（通信与信息系统专业论文）tdscdma微基站上行信号处理关键技术研究与实现.pdf

摘要 摘要 2 0 0 9 年1 月7 日，3 g 牌照发放。中国移动获得t d s c d m a 牌照，中国联通 获得w c d m a 牌照，中国电信获得c d m a 2 0 0 0 牌照，三大电信运营商间的3 g 商 用大战拉开了帷幕。t d s c d m a 作为我国第一个自主知识产权的无线通信标准， 其发展更加吸引众人的目光。 用户对网络质量的感受是其选择运营商的一个重要标准，所以网络信号覆盖 是运营商争夺市场的关键点。随着3 g 室内业务比重的日益提升，如何合理地在楼 宇内建设具有良好网络质量的室内覆盖系统是运营商面临的一个实际问题。受传 播环境和安装条件的限制，t d s c d m a 在室内不能使用智能天线，而且人口密集 区的话务密度高，单靠已有的宏基站并不能满足室内覆盖的需求。针对室内环境 对话务量、经济性和灵活性等方面的需求，t d s c d m a 微基站应运而生。同时， 微基站还适用于相对话务量较低的地区，达到低成本广覆盖的目的。 本文以t d s c d m a 微基站为研究对象，分析了其上行基带信号处理关键技术 的性能，目标是在工程可实现的复杂度下，设计性能优良的上行接收机方案以满 足协议要求。 本文首先分析t d s c d m a 物理层协议，根据协议给出了物理层仿真平台的收 发结构，梳理出基带信号处理简要流程。 其次，分三部分对上行基带信号处理关键技术进行了讨论：描述了t d s c d m a 物理层协议中上行同步的相关测量概念，给出签名确认及同步测量的实现方法； 介绍了t d s c d m a 训练序列的构成，阐述了s t c i n e r 信道估计原理并给出其门限 设置方法；讨论联合检测矩阵生成，分析了z f b l e 与m m s e b l e 两种联合检测 算法的原理及其推导过程，针对联合检测矩阵求逆计算量庞大的问题，给出了两 种矩阵快速求逆算法。 再次，在协议分析的基础上，提出接收机信号处理方案，构建上行信号基带 链路，并完成了关键参数的仿真验证。对不同数目的接入用户请求，得到了上行 同步测量的变化规律；接收机信号处理方案满足协议性能指标要求；对不同参数 配置，分析联合检测接收机的性能变化规律；比较了两种矩阵快速求逆算法应用 摘要 时的接收机性能及其计算复杂度。 最后，在浮点仿真的基础上，实现了m a t a l b 模拟定点仿真，给出了接收机信 号处理定点实现方案。在d s p 上实现了上行基带信号的处理，测试了最终硬件实 现的灵敏度，结果满足协议规范要求。 以上成果验证了t d s c d m a 微基站接收机设计方案的工程可行性，为微基站 在网络覆盖方案中的大规模应用做好了准备，具有重要的理论及经济价值。 关键词：t d s c d m a ，物理层，上行同步，信道估计，联合检测，d s p a b s t r a c t a b s t r a c t o nj a n u a r y7 t h ，2 0 0 9 ，3 gl i c e n s e sw e r ei s s u e d c h i n am o b i l eg o tat d s c d m a l i c e n s e ，c h i n au n i c o mg o taw c d m al i c e n s e ，a n dc h i n at e l e c o mg o tac d m a 2 0 0 0 l i c e n s e 3 gw a rb r o k eu pb e t w e e nm o b i l eo p e r a t o r s a sc h i n a si n d e p e n d e n t3 g s t a n d a r d ，t d s c d m aa t t r a c t e dp e o p l e sa t t e n t i o n h i g h q u a l i t yn e t w o r kc o v e r a g ei sv e r yi m p o r t a n tt om o b i l eo p e r a t o r s n ei n d o o r w i r e l e s sb u s i n e s si sg r a d u a l l yi n c r e a s i n g e n h a n c i n gi n d o o rc o v e r a g ei sap r o b l e mf a c e d b ym o b i l eo p e r a t o r s b e c a u s eo ft h ee n v i r o n m e n t a lc o n s t r a i n t s ，t d s c d m ab a s e s t a t i o nc a n tu s es m a r ta n t e n n a si ni n d o o ra r e a s b e s i d e s ，s u b s t a n t i a lb u s i n e s se x i s t si n b u s i n e s sb u i l d i n g t h et r a d i t i o n a lo u t d o o rb a s es t a t i o n sc a n tm e e tt h er e q u i r e m e n t s ， m i c r ob a s es t a t i o n sa r en e e d e d f r o map r o t o t y p ed e s i g n e r sp o i n to fv i e w , t h i sp a p e rw i l la n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo f t h er e c e i v e ri no r d e rt od e s i g na nu p l i n ks i g n a lp r o c e s s i n gs c h e m et om e e t st h et e s t i n g r e q u i r e m e n t so ft h ep r o t o c 0 1 i na c c o r d a n c e 谢mt h ea n a l y s i so ft h et d s c d m ap h y 7 s i c a ll a y e rp r o t o c o l ，t h e u p l i n ks i g n a lp r o c e s s i n gf l o ww a sg i v e na tf i r s t b a s e do na l le n g i n e e r i n gp e r s p e c t i v e ，c h a p t e r3e x p l a i n e dt h ei m p l e m e n t a t i o ns t e p so f t h e k e yt e c h n o l o g i e s ，i n c l u d i n gu p l i n ks y n c h r o n i z a t i o n ，c h a n n e l e s t i m a t i o na n d j o i n t d e t e c t i o n s i n c et h em a t r i xi n v e r s i o nf o rj o i n t d e t e c t i o nh a sap r o b l e ma b o u th i 曲 c o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t y , t w om a t r i xi n v e r s i o na l g o r i t h m sw a si n t r o d u c e di no r d e rt o r e d u c et h ec o m p l e x i t y b a s e do n p r o t o c o l a n a l y s i s a n d p e r f o r m a n c eo fu p l i n ks y n c h r o n i z a t i o n n u m b e ro fu s e r s a l g o r i t h mf o ru p l i n ks y s t e ms t r u c t u r e ，t h e m e a s u r e m e n th a sb e e na n a l y z e dc h a n g i n gt h e t h e ns i m u l a t i o nr e s u l t so fz f b l ea n dm m s e b l ef o rj o i n td e t e c t i o nh a v eb e e n c o m p a r e d i m p a c to fs o m ei n t e r f e r e n c e ，s u c ha sn u m b e ro fu s e r s ，n u m b e ro fr e c e i v i n g a n t e n n a sa n dc h a n n e lm o d e l ，t ot h ej dr e c e i v e rh a sa l s ob e e na n a l y z e di nc h a p t e r4 f i n a l l y , d s pi m p l e m e n t a t i o no ft h eu p l i n kb a s e b a n ds i g n a lp r o c e s s i n gf l o wh a sb e e n g i v e n ，a n dt h es e n s i t i v i t yt e s th a sp r o v e dt h a tt h eh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o nm e e t st h e t e s t i n gr e q u i r e m e n t so ft h ep r o t o c 0 1 t h er e s u l ts h o w st h a tt h eu p l i n ks i g n a lp r o c e s s i n gs c h e m eg i v e ni nt h ep a p e ri s f e a s i b l e i tl a y saf o u n d a t i o nf o rt h el a r g es c a l ec o m m e r c i a la p p l i c a t i o n so fm i c r ob a s e s t a t i o n s ，w h i c hi so fg r e a tt h e o r e t i c a li m p o r t a n c ea n de c o n o m i cv a l u e k e y w o r d s ：t d s c d m a , p h y s i c a ll a y e r , u p l i n ks y n c h r o n i z a t i o n , c h a n n e le s t i m a t i o n ， j o i n t d e t e c t i o n , d s p i i i 图目录 图1 1 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 - 9 图2 1 0 图2 1 1 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图4 1 图4 2 图4 3 图4 - 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图目录 t d s c d m a 简要发展历程4 t d s c d m a 物理信道格式7 t d s c d m a 子帧结构8 t d s c d m a 突发结构8 d w p t s 的突发结构9 u p p t s 的突发结构9 物理层上行链路的发射结构l o 物理层上行链路的接收结构1 2 t d s c d m a 系统t u r b o 解码基本原理。1 3 上行发送模块示意图1 4 t d s c d m a 基带信号处理框图1 4 t d s c d m a 系统q p s k 调制映射规范。1 4 t d s c d m a 系统8 p s k 调制映射规范15 正交可变扩频因子( o v s f ) 码码树一1 6 上行链路基带信号接收信号处理框图16 上行同步建立示意框图2 0 r x 时间偏差测量流程2 3 从基本的m i d a m b l e 码派生出各用户的m i d a m b l e 码2 5 矩阵t 的表示形式3 2 白化匹配滤波器( w m f ) 结构示意图3 4 迫零线性块均衡器( z f b l e ) 结构示意图3 5 最小均方误差线性块均衡器结构示意图3 6 扩展为块循环矩阵后t 的表达形式3 9 块循环矩阵c 的表达形式4 0 上行同步建立过程中基站捕获接入用户概率性能4 5 基站准确测量上行同步定时偏差的概率性能4 5 测试装置连接示意图4 6 1 2 2k b p s 业务，c a s e1 ，双天线接收不同j d 接收机性能比较5 0 6 4k b p s 业务，c a s e1 ，双天线接收不同j d 接收机性能比较5 1 c a s e1 ，单天线接收，不同用户数下接收机性能比较5 2 c a s e1 ，两用户，不同接收天线数下接收机性能比较一5 2 两用户，单天线接收，不同信道测试条件下接收机性能比较5 3 b l o c kc h o l e s k y 算法与b l o c kf f t 算法接收机性能比较5 4 b l o c kc h o l e s k y 算法与b l o c kf f t 算法乘法计算量比较5 5 v i 图目录 图5 1 图5 - 2 图5 3 图5 - 4 图5 5 图5 - 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 定点与浮点接收机处理仿真的性能对比5 8 上行基带信号处理功能模块划分5 9 上行基带信号处理模块调用流程6 1 上行码片级处理子系统各函数调用顺序图示1 6 2 上行码片级处理子系统各函数调用顺序图示2 6 2 上行码片级处理子系统各函数调用顺序图示3 6 4 常规8 倍插值方法6 5 优化后8 倍插值方法6 5 测试装置连接示意图6 6 测试平台下b e r 测试图6 7 i 表目录 表2 1 表3 1 表4 1 表4 2 表4 3 表4 。4 表4 5 表4 6 表5 1 表5 2 表5 3 表5 4 表目录 v m 8 4 4 7 8 8 9 9 2 3 7 8 2 4 4 4 4 4 4 6 6 6 6 r 一 一 一 习叼 一 要 表 果数表能列表结 号一 置配性 件列试符一一设分机一一文数测 的表数率收 源函度含件数参功接统关敏包条参的的的表表系相求灵块播型下下下数数子理要考据传模参参理处试参数境真件道道的的处号测的个环仿条信信，2级信度际每落步落落落型型片带敏实中衰同衰衰衰模模码基灵机发径行径径径真真行行考收突多上多多多仿仿上上参接 缩略词表 英文缩写 3 g p p c c t r c h c d m a c r c d ls s d lt p c d p c h d w p t s f d d f p a c h g p h a r q i s i i t u l c r l l r m a c 删 m i m o m m s e m m s e b l e o v s f r r c s a p s t d d t d s c d m a 缩略词表 英文全称 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o je e t c o d e dc o m p o s i t et r a n s p o r tc h a n n e l c o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k d o w n l i n ks y n c h r o n i s a t i o ns h i f t d o w n l i n kt r a n s p o r tp o w e rc o n t r o l d e d i c a t e dp h y s i c a lc h a n n e l d o w n l i n kp i l o tt i m es l o t f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x i n g f a s tp h y s i c a la c c e s sc h a n n e l g u a r dp e r i o d h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t i n t e r s y m b o li n t e r f e r e n c e i n t e m 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 l o wc h i pr a t e l o g - l i k e l i h o o dr a t i o m e d i aa c c e s sc o n t r o l m u l t i a c c e s si n t e r f e r e n c e s m u l t i p l e - i n p u tm u l t i p l e - - o u t p u t m i n i m u m m e a n - s q u a r ee r r o r m i n i m u m - m e a n - - s q u a r ee r r o rb l o c k l i n e a re q u a l i z e r o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e s d i n gf a c t o r r a d i or e s o u r c ec o n t r o l s e r v i c ea c c e s sp o i n t s t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g t i m e - d i v i s i o ns 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 d ( 中文释义 第三代移动通信伙伴项目 编码合成传输信道 码分多址接入 循环冗余校验 下行同步偏移 下行发送功率控制 专用物理信道 下行导频时隙 频分双工 快速物理接入信道 保护周期 混合自动重传请求 符号间干扰 国际电信联盟 低码片速率 对数似然比 媒质接入控制 多址干扰 多天线输入输出技术 最小均方误差 最小均方误差线性块均衡器 正交可变扩频因子 无线资源管理 服务接入点 时分双工 时分同步码分多址接入 缩略词表 t f c i t s m u e u p p t s u p p c h u t r a n w c d m a w m f z f z f b l e t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o ni n d i c a t o r t d s c d 【as y s t e mf o rm o b i l e u s e re q u i p m e n t u p l i n kp i l o tt i m es l o t u p l i n kp i l o tc h a n n e l u n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s w i d eb a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s w h i t e n i n gm a t c h e df i l t e r z e r of o r c i n g z e r of o r c i n gb l o c kl i n e a re q u a l i z e r x 传输格式组合指示 t d s c d m a 系统的初级制式 用户设备 上行导频时隙 上行导频信道 全球陆上无线接入 宽带分码多址接入 白化匹配滤波器 迫零 迫零线性块均衡器 主要数学符号表 符号类别 变量 虚数单位 变量取实部 变量取虚部 变量共轭 变量取模 向下取整 向上取整 向量( 矩阵) 向量转置 向量共轭转置 矩阵求逆 主要数学符号表 示例 口 1 口( 7 ) 口( q ) r i , 的单位矩阵 i 。 矩阵a 的第i 列a ( ：，f ) 矩阵a 的第i 行a ( i ，：) 矩阵a 的第i 列到第_ ，列组a i - j 】 成的矩阵 矩阵a 的第i 行到第歹行组a r , l 成的矩阵 。 x i 字体和说明 斜体字符 斜体小写字符 ( ) ， ( ) q ( ) + h h 矩阵向量字符 ( ) t ( ) h ( ) - 1 i 。 a ( ：，0 a ( i ，：) a i ：歹】 口卜h p a 矿 矿 一 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，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 获得电子科技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 说明并表示谢意。 唯踊钿 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守 签名：蜓导师 日期 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 2 0 0 0 年5 月，国际电信联盟( 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 ，i t u ) 将 w c d m a ( w i d eb a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 、c d m a2 0 0 0 ( c o d e d i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s2 0 0 0 ) 和t d s c d m a ( t i m e d i v i s i o ns 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 ea c c e s s ) 作为三大3 g 标准，在后来的发展中，这三项标准都不断成熟完善， 并获得不同程度的实用化。三者均基于高通公司的码分多址( c o d e d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ，c d m a ) 技术开发，但其具体实现和性能特点都有所不同，全球的无线通信 产业也以这三大标准为界划分为三大支持阵营【l 】。 w c d m a 源于欧洲和日本几种技术的融合。c d m a 2 0 0 0 是由美国高通公司提 出。t d s c d m a 是由我国大唐电信科技产业集团提出，并与德国西门子公司联合 开发。 t d s c d m a 和c d m a2 0 0 0 及w c d m a 两个标准相比具有突出优势2 】【3 】【4 】a ( 1 ) 技术优势：t d - s c d m a 采用时分双i ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g ，t d d ) 模 式，它并不要求上下行对称，高效率支持混合业务；t d s c d m a 采用独 特的智能天线技术，网络容量可比c d m a 系统高出5 0 ，同时所需的发 射功率却更低；t d s c d m a 中应用软件无线电技术，未来业务运营过程 中的任何更新换代只需要通过软件的升级就可以实现，节省大量的成本。 ( 2 ) 频率优势：t d s c d m a 采用t d d 模式，频谱利用率高。t d s c d m a 在 三大3 g 标准里，占用的频率资源是最低的，只有1 6m h z ，而w c d m a 的是上下各为5m h z ，总共需要1 0m h z 带宽。此外，t d s c d m a 拥有 全球一致的频率划分，而采用频分双i ( f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x i n g ， f d d ) 模式的w c d m a 及c d m a 2 0 0 0 在频谱的实际划分上难免出现分歧。 ( 3 ) 组网优势：首先，w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 覆盖采用同心覆盖，存在高速 数据业务的连续覆盖与语音业务的覆盖之间的冲突。而t d s c d m a 系统 采用同径覆盖，能同时保证各业务的连续覆盖。其次，t d s c d m a 系统 电子科技大学硕士学位论文 没有呼吸效应，w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 的呼吸效应比较明显。 ( 4 ) 业务优势：t d s c d m a 适用于互联网的上下行不对称的传输业务。据权 威机构估计，到2 0 1 0 年，话音业务和数据业务的比值将达到1 ：1 0 的关系。 由于数据业务的不对称性，下行数据处于支配地位。t d s c d m a 上下行 的分配是通过时隙调度来实现的，所以可以根据业务的具体情况，动态地 分配资源，获得较高的频谱利用率p j 。 ( 5 ) 成本优势：t d s c d m a 的成本优势来源于技术优势、频率优势、组网优 势。t d s c d m a 在系统设备成本、组网成本、建设成本方面具有优势。 此外，t d s c d m a 是我国拥有自己的知识产权，掌握核心技术，使得专 利费用低和终端价格低。 2 0 0 9 年1 月7 日，3 g 牌照发放。t d s c d m a 作为我国自有知识产权的全球 3 g 标准之一，在国家相关部委的大力支持下，其推进工作取得了重大进展。至2 0 0 8 年底，已建设完成的十城市t d s c d m a 网络覆盖率达到同区域2 g 网络覆盖的 9 5 。然而，伴随着室内通信业务在整网的比重迅速提高，用户对室内无线服务质 量与容量也有了更高的要求。室内无线通信存在以下几个问题： ( 1 ) 技术方面：受传播环境和安装条件的限制，t d s c d m a 在室内不能使用 智能天线，影响了上行的解调灵敏度和下行的容量【6 】； ( 2 ) 选址方面：随着居民环保意识的增强，抵制电磁辐射的情绪较大，对外形 和质量比较敏感，因此在居民区安装基站协商的难度较大； ( 3 ) 覆盖方面：由于室内的复杂结构，造成了无线电波较大的传输损耗，形成 了移动信号的弱场强区甚至盲区，造成寻呼无响应； ( 4 ) 质量方面：建筑物高层空间极易存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定， 语音质量难以保证，出现断音、掉话的现象： ( 5 ) 容量方面：大型购物商场等人口密集区，移动电话使用密度过大，局部网 络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象 _ 7 1 。 显然，仅靠传统的宏基站并不能满足当前室内无线通信的要求。根据现有经 验及国内外网络规划、建设的状况，在满足电磁波辐射标准的情况下，无线覆盖 策略可以采用宏基站和微基站共同覆盖的策吲7 】。 微基站是基站系列化产品中重要产品之一，与宏基站相比，具有覆盖范围小、 2 第一章绪论 传输功率低以及安装方便灵活等特点，因此微基站可以作为宏基站的补充和延伸。 微基站的应用主要有两方面：一是提高覆盖率，应用于宏基站很难覆盖到的盲点 地区，如地铁、地下室；二是提高容量，主要应用在高话务量地区，如繁华的商 业街、购物中心、体育场等【8 】。此外，微基站还适用于相对话务量较低的地区，实 现低成本广覆盖的目的。 本文基于“t d s c d m a 微基站系统级硬件实现项目 ，从工程实现的角度研 究了t d s c d m a 上行信号处理关键技术，包括上行同步、信道估计、联合检测。 通过分析t d s c d m a 物理层通信协议，建立了上行基带信号处理实现方案，进行 仿真验证，完成了上行基带信号处理方案在t i 公司d s p 芯片t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 上的 实现。 1 2t d s c d m a 概述 t d s c d m a 作为中国提出的第三代移动通信标准，自1 9 9 8 年正式向国际电 联提交以来，历经十来年的时间，完成了标准的专家组评估、认可并发布、与第 三代伙伴项目体系的融合、新技术特性的引入等一系列国际标准化工作。从而， t d s c d m a 标准成为第一个由中国提出的，以中国知识产权为主的、被国际上广 泛接受和认可的无线通信国际标准，是中国电信史上重要的里程碑。 1 2 1 t d s c d m a 发展历程 对于t d s c d m a 产业来讲，2 0 0 8 年是值得纪念的一年。从1 9 9 8 年中国向国 际电信联盟提交t d s c d m a 标准算起，到2 0 0 8 已满十年。这十年间，t d s c d m a 产业的研发水平稳步提高，产业链取得群体性突破，已经进入了规模化商用的发 展阶段。t d s c d m a 的简要发展历程可总结为图1 1 。 工信部披露，中国移动在前期1 0 城市网络覆盖基础上，全面启动了 t d s c d m a 二期工程建设，预计2 0 0 9 年上半年将实现包括各省会城市、计划单 列市等重点城市在内，总共3 8 个城市的t d s c d m a 网络覆盖。目前，已建设完 成的十城市t d s c d m a 网络覆盖率达到同区域2 g 网络覆盖的9 5 ，语音接通率 超过9 5 ，掉话率降到3 6 【9 j 。中国移动研究制定了未来三年t d s c d m a 网络建 设发展规划。在网络建设同时，网络质量也得到不断优化。 电子科技大学硕士学位论文 2 0 0 9 年 2 0 0 8 年 2 0 0 7 年 2 0 0 6 年 3 g 牌照发放，中国移动t d s c d m a 牌照， t d s c d m a 进入规模化商用阶段。 t d s c d m a 确保奥运通信“零故障” 全面启动t d s c d m a 二期工程建设。 中国移动正式启动t d s c d m a 设备的采购招标，并大规模建网。 启动t d s c d m a 规模网络技术应用试验， 完成了三个阶段的首轮测试。 t d s c d m a 步入规模放号阶段。 国家发改委、科技部、信息产业部共同启动 “t d - s c d m a 研发和产业化项目”。 放弃t d s c d m at s m 技术路线， 回到被国际标准组织通过的第三代移动通信 t d s c d m al c r 的技术路线。 内部试验网演示成功，t d s c d m a 完全符合 国际电联对第三代移动通信系统的要求。 t d s c d m a 产业联盟正式成立， t d s c d m a 在产业化进程上获重大突破。 图1 1t d s c d m a 简要发展历程 1 2 2t d s c d m a 现状 在政府和运营商的全力支持下，t d s c d m a 产业联盟已建立起来，产品的开 4 第一章绪论 发也得到进一步的推动，制造商纷纷投入到了t d s c d m a 产品的开发阵营中。随 着t d s c d m a 的大规模商用，其标准也必将得到进一步的验证和加强。 在3 g p p 的体系框架下，经过融合完善后，t d s c d m a 的技术特点和优势主 要概括为以下几点【lo 】： ( 1 ) 联合检测：联合检测使得t d s c d m a 在传输容量方面表现非凡，同时使 得多接入干扰得以有效抑制； ( 2 ) 接口同步：空中接口实现基站之间的同步作为基站同步的另一个备用方 案，尤其适用于紧急情况下对于通信网可靠性的保证； ( 3 ) 智能天线：终端定位功能，可以通过智能天线，利用信号到达角对终端用 户位置定位，以便更好地提供基于位置的服务； ( 4 ) 高速下行分组接入：采用混合自动重传、自适应调制编码，实现高速率下 行分组业务支持； ( 5 ) 多天线输入输出技术( m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ，m i m o ) ：采用基站和 终端多天线技术和信号处理，提高无线系统性能； ( 6 ) 上行增强技术：采用自适应调制和编码、混合自动重传请求( h y b r i d a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ，h a r q ) 技术、对专用共享资源的快速分配以及 相应的物理层和高层信令支持的机制，增强上行信道和业务能力。 在技术的开发进程上，t d s c d m a 在硬件设计、物理层软件和层二、层三协 议栈技术上已经成熟，其关键技术已在现有设备中实现并得到验证。技术的成熟 为t d s c d m a 产业化工作和进一步的研究开发奠定了基础。t d s c d m a 在一期 建网工程的成功证明了t d s c d m a 技术已经发展成熟，产业链完整装大。 当然，t d s c d m a 面临着自身成熟性滞后和严峻的市场挑战。在关键技术和 网络应用技术方面还需要验证和完善，因此，需要多方面的大力扶持，解决 t d s c d m a 系统关键技术问题，走开放的国际化道路，推动t d s c d m a 系统真 正成熟，形成全系统的商用设备供应链。 1 3 内容及结构安排 本文主要研究t d s c d m a 微基站上行信号处理关键技术及其实现，分为物理 5 电子科技大学硕士学位论文 层协议分析、关键技术研究、m a t l a b 链路仿真、d s p 实现四方面的内容。 本章首先对论文的研究背景进行了概述，阐述了t d s c d m a 的发展历程及其 现状。 在第二章中，分析了t d s c d m a 物理层协议，给出物理层上行链路收发结构， 并且详细描述了物理层仿真平台。 在第三章中，基于工程实现的角度对物理层关键技术进行了具体介绍，包括 上行同步、信道估计、联合检测及与联合检测算法对应的比特对数似然比 ( l o g l i k e l i h o o dr a t i o ，l l r ) 计算。 在第四章中，根基协议要求，设计上行基带信号处理方案，并进行仿真验证。 其中，算法仿真包括同步性能仿真、联合检测算法下接收机的性能仿真、矩阵求 逆算法仿真比较。仿真结果表明采用的上行基带信号处理方案能够满足给定条件 下的接收机测试要求。 在第五章中，对上行基带信号处理方案的d s p 实现进行了全面的阐述。根据 功能需求和实时性要求，设计并实现上行基带信号处理流程中的各个子模块，分 析了d s p 在执行基带信号处理程序时的实时性问题。 最后一章对全文进行了总结，并指出下一步的建议及未来研究方向。 6 第二章t d s c d m a 物理层 2 1 引言 第二章t d s c d m a 物理层 自2 0 0 1 年3 月3 g p pr 4 发布后，t d s c d m a 标准规范的实质性工作主要在 3 g p p 体系下完成。t d s c d m a 标准物理层处理部分的内容经历了多次修订和完 善，目前已达到了稳定和成熟的程度。 t d s c d m a 物理层的工程实现需遵循3 g p p 相关协议，本章将首先描述 t d s c d m a 物理层协议，给出上行链路收发结构。之后，将从信号流向与信号处 理角度，简要阐述上行基带信号的处理流程及关键算法。 2 2 t d s c d m a 物理层协议 t d s c d m a 的物理信道采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙码， 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 道在每个时隙中需要有保护符号。时隙用于在时域和码域上区分不同用户信号， 具有t d m a 特性。图2 1 给出了t d s c d m a 的物理信道的信号格式。 兀弱帜【i um s ) l 帧 f i i 帧捍i + l l 子帧( 5 m s ) 、，、， jl 子帧撑1子帧群2 舅隙( o ( 咆6 7 “、“。i - - 。 _ - - ，。，一 时隙 0时隙群l i 时隙 2 ll 时隙群6 图2 1t d s c d m a 物理信道格式 从图2 1 中可以看到，一个t d s c d m a 帧的长度为1 0m s ，分成两个5m s 子 7 电子科技大学硕士学位论文 帧，每1 0m s 帧长内的2 个子帧的结构是完全相同的，每个子帧分别包含7 个业务 时隙。 图2 2t d s c d m a 子帧结构 子帧结构如图2 2 所示，其中，时隙o 总是分配给下行链路，时隙1 总是分配 给上行链路。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。可以通 过分配下行和上行时隙的数目来工作于对称和不对称模式。 图2 。3 给出了一个突发的信号结构。突发的数据部分由信道码和扰码共同扩 频。信道码是一个正交可变扩频因子( o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e s d i n gf a c t o r , o v s f ) 码，扩频因子可以取1 ，2 ，4 ，8 或1 6 。t d s c d m a 用的是1 6b i t 的扰码。 数据符号 ( 3 5 2c h i p s ) 中间码 ( 1 4 4c h i p s ) 数据符号 ( 3 5 2c h i p s ) g p ( 1 6c h i p s ) 8 6 4c h i p s 图2 3t d s c d m a 突发结构 t d s c d m a 的码片速率为1 2 8m c s ，符号速率则与扩频因子有关，扩频因子 在1 1 6 之间，对应到调制符号速率的变化范围为8 0k 符号s 1 。2 8m 符号s 。同理， 突发数据的符号数与扩频因子的对应关系如表2 1 所示。 表2 1 突发中每个数据块包含的符号数 扩频因子( q )每个数据块符号数m l 3 5 2 2 1 7 6 4 8 8 8 4 4 1 6 2 2 8 第二章t d s c d m a 物理层 除常规时隙外，t d s c d m a 的每个子帧包含3 个特殊时隙：下行导频时隙 ( d o w n l i n kp i l o tt i m es l o t , d w p t s ) 、上行导频时隙( u p l i n kp i l o tt i m es l o t ，u p p t s ) 和保护时隙( g p ) 。 d w p