TD-SCDMA关键技术介绍.ppt

计算机网络新技术 1 TD SCDMA关键技术 西北大学信息科学与技术学院 小组成员 赵海洋王玉飞常文杰韩升朝 计算机网络新技术 2 提纲 TD SCDMA简介智能天线 SA 联合检测 JD 动态信道分配 DCA 软件无线电 SDR 计算机网络新技术 3 什么是TD SCDMA TD SCDMATimeDivision SynchronizationCodeDivisionMultipleAccess 时分同步码分多址 的简称是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一 它得到了CWTS及3GPP的全面支持是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准 是UTRA FDD可替代的方案是集CDMA TDMA等技术优势于一体 系统容量大 频谱利用率高 抗干扰能力强的移动通信技术它采用了智能天线 联合检测 动态信道分配 软件无线电等技术 计算机网络新技术 4 TD技术概要 TD SCDMA在频谱利用率 频率灵活性 对业务支持具有多样性及成本等方面有独特优势 TD SCDMA由于采用时分双工 上行和下行信道特性基本一致 因此 基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易 此外 TD SCDMA使用智能天线技术有先天的优势 而智能天线技术的使用又引入了SDMA的优点 可以减少用户间干扰 从而提高频谱利用率 TD SCDMA还具有TDMA的优点 可以灵活设置上行和下行时隙的比例而调整上行和下行的数据速率的比例 特别适合因特网业务中上行数据少而下行数据多的场合 但是这种上行下行转换点的可变性给同频组网增加了一定的复杂性 TD SCDMA是时分双工 不需要成对的频带 因此 和另外两种频分双工的3G标准相比 在频率资源的划分上更加灵活 一般认为 TD SCDMA由于智能天线和同步CDMA技术的采用 可以大大简化系统的复杂性 适合采用软件无线电技术 因此 设备造价可望更低 但是 由于时分双工体制自身的缺点 TD SCDMA被认为在终端允许移动速度和小区覆盖半径等方面落后于频分双工体制 同时 TD只可以同时在线500人 是个问题 计算机网络新技术 5 TD SCDMA的关键技术 智能天线 降低多径 多址干扰联合检测 降低多址干扰软件无线电 利用软件来定义实现无线电台的部分功能动态信道分配 在时域 频域 码域实现以降低干扰 计算机网络新技术 6 智能天线 智能天线基本概念与原理智能天线实现方式和关键点智能天线具有的优势 计算机网络新技术 7 智能天线基本概念与原理 智能天线是由多根天线阵元组成天线阵列智能天线的原理是通过调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列天线的方向图 从而抑制干扰 提高信干比 目标是实现天线和传播环境与用户和基站之间的最佳匹配 计算机网络新技术 8 智能天线 FDDvs TDD FDD方式 由于上 下行链路信号传播的无线环境受频率选择性衰落影响不相同 所以根据上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链路TDD方式 上 下行链路使用相同频率传输信号 且间隔时间短 链路无线传播环境差异不大 可以使用相同权值TDD方式更方便采用智能天线 FDD方式 TDD方式 计算机网络新技术 9 智能天线实现方式 计算机网络新技术 10 常用智能天线方式 智能天线的阵元通常是按直线等距 圆周或平面等距排列 每个阵元为全向天线当移动台距天线足够远 实际信号入射角的均值和方差满足一定条件时 可以近似地认为信号来自一个方向 计算机网络新技术 11 与其它天线方式特点的比较 全向天线 三扇区天线 智能天线 计算机网络新技术 12 智能天线的优势 使用智能天线 能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端移动终端在整个小区内处于受跟踪状态 不使用智能天线 能量分布于整个小区内在没有激活状态的移动终端的地区内 干扰并没有得到减少 智能天线的优势 提高了基站接收机的灵敏度提高了基站发射机的等效发射功率降低了系统的干扰改进了小区的覆盖增加了CDMA系统的容量 计算机网络新技术 13 联合检测 概念介绍特点说明研究现状原理说明TD SCDMA中的实现方法作用介绍 计算机网络新技术 14 利用接收到的多个用户的信号 实现目标用户信号的判决优势抑制ISI 符号间干扰 与MAI 多址干扰 抑制远近效应 降低功率控制要求 传统接收机 联合检测 联合检测基本概念 计算机网络新技术 15 Y AX N 信号检测理论 原理 充分利用对多用户信道的估计 根据某种信号估计准则 估计同时工作的多个码道的用户信息 在多个用户中检测 提取出所需的用户信号 联合检测实现原理 计算机网络新技术 16 联合检测作用 联合检测作用避免多址干扰相对扩大检测动态范围小区内干扰最小化抗远近效应 计算机网络新技术 17 联合检测 抗远近效应 接收信号 能量 MAI 接收信号 能量 MAI 接收信号 能量 热噪声 热噪声 热噪声 传统接收机 联合检测 传统接收机 小信号被淹没联合检测 小信号依然能够解调 计算机网络新技术 18 联合检测的TD SCDMA实现优势 每时隙内码道数少 上行同步 计算量小 大的家具 组合家具 计算机网络新技术 19 联合检测 续 联合检测技术 迫零算法 ZF 最小均方差算法 MMSE 使用反馈后的迫零算法和最小均方差算法联合检测的优点 降低干扰 扩大容量 降低功控要求 削弱远近效应联合检测的缺点 大大增加系统复杂度 增加系统处理时延 需要要消耗一定的资源 计算机网络新技术 20 智能天线 联合检测 智能天线的主要作用 降低多址干扰 提高CDMA系统容量增加接收灵敏度智能天线所不能克服的问题时延超过码片宽度的多径干扰多普勒效益 高速移动 因而 在移动通信系统中 智能天线必须和其它信号处理技术同时使用联合检测 基于训练序列的信道估值 同时处理多码道的干扰抵消理论上 联合检测和智能天线相结合技术 可以完全抵消MAI的影响 大大提高系统的抗干扰能力和容量 计算机网络新技术 21 动态信道分配 DCA 系统根据当前的业务负载和干扰情况 动态地将信道 频率或时隙 分配给所需用户的操作 以达到最大系统容量和最佳通信质量 DCA意味着可以根据小区内和小区间的干扰水平 在终端接入时分配合适的信道 或者在通信过程中把终端调整到小区内更合适的信道 上下行时隙切换点的调整也是一种DCA手段 计算机网络新技术 22 动态信道分配 DCA 频域DCA频域DCA中每一小区使用多个无线信道 频道 在给定频谱范围内 与5MHz的带宽相比 TD SCDMA的1 6MHz带宽使其具有3倍以上的无线信道数 频道数 时域DCA在一个TD SCDMA载频上 使用7个时隙减少了每个时隙中同时处于激活状态的用户数量每载频多时隙 可以将受干扰最小的时隙动态分配给处于激活状态的用户码域DCA在同一个时隙中 通过改变分配的码道来避免偶然出现的码道质量恶化空域DCA通过智能天线 可基于每一用户进行定向空间去耦 降低多址干扰 TD SCDMA中的多种动态信道分配方法全面降低了相应的小区内干扰和小区间干扰 优化了频谱利用率 计算机网络新技术 23 动态信道分配 DCA 续 GSM中的DCA信道分配 channelassignment 半固定信道选择 channelselection TD SCDMA中的DCA根据TD SCDMA系统中的特点 参考GSM系统的DCA并加以改进 发展 信道分配 channelassignment 动态接纳控制 admissioncontrol 信道选择 channelselection 计算机网络新技术 24 动态信道分配 DCA 续 动态信道分配的组成慢速DCA 把资源分配到小区 根据小区中各个时隙当前的负荷情况对各个时隙的优先级进行排队 为接入控制提供选择时隙的依据 接纳控制AC当一个新的呼叫到来时 DCA首先选择一个优先级最高的时隙 能否在该时隙为新呼叫分配资源 在选择时隙的过程中 如果没有单独的时隙能够提供新呼叫所需要的资源 DCA将试图进行资源整合 从而为新呼叫腾出一定的资源 包括码资源 功率资源 快速DCA 为业务分配资源 它的功能主要是有选择的把一些用户从负荷较重 或链路质量较差 的时隙调整到负荷较轻 或链路质量较好 的时隙 计算机网络新技术 25 动态信道分配 DCA 续 DCA与TD SCDMA其他技术的融合TD SCDMA系统中DCA的方法有如下几种 时域动态信道分配因为TD SCDMA系统采用了TDMA技术 所以通过选择接入时隙来减小激活用户之间的干扰 频域动态信道分配因为TD SCDMA系统中每个小区可以有多个载波 一到三个 所以把激活用户分配在不同的载波上 从而减小小区内用户之间的干扰 空域动态信道分配因为TD SCDMA系统采用智能天线的技术 可以通过用户定位 波束赋形来减小小区内用户之间的干扰 增加系统容量 计算机网络新技术 26 软件无线电的由来软件无线电的研究内容和核心技术软件无线电的硬件实现采用软件无线电的好处 软件无线电技术 SDR 计算机网络新技术 27 软件无线电 SDR 的由来 解决多制式系统的 互通性 军事上 沙漠风暴 行动中 各种通信设备的不兼容性暴露无疑 不得不借助许多额外的无线电台 才能保障高效的通信联络民用方面 多种移动通信系统 各国制式 频率各不相同 不能互通 兼容 对于跨国漫游的人们带来了极大的不便减少技术演进过程中的投资浪费技术的演进需要更换硬件 极大地增加了设备投资的成本 基站要全部更换尽可能以软件 算法 实现射频硬件部分的功能构造一个具有开放性 标准化 模块化的通用硬件平台各种功能 如工作频段 调制解调类型 数据格式 加密模式 通信协议等用软件来完成使A D和D A转换器尽可能靠近天线新一代无线通信系统具有高度灵活性 开放性 计算机网络新技术 28 软件无线电的研究内容 一般说来 软件无线电主要由天线 射频前端 宽带A D D A转换器 数字信号处理以及各种软件组成 软件无线电的宗旨 1 尽可能地简化射频模拟前端 使A D转换尽量靠近天线 数字化后的信号尽量多用软件处理 2 硬件平台应具有开放性 通用性 软件应具有可升级性 可替换性 软件无线电可分为三大组成部分 计算机网络新技术 29 软件无线电信号处理的核心技术 高速A D与D A带通采样 欠采样 数字上下变频调制解调同步技术多速率信号处理数字滤波器设计等 计算机网络新技术 30 软件无线电的硬件实现 模拟前端宽带A D和D A数字上下变频