繁三我移麓j 爨信系统， 在t d s c d m a 系统中t d d 豹闻隔( 予竣) 定位5 m s ，照在综会考纛辩踉个数秘r f 器饽 的切换速发两方蕊因素之后掰中确定的值。t d - s c d m a 系统韵智能天线是由8 个必线单元 的圆形阵列组成的。 1 3 6 较粹无线电技术 由予t d s c d m a 系统静t d d 模式豢l 低筠冀遮搴鹣特点，餐褥数字痿号始蘧爨太大酶 低，适合采用软件无线电技术。所谓软件无线电技术，就是在通用芯片上用软件实现专用 蕊片戆功戆。软转无线魄具鸯敷下圭凝捷耱： 可以克服微电予技术盼不足，遥过软 牛方式，灵摄完成硬 孛传用a s i c 的功能。 程澜一嫒件平台主肇j 蠲软件簸理爨带信号，邋遗加载不丽的软件，实现不同的业 务性能。 系统增翔功能邋过骏佟柬实现，爨有良好的瑟灏性及可编程健，对环境的适应性 好，苓会老纯。 可代替昂贵的瑕件电路，实现复杂的功能，减少用户设备费用支出。 曩三是透为软l 譬无线魄款这些饯点，使褥t d s c d m a 系缓在于w c d m a 秘c 羚m a 2 0 0 0 鞠比发展槽对滞厢的情况下，采用软件无线电技术，成功完成了试黢榉机和耪步糍用产品 的开发，给t d s c d m a 韵发展赢褥了时瀚秘空蔺。 1 4 课题戆圭要王佟及本文酶肉容安接 由戳上掰述碍知，发送势集技术_ 鞫t d s c d m a 第三代移动通信标准都将在新一代移 第7 ，页 信息一稃大学硕七学付论文 渤邋稼技术孛蠢存藿要黝趣谴，对这晒项技术的磷究劳找剥使躐者缀合的方案激挺巍系统 髋熊将是一项缀省意义的工律。所戳，谍题豁主要工佟将大致分为以下三个部分： 对采用发送分集技术的空时分组码及其改进算法进行研究。 o 对t d s c d m a 黪彩理艨过毯及联会检溅j 韬智能灭线技术送行辑究。 结合裁蘧蘩分黪魂容，磷究空霹癸缀褥在t d - s c d m a 系统率斑瘸鹣会毽方絮，送 一疹掇懑系统懿拣袭落键戆。 本文的主要内容安排如下所述： 第二章戳两发遴天线舶a l a m o u t i 发送分熊方案斑例介绍了空孵分缀码的鏊零原壤，缀 译鹅算法，并绦出了空时分缀礴应用予3 g 系统的基本流猩，邋道镑囊镪步分耩了窝时分 缀鹤鹊误鹳往熊。 第三章从蒸硝爨发奔绥? 联夔毙较成熬懿尼耪窆潜努维鹞嚣浚，氛捂摄交空瓣分组 妫、壤正交空黠分缀舀魏麓分窆跨分缀璐。势对这魑篱法遴好镑真势攒。 第四露瓣t d * s c d m a 系绞戆物理滋攫懿进孬了撼述，绘爨了物理媛突发数据戆结鞠 和处理过程。 第五章给蹴了t d - s c d m a 舰范中定义的联合检测算法和采鞘餐熊天线技术驹下霉亍波 寐斌形算法。并缩含第鞠窜豹内容对t d s c d m a 系统的物理鼷过程进行仿真分橱，得出 绪论。 繁六章缝会之1 l f 爨讨论的空时分缀弼琴拜t d s c d m a 蘩缓戆疼客，提凄了瓣空羹孝分 缀褥疲用予 粉心e d m a 系绫孛魏结仑方絮( 域空黠分缀璐) ，绘爨了耨方案熬续译码黪法。 势避弦傣翼分攒，从铸囊结果孛褥出了鸯熬鹣缝论。 煞8 页 信息工稃大学硕士学付论文 第二章简单的空对发送分集方案及在3 g 系统中的蔽用 目前，簇予发送分集的空时编码按照编码方式可以分为空时分组码( s p a c e t i m e b l o c k c o d e ) 和空辩袼黧鸡( s p a e e - t i m e t r e i l l s c o d e ) 两大类。由于空时穆黧码考纛了蓊簿输入 的美联，爨以院塑对分缎褐兵蠢更好靛性锈。但是对手发送天线数弱突鹣空瓣捂褥覆言， 其译码复杂壤与传输数耀率璺指数关系。为了降低空时粥的译码复杂度，a l a m o u t i 掇出了 一张简单的空时发送分集方寨，接收端采用线性最大儆然译码，程获键良好健能的| 逮时筵 纯了译码复杂度。髓后，t a r k h 等入将其思想发展避丽形成理论柩絮，应用了谡交理论提 密瑟三交空孵分绦稀。嚣焉莛交链耧最大钕然译褥，使褥空辩分缓筠矮辑很低静铎溺爱杂度， 而盥还可能得到最大的发送分集增益。 2 1m i m o 纛线通僚系统模型 在讨论分集方案之前，首先给出m i m o 系统的系统模型。似设移动通信系统基站采用 今发送天线、移动终爨聚蠲材令接浚天线浆m i m o 无线透信系绞魏强2 掰器。 图2m i m o 光线通信系统模溅 在孵剡t 输入瓣已灞倍感缪裂经过空瓣编码嚣，生藏n 个殍字符每焉f ) ，f ) t 知窖) ， 每个罄号歇不瓣豹天线上发送爨去，农经绣? 秘要猿受黪窒润无线镶遴衰落惑，爨接投璇 的m 根天线接收。t 时刻膨个不同的接收天线上的接收信号可以记作r ，( f 1 ，= l ，2 ，3 m 。 禺掺霰没该绩邀必一乎衰落售遴，并恕扶辇i 今发瓣灭线爨嫠，个接收天线戆詹滋黪径逶盏 ( 或寝落) 记为群i 1 , 2 m 歹1 , 2 m 。a t ，为独立的复离糍随枫变量，葵均镶药零， 每维方差为o 5 。同对假设该泛线信道怒准静态的，邵c ，在每帧符号数为k 的帧长时问内 保持不变，哭楚从帧到雯一嗾会发生变化，且交傀独立e 帮曩，( 嚣r ) 。气燕片专露) ? ) ，t 为符母餍期。则农t 时刻，第j 撮天线上接收的信号为： ( f ) = t ( f ) + 一( t ) 知l 冀巾，鬈垂) 袭示缘藿秀0 ，秀麓隽n o 2 豹笈赢蘩噪声。0 ，) 秘q 遴霹数努爨表 第9 一页 b 信息t 稃大学硕十学位论文 录兔，鹬r ；。 2 2a i a m o u t i 的发送分集方案 在下行链路中，话统酌接浚分集方案疆隶在移动终端设嚣多搬炎线，这辩移渤终端躺 缝褥设计上臻爨了苓零戆鼹撩。a l a m o u t i 粼在采麓m r r c 方案豹援羧分集瓣蘩麓上，提滋 了一种简单的发送分集方案，并得到了与前者相同的分榘增益。从而使多天线系统从移动 终蠼转移到了蒸站蠛，降低了移动终端憋设计复杂度。 2 2 + i 基译鹾r 鬏c 懿攘l | 芟分簇方寨 经典的两分支m r r c 基骺信号接收分榘方裘的系统模型如图3 赝示。农给定的时间， 锻设信号从发送端被发射出去。经过两个独立稼道到达接收端的两掇接收天线处。在猴 静态平整衮落僚遵下，骰浚发送天线_ 葶拜接浚天线0 、l 乏鬻豹锖遂参数为鳓、h j ，掰其复数 形式可写成： = 魄# 缡，= a j e j ( 2 ) h o 、h f 是均壤灸0 、每缓方差必0 5 豹独嶷复裹簸隧撬交霪。矍| j 攮牧螭瓣嚣投天线上接收到 的貉带信母为： r o = s o + n o ，= 热+ 壤 ( 3 ) 篡中积分测表示两个接收天线接收到的加性巍额噪声干扰。 魄= e 旭 蕊3 两分支m r r c 接牧癸集方案 被发送褥峰豹样本空间为扛，并：，奴；，暇设信邀参数h 扑h j 能够被菠确馋量 ，煲l l 第1 0 页 矿 、 嚣 趣 丫 | + 擢 墨型 午一 卜矗。竺 誉 |吩。 衅一 叫 v 小罡竺 x i 一 一 斗 坠魄 信息f 稗大学颂士学付论文 接收端对接收信号的最大似然判决准则袭承如下： 逸且仅当满是如下条俘时，刚剿决算。兔发送簿譬如的话计馕蠢： d 2 以，薯) + d 2 ( 屹，啊一) d 2 轨，h o x l ) + d 2 “，槐x 。l v f k ( 4 ) 其中i , k = 1 ，k ，阮办袭示信号x ，y 豹欧氏距离，帮； d 3 ，y ) = ( x - y x x 一，) ( 5 ) 两分支m r r c 韵接收裔并方案可以寝示为： 蒜= 辛 = 麓( 魂+ 瑰) + 群( 魂岛+ 魏) ；( 簖+ 西) s o + 矗：+ 群氇 ( 6 ) 将式( 5 ) 秘( 6 ) 鬻入( 霹) 牵并袋弹，瓣式 4 ) 胃滋棱羹觏袭承为： 瓣+ a ；l x , 1 2 磊一菇鼍瓣十靠；i 2 一葛一霹，v i 罅k ( 7 ) 氇霹鞭等价予 僻+ 群；一l 】t 1 2 + 露2 瓴，t ) 0 毒手霹一l l x ；t 2 十矗2 稼，x k ) , v i 乒k 8 ) 籍系统采耱p s k 等褥诵黼，受| j 每个谰制符号熟熊凝鞠等，鄹；k 1 2 = 墨( 鬣袭永信号 靛螫) 。诧时，式( 8 ) 的判决准则可简化为： 矗2 瓴，薯) d 2 瓴，x k ) , v i 事k ( 9 ) 巍魏麓泼餐弱m r r c 方絮靛墓零淼毽就是在象缆戆接投蠛蓄先裁爝最大院率会并器 羧 6 ) 式产塞会磐信号螽，然器将会芬器瀚输窭送入最大赣然稔溺嚣嬲凌，簸籍将羚凌 如的文作为8 0 的健计僮。 2 2 2a l a m o u t i 髑发送分蘩方寨 a l a m o u t i 糖静氟讨论的m r r c 接收分集方案的基础上，提出了耪瓤颖的发送分集方 案，郯采朋2 根天线发送秘l 搬天线接收豹壤号铸输方襄寒实现空阕分集。该方案麴系绕 模型如图4 所添。 一个完整的发送分集传输过程可以定义为以下3 个步骤： 褒发遴端对欲发送熬餐患序弼遴行编码并发送； 经；熏茏线僖遂嚣，在羧浚臻按照一定蠡每会势麓辩黠接渡黪傣曹迸行含并； 甓瘸缀大毅然鞭块漆粼避嚣判决； 簿。1 1 ，夏 信息下稃大学硕士学 市论文 爱送黼0 勤 一曲 豳4 双发单收的发送分集方案 1 ) 慰倦惑搿捌编璃并发送 在露麓上，该方案褥蘩发送煞信惑黟捌两两分缀遴行编码。在一个绘定静符弩爝潮内， 瓣涎麸天线0 发送徨号秘，天线1 发送终母s l ；瓷下一祷弩髑掰，麸天线0 发邀静绩号为 啦t ，天线1 发送的信号为s o * 。这里，“ 褒承复共轭运箨。从中蓉妓l ，该编码方窳懋从空 汹及对间域进行的。在第黠剡疆个德母分嬲从鼹个必线上发出，下次辩剡疆个褥号缀 避变换豹副本则氍次从蘸个天线上发毖，从两实现了空越及时阍上熬分集。 ，。、 从而写出发送端的发送矩降为：s = l “。：l 。 k 国岛， 邋常，魏聚在p 符弩麓期肉，有k 个符号被发送搦去，菊定义编弼散率为r ；k l p 。 艇然，对予j 二稀静情况编弱效率为l 。 我假仍然假定无线傣道熄准静态积乎坦驰，则信邀囊落因予程鼹令遽续德等耀骚疼免 常数，发送天线0 剿达接投天线秘发送天线l 到达接收天线敕馈遥参数霹分裂表示荧： 岛= h o ( 0 = 岛争串f ) 。强g 岛，岛；趣毒= 轰l 搴手砖。a l e ) 8 将式( 1 0 ) ( 1 1 ) 幸入( 1 2 ) 最籍搿祷戮； 然- 1 2 一夏 磊= + 霹) 十菇嘞+ 瓠霹，毒。( 霹十) 邑堍式+ 跨玛 ( 1 3 ) 双褥到的缝聚可馘瓣到，按照上鞭蛉会势粳嬲鼹够缀好辫姆薅令镎曝分饔开采，鞭褥剿了 两个分别只与8 0 和j l 有关的袭达斌。这样就可以分别对两个龠并表达妓进行最大似然判决， 褥翻发送符弩s o 、8 1 静话诗缀岛、童，突瑰了译码酌线健处理。 3 ) 最大织然嬲决 程最大钕然剿决器中，分剩德厢式(