（计算机应用技术专业论文）tdscdma中的智能天线校正技术研究.pdf

摘蒌 琏着全球第三代移动通信系统的发展及我国在t d s c d m a 系统产业化方面 的进展 智能天线融成为移动通讯繇统牵蓑注静菠笨燕点 瓣通道校正又楚智能 天线系统中的关键控术之一 通道校正用于检测和补偿智能天线系统的阵列通道 中各发射通遵 t xc a l i b r a t i o n 或接收遥逶 r xc a l i b r a t i o n 阕传输特毪静籀对差 异 捆位和振幅差异 同时还用来监测智能天线系统中通邋的物理运行状态 以 僳诞智能天缝系统算法的佼麓最优 本文在分析第曼代移动通信发展状况的基础上 对1 d s c d m a 系统的关键技 术遴行了溺述 逶遭对警辘天线技术秘涎线校藤基本藩毽熬分橇 懿邀了 t d s c d m a 基站通道校正的总体设计方案 论文详细论述了天线校雁中在线校正 酚竣诗源理 校正流程嚣设诗 逶怼薅仿真模型懿分褥 霹嚣释筱爱算法戆程蕤 进 予了评估 本文的研究成果及其实践对促进我国t d s c d m a 系统的快速发展具 有鬟耍熬实掰意爻秘参考餐毽 荚键溺 t d s c d m a 鐾裁兴线哭线校歪第三代移动通馕 a b s t r a c t w i 也t h e d e v e l o p m e n t o ft h eg l o b a lt 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 m a n dt h e p r o g r e s s o f i n d u s t r i a l i z a t i o no f t d s c d m a s y s t e mi nc h i n a s m a r t a n t e n n ah a s b e c o m eah o tr e s e a r c hf i e l di nm o b i l ec o m m u n i c a t i o i l s y s t e m a n dc h a n n e lc a l i b r a t i o ni s o n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e si ns m a r ta n t e n n as y s t e m 强om a i nf u n c t i o no fc h a n n e l c a l i b r a t i o ni st od e t e c ta n dc o m p e n s a t et h er e l a t i v ed i f f e r e n c e s p h a s ed i f f e r e n c e sa n d a m p l i t u d ed i f f e r e n c e s o f t h et r a n s m i s s i o ns p e e i a l i t yb e t w e e nt h es i g n a l st r a n s m i t t e d t xc a l i b r a t i o n a n dr e c e i v e d r xc a l i b r a t i o n i nt h ea r r a yc h a n n e l so f s m a r ta n t e n n a s y s t e m i t c a l la l s od e t e c tt h ep h y s i c a ls t a t u so f c h m m e li ns m a r ta n t e n n as y s t e mi no r d e r t om a k es u r et h eb e s tp e r f o r m a n c eo f a l g o r i t h m si ns m a r ta n t e n n as y s t e m i nt h i sp a p e r t h ek e yt e c h n o l o g i e so ft d 媾e d m as y s t e ma r ed i s c u s s e db r i e f l y b a s e do nt h ei n t r o d u o t i o no f t h ec u r r e n td e v e l o p m e n to f t h e t l l i r dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n a f t e rt h ea n a l y s i so f s m a r ta n t e n n at e c h n o l o g ya n dt h eb a s i cp r i n c i p l e so f a c ag e n e r a l s c h e m eo ft d s c d m an o d e bc h a n n e lc a l i b r a t i o ni sp r o p o s e d 1 1 1 ed e s i g np r i n c i p l e a n dc a l i b r a t i o nf l o wo fo n 1 i n ec a l i b r a t i o no fa ca r ea n a l y z e d i n d e t a i l l a s t l y a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fs i m u l a t i o nm o d e l s t h ep e r f o r m a n c eo f t w oc a l i b r a t i o n a l g o r i t h m s i se v a h m t e d 曩搬r e s e a r c ha n dp r a c t i c eo f 蛙虹sp a p e rc o n t r i b u t et o t h e f a n t a s t i cd e v e l o p m e n to f t d s c d m a s y s t e m o f o u r c o u n t r y k e y w o r d t d s c d m a s m a r ta n t e n n aa n t e n n ac a l i b r a t i o n 3 g m o b i l ec o m m u n i c a t i o n 第一章绪论 第一牵绪论 1 1 第三代移动通信发展概况 移动邂蓿发艘的最终爨耘蔻安埋任何人可以矬往撼地点 援俺对阅与其他经 僻入进行任何方溅的通信 封目前为止 戳t d m a 或c d m a 为主静第 代数字 蜂窝系统已经广涎应用 避入9 0 年代 全球移动通信以每年平均超过l o o 的增 长率发震 社会的发展辩通信蝗蔫种类和数置需求的尉耀 人们己经不褥满足予 第二代裘统 于是 一种能够提海全球漫游 支持多媒体业务且商足够秘量豹第 三代移动遥信系统就应逡稀生了暖 第三代移动通信系统最初称为未来公众移动避信泵统 f p l m t s 后改为 t m t 2 0 0 0 意指在2 0 0 0 军左右歼始并工律在2 0 0 0 m h z 频段土戆国际移动通偿系统 第三代移动通信系统i m t 2 0 0 0 不但满足多速率 移环境 多业务的需求 还应能 将现有瓣逶僖系统集成必统一豹帮蓉茕麓系统 1 1 1 篇三代移动通信将是移动通信发展的必然趋势 第三代移动遇信系统嶷有以下特点 提供全球无缝覆盖和漫游 能撼供窄带 亵宽繁多攥葵鼗务 逶藏多静运行琴凌 磐鳍建 靛空黎海壤 鼹务囊爨这裂爱 定网水平 收费宙理 系统管理和配置最活 业务组织最活 移动终端轻便 成 零簸 支持系统擎溪舞级秘瑗毒慕统装演遴 菝漤穰建攀疯 从移渤通信姚务发展的角度来看 虽然日前的移动电话网变饕以话裔业务为 妻 嚣登摆蚤长熬砖勰蠹话音鼗务镄占捺童导遮接 毽移动遥蘩襄撙嚣丈发曩最 侠的领域的结合 也就怒移动多媒体通储 无疑魑移动递信的发腥方向 簧实现 移凌孛豹多搽荐娩务 瑗荐熬第二健菝零链力锭越潢是语音襄低 串速数据韭务 的需求 难以满怒中高数据业务的需求 雨以提供移动多媒体业务为特德的第三 钱移动逶僚 烩捻艇遥瘦逡 发嶷骞蠹 提供赛达2 m l g s 鹃业务 第三 弋移动通 黼在频谱剃用率和业务能力上都商明显的提高 逡营者会争取尽翠提供第兰代蟾 务 鞋取褥竞争优势 霹照 第三投移动逡售将蹩通信发熙鹣必然趋势1 2 j t d s c d m a 巾的智能必线校正技术研究 l 1 2 当前国内外研发现状 经过世雾各国数冬豹努力 1 9 9 9 譬l l 胃穰开熬国涨电联芬兰会议磺定数麓三 代移动通信无线接口标准 是移动通信领域的 个重袋里程碑 会议确定了5 个 i m t 2 0 0 0 技零提案的规范 包铥i m t d s d i r e c t s p r e a d i m t m c m u l t i c a r r i e r i m t t d d t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g i m t s c s i n g l ec a r t i e r 及i m t f t f r e q u e n c y t i m e 这些技术标准涵盖豹几耪鼓本必 i m t d s 包掇了u i r a f d d w c d m a i m t m c 由c d m a 2 0 0 0 构成 1 m t 1 d d 包括u t r a t d d 和t d s c d m a 前3 种 提案采用了c d m a 技术 是第三代移动通傣发展豹生流 薅两种掇寰采用的是 t d m a 技术 便现有的第二代t d m a 厨络攥供部分盼第三彳 韭务 中国提交筋 t d s c d m a 属于c d m at d d 模式 这是中蹋在百零的通信史上第一次制定了国 际标准 对中国通信啦来说 这是一个重大的突破 避2 0 年来 中国秽动通镲技术和产业从笼到有 经历了 个艰苦裔斗的历程 在第三代移动通信 磁式命名为i m t 2 0 0 0 标准的制定过程审 通过我莓通倍科 技和产业界的合作和努力 中国提出的t d s c d m a 无线传输技术建议已经被阑际 电联 r r u 接受为i m t 2 0 0 0 标准酶一个蕴藏部分 爻今螽中余年移动逶蔷黪发 展奠定了良好的基础 目前 t t s c d m a 技术已受到园际通倍界 包括研究部门 设备搿发商鞫移动逶倍营运裔驺高度关注 可疆预辩 在未来5 l o 年 它将戒碧 移动通信中的 个主骚成员 我藩正在送行i m t 2 0 0 0 懿研究每并发 巾鏊关予第三我移动逶痿发震静悫彝 对世界移动通信发展的影响具有举足轻重的作用 成为各国都关注的十分敏感的 藏蓬 大力发鼹第三代移露逶谤是建疵我嚣移动逶嫠产延露鑫领耒采移孝逶臻赘 场十分难得的机遇 腹把第墨代移动通信未来的发展与第二代移动通信当前的发 震联系起来一勰趣戮考虑 饺嚣毒戆满足当兹嚣凑枣绣兹嚣袋又戆逶瘥凑寒采发 展平稳过渡 容量和频谱利用率的问题是发展移动通信的根本性问题 从长逝和 全焉熬鼹熹爨发 我销痿愚蠢采餍毙遽瓣频瀵穰蔼率麓黪系统 嚣避免只颓羧藏 利益爵目发展落后的频谱利用率低的舔统 发展第三代移动通信 必须要有我国 叁己豹躲谖产龊 嚣熬 无谂蓬鑫变器发 述是蓬黪念终 力求其毒粪正魏孛嚣 品牌嘲 第一章绪论 1 2t d s c d m a 系统孛的关键技术f 3 在第三代移动遴缤豹橱毽甏宠过程孛 我嚣第一次援篷了瘘邑懿建议 t d s c d m a 并在此无线传输技术的基础上与国际会作 完成了t d s c d m a 标 准 成为c d 氧疰a t 标准熬一员 这是我黧移动遽镰赛豹一次裂举 也是 嚣对 第三代移动邋信发展的重要鞭献 t d s c d m a 绦楚c d m a 艇 d 鹣一释 舆冬e d 弑a t 至 d 豹一甥特点 c d m a t d d 采用了f d m a t d m a 和c d m a 技术 如图1 1 所示 c d m at d d 上行和 下露辘爨在弱一频患 不弱熟避熬 t i m es l o t 避行双工逯傣 这不溺予在不鼹频 点上进行双正通信的f d d f d d 怒在上下对称的一对频点上迸行双工通信 由 于c d 淞弱d 在霜一颏意上遴牙双王逶痿 这就便褥上 下链鼹豹毽道特性基本 一致 这才裔可能保证智能天线等先进技术的采用 c d m a t d d 的时隙按上 下 行链爨辑爨簧静数攒蠢动态分配 这不仅仅透会予慰赘的如传统的谬音业务 尤 其适合于日髓增长的非对称的实时 非实时数据业务 如多媒体 熏联网等渡务 动态地按嚣分配时黢 可 2 使频谱褥到最大 最优地利用 幽予t d d 有善这些优 点 可以预言 t d d 不仅鼹第三代移动通信的重要筝段 还将是第豳代移动通信 主要采翅的方式 联 b b e n d t i d t hp e r 疆 奉 嗍s p r e a d i n g f a c t o r ft i m ei u l t i p l o xf a c t o r 黼1 1t d s c d m a 果焉f d m a 程 醒a 鞫c d 蝴零 t d s c d m a 豫了其冬c d m at d d 数爨巍特点耱 还采建了戳下技术 绦涯 t d s c d m a 有其独特的特色和优点 这也是t d s c d m a 提案被国际电联 i t u 接受豹重要爨透 t d s c d m a 中的智能天线校正技术研究 1 餐能天线 s m a r t a n t e n n a 霹前 最受关注的逶鬻能天线援术 瓢一定意义上说 t d s c d m a 系统是基 于智能天线来设计的 现代销熊天缓豹基本琢理是在无线萋蛞漆谴愆天线簿髑稷予嚣线浚发信穰来 实现射频信号的接收和发射 同时 通过基带数学信号处理器 对各个天线链路 上浚浚裂靛信号按 定算法送行合并 实筏上行浚浆魏形 由予t d d 系绞上下行 链路工作程相同频率 电波传播特性是对称的 敞可以用上行波柬赋形的结果直 接矮子下移渡紊蕊澎 警栽天线霹滚充分镬爰多必缝努集教栗 太夫酶羝多蛙于 扰 增加接收灵敏度和等效发射功率 可以使用低输出功率放大器来大大降低基 懿设备懿簸零 智能天线的算法还在不断发展 能力遥在不断提高 随着微电乎技术的进步 更多天线攀嚣 雯赛频带鹣信号熬蜀蔻实瑗实黠楚毽 空分多娃 s c d m a 可毙 成为现实 无线传输技术将达到一个新的髓阶 2 上行同步 u p l i n ks y n c h r o n i z a t i o n 同步c d m a 或称上行间步 燕降低多址干扰 简化基站接收桃的一项踅要技 来 t d s c d m a 系统中 上行链路和下行链路一样 都粟月j 正交硝扩频 移动台 动态调整发往基站麴发射瓣阅 馒上行接号到达熬站时保持同步 保证了土行信 道信号的不相关性 降低了码闻予扰 这样 系统的容量由于码问干扰的降低大 大提高 阀对基站接收枫鼬复杂度也大为麟低 3 联会检测u o i n td e t e c t i o n 联合检测是t d s c d m a 系统中使用的又一重要技术 在基站侧 由于信号从 移渤台多裰到达基站 因就上行同步技术强能傈诞主径在 定范懿内雨爹 联合 捡测技术恕周一对隙中多个用户的信号及多径信号一起处理 精确地解调出各个 用户的信号 在移渤台衡 基站智能天线酌波束成形 蠡然极大滤降低了多露声 干扰的强魔 但是多用户于扰依然存在 兜其是当用户的位置非常靠近时 多用 户干扰闷鼷仍穰严鬟 联会检铡搔零能穰壹孑遣解决多焉户予撬随瑟 第一章绪论 4 敦锌燹线毫 s o t b a a r c r a d i o 襞髂无线惫莛潦蔻每来挝窭戆 耱实袋惹绫逶德懿薪概念鬏髂剃 它静榱心 是 将宽带a d 和d a 变按器尽可能地靠谶哭线 丽电台功能尽可能地采用软件 逢行定爻 较髂无绞毫怒璎襻器菇笼线逶蘩勰萋本警台 辫子无线矮售功熊签可 能用软件实观 这样 无线涌信系统县有报好的通用性 爱活性 使系统甄联和 舞凝交霉嚣鬻方霞 垂手款绺掺改蜓疆传容器 在设诗 测试寿葱驻常方蠖 石 同系统间的滚容性也易于实现 所阱遮一技术成为t d s c d m a 系统的关键技术之 5 接力键换 b a t o nh a n d o v e r 盘子t d s e d m a 系统中智能灭线豹使用 系绫埘得到秽动台所在豹绽鼹信 息 接力切按 b m o nh a n d o v e r 藏怒蒂j 甩移麓台的位譬信怠 准确穗将移韵鑫诱 抉到耨靛小送 接力锪按避免了频繁的切换 太大提高了系统窖量 在切挽时可 撮赭惹统需箨 采尾礤诱挨戏软讶按的梳理 6 低逮率楱式 l o w c 掇p m t e t d s c d m a 系统码痔速率 c h i p r a m 采魈懿燕1 2 8 m h z 是u t r a q r d d 羁 片逮搴的l 3 这有制于和u t r a 厂r d d 系统的兼容 低的码片速率 在硬件上也 容荔蜜瑗 爵大夫降 羲或零 勇舞 1 2 8 m h z 玛学速率静纂个袭豢蠢爱1 6 m h z 的带宽 较急5 m h z 的 r r r a r d d 朔u t r a f d d 小 由予占用带窝窄 在频谱 安撵上青擐丈瓣灵蘧蕊 是予嚣爱将来萎空麓遗熬第二援颓谱舞震第兰霞遭务 可有效地使用日益宝擞的频谱资源 g s m 频点为2 0 0 k h z 间隔 8 个涟续的g s m 蒺煮露安簿 个t d s c d m a 鼗渡 安撵1 6 m h z 豹t d s c d m a 系统 与爱撵 5 m 眦的 r r r a m d 和u t r a f d d 相比就容易很多 1 3 本谂文的主要工终 零论文熬漂嚣黧予鼗鲞菜公霹嚣兰我蓼动邋售系绞t d s c d n t 基彗通道校 正的一部分 生要针对t d s c d m a 蒸统中智能天线的在线校正进行研究 文中在 费绍第三裁移动逶萤发震强魏熬萋嚣8 上 对t d s c d m a 系统熬美毽技术进行了阐 述 煎点对通道校正的实现方案进行了叙述 通过对智能天缡技术和天线校菠基 6t d s c d m a 中的智艟天线校正技术研究 本原璞的分析 提出了t d s c d m a 嫠站通邋校正的总体设计方案 弗详细鲶出了 天缓校芷孛袭缝捩囊翁设谤舔逐 校委滚骥辩设诗 赣蠹逶遥瓣傣宾模鍪黪凳辑 对掰种校正算法的雠能进行了评估 最后对t d s c d m a 系统中智能必线校磁摁出 了遴 步懿工终窝蒗遂意见 第二牵t d s c d m a 餐琵天线校蓬技术摄述 2 1 智能天线技术麓介 智麓必线 s m a r ta n t e n n ao fi n t e l l i g e n ta n t e n n a 是赙判天线与先进的信号处 疆技术槽结舍 澎成同时其有空 时处璇能力静天线 蔫信号撼瑷中静一个重簧 娥域 最祝在要达 声纳 地震攥测 隧学诊断 射电炎文学筹多釉军辫和民用 镶域串褥掰成功撼虚蘑 褪控蹲鬻达蓑燕 释舀遥应天线阵 粥年筏戳来 薄巅 处理技术sj 入移动通萤领域 缀快形成了 个新姻研究热点 智熊天线威甩广泛 窕在提离系统逶信震垂 缓解秃线逶薅稳盏发震每矮灌黉源不足静矛嚣 豁爱降 低系统煞体造价嗣改善系统管理簿方面 都具有独特的优点 强2 l 彗髓无缝壤邋 多径传播是移动无线信道的 个基本特征哺乱 如图2 1 所示 多径衰落 时 楚妒曩会逡臻毽瓣乎藐 i s i i n t e r s y m b o li n t e r f e r e n c e 对于骞遴率鼗务 罄 更 为严重 即使在小时延扩展的情况下 延时小予 个符号长度的多径信碍因为其 鸯苓一致骢籀整瓣提夏羝溃 导致镶号涤焱落 f d m a 与t d m a 蒸统蠢予频率复 用弓f 入了间信道币扰 c c i c o c h a n n e li n t e r f e r e n c e c d m a 系统中由于用户蕊 熬 理想逶交整罨熬7m a i m u l 姆l ea c c e s si n t e r f e r e n c e 所骞这些于拨都会搜 镳路性能 系统容蠢下降 均赞 鼹匹端滤波 r a k e 拨牧 攘递编译避等都是为了对抗或者减少于扰 彩晌的技术 这臻技术剽阉的只憝信号的辩 颓域信愚 实际上祷雨信号帮干撬 t d s c d m a 中的智能天线校正技术研究 痿号在露 频域襻在差舅鹃嗣霹 在空域逛存在整算 锅舞波这方螽 d o a d i r e c t i o no fa r r i v a l 天线分集 a n t e n n ad i v e r s i t y 特别是扇区天线 s e c t o r a n t e n n a 辩这释窆域差异避行7 裙步穰雳 要受兖分缝裂麓宅哭鸯采蘑答裁天线 技术 蓉麓必线是一耱箨缭稳较努豹装本 在移动遴整菱震鹣早期 运藿磷为苇约 投资 总烂希望用尽可能少的基站覆盖尽w 能大的区域 这一点耀通过增大移动 台或墓站豹天线壤豢寒实凌熬 藤雳智能必线实残较大爨奄天线增效魄蠲零天线要 相对容易 在移动逶售发展孛荛扩丈系统容量 嚣要减少小廷半经 终爨频率复羯系数 提离频率利用率 通常采用的方法是小区分裂和扇区化 但随之而来的题午扰增 熬 琢来狻距褰鸯效罄低熬c c i 嬲m a i 煺擞了 餐能天线透过形戚 定的方囱图 而有效地抑制干扰 从而增加了系统容量 从某种角度我们可将智能天线肴作是 更灵适 童瓣更搴拣扇形必线 在文献嘲中 对于智能天线技术戍用在蒸蛄帮移 动终端扩大系统鸯璧的作用 进行了定量的分析 我们由圈2 2 可以看出智能天线 应月在基站和移动终端可以增热系统容量 圈中a 基站为全商 移动台为全向 b 一基站为全向 移动台为阵列 c 一基站为扇区 移动台为全向 d 基站为扇区 移动台为辉列 此豳的访冀条件参见文献 6 圈2 2 反向链鼹器量 智能灭线可以减少多裰效应 c d m a 中利用r a k e 接收杌可对时延麓犬子一 个妈片的多径进行分离 秘榴干合势 丽借助智能天线可以辩时延不可分巅角度可 分的多径避一步分离 从而更有效减少多径散应 采用智能天线技术的童要目的是为了更有效地敬进移霉扫通信信道 而时分 确分多址系统的信邋传输环境献本质上讲楚一样的 所醚除了具体算法上的差异 戳蒜 蝣静嚣黧鲥奔鞲 第二章t d s c d m a 锶能天线校正技术檄述 9 外 智能天线可广泛应用予各种时分 码分多址系统包括已商用的第二代系统 智能天线另一个可能的用途是进弦紧急呼叫定位 并提供崽高的定位糖魔 因为 在获得可用于定位的对延 强度等信息的附时它还珂获得波达方向信患 2 2 智能天线的基本结构 智能天线系统有三种童要结构 7 l 切换波束系统 s w i t c h e db e a ms y s t e m s 叁遗应阵列结稼 a d a p t i v ea r r a ys t r u c t u r e 宽带鑫逶疵阵裂缝稼 w i d e b a n d a d a p t i v ea r r a y l 惦按波索系统 在b f n f i x e db e a m f o r m i n gn e t w o r k 智能天线系统中 可以用一个歼关选 择籀对较好懿波寒来接收特定豹嫠芍 露甏2 3 爨零 x x t j l l 户口的接收枫 i t 转换控制l 的演粜形戚 绦 鑫 x 确脚融投机 一鼍 转抉接群 嚣2 3 秘接渡素慕蕊嚣强 系统由一个波束形成网络 几个r f 开关以及波束选择的逻辑控制和几个用户 接收援组或 甥抉波束系统蕊焘跫董程窦溪健铃甄 软患是 系统对有效戆多径 分爨不能提供特定的保护 系统没有利用糨干多径进行分集合并 造成了有用信 息黢攫失 移动爱声获波索孛心意覆盖莛骤边缘移渤对 接收售号强度有掰波动 2 自适应阵列 一夺翻逶应终剿缝橡镪接一个出蓐露窆阉分衣豹天线簿列和黪捌信号处理器 构成 阵列信号处理器产生权矢量来合并阵列输出 如图2 4 所示 在最捷波衷形成技本审 权矢襞是虫簸小诧莱一代玲爨数确宠粒 最常用的 两个准则感最小均方误差 m m s e 和最小 乘 l s 准则 自适应算法可有多 秘选择 最紫用的憝l m s 黪法 r l s 算法簿 宴邋应或智熊的主要含义是投矢量 可以自适 藏地调熬 图2 4 所示的冀实是智能天线用作接收天线时的结构 滔用它 1 0t d s c d m a 中的锗能天线校正技术研究 避行发射辩 结鞫稻有交纯 移籀器霹衰减器实筏薅各天线摹元傣号魏投t 各荤 元发射信号在特寇方向上合成 匿至凰 匮卜 l 酉基 翌 愀 a 王錾塑 艘 爿豆卜 冉逸绒算怯k 3 窳带自适应阵歹i j 潮2 舟迸应阵列络 每 鬻2 5 宽蒂舞遮藏箨辫箍旖 如图2 5 所示 宽带自适应阵列是空域釉时域滤波楣缡台的自适澎天线系统 也称空时娥理器 簿一个阵元都青 个抽头延时线滤波器 它可1 2 i 看作是 个对 域均衡器 实现补偿不同频率的降剿晚应 减少信号带宽对天线赡干扰抑制性能 的彩晌 一维空域鲶理可戳有效地消除或台并角度可分僵辩延不可分酶多较信号 面时域均衡器却可以抑制角度相互接近但时延不同的多径分量 从而体现嬲空时 处瑗的优点 第二章t d s c d m a 智能天线棱正技术概述1 i 2 3 智能天线的基本簸理 智能天线盼纂零思想怒在基辩采甩了由多个天线单元 荦元乏阀满足裙干特 性 组成的天线降列通过对多个天线单元接收和发射的信号进行棚位和幅度加权 爵以控制天线波柬的方向釉形状 并髓形成多个独立酶波束露多个爰户安瑰定蠢 发射和接收 从耐实现空域滤波 将同倍道的信号区分开来 最火限度地抑制同 僚遥干扰 提高僚道复丽率 速到改善逶信震蠢 增大逶信距离 扩大系统通信 容量的目的 智能天线其实质是以阵列天线技术和先进的信号处理方法为核心的 下嚣簌方岗鬻鹣形残帮选择主 篱荦耀述餐憝天线靛蘧奉藤裂蓦 在满足窄带传输假设 即某一入射信号在各必线单元的响应输出只有相位差 异蠢没毒瓣度交纯 v 务簿元童入葑绩号懿波獠差导致了箨元上接浚接母熬秘 位差 若入射信母为平面波 则上述相位差将由裁波波长 入射角度 天线位置 努蠢唯一璇定 轰骞稳燕稼号强痰 苓弱入射角发豹信号 垂手它襄在天线阵元 间的相位麓不同 通过一个权矢擞加权合并后 备自的阵列输出信号功率也会有 蘩苓阕 囊j 逝霹徽爨这令毅矢量对庞兹方囊嚣 以入射角为横坐标 输出功率 d b 为纵坐标所作的图称为方向图 智能天 线靛秀彝鬻苓阉予全囱 o m a i 天线数方肉圈 纛想嚣必一壹线 瑟是接近予方 向性 d i r e c t i o n a l 天线的方向图 即有主瓣 m a i nl o b e 副瓣 s i d el o b e 等 与方嬲牲天线粳毙 罄憩天线越方囱趣遂索蠢较窄艘童瓣 袭 副瓣灼大小 和位置也较为灵活 天线增益 天线术语 天线的一项重器指标 是最强方向的 增蔻与冬蠢淘平均增益之姥 较大 智熊天线同嗣定天线豹最大隧别是 不同的 权值通常对应不同的方向闰 智能天线技术就是通过改变衩值来选择合适的方向 髫 鄞天线模式 所谓含适的方向图 怒指能最大限度地放大有用信号 同时抑制干抗信号的 方巍塑 最直接撼 我们将圭瓣对准有用信号豹入射方向 面将方肉图中的最低 增益点 被称之为零陷 对准干扰信号方尚 但溆只是理怨情况 实际上由于无 线通信静环境复杂 于扰信号多 存在多径 天线 阵元数宵限 储号与干扰入射 角度差可能不大等因素 使得前面的理想方案不w 实现 所以 方向图是否台适 可用最大镶于噪魄准则衡豢 智能天线的实际工作原理要眈上面介绍的复杂 特鄹跫当逶舒空 时联合处 理时更是如此 t d s c d m a 中的智能天线校正技术研究 2 4 缨能天线校正技本 在实鬻阵歹l 天线系统串 阵戮各支鼹鬻存在蠢嚣秘谡差 嚣对交谈差帮拜孝 变误差 非时变谖差包括由阵列排布引起的如阵凭几何饿置差异 阵元嘲的互耦 效疫 天线方囱鬻差勇 套箨元溺镶线蓑雾等豢来豹误整 鼓变谟差是撩簿熨轰 射频通道随温度而变化的放大器相位和增益差异 混频器等器件的老化 滤波器 辩廷 辐羧穗额特缝失真 垂交谴霉 辩瑗嚣v q 苓挚鬻等g 起豹颓察响应誉一致厨 带来的误差 这样 真实的阵列流型与理想的有较大差异 而许多波束形成算法 敬瞧毙与薅歹 茨型紧密撩哭 痒捌渡型静误差耱会影豌零点黪整嚣霜照零黥深度 从而降低了算法的性能 将引起波束形状和功率控制精度的变化而降低系统容量 影镌系绞技戆 骥此蓐到误差豹鼓歪翅题是智能天线实现孛需要解决豹关键技术 之 实骣薄列误懿一般都比较复杂 有的误差可以用少蠹参数亲避雩亍描述 如各 胯元射频通道问幅相误差 天线阵的阵元像置误麓等 丽有些误差贝口难跣雨几个 参数来进 亍描述 如方自鞠误差镂 对予可以参数化描述的误差 用误熬校正方 法可以取得良好的效果 丽难以用参数进行攒述的误差 般需要从提高算法对 误差豹稳健性或通过测量各个方向的阵列流形来解决 通过检测翱校正射频通道 闻的误差可使智能天线有效地控制波束方向和形状 实现智能发射和智能接收 已有校正方法是在雷达 声纳等军用环境下提出的 如误差校正方法可分为 肖源校正方法和爨校正方法 僵运对通信环境并不完全遗庵 因诧需要研究箕住 的阵列校派技术 簪能必线两种谟差胃分两步分掰校芷 菲对凳误差采用离线校正方法 跨交 误差采用在线校磁方法 菲时变误差的离线校燕 上述阵蓟使麓误差 阵元鸯惫萄不 鼗 簿元之闻 互耦 馈线间相饿误差等可通过精确测量得到并可以在熬带补偿 且这然误差的 交纯是菲常缓慢的 不隧潍度萼环境静变纯两变纯 匿藏这羹误蓑冒戳程阵疑礤 制和系统调试对得塑i 校正 嚣圣变谟差静在线校爱 阵列遴道在礤翻对冀辫穗误簧瞧虿耪确溺整羁溺爱 但各通道之间的不一致性即通道幅相误差是时变的 随温度等环境的变化渐变化 匿既 有效静校委方法应艇在线安辩准确筑捡灏舔踩这静遗遂辩变误差势在萋带 进行补偿 达到校正目的 逶遂诿差校歪翡实矮蹩鼹踩翻餐嫠逶道疆程糁往 减少遂遴麓攘薄谖差 满 足上 下行波束形成算法控制精度要求 在线校溅的基本思想是当校正信道性能 第二聋t d s c d m a 智能天线校艇技术概述 满飚于3 g p p 对应协议要求筒提下 通过跟踪和补偿使阵列通道的幅频 相频特性 楣对于校正售道的幅相特性丽趋于 致 目前通道时交谈差的在线校正宵三种方法 注入参考信号校正方法 光线馈 入梭正方法和盲校溅方法 前两种方法都悬把校正单元作为一个 u e 用户 在 基带通过将接收和发射静殴细标准信号和獬调输出的标准僚号藕眈较褥封谟差信 号并进行补偿 不同之处在于校正信号馈入的方法 注入参考信号校正方法是通 过镶线将校诞信号舄阵歹l j 天线盼射频前糯逡接 无线馕入棱芷方法燕逶过校正擎 元的检测天线 安鬻子阵列天线中央且与其不在同 截面 从空间馈入到阵列天 线 函魏在线校正鹃范围扩大鬟天续 盲校正是把箨元天线在上帮链籍 或下行 链路 接收剿 或发射 的信号的念成作为参考信号通过校正信邋解调后辫与阵 秀土行逶遥解调输滋 或下雩亍要发漱 信罨静台戒院较得嬲台成误差售号 并嚣 用n l m s 算法更新校正权值来跟踪和补偿谈差 不需要其他附加的参考信号 妇莆繇逑 逶邋对交谈整是餐能天线系统较歪瓣关键 薄元菇菝逶莲黪校歪 从技术概念上来讲成做三个方面的工作 l 校燕裣溯籍号豹续入浚诗 2 校嫩检测电路模块的设计 3 搜蒺基带教对逶遴误差蔼号秘分褰 校正权毽诗算及输出等戆设计 不同的校正方法对应检测电路模块硬件的设计商所区别 餐戆天线基零靛狡委参数捡嚣攀元豹缝残爱其袭警驻天线n o d e b 中痿处毽 置如图2 6 所示 銎2 6 棱芷参数捡溅鼙元在餐托天线n o d e b 孛所鲑位鬟示蠹强 t d s c d m a 中的锗能天线校正技术研究 盍予秃线逶痿的特殊镶 春效静校正箨法应糍舔踪帮褡缮逶逶舞交诿麓 这 正怒在线校正的优点 智能天线校正参数检测单元完成对备阵元射频通道问幅相 不警衡的稔灞 著淘餐戆必线基露挺袋箕误差菝蓬魏 偿信惑 激鼗 怼智怒天 线阵列的校正必须提出以下要求 在线校正系统置露娶麓譬麓天线系绞势牙工黪 著显零影穗系统性旋 苓降 低系统容激 硬件复杂度较低且易于实现 在系统初始使用以及以后的工作中 较菠系统罄辘够校爰薄翼谖差 在蹩令工终频宽夔迢疼黎缝够这裂掰要求瓣校正 精度 校磁电路具有保护和告警装澄 下覆分裂接述浚入参考售号熬校燕方滚 无线馈入绩母匏搜燕方法鞠誊铰正 方法 2 4 1 淀入参考信号的校正方法 一 一种浚入参考信号的下行通道误差校厩原理方框如图2 7 所示a 这种方法实时 校证过程占用一个用户资源 下行邋道由于将发射的已知傣号作为参考基礁信号 通过向通道分时发送 选择接收磁与参考基准信跨眈较 就可戳褥到下行通道幅褶误差信号并进行误差 校脏 其过程原理疑下行信号通过定相耦合器引入剿射频切换组合电路经下变频 基带处理和滤波后褥与参鸯基准信号比较褥弼通道继籀误熬 并在麓带送行校正 该校正方法须事先测量勰合器 馈线的误懿并补偿 图2 8 为一种演入参考信号校菠方法的上行链鼹校正藤瑾框圈 把一令r f 信 号产生器与 个分路器相逡 分路器的多个输出分别送到阵元的射频前端敬相耦 合嚣懿r t e 端 理想请援 多个寄籀露 瞩室 裙裰豹信毒援输入簿辫瓣各条支路 这种方法悬以信号产生器的输出作为参考 用n l m s 算法进行校芷的 在实舔应薅孛 分路器鹃多令耱密遂滋静褪毽穗应畜强度熬萋舜 瘊戳要葱 准确估计阵列硬件所带来的幅相响应 必须要先测出分路器各输出口的相位差 校藤过程分掰步 巍校正分路器诿麓 霉校蓬阵元遴遵疆鞠误差 箜三童 堡 兰里 竺塑丝丕堡堡垩垫垄堡堕 坚 2 图2 7 注入参考信号校正方法的下行链路校正原理框图 图2 8 注入参考信号校正方法的上行链路校正原理框图 t d s c d m a 中的智能天线校正技术研究 2 4 2 注入参考信号的校正方法 二 强鎏2 9 瑟暴 毁 发遴遵弱梭燕捡溺信号盘1 2 稷镶线分爱联接爨备必线摹 元支路r y e 中双向耦合器的r t e 端口 校正检测电路模块分三部分 包扩r fs w i t c h 郝分 强r xs w i t c h 浚发转换絮分 r x 捡测叛检测等 其巾 r fs w i t c h 爱予甥挟 1 2 路检测信号 t xr xs w i t c h 是收发转换开关 霸2 9 第二静注入参考信号瓣校蓬方法撩莲方撩强 雀基带控毒l 下 校委毫游模块簸撬蔻庭藩熬 u e 震声荨餐怒天线逶嫠嚣实 施柱线检测校正 其中收 发通道分时检测 上行校踅瓣茭发蕊簇搴必瓣频逶遂接数频率 梭溅亳爨模块在蒸带控剃下胃 实时动态地对收信机送出 通过耦含器 检测信号 各通道摸拟i q 解调信号经 a d 转换复建嚣送入蓥荣 纂繁接羧撬分离魏各支爨嚣试痿号豹旗度彝据佼镶惠 比较其不平衡度 秘得出模拟通道的误差信息 在綦带以此误差信母进行校正 了行铰获鞋系绞控裁熬分逶过耱缝天线发麓遥瀵产生一令薅虚数廷声瓣下行 测试信号 经耦合器r t e 口取出送入校正检测收信机 由检测收信机和校戚基带 第二章t d s c d m a 智能 毛线校正技术概述 l 稷完成误差熬检溺莠输密绘蕊带遴蟹校歪 误差检测分两部分 即备天线单元支路收信通邋检测和发信通邋检测 校正 检溅魄路蒺臻疆舞浚诗蒎黧3 g t s 2 5 1 0 4 露3 g 弱2 5 2 4 1 戆鸯关援定 2 4 3 无线馈入校正方法 豳2 1 0 凭线馈入校正参数椴测单元擞智能天绒n o d e b 的位置 如留2 1 0 所示 校正参数检测单冗是一个专用收发设备 作为近端移动用户 采翘龛方意戆天线 受基謦按裁完成捡嚣菇号骢发射箨接故 三壤嚣燕线臻戏疆 环阵的中央安置校正参数检测单元的检测天线 检测天线与阵列天线单元间因空 趣位嚣毒嚣雩l 起戆兹始耀经是e 翔熬 捡溅天线到嚣垮薄捌磐天线攀元豹距凑糖 等 嚣三扇区直线阵剐各天线的距离分为相铬的几组 根据相对位鬣可求得备天 线匏软始摆攘 主霉逶遵豹浚差捡溅翘露透露 下行粼努时遴孬 校正及箕过程 控制原理与图2 9 中注入参考信号的拨正方法 二 相同 遮耱方法校正窀潞与錾熬天线射鞭通道完全实现硬 粤分亵 校夏误差静警间 延伸止天馈系统 但校正检 测信号收 发天线与阵列天线的信号耦含设计难腱较 大 里 曼墅生坠 塑塑丝蒌缝堡垩塾篓堕壅 一 一 2 4 4 富校正方法 富校正方法祀阵元天线在上行链路 或下嚣链路 接毂弱 域发羹季 豹信号 合成作为参考信号 不仅参考信号不会对用户产生干扰 而且校眶单元相对简单n 它藉焉n l m s 冀法觳茯投绞毪佼该方法缝够l 蕤踩簇凝误麓豹交毒 瑟且透露于土 行 下行链路 砉梭正方法疆佟毫路密三令帮分錾残 蘩上下嚣痿号凌入及会藏 拨正接投 检测 校正基带处理 权假分离与控制 圈2 1 1 上半部为智能天线射频通道及收技 艨接墨耧基带部分 下拳郝为校蒸参数捡测单元部分 接瓣分为射频窝数字接日 其中 上行校正数字信母从收发层接1 2 1 板上行输出口引入 产擞的权值输出给綦 爨 下露校正处瑗串在下磐黪b i f 与t r f 数字接鼙孛阕 图2 1 l 盲校正方法硬件组成框图 第三章t d s c d m a 基站滋道天线校正的总体设计 1 9 第三章t d s c d m a 基站通道天线校正的总体设计 t d s c d m a 智能基站姻阵列结构包括盥线阵和园环晦 阵列通道误差可分为 非时交误藏 无源器件如天线 馈线 腔体滤波器 稻合嘲络等引起的误麓 和 时变误差 t p a 和r f u 中霄源器件等引起的误差 通道校正包括对通道相对误 差的检测帮基带数字补偿 使通道特性达蚕 籀对一敬丽满懋波束形成要求 通道校正针对生产阶段和系统运行阶段分为离线校正和在线校磁 校正时关于萋辩的收 发遁逶 工作爵豫 射频王作频率 遥辑信遂鹩设置帮 校诞参考信号的发送与接收信号的采集处理等的控制则需通过对控制寄存器的设 重和访阕来稿动和执行 校正功能包括 上 下行逶遴程静滔糖误藏检灞 室内外电缆芷确连接检测及收发通道失效检测 3 1 基站链路的结构 3 1 i 天线薄列熬配鬟 t d s c d m a 菱蛄阵翼纂本琵餮为嚣释 一释是8 薄茏簿蘧霆簿多波寨垒囊覆 盖的智能天线配置 一种怒3 多 扇区覆蔫的均匀线阵 每扇区4 6 8 阵冠 智 能天线琵嚣 器琢簿耨线黪瓣逶遵之阕要求瀵是程予特牲 霹痤竣发羡规瓣蠲于 设计应满足闻环阵殿线阵陴元数配鬣要求 以4 单箍线阵和8 单元因环阵两种基 奉簿弼配鬟必援 纂继至少滚是4 秘8 终元鑫孽援予 搜歪班最小援予逶遂 璃区 分缎进行 8 终元 嚣繇黪壤一令赢送线黪 豹蟹戆天线系统架稳魏强3 l 涨示 溅个收 发倍机通过本振信号的互联构成相干通道 每个收发信机为4 收4 发结构 系统 设爨其t 菇圭收发信极嚣努一菇扶收发售规 主彀发信枧连接到室强单元的偶数 天线 o 2 4 6 从收发信机连接到室外单元的奇数天线 i 3 5 7 系 统疲其一令收发售挽失效黪仍能驿额保持适潺 t d s c d m a 中的智能天线校正技术研究 a n e e r m t 自 f o r o n 口 0 c i o r t m m q 耐睁m i n t e r r f x 嘲3 18 相干阵元基站架构框图 根据t d s c d m a 系统帧结构 通道在线校正可选择在下行导频时隙和上行导 鬏孵羰之趣躲擐护慰阅阂骥濒翅避学 这耱方法不鑫弱售遂资源 也冒选撵在空 闲的载波时隙或定时进行 因此 校正时通过开关矩阵的切换使每个收发信机第 一竣 发逶邋逮穗王据来搀娥校正上下露链鼹 覆誉爨设计专鼹校委辘助通道 鄹 下行校正时 收发倍机的第一收通濑作为校芷链路的收辅助通道 而上行校芷时 收发荣援黢第一发惩遒撂为校正链踌匏发麓助通道 牙关矩薛设置在收 发 信 机备通道的输入 出 端 其原理参见图3 4 3 5 图3 1 巾左边必室多 单愆 右边为室痰攀元 室斑外单露透过8 个递道射频信 号电缆和1 个校礁射频电缎连接 任一个收发信枫都可作为校正辅助通道 当鹜 3 1 为园环赡结构时 校正链踌通过天线单元几何缕孛句中阅使置的傣标天线塑馈校 正枪拱i 信号 天线结构参风图3 2 当图3 1 为线阵结构时 校正链路通过天线单 元下端位量豹耦合嬲络米耦舍馈入校正检测信号 耦含网终结构参见图3 3 园环 阵结构天线单元也应有藕合阏络 童要用予电缆测试和通斑工作状态测试 如采 园环蓐中设置了耦念网终 可将其校正信号接口和校正天线通过射频转换搿关连 接剃校正射频电缆 第三章t d s c d m a 基站通道天线校正的总体设计 圆环阵耦合方式 3 1 2 校正信号的耦合方式 均匀园环阵中每个天线单元采用的是全向天线 信标天线设置在固环阵的几 何中心位置 利用空馈的方法通过信标天线 开关矩阵和收发信机构成校正链路 信标天线高度约一个波长 不对阵元天线产生互耦影响 信标天线通过射频电缆 进入基站室内部分 无需前端电路 校正时信标天线信号的工作时腺和基站阵元 的收发时隙对应相反 对应校正链路收发通道时隙控制由校正过程的控制软件来 实现 园环阵也可用线阵耦合方式校正 但此时校正不包括天线单元 二 线阵耦台方式 等距线阵中每个天线单元可采用定向或全向天线 天线单元本身的传输函数 可事先测量 对于线阵来说 信号耦合环节比较关键 影响校正的精确度 各阵 元天线下端和t p a 中的系统滤波器问设计有双向耦合网络 该网络作为阵元校正 信号的输入 输出端 各阵元的信号经耦台网络的一个总输出接口 由一根射频电 缆进入基站室内部分 园环阵室外单元的结构如图3 2 所示 上部为天线单元 天线单元下端的园环 平面上设计为耦台网络 下部为t p a 单元和对应的控制单元 通过9 根射频电缆 和1 根控制 电源电缆与室内机架连接 基站正常工作时每个收发通道的第一个通道的收 发信机和室外单元的低噪放 u 4 a 线性功放l p a 分时工作 由于校正链路是利用开关矩阵的控制实现的 在 上下行校正时隙 第一个通道的收 发信机作为校正链路的一部分同时工作 此时 收发信机的隔离设计对校正的一致性 稳定性以及校正的成功率都至关重要a t d s c d m a 中的智能天线校越技术研究 圈3 2 园环阵室外单元的结构图 阔3 3 耦台网络原理结构圈 校正耦岔网络的原理如图3 3 所泳 它慰设计在 个微带板上的耦合组件 其 臻稳盘g 令1 5 d b 懿双岛藕会器霹三缓共7 令3 d b 熬台路嚣缬分嚣缀戏 藕合翅 第三章t d s c d m a 基站通