TD-Scdma物理层关键技术简介

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动态信道分配(DCA)(续)
• 基本概念
TD-SCDMA系统中： – 信道（channel）：频率、时隙、码 – RU（resource unit）：频率、时隙、码 – 基本RU（basic RU）：SF＝16的RU
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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。
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动态信道分配(DCA)(续)
• 算法假设
– – – – 单载波小区； 上下行时隙采用固定的对称分布； 所有实时业务不支持多时隙模式； 上行、下行的SF固定为16
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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。
TDD方式
FDD方式
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智能天线的基本原理
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
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智能天线的基本原理（续）
θ
u0(t) 阵元0 u1(t) 阵元1 uM-2(t) ... 阵元M-2
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TDD双工方式的优点
• 频谱灵活性：不需要成对的频谱。 – 在2GHz以下已很难找到成对的频谱 • 上下行使用相同频率，上下行链路的传播特性相同，利于使用智能天 线等新技术 • 支持不对称数据业务：根据上下行业务量来自适应调整上下行时隙个 数 – FDD系统一建立通信就将分配到一对频率以分别支持上下行业务。 在不对称业务中，频率利用率显著降低 – FDD系统也可以用不同宽度的频段来支持不对称业务，但： • 频段相对固定，不可能灵活使用(例如下行频段比上行频段宽 一倍) • 成本低：无收发隔离的要求，可以使用单片IC来实现RF收发信机
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动态信道分配(DCA)(续)
• DCA
– SF动态分配
• 用户可以使用不同的SF。
– 上行、下行时隙动态分配
• 通过动态改变时隙转换点来实现
– 小区之间频率动态分配（小区中存在多载波的情况）
wenku.baidu.com31
CDMA上行同步
• 定义
–上行链路各终端信 号在基站解调器完 全同步
码道1 码道2
• 优点
– CDMA码道正交， – 降低码道间干扰， – 提高CDMA容量 – 简化硬件，降低成本
(降低多址干扰)
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动态信道分配(DCA)(续)
• GSM中的DCA
– 信道分配（channel assignment）：半固定 – 信道选择（channel 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（channel selection）
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联合检测基本原理（续）
只要接收端知道A(扩频码c和信道脉冲响应h)， ˆ 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求解出
Data
Midamble
Data
GP
Data
Midamble
Data
GP
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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
－ 符号间干扰（ISI） － 码间干扰（MAI）
通过数据符号间、码间的相关性在多个用户中检测、 提取出所需的信号，消除ISI和MAI
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多用户检测（续）
根据对MAI处理方法的不同，次优多用户检测 技术可以分为干扰抵消和联合检测两种 干扰抵消技术的基本思想是判决反馈，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 联合检测技术是利用所有和MAI相关的先验信 息，在一步之内就将所有用户的信号分离出来
码道N
基站解调器
t
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上行同步技术
• 同步的建立 – 在随机接入时建立 – 依靠BTS接收到的SYNC_UL
– 立即在对应的F-PACH进行控制
UpPTS
上行业务时隙
•
•
•
同步的保持 – 在每一上行帧检测Midamble – 立即在下一个下行帧SS位置进行 闭环控制 出现失步的可能性 – 有限小区半径(取决于G的宽度， 可能超过10km) 失步后执行链路重建
t
Pwr/ Code
t
Pwr/ Code
TDMA
f
f TDMA/CDMA
f
CDMA
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第三代移动通信系统的双工方式
t
• 双工方式：
– 传统的FDD仍是主要的双工方式 – TDD方式受到更大关注
Pwr/ Code
Pwr/ Code
t
TDD f
FDD
f
FDD+TDD
f
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TD-SCDMA标准概况
• • • • • • • 多址接入方式：DS-CDMA/TDMA 码片速率:1.28Mcps(WCDMA的1/3) 双工方式：TDD 载频宽度：1.6M Hz 扩频技术：OVSF 调制方式：QPSK,8PSK 编码方式：1/2~1/3的卷积编码，Turbo编码
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

智能天线的优势

减少小区间干扰 降低多径干扰 基于每一用户的信噪比得 以增加 降低发射功率

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
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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 – 增加接收灵敏度和发射EIRP
• 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
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联合检测 (J.D.)

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

联合检测原理

特定的空中接口“突发”结构允许收信机对无线信道进行信 道估计 根据估计的无线信道，对所有信号同时进行检测

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多用户检测
由于无线移动信道的时变性和多径效应影响，使得数 据之间存在干扰
m 0 m m m 0 m
M 1
M 1
j
2

mx cos
其中，A增益常数，s(t)是复包络信号，wm是阵列 的权因子。
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智能天线的基本原理（续）
正如正弦波叠加的效果， 假设第m个阵元的权因子
2 mx cos 0
wm e
j

z (t ) As(t ) e
m 0
M 1 j 2 mx (cos cos ) 0



提高接收灵敏度
增加了容量及小区覆盖半 径
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智能天线
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方式更能够体现智能天线的优势

选择不同的Φ 0，将 改变波束的所对的角度， 所以可以通过改变权值来 选择合适的方向
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TD-SCDMA全向码道和赋形码道
BCH
DwPTS
G
UpPTS TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6
TS0
两种赋形波束
得到小区覆盖的全向波束 针对用户终端的赋形波束
BCH/DwPTS必须使用全向波束，覆盖整个小区，在 帧结构中使用专门时隙 业务码道通常使用赋形波束，只覆盖个别用户
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TD-SCDMA简介 TD-SCDMA关键技术

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TD-SCDMA 的关键技术
(..)
1 2 3 4 5 6



智能天线：降低多径、多址 干扰 联合检测：降低多址干扰 上行同步：减少码间串扰 动态信道分配：在时域、频 域、码域实现以降低干扰 ...
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智能天线 (S.A.)

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TD-SCDMA
最多可达 16个码道

TD-SCDMA 特性
对同一无线信道的多用户同时访问


根据用户需求进行容量分配
每个CDMA用户和所有使用同一无线信道和时 隙的用户都发生干扰（多址干扰）
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第三代移动通信系统的多址方式 • 多址方式：CDMA成为主流
– 基本定型的技术：基于直接扩频CDMA技术
Δd
uM-1(t)
Δx
Δx
阵元M-1
以M元直线等距天线阵列为例：（第m个阵元） 空域上入射波距离相差 Δd=m ·Δx · cosθ 时域上入射波相位相差 2 d

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智能天线的基本原理（续）
可见，空间上距离的差别导致了各个阵元上接收 信号相位的不同。经过加权后阵列输出端的信号为
z (t ) w u (t ) As(t ) w e
– 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）
• 当系统负荷出现拥塞或链路质量发生恶化时，RRM中的其他模 块（如LCC、RLS）会触发DCA进行信道调整。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。

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
TD-SCDMA物理层关键 技术介绍
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TD-SCDMA简介 TD-SCDMA关键技术

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什么是TD-SCDMA
• TD－SCDMA
– Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access – 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、同步CDMA、多时隙、可 变扩频系统、自适应功率调整等技术
－ 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
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动态信道分配 (DCA)
下述几种动态信道分配方法全面降低了相应的小区间干扰，从而使频谱利用率得以优化

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 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)
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联合检测基本原理
b(1) d (1)
c (1)
. . .
h( 1 )
b
(k) . . .
n e
d (1) ^
滤 波 器
d (k)
c (k)
. . .
h( k )
b (K)
. . .
. . . (k) d
^
. . .
d(K)
d (K) ^
c (K)
h( K )
e A d 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 A是与扩频码c和信道脉冲响应h有关的矩阵