TDSCDMA关键技术介绍实用教案

1、计算机网络新技术(jsh)1提纲(tgng)TD-SCDMA简介智能天线（SA）联合(linh)检测（JD）动态信道分配（DCA）软件无线电（SDR）第1页/共33页第一页，共34页。计算机网络新技术(jsh)2 TDSCDMA Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access（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

2、利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术 它采用了智能(zh nn)天线、联合检测、动态信道分配、软件无线电等技术第2页/共33页第二页，共34页。计算机网络新技术(jsh)3TD技术(jsh)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

3、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(hu fn)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。第3页/共33页第三页，共3

4、4页。计算机网络新技术(jsh)4n智能天线：降低多径、多址干智能天线：降低多径、多址干扰扰n联合检测：降低多址干扰联合检测：降低多址干扰n软件无线电：利用软件来定义软件无线电：利用软件来定义实现无线电台的部分功能实现无线电台的部分功能n动态动态(dngti)信道分配：在信道分配：在时域、频域、码域实现以降低时域、频域、码域实现以降低干扰干扰n. (.)542136第4页/共33页第四页，共34页。计算机网络新技术(jsh)5智能(zh nn)天线智能天线基本概念与原理(yunl)智能天线实现方式和关键点智能天线具有的优势第5页/共33页第五页，共34页。计算机网络新技术(jsh)6智能天线(

5、tinxin)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(yzh)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。第6页/共33页第六页，共34页。计算机网络新技术(jsh)7智能(zh nn)天线: FDD vs.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(zhji)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

6、智能天线 FDD方式TDD方式第7页/共33页第七页，共34页。计算机网络新技术(jsh)8阵列类型阵列类型 从空间维数来看：线阵、面阵 从形状来看：直线阵、弧线阵 从阵元间距来看：均匀、非均匀阵智能天线实现(shxin)方式 第8页/共33页第八页，共34页。计算机网络新技术(jsh)9常用智能天线(tinxin)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(ydng)条件时，可以近似地认为信号来自一个方向第9页/共33页第九页，共34页。计算机网络新技术(jsh)10与其它天线方式特点与其它天线方式特

7、点(tdin)的比较的比较全向天线三扇区天线(tinxin)智能天线第10页/共33页第十页，共34页。计算机网络新技术(jsh)11智能智能(zh nn)天线的优势天线的优势使用智能天线使用智能天线 .能量仅指向小区内处于激活能量仅指向小区内处于激活状态的移动状态的移动(ydng)终端终端移动移动(ydng)终端在整个小区终端在整个小区内处于受跟踪状态内处于受跟踪状态不使用智能天线不使用智能天线 . 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智能天线的优势提高了基站接收机的灵敏度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提高了基站发射机的

8、等效发射功率功率降低了系统的干扰降低了系统的干扰改进了小区的覆盖改进了小区的覆盖增加了增加了CDMA系统的容量系统的容量第11页/共33页第十一页，共34页。计算机网络新技术(jsh)12联合(linh)检测 概念介绍(jisho) 特点说明 研究现状 原理说明 TD-SCDMA中的实现方法 作用介绍(jisho)第12页/共33页第十二页，共34页。计算机网络新技术(jsh)13 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(yzh)ISI（符号间干扰）与MAI（多址干扰） 抑制(yzh)远近效应，降低功率控制要求接收信号能量MAIISI接收信号能量MAIISI接收信号能量

9、热噪声热噪声热噪声传统传统(chuntng)接收机接收机联合检测联合检测联合检测基本概念联合检测基本概念第13页/共33页第十三页，共34页。计算机网络新技术(jsh)14K个用户信道估计K个用户联合检测用户1用户2用户K接收接收数据数据Y用户用户数据数据XY = AX + N，信号，信号(xnho)检测理论检测理论 原理：原理： 充分利用对多用户信充分利用对多用户信道的估计，根据某种道的估计，根据某种信号估计准则，估计信号估计准则，估计同时同时(tngsh)(tngsh)工作工作的多个码道的用户信的多个码道的用户信息，在多个用户中检息，在多个用户中检测、提取出所需的用测、提取出所需的用户信号

10、户信号联合检测实现原理联合检测实现原理第14页/共33页第十四页，共34页。计算机网络新技术(jsh)15 联合联合(linh)检测作检测作用用n联合(linh)检测作用n避免多址干扰n相对扩大检测动态范围n小区内干扰最小化n抗远近效应第15页/共33页第十五页，共34页。计算机网络新技术(jsh)16联合检测(jin c)：抗远近效应接收(jishu)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传统接收机联合检测联合检测传统接收机：传统接收机： 小信号被淹没小信号被淹没联合检测：联合检测： 小信号依然能够解调小信号依然能够解调第16页/共33页第十六页，共34页。

11、计算机网络新技术(jsh)17联合(linh)检测的TD-SCDMA实现优势每时隙每时隙(sh x)内码道数少内码道数少上行同步上行同步计算量小！计算量小！大的家具组合家具第17页/共33页第十七页，共34页。计算机网络新技术(jsh)18联合(linh)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(ydng)的资源第18页/共33页第十八页，共34页。计算机网络新技术(jsh)19智能天线联合(l

12、inh)检测 智能天线的主要作用： 降低多址干扰(gnro)，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(gnro) 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(gnro)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(gnro)能力和容量。第19页/共33页第十九页，共34页。计算机网络新技术(jsh)20动态(dngti)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

13、)分配给所需用户的操作，以达到最大系统容量和最佳通信(tng xn)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(tng xn)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。第20页/共33页第二十页，共34页。计算机网络新技术(jsh)21动态(dngti)信道分配（DCA）n频域 DCAn频域DCA中每一小区使用多个无线信道(频道)n在给定频谱范围内，与 5 MHz 的带宽相比， TD-SCDMA 的1.6 MHz 带宽使其具有3倍以上的无线信道数(频道数)n时域 DCAn在一个TD-SCDMA 载频上，使用7

14、个时隙减少了每个时隙中同时处于激活状态的用户数量n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n码域 DCAn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n空域 DCAn通过智能(zh nn)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。第21页/共33页第二十一页，共34页。计算机网络新技术(jsh)22动态(dngti)信道分配(DCA)(续) GSM中的DCA 信道分配（channel assignment）：半固定 信道选择(xunz)（ch

15、annel selection） 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（channel assignment）：动态 接纳控制（admission control） 信道选择(xunz)（channel selection）第22页/共33页第二十二页，共34页。计算机网络新技术(jsh)23动态信道(xn do)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

16、首先(shuxin)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。 第23页/共33页第二十三页，共34页。计算机网络新技术(jsh)24动态(dngti)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

17、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(zib)（一到三个），所以把激活用户分配在不同的载波(zib)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。第24页/共33页第二十四页，共34页。计算机网络新技术(jsh)25 软件(run jin)无线电的由来 软件(run jin)无线电的研究内容和核心技术 软件(run jin)无线电的硬件实现 采用软件(run jin)无线电的

18、好处软件(run jin)无线电技术(SDR)第25页/共33页第二十五页，共34页。计算机网络新技术(jsh)26软件(run jin)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(xyo)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

19、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、开放性第26页/共33页第二十六页，共34页。计算机网络新技术(jsh)27软件无线电的研究(ynji)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( zhn)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：射频处理前端A/DD/A数字处理软件第27页/共33页第二十七页，共34页。计算机网络新技术(jsh)28软件(run jin)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(sl)信号处理 数字滤波器设计等 第28页/共33页第二十八页，共34页。计算机网络新技术(jsh)29软件无线电的硬件(yn jin)实现 模拟前端 宽带A/D和D/A 数字(shz)上下变频器 高速数字(shz)信号处理器模拟前端模拟前端宽带宽带A/D数字下变数字下变频器频器DSP处处理器理器数