1、第五章 TD-SCDMA关键技术,目标,学习完本课程，您将会： 了解TD-SCDMA系统使用的关键技术 掌握各种关键技术对系统性能的影响 了解各种关键技术对规划组网的影响,目录,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,TDD技术,TDD技术,TDD技术,TDD技术,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,TDD技术,目录,TDD技术 智能天线技术 联合检测技术 动态信道分配
2、 接力切换技术 功率控制,Talk,Talk,干扰,自适应阵列基站,普通基站,智能天线的作用,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,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,智能天线技术,智能天线,智能天线技术,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。 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
3、,智能天线技术,上行DOA估计,上行DOA(信号入射角)估计 d:平行上行信号路程差； L:天线阵元间的距离； :来波信号方位角； cos d/L = arccos(d/L),智能天线技术,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方式工作的系统中，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,智能天线实现示
4、意图,智能天线技术,智能天线实现示意图,智能天线系统主要包含如下部分： 智能天线阵列（圆阵，线阵）、 多RF通道收发信机子系统（每根天线对应一个RF通道）、 基带智能天线算法（基带实现，各用户单独赋形）。,智能天线技术,TD-SCDMA系统更适合采用智能天线,TDD的工作模式，上行下行的无线传播是对称的，上行的信道估计参数可直接应用于下行，相比FDD 要准确。 子帧时间较短（5ms），便于支持智能天线下的高速移动。 单时隙用户有限（目前最多8个），计算量小，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,智能天线技术,智能天线对TD-SCDMA系统
5、性能改进分析,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； 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； 降低了无线基站的成本。,智能天线技术,目录,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,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,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
6、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,联合检测技术,联合检测技术,联合检测概念,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。,联合检测技术,联合检测概念,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,d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声,e1 = c1* (h1c1*d1+h2c2*d2 +h3c3*d3 +n) e2 = c2* (h1c1*d1
7、+h2c2*d2 +h3c3*d3 +n) = =Ad e3 = c3* (h1c1*d1+h2c2*d2 +h3c3*d3 +n),e = Adn,联合检测原理,联合检测技术,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,e：接收到的数据序列,n：噪声,联合检测在TD-SCDMA系统中的实现,联合检测技术,关键是突发序列中的训练序列,联合检测在TD-
8、SCDMA系统中的实现,emid=Gh+nmid,联合检测技术,当忽略nmid时,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
9、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；,联合检测原理-算法,线性联合检测算法 解相关匹配滤波器法（DFM） 迫零线性块均衡法（ZF-BLE）：已实现最小均方误差线性块均衡法（MMSE-BLE）：已实现 多小区联合检测: 消除邻小区强干扰 非线性联合检测算法 最小均方误差判决反馈块均衡法（MMSE-BDFE） 迫零判决反馈块均衡法（ZF-BDFE） 根据目前的情况，在TD-SCDMA系统中，采用了线性算法的一种，即迫零线性块均衡（ ZF-BLE）
10、法。,联合检测技术,TD-SCDMA系统适合采用联合检测技术,联合检测在TD-SCDMA系统实现的优势,联合检测技术,联合检测对TD-SCDMA系统性能改进,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。,频率,MAI,检测到信号,能量,Frequency,允许的信号波动,能量,联合检测技术,智能天线+联合检测,联合检测技术,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
11、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。,联合检测技术,目录,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,信道分配技术,信道分配：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。,动态信道分配,信道分配技术,信道分配方案可分为以下三种： 固定信道分配（FCA） 动态
12、信道分配（DCA） 混合信道分配（HCA）,动态信道分配,动态信道分配（DCA）的应用,DCA是TD-SCDMA系统中RRM（无线资源管理）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是通过系统负荷，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,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，
13、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,动态信道分配,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,动态信道分配,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,动态信道分配,快速DCA,动态信道分配,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
14、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发生恶化时，且未满足切换条件，迁移至其他频点,动态信道分配,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
15、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。,动态信道分配,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。,动态信道分配,时域DCA,时隙选择的原则 时隙的上下行的负荷情况； Node B测得的上行时隙的干扰和UE测得的下行时隙干扰； 各时隙剩余RU资源情况； 用户的方向角信息 ；,动态信道分配,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
16、接入时，需要将某一时隙的资源调整至另一时隙 ；,动态信道分配,时域DCA,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。,动态信道分配,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；,动态信道分配,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,动态信道分配,C16,
17、0,C16,1,C16,4,C16,5,C16,6,C16,7,C16,8,C16,9,C16,10,C16,11,C16,12,C16,14,C16,15,C8,0,C8,2,C8,3,C8,4,C8,5,C8,7,C4,0,C4,1,C4,2,C4,3,C2,0,C2,1,C1,0,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。,C16,2,C16,3,C8,1,C8,6,C16,13,C16,12,动态信道分配,用户1,用户2,用户3,用户4,用户4,用户3,用户2,
18、用户1,码域DCA-码资源调整,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,动态信道分配,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,动态信道分配,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
19、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； 由于DCA技术的存在使得TD系统具备更高的频谱利用率；,动态信道分配,目录,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,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,
20、无线测量、网络判决和系统执行,切换步骤,越区切换,接力切换技术,硬切换：在早期的频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）移动通信系统中采用这种越区切换方法。当用户终端从一个小区或扇区切换到另一个小区或扇区时，先中断与原基站的通信，然后再改变载波频率与新的基站建立通信。,硬切换,接力切换技术,软切换,而在软切换过程中，UE先建立与Node B2的信令和业务连接之后，再断开与Node B1的信令和业务连接，即UE在某一时刻与2个基站同时保持联系。,接力切换技术,软切换,优点： 软切换过程不丢失信息，不中断通信，由于减少了同频干扰，增加系统容量。 缺点： 其一解决了终端在相同频率的小区或扇区间切换
21、的问题； 其二软切换的基础是宏分集，但在IS-95中宏分集占用了50的下行容量，因此软切换实现的增加系统容量被它本身所占用的系统容量所抵消。,接力切换技术,接力切换概念,接力切换(Baton Handover)是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。 其设计思想是利用智能天线获取UE的位置距离信息，同时使用上行预同步技术，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。,接力切换技术,接力切换工作流程,UE收到切换命令前的场景： 上下行均与源小区连接,UE收到切换命令后执行接力切换的场景：利用
22、开环预计同步和功率控制，首先只将上行链转移到目标小区，而下行链路仍与源小区通信,UE执行接力切换完毕后的场景：经过N个TTI后，下行链路转移到目标小区，完成接力切换,接力切换技术,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,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,接力切换工作流程-预同步,预同步中移动台只是通过接收到的PCCPCH信息估算UE在源小
23、区和目标小区上行定时偏差,接力切换技术,接力切换优点,接力切换优点 ：1、与通常的硬切换相比，接力切换除了要进行硬切换所进行的测量外，还要对符合切换条件的相邻小区的同步时间参数进行测量、计算和保持。接力切换使用上行预同步技术，在切换过程中，UE从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区。,接力切换技术,接力切换优点,接力切换优点 ：2、上行预同步的技术在移动台在与原小区通信保持不变的情况下与目标小区建立起开环同步关系，提前获取切换后的上行信道发送时间，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。接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切
24、换方法。,接力切换技术,接力切换优点,3、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。,接力切换技术,接力切换优点,4、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。,接力切换技术,目录,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,功率控制作用,
25、功率控制技术是CDMA系统的基础，没有功率控制就没有CDMA系统。 功率控制可以补偿衰落，接收功率不够时要求发射方增大发射功率。,功率控制,功率控制作用,功率控制可以克服远近效应，对上行功控而言，功率控制的目标即为所有的信号到达基站的功率够用即可。 由于移动信道是一个衰落信道，快速闭环功控可以随着信号的起伏进行快速改变发射功率，使接收电平由起伏变得平坦。,功率控制,功率控制分类,闭环,功率控制分类,开环功率控制 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。 接收到的功率越强，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。 开环功控
26、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。,功率控制,闭环,测量信噪比和目标信躁比比较，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,若测定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,功率控制分类,功率控制,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,开环控制原理,功率控制开环,功率控制,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
27、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,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
28、，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。,闭环内环功率控制,功率控制闭环（内环）,功率控制,NodeB,UE,下发TPC,测量接收信号 SIR并比较,内环,设置SIRtar,可以得到BLER稳定的业务数据,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,闭环外环功率控制,功率控制-闭环（外环）,功率控制,功率控制参数,功率控制,开环功率控制：UpPCH、PRACH 闭环功率控制：DPCH,功率控制,
