华为TD-SCDMA 无线网络关键技术

1、TD-SCDMA无线网络关键技术,内部公开,时分双工方式,联合检测,智能天线,上行同步,软件无线电,接力切换,功率控制.,TD-SCDMA系统的关键技术,动态信道分配,培训目标,学完本课程后，您应该能： 了解联合检测技术的设计思想和优势 列出智能天线技术给网络带来的好处 知道TD-SCDMA采用上行同步技术的原因 了解软件无线电技术的设计思想和对网络运营的益处 了解基本的无线资源管理算法：信道配置，功率控制，接力切换等算法的原理和效果,目 录,联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件

2、无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理 5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切换 (Baton Handover),目 录,联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理 5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制

3、(Power Control) 5.3 接力切换 (Baton Handover),多址干扰 (MAI),多径干扰 (ISI),扩频信号,功率,MAI,有用信号,a,c,b,+,=,移动通信系统中的干扰,传统接收机解调技术,每个用户的信号“分别”进行扩频码匹配处理 只有在理想正交的情况下，才能完全消除多址干扰的影响,联合检测的设计思想,对多个用户的信号的多径分量进行“联合”处理，充分利用用户信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息，大幅度降低多径和多址干扰,甲卷：e1 = a11*x1 + a21*x2 其中e1, a11, a21已知，求解x1,合卷：e1 = a11*x1 + a21*x2 e

4、2 = a12*x1 + a22*x2 其中e1, e2, a11, a12 , a21, a22已知 求解x1 , x2,e = AX，确定性计算,乙卷：e2 = a12*x1 + a22*x2 其中e2, a12, a22已知，求解x2,联合检测的数学模型,联合检测的信道模型,d：用户要传输的数据c：用户使用的扩频码 h：信道冲激响应n：高斯白噪声 e：基站接收到的数据,联合检测的信道估计,只要接收端知道A (扩频码c和信道脉冲响应h)，就可以估计出符号序列d 扩频码c已知，信道脉冲响应h可以利用突发结构中的训练序列Midamble求解,h,M,M*,h = M*/ M,联合检测算法,线性

5、检测算法 匹配滤波算法：MF 迫零块均衡算法：ZF-BLE 最小均方误差块均衡算法：MMSE-BLE 非线性检测算法 迫零反馈算法：ZF-DF 最小均方误差反馈算法：MMSE-DF,CH0 理想信道无噪声 CH1 噪声+多用户,各算法性能比较,联合检测的效果,减少多址干扰和多径干扰，提高系统容量 减少噪声上升，提高覆盖 克服CDMA特有的“远近效应”，降低对功率控制的要求,目 录,联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDM

6、A无线资源管理 5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切换 (Baton Handover),智能天线的设计思想,没有智能天线的情况下，小区间用户干扰严重,使用智能天线的情况下，小区间用户干扰得到极大改善,智能天线系统的组成,天线阵列 圆阵或线阵 收发信机 一个阵元一套射频收发单元 智能天线算法,智能天线算法基本原理,上行：基站根据各个阵元接收信号的相位差估计UE的方向 下行：根据UE的方向，调整各个阵元上的振幅和相位，形成指向该UE的指向波束,天线阵列,下行 赋形,下行 数据,信道估计,赋

7、形参数 估计,空域滤波,联合检测,上行用户 数据,智能天线算法实现模型,圆阵 天线,线阵 天线,智能天线的天线阵,智能天线应用演示：多个用户波束赋形,关闭第 8 根天线的发送通路,关闭第 7-8 根天线的发送通路,关闭第 3-8 根天线的发送通路,关闭第 2-8 根天线的发送通路,智能天线的效果,对用户起到空间隔离、消除干扰的作用 最大化对期望用户的能量 最小化对其他用户的干扰,用户间干扰 被有效抑制,智能天线优势,阵列天线和赋型算法可以提供15dB以上的额外增益，从而： 增加覆盖范围，减少站点数量（基站数目平均降低50%） 减少发射功率，延长移动台电池寿命 提高信号接收质量，增加系统容量,智

8、能天线劣势和解决方案,阵列天线劣势： 体积大，风阻大，安装更换不方便 连接线缆多 解决方案： 使用双极化天线 使用一体化天线，取消软跳线缆,3个风帆 一把胡子 一堆瘤子,智能天线的效果 (续),智能天线的发射增益比接收增益大（仿真结果大约相差23dB），对于下行流量较大的非对称数据业务非常适合,上行链路智能天线增益 下行链路智能天线增益,目 录,联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理 5.1 动态信道分配

9、 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切换 (Baton Handover),A,B,C,D,时隙2,A,同一时隙 不同用户 到达基站时间点对齐,B,C,D,上行同步的基本概念,上行同步的目的,减小小区内用户间的上行多址干扰和多径干扰，增加小区容量和小区半径,SF = 4,Cch 4,0 = (1,1,1,1),Cch 4,1 = (1,1,-1,-1),Cch 4,2 = (1,-1,1,-1),Cch 4,3 = (1,-1,-1,1),1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,理想无时延,1,1,-1,-1

10、,1,-1,-1,1,延时1chip,1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,上行同步建立,UE,Node B,UpPCH （UpPTS）,FPACH,PRACH（RACH）,SCCPCH（FACH）,终端选择SYNC-UL，以估算的时间和功率发送,基站检测到SYNC-UL，并回送定时和功率调整,调整定时和功率，发送随机接入请求,发送随机接入响应后，进行后续的信令接续,上行同步保持,业务数据,GP 16,业务数据,SS,Midamble 144chips,目 录,联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchroni

11、zation) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理 5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切换 (Baton Handover),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

12、更换硬件，极大地增加了设备投资的成本：基站要全部更换,软件无线电（SDR）的设计思想,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,软件无线电（SDR）实现模型,软件无线电（SDR）实现的难点,高速数字信号采样技术 根据“奈奎斯特第一定律”，要想无失真地传递某一频率的信号，需要以不低于该信号最高频率2倍的采样速率进行采样！ 例如：对于工作在2GHz的系统，采样频率要达到4GHz，目前的器件

13、无法达到此要求 目前能够实现中频采样（100MHz左右），射频前端采用模拟技术实现 随着技术的发展，采样点逐渐向射频前端推进，最终达到射频部分完全数字化的目标,中频数字化接收机,采用软件无线电后的效果,多种通信制式的设备共享硬件平台，节省机房，降低投资 技术演进时只需要进行软件升级，新技术、新制式网络建设速度大大加快,目 录,联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理 5.1 动态信道分配 (Dynamic

14、Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切换 (Baton Handover),无线资源管理（RRM）的目的,RRM：Radio Resource Management RRM的目的 保证CN所请求的QoS 增强系统的覆盖 提高系统的容量,小区覆盖,链路质量,小区容量,RRM的主要任务,为了保证CN所请求的QoS，需要将QoS映射成接入层的一些特性，从而利用接入层的资源为本条连接服务信道配置 在保证CN所请求的QoS的前提下，使用户的发射功率最小，从而减少该UE对于整个系统的干扰，提高系统的容量和覆盖功率控制 确保UE移动到其他小区

15、（系统）后，能够继续得到服务，以保证QoS切换控制,RRM的基本流程,Step1：上层发送测量控制命令 Step2：开始测量 测量的执行者：UE，NodeB，RNC Step3：生成测量报告 Step4：通过算法进行判决，决策 Step5：资源的控制和执行,目 录,联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理 5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (P

16、ower Control) 5.3 接力切换 (Baton Handover),CN所请求信道资源的QoS特性,业务类型（Traffic Classes） 会话类业务（Conversational） 流类业务（Streaming） 交互类业务（Interactive） 背景类业务（Background） 质量要求（BLER） 速率要求：VIP用户和普通用户可以不相同,频域 DCA (FDMA) 业务动态地分配到干扰最小的频率上,Energy,Time,FDMA,Frequency,CDMA,TDMA,时域DCA (TDMA) 业务分配到干扰最小的时隙,空域DCA (SDMA) 自适应的智能天线

17、技术选择最佳的解 耦方向,码域DCA (CDMA) 改变分配的码道来降低干扰,动态信道分配（DCA）的效果1：干扰最小化,动态信道分配（DCA）的效果2：带宽“按需分配”,系统容量,传统信道配置,业务源速率,动态信道配置,带宽调整的判决,对Buffer中Traffic Volume进行测量 根据测量结果判决是否需要动态改变该UE所使用的带宽 在判决过程中，需要考虑空中接口是否受限,慢速和快速DCA,Slow DCA：小区载频优先级动态调整，载频上下行时隙分配与调整，各时隙优先级的动态调整 一般情况下，主载波优先级最高 时隙优先级有两种设置方式： TS2, TS5 TS3, TS6 TS1, T

18、S4，适用于建网初期，容量小的场景 各时隙按照负荷均衡的原则分配业务，适用于容量比较大的场景 FAST DCA：针对每个UE的信道资源的分配，主要是载频、时隙、信道码资源与Midamble码资源的分配管理,目 录,联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理 5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切换 (Ba

19、ton Handover),功控的目的,克服远近效应 克服阴影衰落和快衰落 降低网络干扰，提高业务质量 提高系统容量,远近效应,CDMA自从被提出以来，一直没有得到大规模应用的主要问题就是无法克服“远近效应”,弱信号被离基站近的UE的信号“淹没”，无法通信,无线通信的大敌：衰落,采用功率控制后的效果,Relative power (dB),衰落,发射功率,接收信号,功率控制的类型,开环功率控制：用于初始接入过程 闭环功率控制：用于业务进行过程 上行、下行内环功率控制 上行、下行外环功率控制,没有开环功控，造成初始干扰大，而且闭环功控收敛慢,为什么使用开环功率控制？,使用开环功控后，初始干扰变小

20、，而且闭环功控收敛很快,开环功率控制,UE通过测量导频信道的接收功率，计算上行初始发射功率 TD-SCDMA采用TDD方式，上行、下行频率相同，因此对于上行初始功率的估计更准确，开环功率控制效果好于FDD方式,NodeB,UE,RACH,BCH: CPICH channel power UL interference level,闭环功率控制上行内环功率控制,NodeB控制UE的发射功率,NodeB,UE,发送TPC 200次/秒,上行信号,设置 SIRtar,SIRmea SIRtar SIRmea SIRtar SIRmea = SIRtar, TPC = 00 TPC = 11 TPC

21、= 01,测量信号干扰比SIR，并与SIR目标值相比较,闭环功率控制下行内环功率控制,UE控制NodeB的发射功率,NodeB,UE的L3软件模块设置 SIRtar,发送TPC 200次/秒,下行信号,UE,L1测量信号干扰比SIR，并与SIR目标值相比较,有内环功率控制就可以吗？,最终服务QoS表征量为BLER，而非SIR SIR固定的情况下，BLER会随着无线环境的变化而变化 外环功率控制使功率真正满足BLER的要求,SIR,BLER,不同曲线对应不同的多径环境,闭环功率控制上行外环功率控制,RNC通过动态调整SIRtar，间接控制UE的发射功率,上行信号,RNC,测量接收信号的BLER，

22、并与BLERtar相比较,设置 BLERtar,NodeB,UE,内环功控,设置 SIRtar,BLERmea BLERtar BLERmea BLERtar BLERmea = BLERtar, SIRtar SIRtar Do nothing,闭环功率控制下行外环功率控制,UE通过动态调整SIRtar，间接控制NodeB的发射功率,NodeB,内环功控,L1,UE,UE的L3软件模块测量接收信号的BLER，并与BLERtar相比较,设置 SIRtar,目 录,联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理 5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切换 (Baton Handover),切换的分类,硬切换任何移动通信系统都能够支持 软切换CDMA特有（WCDMA，cdma2000） 接力切换TD-SCDMA特有,UE 移动方向,目标小区,源小区,硬切换