第四部分：关键技术

TD-SCDMA系统关键技术,TDD技术 智能天线 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,TDD技术,易于使用非对称频段, 无需具有特定双工间隔的成对频段 适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率 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实现 无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本,TD-SCDMA系统关键技术,TDD技术 智能天线 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,TD更适合采用智能天线,TDD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； 子帧时间较短（5ms），便于智能天线支持高速移动； 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,智能天线的作用,智能天线基本原理,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； 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。,智能天线技术实现,上行波束赋形：借助有用信号和干扰信号在入射角度上的差异（DOA估计），选择恰当的合并权值（赋形权值计算），形成正确的天线接收模式，即将主瓣对准有用信号，低增益旁瓣对准干扰信号。下行波束赋形：在TDD方式工用的系统中，由于其上下行电波传播条件相同，则可以直接将此上行波束赋形用于下行波束赋形，形成正确的天线发射模式，即将主瓣对准有用信号，低增益旁瓣对准干扰信号。,智能天线技术实现,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。,TD-SCDMA系统智能天线,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）,8天线智能天线圆阵,频率范围: 20102025MHz 增 益: 8×8dBi 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,8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,天馈系统实物图,天馈系统实物图,智能天线性能分析,圆阵的半径会影响抑制干扰的能力，公用信道赋形的圆度； 阵元个数会影响对干扰的抑制能力，影响容量和覆盖； 8阵元阵列比单天线性能有9dB的增益。,智能天线的优势,普通天线,智能天线,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； 增加了CDMA系统的容量； 改进了小区的覆盖； 降低了无线基站的成本；,TD-SCDMA系统关键技术,TDD技术 智能天线 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,抗干扰技术分类,抗干扰技术,单用户检测,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,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的信号都分离开来的一种信号分离技术,联合检测基本概念,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。,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d,e = Ad n,d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,关键是突发序列中的训练序列,e = Ad 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TD中的实现,TD适合采用联合检测技术,联合检测在TD-SCDMA系统实现的优势,联合检测对TD性能改进,提高系统容量 增大覆盖范围 减小呼吸效应 缓解功率控制精度需求 削弱远近效应,与RAKE接收技术的比较,RAKE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，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。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： TD-SCDMA 系统 呼吸效应不明显。,智能天线技术的优劣,1. 智能天线的主要作用： 降低多址干扰，提高CDMA系统容量。 增加基站接收机的灵敏度和基站发射机的等效发射功率。2单独采用智能天线也存在下列问题： 组成智能天线的阵元数有限，所形成的指向用户的波束有一定的宽度（副瓣），对其他用户而言仍然是干扰。 在TDD模式下，上、下行波束赋行采用同样的空间参数，由于用户的移动，其传播环境是随机变化的，从而使波束赋行产生偏差，特别在用户高速移动时更为显著。 当用户都在同一方向时，智能天线作用有限。 对时延超过一个码片宽度的多径干扰没有简单有效的办法。,联合检测技术的优劣,3. 联合检测的主要作用： 基于训练序列的信道估值。 同时处理多码道的干扰抵消。 4单独采用联合检测会遇到以下问题： 对小区间的干扰没有办法解决。 信道估计的不准确性将影响到干扰消除的效果。 当用户增多或信道增多时，算法的计算量会非常大，难于实时实现。,智能天线+联合检测,联合检测测试验证,关键技术论证 -智能天线+联合检测,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。 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。,TD-SCDMA系统关键技术,TDD技术 智能天线 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,信道分配技术,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。 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）,DCA的应用,DCA是TD-SCDMA系统中RRM算法的核心内容之一； TD-SCDMA系统中一条信道是由 频率/时隙/扩频码 的组合唯一确定； DCA主要研究的是信道的分配和重分配的原则； DCA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；,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DCA,慢速DCA：根据小区业务情况，确定上下行时隙转换点,快速DCA,快速DCA的作用 呼叫到达时，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,快速DCA,快速DCA之码资源分配,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；快速DCA中的码资源包括： OVSF码（信道化码） Midamble码（训练序列码）,信道化码分配筛选分配法,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，而图中白色的码道才可以进行分配。,信道化码的特点,1.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； 2.分配码的结果： 会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码；,信道化码分配策略,1、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 2、码表复杂度低 尽量用短码分配,信道化码分配示例,训练序列码(Midamble)分配,训练序列码的作用： 信道估计功率测量上行同步维持,训练序列码的分配原则,1 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； 2 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； 3 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；,快速DCA之信道调整,信道调整和整合的触发原因包括： （1）负荷控制：各时隙负荷不均衡时 （2）周期性触发：主要是为了防止分配在许多时隙槽中的物理信道碎片，在干扰允许的前提下，尽可能将所有所分配物理信道分配在一个时隙内 （3）动态码资源分配：为了接纳用户需求，对把某些业务调整到其它时隙和码道,时域的信道调整,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,5个用户,4个用户,4个用户,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。,用户1,用户2,用户3,用户4,用户4,用户3,用户2,用户1,码域的信道调整,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,TD-SCDMA对DCA的考虑,1为了使组网规范，频率分配仍然采用FCA方式。 2时隙分配必须先于码道分配。 3在码道分配时，同一时隙内最好采用相同扩频因子。 4根据用户信号入射方向（DOA）的信息，尽量把相同方向上的用户分散到不同时隙中，把同一时隙内的用户分布在不同的方向上，充分发挥智能天线的空分功效，使多址干扰降至最小。 5在接纳控制时，首先搜索已接入用户数小于系统可形成波束数的时隙，然后针对该接入用户进行波束成型，使波束的最大功率点指向该用户。 6系统测量最好以5ms子帧为周期进行。 7在智能天线波束成型效果足够好的情况下，可以为不同方向上的用户分配相同的频率、时隙、扩频码，将使系统容量成倍地增长。,DCA小结,DCA充分体现了TD-SCDMA系统频分、时分、码分、空分的特点，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，使得TD系统具备更高的频谱利用率。,TD-SCDMA系统关键技术,TDD技术 智能天线 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,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,不同载频间的硬切换同一载频下的硬切换（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）,