TD-SCDMA关键技术-73

1、 TD-SCDMA关键技术关键技术Lets 3G with ZTE ! 1目录目录vTDD技术技术v智能天线技术智能天线技术v联合检测技术联合检测技术v动态信道分配动态信道分配v接力切换技术接力切换技术v功率控制功率控制Lets 3G with ZTE ! 2时分双工 (TDD):上行频带和下行频带相同 D U D D D DDD频分双工 (FDD):上行频带和下行频带分离 DD D D DDDUU上行D下行未使用 TDD技术技术n易于使用非对称频段, 无需具有特定双工间隔的成对频段n适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率n上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的,有利于智能天线技术的

2、实现 n无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本Lets 3G with ZTE ! 3目录目录vTDD技术技术v智能天线技术智能天线技术v联合检测技术联合检测技术v动态信道分配动态信道分配v接力切换技术接力切换技术v功率控制功率控制Lets 3G with ZTE ! 4TalkTalk干扰干扰自适应阵列基站自适应阵列基站普通基站普通基站智能天线的作用智能天线的作用n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正在通信的移动终端在整个小区内处于受跟踪状态n不使用智能天线：能量分布于整个小区内所有小区内的移动终端均相互干扰，此干扰是CDMA容量限制的主要原因Lets 3G with

3、ZTE ! 5智能天线基本原理智能天线基本原理n智能天线是一个天线阵列。它由多个天线单元组成，不同天线单元对信号施以不同的权值，然后相加，产生一个输出信号。n其原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。如果使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比，降低发射功率，提高系统覆盖范围的目的。空分多空分多址大大址大大增加系增加系统容量统容量Lets 3G with ZTE ! 6智能天线技术实现智能天线技术实现n智能天线主要包括四个部分：天线阵元、模数转换、自适应处理器、波束

4、成型网络。自适应处理器根据自适应空间滤波/波束成型算法和估计的来波方向等产生权值，波束成型网络进行动态自适应加权处理以产生希望的自适应波束。Lets 3G with ZTE ! 7智能天线技术实现智能天线技术实现n从接收的角度来看，基站利用智能天线对来自移动台的多径电波方向进行波达方向（DOA）估计，并进行空间滤波（也称为上行波束成型），抑制其他移动台和多径干扰n空域滤波(也称波束赋形)的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布，运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声，以获得尽可能好的信号估计n从发送的角度来看，基站利用智能天线对发射信号下行波束成型，使基站发射信号能够沿着移动台电波的来波方

5、向发送回移动台，从而降低发射功率，减少对其他移动台的干扰Lets 3G with ZTE ! 8智能天线算法智能天线算法n智能天线下行赋形算法准则：最大接收功率DOA搜索法最大接收功率特征值分解最大信干比特征值分解n中兴智能天线增强算法：阵元失效补偿：阵元失效时的应对措施增强性赋形方案：增强多径时的赋形性能用户1发射信号用户K 发射信号DAC/RFDAC/RF:加权向量计算)1 ,(Kw)1 , 1(w), 1( Kaw),(KaKw.天线 1天线 KaLets 3G with ZTE ! 9智能天线性能分析智能天线性能分析n圆阵的半径会影响抑制干扰的能力，公用信道赋形的圆度。n阵元个数会影响

6、对干扰的抑制能力，影响容量和覆盖n8阵元阵列比单天线性能有9dB的增益 Lets 3G with ZTE ! 10TD-SCDMA系统更适合采用智能天线系统更适合采用智能天线nTDD的工作模式，便于权值的应用，上行波束赋形矩阵可直接使用于下行n子帧时间较短（5ms），便于智能天线支持高速移动n单时隙用户有限（目前最多8个），便于实时自适应权值的生成TD-SCDMA系统是一个以智能天线为核心的第三代移动通信系统系统是一个以智能天线为核心的第三代移动通信系统Lets 3G with ZTE ! 11智能天线对智能天线对TD-SCDMA系统性能改进分析系统性能改进分析普通天线智能天线n提高了基站接收

7、机的灵敏度n提高了基站发射机的等效发射功率n降低了系统的干扰n降低了系统的误码率n增加了CDMA系统的容量n改进了小区的覆盖n降低了无线基站的成本 Lets 3G with ZTE ! 12TD-SCDMA系统的智能天线系统的智能天线n天线子系统包括:智能天线阵射频前端模块(包括线性功率放大器、低噪放和监测控制电路)射频带通滤波器电缆系统（射频电缆、控制电缆以及射频防雷模块、低频防雷电路）天线单元天线单元天线外壳天线外壳功放功放电缆及连接电缆及连接校准单元校准单元Lets 3G with ZTE ! 138天线智能天线圆阵天线智能天线圆阵 频率范围: 20102025MHz 增 益: 88dB

8、i 驻 波 比: 1.4 主波束下倾: 6.5 垂直波束宽度: 15 输入阻抗: 50 耐 功 率: 50W 极化方式: 垂直极化Lets 3G with ZTE ! 148天线智能天线线阵天线智能天线线阵 频率范围: 20102025MHz 单元天线增益: 14dBi 天线阵增益: 23dBi 驻 波 比: 1.4 垂直波束宽度: 9 输入阻抗: 50 耐 功 率: 50W 极化方式: 垂直极化Lets 3G with ZTE ! 15天馈系统实物图天馈系统实物图Lets 3G with ZTE ! 16天馈系统实物图天馈系统实物图Lets 3G with ZTE ! 17目录目录vTDD技

9、术技术v智能天线技术智能天线技术v联合检测技术联合检测技术v动态信道分配动态信道分配v接力切换技术接力切换技术v功率控制功率控制Lets 3G with ZTE ! 18抗干扰技术分类抗干扰技术分类抗干扰技术抗干扰技术单用户检测单用户检测多用户检测多用户检测技术实现简单导致信噪比恶化，系统性能和容量不理想充分利用MAI中的先验信息而将所有用户信号的分离看作一个统一的过程的信号分离方法联合检测联合检测干扰抵消干扰抵消基本思想是判决反馈，它首先从总的接收信号中判决出其中部分的数据，根据数据和用户扩频码重构出数据对应的信号，再从总接收信号中减去重构信号，如此循环迭代充分利用MAI，一步之内将所有用户

10、的信号都分离开来的一种信号分离技术Lets 3G with ZTE ! 19联合检测基本概念联合检测基本概念n基于所有用户的信道化码和信道信息，消除符号间干扰（ISI）和用户间干扰（MAI），从而达到提高用户信号质量的目的。 Lets 3G with ZTE ! 20TD-SCDMA系统适合采用联合检测技术系统适合采用联合检测技术每时隙内码道数量少基站扰码短上行同步AIR计算量小联合检测在TD-SCDMA系统实现的优势Lets 3G with ZTE ! 21c c(1)(1)c c(k)(k)c c(K)(K). . . .h h(1)(1)h h(k)(k)h h(K)(K). . . .

11、 . . . . . .n ne ed d(1)(1)d d(k)(k)d d(K)(K)滤滤波波器器. . . . . . .d d(1)(1) d d(k)(k) d d(K)(K)b b(1)(1)b b(k)(k)b b(K)(K) 联合检测的目的就是根据上式中的A和e估计用户发送的de = Ad nd是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声联合检测原理联合检测原理Lets 3G with ZTE ! 22DataMidambleGPDataDataMidambleGPDatae = Ad e = Ad n n A是系统矩阵，由扩频码c和信道脉冲响应h决定 扩频码c已知 信道

12、脉冲响应h利用突发结构中的训练序列 midamble求解出：emid = Gh + nmid , 其中：G由Midamble码构造的矩阵 emid 接收机接收到总信号中的Midamble部分 nmid 噪声联合检测在联合检测在TD-SCDMA系统中的实现系统中的实现Lets 3G with ZTE ! 23TD-SCDMA多天线联合接收机多天线联合接收机天线1时域RAKE天线N时域RAKE多天线合并空域滤波多天线时域空域滤波：2D-RAKE多址干扰消除Lets 3G with ZTE ! 24与与RAKE接收技术的比较接收技术的比较nRAKE接收技术是利用扩频码相关性抑制本小区其它用户的干扰，

13、然而由于多径和扩频码之间的非正交性，本小区其它用户之间没有完全消除，留有残余干扰，作为噪声处理，随着用户数增加，残余干扰累加得越大。n联合检测将参与干扰作为可知信号，从用户信号中消除，因此随着用户增加，干扰不会累加，信号质量更好。这带来的另一个好处是，呼吸效应不再是一个问题。 Lets 3G with ZTE ! 25与与RAKE接收技术的比较接收技术的比较n仿真结果显示：联合检测性能比传统的RAKE接收性能好许多。Lets 3G with ZTE ! 26联合检测原理联合检测原理-算法算法n线性联合检测算法解相关匹配滤波器法（DFM）迫零线性块均衡法（ZF-BLE）：已实现 最小均方误差线性

14、块均衡法（MMSE-BLE）：已实现多小区联合检测: 消除邻小区强干扰n非线性联合检测算法最小均方误差判决反馈块均衡法（MMSE-BDFE）迫零判决反馈块均衡法（ZF-BDFE）Lets 3G with ZTE ! 27联合检测对联合检测对TD-SCDMA系统性能改进系统性能改进n提高系统容量n增大覆盖范围n减小呼吸效应n缓解功率控制精度需求n削弱远近效应频率频率MAI检测到信号检测到信号能量能量Frequency允许的信号波动允许的信号波动能量能量Lets 3G with ZTE ! 28智能天线智能天线+联合检测联合检测天 线 1天 线 Ka信道估计联合检测信道解码测 量DOA估 计下 行

15、 波 束 赋形 权 值 产 生天 线 1天 线 Ka用 户 1数 据 产 生用 户 K数 据 产 生Lets 3G with ZTE ! 29联合检测测试验证联合检测测试验证最大打通最大打通UE数（同时数（同时BLER10-2）打开和关闭联合检测打开和关闭联合检测RSCP的差值的差值单天线，单天线，UE在相同位在相同位置置打开联合检测：815dB 关闭联合检测：28天线，天线，UE在相同位在相同位置置打开联合检测：840dB关闭联合检测：28天线，天线，UE在不同位在不同位置置打开联合检测：835dB 关闭联合检测：2Lets 3G with ZTE ! 30 关键技术论证关键技术论证-智能天

16、线智能天线+联合检测联合检测n从左图可以看出，在下行满码道的配置下，8天线比4天线提高23dB的增益，4天线比单天线提高610dB的增益。n即8天线上每根天线即使只发射1瓦，则相当于单天线需要发射16瓦，而根据功放成本，则可大大节约成本。Lets 3G with ZTE ! 31目录目录vTDD技术技术v智能天线技术智能天线技术v联合检测技术联合检测技术v动态信道分配动态信道分配v接力切换技术接力切换技术v功率控制功率控制Lets 3G with ZTE ! 32信道分配技术信道分配技术n信道分配指在采用信道复用技术的小区制蜂窝移动系统中，在多信道共用的情况下，以最有效的频谱利用方式为每个小区

17、的通信设备提供尽可能多的可使用信道。信道分配过程一般包括呼叫接入控制、信道分配、信道调整三个步骤。不同的信道分配方案在这三个步骤中有所区别。 n信道分配方案可分为以下三种： 固定信道分配（FCA） 动态信道分配（DCA） 混合信道分配（HCA）Lets 3G with ZTE ! 33DCA的应用的应用nDCA是TD-SCDMA系统中RRM算法的核心内容之一 nTD-SCDMA系统中一条信道是由 频率/时隙/扩频码 的组合唯一确定 nDCA主要研究的是信道的分配和重分配的原则 nDCA通过系统负荷，干扰，用户空间方向角等测量信息来确定最优的资源分配方案，降低系统干扰，提高系统容量 Lets 3

18、G with ZTE ! 34DCA的分类的分类 n慢速慢速DCA：根据小区业务情况，确定上下行时隙转换点n快速快速DCA ：根据对专用业务信道或共享业务信道通信质量监测的结果，自适应地对资源单元（RU，即码道或时隙）进行调配和切换，以保证业务质量。快速DCA分为以下几类：频域DCA 时域DCA 码域DCA 空域DCA Lets 3G with ZTE ! 35确定小区上下行时隙转换点，触发小区重配对小区上下行负荷进行统计分析获取小区平均负荷信息慢速慢速DCAn慢速DCA：根据小区业务情况，确定上下行时隙转换点Lets 3G with ZTE ! 36快速快速DCAn快速DCA的作用 呼叫到达

19、时，为业务分配合适的无线资源 呼叫接入后，系统根据承载的业务要求、干扰受限条件及终端移动要求，由RNC进行频率、时隙和码道的动态调整及信道间的切换 Lets 3G with ZTE ! 37Process Orchestration 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域频域DCA可使用的无线信道数Business Logic 将受干扰最小的时隙动态地分配给处于激活状态的用户时域时域DCA同一载频6个业务时隙Message Brokering & Transformation 实现多用户在相同载频并行传输，有效提升频谱利用率码域码域DC

20、A同一时隙16个码道Application Connectivity 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）空域空域DCA空间波束定向赋形快速快速DCALets 3G with ZTE ! 38时域时域DCAn主要研究的是如何对时隙资源进行分配与调整，达到提高系统呼通率，降低干扰的目的。n包括时隙资源的分配与再调整两部分。Lets 3G with ZTE ! 39时域时域DCAn时隙选择的原则 时隙的上下行的负荷情况Node B测得的上行时隙的干扰和UE测得的下行时隙干扰各时隙剩余RU资源情况用户的方向角信息 Lets 3G with ZTE ! 40时域时域DCAn时隙

21、动态调整的触发原因 无线链路质量恶化，功控失效，且未没有合适的切换小区时隙间负载严重不均衡高速业务接入时，需要将某一时隙的资源调整至另一时隙 Lets 3G with ZTE ! 41时域时域DCA动态调整前时隙间业务分布状况动态调整前时隙间业务分布状况经过动态信道调整使不同时隙间的用户达到了均衡经过动态信道调整使不同时隙间的用户达到了均衡8个用户个用户4个用户个用户1个用户个用户5个用户个用户4个用户个用户4个用户个用户经过动态信道调整，使各时隙的负载保持均衡有经过动态信道调整，使各时隙的负载保持均衡有效降低了负荷较高时隙的各用户的干扰。效降低了负荷较高时隙的各用户的干扰。Lets 3G w

22、ith ZTE ! 42码域码域DCA n研究如何对码资源进行分配与调整，以达到降低干扰，提高系统的呼通率。包括码资源的分配与调整两部分内容 。n快速DCA中的码资源包括： OVSF码（信道化码）Midamble码（训练序列码） Lets 3G with ZTE ! 43Midamble码分配信道化码分配时隙分配物理层参数的确定根据业务需求确定基本资源单元将旧配置进行备份和回收新业务业务增加、删除、修改时隙格式确定记录物理资源，结束流程码域码域DCA分配流程分配流程Lets 3G with ZTE ! 44C16,0C16,1C16,2C16,3C16,4C16,5C16,6C16,7C16,

23、8C16,9C16,10 C16,11 C16,12 C16,13 C16,14 C16,15C8,0C8,1C8,2C8,3C8,4C8,5C8,6C8,7C4,0C4,1C4,2C4,3C2,0C2,1C1,0信道化码分配筛选分配法信道化码分配筛选分配法n黑色的码道表示已经被其它用户作占用，而灰色的码道是黑色码道n占用后根据码道使用原则被表示为公共占用或已占用状态，n而图中白色的码道才可以进行分配。Lets 3G with ZTE ! 45SF=4SF=16SF=8信道化码的特点信道化码的特点n1.分配码的前提：要保证其到树根路径上和其子树上没有其它码被分配；n2.分配码的结果：会阻塞掉其

24、子树上的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码；Lets 3G with ZTE ! 46信道化码分配策略信道化码分配策略n1、码表利用率高分配掉的码字所阻塞掉的码字越少，说明码表利用率越高n2、码表复杂度低尽量用短码分配Lets 3G with ZTE ! 47信道化码分配示例信道化码分配示例两个结果中任取一个SF=2SF=4SF=8SF=160123109876541514131211红色代表已分配的码字绿色代表由于低速扩频因子的码字被分配而屏蔽掉的高速扩频因子码字深蓝代表高速扩频因子的码字被分配而屏蔽掉的低速扩频因子码字宝石篮代表优化分配的码字（根据申请的扩频因子）Lets 3G wi

25、th ZTE ! 48此时有此时有64K的用户的用户申请接入申请接入4个个12.2K的语音用户的语音用户剩余剩余8个分离的码道个分离的码道可以进行接纳可以进行接纳调整语音用户占用码道调整语音用户占用码道减少了碎片减少了碎片用户用户1用户用户2用户用户3用户用户4用户用户4用户用户3用户用户2用户用户1码域码域DCA-码资源调整码资源调整码资源调整触发时机-高优先级业务因码道碎片而被阻塞时触发调整-周期性检测码表的离散程度，当离散程度较高时及触发Lets 3G with ZTE ! 49训练序列码（训练序列码（Midamble）分配）分配n训练序列码的作用：信道估计功率测量上行同步维持Lets

26、3G with ZTE ! 50训练序列码的分配原则训练序列码的分配原则n1 UE特定midamble分配高层明确地为上行和下行分配UE一个特定的midamble码n2 默认的midamble码分配上行和下行midamble码由层1根据相应信道化码来分配n3 公共的midamble码分配下行的midamble码由层1根据当前下行时隙中使用的信道化码的个数来分配Lets 3G with ZTE ! 51频域频域DCA n在N频点小区中为用户选择最佳的接入频点，提高系统的呼通率，降低系统的干扰。主要包括频率资源的分配与调整两部分n频点选择触发原因用户接入或切换至N频点小区；用户由于业务发生重配置,

27、原频点资源发生拥塞，迁移至其他频点；N频点小区中某频点过载，部分业务迁移至小区内其他频点；跨时隙承载业务质量发生恶化时，且未满足切换条件，迁移至其他频点Lets 3G with ZTE ! 52频域频域DCAn频点选择的原则根据各频点剩余码道资源情况，确定接入频点的优先级顺序根据各频点负荷状况，确定接入频点的优先级顺序根据各频点内码道碎片程度和呼叫用户的业务量确定接入频点的优先级异频切换优先原则，切换用户优先选择异频接入Lets 3G with ZTE ! 53空域空域DCAn运用智能天线技术将空间彼此隔开的用户放入同一时隙；而落入同一波束区域内的用户放入不同的时隙，以减小干扰n使智能天线 能

28、量仅指向小区内处于激活状态的移动终端；处于不同波束的用户之间干扰较小UE4UE2UE3UE1n 通过对用户来波方向角的测量，UE1、UE2分配在不同时隙/频率n UE3、UE4分配在相同时隙/频率Lets 3G with ZTE ! 54DCA小结小结nDCA充分体现了TD-SCDMA系统频分、时分、码分、空分的特点nDCA从频域，时域，码域，空域这四维空间将用户彼此分隔，有效地降低了小区内用户间的干扰，小区与小区之间的干扰，提高整个系统的容量n由于DCA技术的存在使得TD系统具备更高的频谱利用率Lets 3G with ZTE ! 55目录目录vTDD技术技术v智能天线技术智能天线技术v联合

29、检测技术联合检测技术v动态信道分配动态信道分配v接力切换技术接力切换技术v功率控制功率控制Lets 3G with ZTE ! 56切换是指当移动台处于移动状态中通讯从一个基站或信道转移到另一个基站或信道的过程 上、下行链路质量，上、下行链路信号的测量，距离或业务的变化，更优的蜂窝出现，操作和管理的干涉，业务流量情况等切换原因切换概念在蜂窝结构的无线移动通信系统中，当移动台从一个小区移动到另一个小区时，为保持移动用电话不中断通信需要进行的信道切换称为越区切换越区切换无线测量、网络判决和系统执行切换步骤越区切换越区切换Lets 3G with ZTE ! 57 不同载频间的硬切换 同一载频下的硬

30、切换（强制性硬切换） 系统间硬切换（如与GSM之间） 不同模式间硬切换（如FDD与TDD之间）硬切换硬切换Lets 3G with ZTE ! 58硬切换流程图硬切换流程图Lets 3G with ZTE ! 59软切换软切换n而在软切换过程中，而在软切换过程中，UE先建立与先建立与Node B2的信令和业务连接之后，再断开的信令和业务连接之后，再断开与与Node B1的信令和业务连接，即的信令和业务连接，即UE在某一时刻与在某一时刻与2个基站同时保持联系。个基站同时保持联系。Lets 3G with ZTE ! 60软切换流程图软切换流程图Lets 3G with ZTE ! 61接力切换概

31、念接力切换概念n接力切换(Baton Handover)是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。n其设计思想是利用智能天线获取UE的位置距离信息，同时使用上行预同步技术，在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。 Lets 3G with ZTE ! 62接力切换工作流程接力切换工作流程UE收到切换命令收到切换命令前的场景：前的场景：上下行均与源小上下行均与源小区连接区连接UE收到切换命令后执收到切换命令后执行接力切换的场景：行接力切换的场景：利用开环预计同步和利用开环预计同步和功率控制

32、，首先只将功率控制，首先只将上行链转移到目标小上行链转移到目标小区，而下行链路仍与区，而下行链路仍与源小区通信源小区通信 UE执行接力切换执行接力切换完毕后的场景：完毕后的场景：经过经过N个个TTI后，后，下行链路转移到下行链路转移到目标小区，完成目标小区，完成接力切换接力切换 Lets 3G with ZTE ! 63接力切换流程图接力切换流程图N No od de e B Bs so ou ur rc ce eN No od de e B Bt ta ar rg ge et tU UE ER RN NC CU UE E定定位位信信息息邻邻 小小 区区 列列 表表 ， 所所 有有 基基 站站

33、 信信 息息U UE E搜搜索索邻邻小小区区中中的的所所有有基基站站建建立立同同步步切切换换判判决决切切换换指指令令发发 现现 目目 标标 基基 站站 ， 测测 量量 报报 告告 ， 切切 换换 请请 求求确确认认切切换换完完成成删删除除无无线线链链路路停停止止发发射射和和接接收收信信号号无无线线链链路路业业务务连连接接无无线线链链路路业业务务连连接接无无线线链链路路业业务务连连接接同同步步保保持持Lets 3G with ZTE ! 64接力切换工作流程接力切换工作流程-预同步预同步n预同步中移动台只是通过接收到的预同步中移动台只是通过接收到的PCCPCH信息估算信息估算UE在在源小区和目标小区上行定时偏差源小区和目标小区上行定时偏差服务小区服务小区预同步小区预同步小区DPCHPCCPCHLets 3G with ZTE ! 65三种切换方式的对比三种切换方式的对比硬切换硬切换接力接力切换切换软切换软切换切换成功率切换成功率低低高高高高资源占用资源占用少少少少多多切换时延切换时延短短短短长长对容量的影响对容量的影响低低低低高高呼叫掉话率呼叫掉话率高高低低低低Lets 3G with ZTE ! 66目录目录vTDD技术技术v智能天线技术智能天线技术v联合检测技术联合检测技术v动态信道分配动态信道分配v接力