1、TD-SCDMA 关键技术,中兴通讯学院,TDD双工技术 智能天线技术 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,课程内容,TDD与FDD比较,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,TDD技术 智能天线技术 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,课程内容,智能天线基本概念,天线阵：是一列取向相同、同极化、低增益的天线按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理产生强方向性的方向图 天线阵的排列：一般
2、等距，主要有等距直线排列、等距圆周排列、等距平面排列.阵元间距多为12波长 智能天线的分类：线阵、圆阵；,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。原理：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。,空分多址大大增加系统容量,智能天线基本原理,采取准动态预多波束切换方式，利用多个不同固定指向的波束覆盖整个用户区，随着用户在小区中的移动，基站选择其中最合适的波束，从而增强接收信号的强度。,自适应智能天线,多波束智能天线,采取全自适应阵列自动跟踪方式，通过不同自适应调整各个天线单
3、元的加权值，达到形成若干自适应波束，同时自动跟踪若干个用户的目的，能够对当前的传输环境进行最大可能匹配。,智能天线（S.A.）分类,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,优 势,智能天线的优势,TD-SCDMA系统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；,智能天线对TD系统性能改进,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
4、 降低了系统的干扰 降低了系统的误码率 增加了CDMA系统的容量 改进了小区的覆盖,频率范围: 20102025MHz单天线增益：8dBi增 益: 88dBi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天线智能天线圆阵,频率范围: 20102025MHz单元天线增益: 14dbi天线阵增益：23dbi驻 波 比: 1.4水平波束宽度: 90+15垂直波束宽度:7+1输入阻抗: 50 极化方式: 垂直极化,8天线智能天线线阵,4+4双极化天线,常规8阵元面智能天线,常规全向智能天线,智能天线安装,TDD技术 智能天线技
5、术 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,课程内容,概述,将单个用户的信号分离看作是各自独立的过程的信号分离技术,干扰抵消,多用户检测（MD),联合检测,单用户检测（SD）,判决反馈,利用MAI，一步之内将所有用户的信号都分离开来,多用户检测的一种，首先估计所有用户的信道冲激响应，然后利用已知的所有用户的扩频码、扰码和信道估计，对所有用户的信号同时检测 ，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。,联合检测概念,d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声,emid=Gh+nmid,e1 = c1* (h1c1*d1+h2c2*d2
6、+h3c3*d3 +n) e2 = c2* (h1c1*d1+h2c2*d2 +h3c3*d3 +n) = =Ad e3 = c3* (h1c1*d1+h2c2*d2 +h3c3*d3 +n),e = Adn,联合检测原理,A是系统矩阵，由复合码c和信道脉冲响应h决定复合码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Midamble部分 nmid 噪声 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,关键是突发序列中的训练序列的信道估计,TD-
7、SCDMA如何实现联合检测,联合检测作用,降低干扰（MAI&ISI） 提高系统容量 降低功控要求 削弱远近效应,联合检测作用,信道估计,DOA估计,联合检测,信道解码,下行波束赋形权值产生,用户 数据产生,用户 数据产生,测量,智能天线,联合检测,智能天线+联合检测,联合检测技术在TD-SCDMA系统实现的优势,单小区干扰是主要矛盾,联合检测种类,单小区联合检测：只针对本小区的用户，而将同频邻小区用户的干扰视作白噪声； 多小区联合检测：将同频邻小区纳入联合检测的范畴，进一步降低干扰；,单小区联合检测相比无联合检测能够降低3.3dB的干扰,单小区联合检测技术,单小区联合检测只针对本小区的用户，而
8、将同频邻小区用户的干扰视作白噪声； 本小区干扰抑制能力能达到0.1以下 ，即可以消除本小区内90%的相互干扰；,多小区联合检测相比单小区联合检测能够降低1.6dB的干扰,多小区联合检测技术,多小区联合检测就是把同频相邻小区中对本小区干扰比较大的用户信号纳入到联合检测中； 基于成熟的软件无线电技术平台，毋须添加任何硬件，直接软件升级，无需冗长的操作； 配置简单灵活，对系统影响小。仅需修改参数，便可回退到原单小区联合检测；,TDD技术 智能天线技术 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,课程内容,信道分配,信道分配,固定信道分配（FCA）,动态信道分配（DCA）,混合信道分配（HCA
9、）,动态信道分配（DCA）的分类,慢速DCA： 根据小区业务情况，确定上下行时隙转换点 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,确定小区上下行时隙 转换点，触发小区重配,慢速DCA：根据小区业务情况，确定上下行时隙转换点,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,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RN
10、C进行频率、时隙和码道的动态调整及信道间的切换,快速DCA的分类,Midamble 码分配,信道码 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,快速DCA信道分配,频域DCA,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 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,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
11、发生恶化时，且未满足切换条件，迁移至其他频点,频域DCA,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,时域DCA,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。 包括时隙资源的分配与再调整两部分。,时域DCA,时隙选择的原则,时域DCA,时隙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,
12、时域DCA （举例）,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。,码域DCA-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；,码域DCA-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,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DCA-码
13、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,空域DCA,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 使智能天线 能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,通过对用户来波方向角的测量，UE1、UE2分配在不同时隙/频率 UE3、UE4分配在相同时隙/频率,DCA小结,DCA充分体现了TD-SCDMA系统频分、时分、码分、空分的特点 DCA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
14、小区之间的干扰，提高整个系统的容量 由于DCA技术的存在使得TD系统具备更高的频谱利用率,TDD技术 智能天线技术 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,课程内容,切换方式,硬切换：当从一个小区切换到另一个小区时，首先中断与原先基站的通信，再与新的基站建立起通信。硬切换在切换过程中有可能丢失信息。 软切换：用户终端在使用相同载波频率的小区或扇区之间切换时，首先同时与两个小区或扇区内的基站通信，传输相同的信息，然后再中断和原基站的通信。软切换过程不丢失信息，不中断通信，但软切换只解决了终端在使用相同载波频率的小区或扇区间切换的问题。 接力切换：不仅具有“软切换”功能，而且可以在使用
15、不同载波频率的SCDMA基站之间，甚至在SCDMA系统与其它移动通信系统，如GSM或IS-95 CDMA系统的基站之间实现不丢失信息、不中断通信的理想的越区切换。实现接力切换的必要条件是：网络要准确获得UE的位置信息，包括UE的信号到达方向DOA和UE与基站之间的距离。在TD-SCDMA系统中，由于采用了智能天线和上行同步技术，系统能够比较容易获得UE的位置信息。,Node B,source,Node B,target,UE,RNC,UE定位信息,邻小区列表，所有基站信息,UE搜索邻小区中 的所有基站,建立同步,切换判决,切换指令,发现目标基站，测量报告，切换请求,确认切换完成,删除无线链路,
16、停止发射和接收,信号,无线链路业务连接,无线链路业务连接,无线链路业务连接,同步保持,接力切换流程图,接力切换小结,接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。 与软切换相比，都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。不同之处在于接力切换不需要同时有多个基站为一个移动台提供服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源多、信令复杂、增加下行链路干扰等缺点。 与硬切换相比，两者具有较高的资源利用率，简单的算法、以及较轻的信令负荷等优点。不同之处在于接力切换断开原基站和与目标基站建立通信链路几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换掉话率高、切换成功率低的缺点。,TDD技术 智能
17、天线技术 联合检测技术 动态信道分配 接力切换技术 功率控制,课程内容,功率控制的作用,减少小区间干扰 减少小区内干扰 减少UE的功耗 克服远近效应,功率控制分类,开环,接收机测量接收到的宽带导频信号的功率，并估计传播路径损耗，根据路径损耗计算得到需要发射的功率。,闭环,测量信噪比和目标信噪比比较，并向移动台发送指令调整它的发射功率,内环控制,外环控制,测量误帧率（误块率），调整目标信噪比,路损越小，说明收发双方距离较近或有非常好的传播路径，发射的功率就越小基于上下行信道对称的假设,开环功控只能在决定接入初期发射功率和切换时决定切换后初期发射功率的时候使用。反向开环功率控制,开环功率控制,若测
18、定SIR目标SIR， 降低移动台发射功率,若测定SIR目标SIR， 增加移动台发射功率,闭环功率控制,功率控制的分类,NodeB,UE,进行功率估计,接收机测量接收到的宽带导频信号的功率，并估计传播路径损耗，根据路径损耗计算得需要发射的功率,上行开环功控主要用于UE端在 UpPTS和PRACH上发起随机接 入过程，此时UE还没有从 DPCH信道上收到功率控制 命令。,开环功率控制,闭环功率控制,闭环功率控制的目的是为了调整每个移动台的发射功率，减小远近 效应的影响，尽可能保证基站接收到所有移动台的功率都相等，从而 使每个用户都能满足传输业务的QoS。,上行内环控制,下行内环控制,外环功率控制,
19、功率控制的目的：使基站处接收到的每个UE信号的bit能量相等,NodeB,UE,下发TPC,测量接收信号 SIR并比较,内环,设置SIRtar,200Hz,每一个UE都有一个自己的控制环路,内环功率控制,上行内环控制,UE根据开环功率控制，设定初始DPCH发射功率，直到初始化发射之后，进入闭环功率控制。 内环功率控制是基于SIR进行的。在功率控制过程中，Node B周期性的将接收到的SIR测量值和SIR的目标值进行比较，如测量值小于目标值，则TPC命令置“up”，当测量值大于目标值，TPC命令置“down”。在UE端，对TPC比特位进行软判决，若判决结果为“up”，则将发射功率增加一个步长；若
20、判决结果为“down”，则将发射功率降低一个步长。目标SIR值由高层通过外环进行调整。,下行内环控制,下行链路专用物理信道的初始发射功率由网络设置，直到第一个上行DPCH到达。以后的发射功率由UE采用基于SIR的内环控制。 UE周期性的测量所接收到的SIR，当测量值大于目标值，则TPC命令置“down”，当测量值小于目标值，TPC命令置“up”。在Node B侧，对TPC比特位进行软判决，若判决结果为“down”，则将发射功率降低一个步长；若判决结果为“up”，则将发射功率增加一个步长。,NodeB,UE,下发TPC,测量接收信号 SIR并比较,内环,设置SIRtar,测量传输信道上的BLER,外环,RNC,测量接收数据 BLER并比较,设置BLERtar,10-100Hz,外环功控主要是为内环功控设定目标值，外环功率控制将BER/BLER与QoS要求的门限相比较，并根据一定的外环功控算法给出既能保证通信质量又能使系统容量最大的SIR目标值。,外环功率控制,开环功率控制：DPCH 闭环功率控制：DPCH,功率控制参数,
