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
2、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),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*x
4、2e2 = 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
5、,线性检测算法 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)
6、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),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
7、道估计,赋形参数 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
8、统容量,智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
9、态信道分配 (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,
10、-1,-1,1,-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 Sync
11、hronization) 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
12、演进需要更换硬件，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
13、前的器件无法达到此要求 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 (Dyna
14、mic 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
15、其他小区（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
16、制 (Power 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
17、智能天线技术选择最佳的解 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 TS
18、1, TS4，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
19、(Baton 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
20、扰变小，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 powerUL 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 Synchron
23、ization) 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,硬切换的特点 先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路 通话会产生“缝隙”,硬切换的应用场景,保持连续通话 小区间负载的平衡 系统间（2G3G）切
24、换 3G建设初期，覆盖范围有限的情况下 2G3G的平滑演进 CDMA系统在特定情况下也需要硬切换 软切换资源不足 没有Iur接口,软切换,软切换特点 先建立目标小区链路，后中断源小区链路，可以避免通话“缝隙” CDMA系统所特有，而且只能发生在同频小区间 软切换比硬切换占用更多的系统资源,UE 移动方向,目标小区,源小区,没有通话“缝隙”,接力切换,接力切换的设计思想 利用上行同步技术，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 接力切换的优势 相对于软切换，占用系统资源少，提高了系统容量 相对
25、于硬切换，业务中断时间很短，且掉话率低,业务,同步,预 同 步,接力切换 (续),切换前,切换中,切换后,切换的基本过程,信号强度 (RSCP) 信号质量 (Ec/No) 干扰电平 (ISCP),测量,判决,执行,是否切换？ 向哪个小区切换？,Step1：UE预同步 Step2：RNC向目标小区下发切换请求 Step3：RNC通过源小区向UE下发切换命令,问 题,请说明联合检测的设计思想，以及采用该技术后带来的好处。请说明智能天线的设计思想，以及采用该技术后带来的好处。请说明TD-SCDMA系统采用上行同步技术的原因。,问 题,请说明采用SDR思想设计的系统给网络运营带来的好处。对于某种业务，其QoS指标主要包括哪些方面的内容？请说明开环、闭环功率控制的区别。,问 题,请说明上行内环、外环功率控制的区别。请说明硬切换、软切换和接力切换各自的特点。,
