,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三课：TD-SCDMA的关键技术,第三课：TD-SCDMA的关键技术,1,3G关键技术概论,（1）初始同步与Rake多径分集接收技术,CDMA通信系统接收机的初始同步包括PN码同步、符号同步、帧同步和扰码同步等。,在CDMA移动通信系统中，由于信号带宽较宽，因而在时间上可以分辨出比较细微的多径信号。对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合成之后的信号得以增强，从而可在较大程度上降低多径衰落信道所造成的负面影响。这种技术称为Rake多径分集接收技术。,宏分集及越区软切换技术,3G关键技术概论（1）初始同步与Rake多径分集接收技术,2,3G关键技术概论,RAKE接收机框图,3G关键技术概论RAKE接收机框图,3,3G关键技术概论,（2）高效信道编译码技术,在3G移动通信系统主要提案中（包括WCDMA和cdma2000等），除采用与IS-95 CDMA系统相类似的卷积编码技术和交织技术之外，还建议采用Turbo编码技术及RS-卷积级联码技术。,（3）智能天线技术,从本质上来说，智能天线技术是雷达系统自适应天线阵在通信系统中的新应用。,智能天线包括两个重要组成部分，一是对来自移动台发射的多径电波方向进行到达角(DOA)估计，并进行空间滤波，抑制其它移动台的干扰。二是对基站发送信号进行波束形成，使基站发送信号能够沿着移动台电波的到达方向发送回移动台，从而降低发射功率，减少对其它移动台的干扰。,3G关键技术概论（2）高效信道编译码技术（3）智能天线技术,4,3G关键技术概论,（4）多用户检测技术,在传统的CDMA接收机中，各个用户的接收是相互独立进行的。在多径衰落环境下，由于各个用户之间所用的扩频码通常难以保持正交，因而造成多个用户之间的相互干扰，并限制系统容量的提高。解决此问题的一个有效方法是使用多用户检测技术，通过测量各个用户扩频码之间的非正交性，用矩阵求逆方法或迭代方法消除多用户之间的相互干扰。,（5）功率控制技术,在CDMA系统中，由于用户共用相同的频带，且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量，从而使得功率控制技术成为CDMA系统中的最为重要的核心技术之一。,3G关键技术概论（4）多用户检测技术（5）功率控制技术,5,主要内容,智能天线技术,多用户检测技术,Turbo编译码技术,接力切换,软件无线电,同步CDMA,主要内容智能天线技术,6,主要内容,智能天线技术,多用户检测技术,Turbo编译码技术,接力切换,软件无线电,同步CDMA,主要内容智能天线技术,7,智能天线的基本概念,智能天线技术是基于自适应天线原理的一种适合于第三代移动通信系统的新技术。它利用天线阵列的波束会成和指向，而产生多个独立的波束，以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化；同时对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，以提高接收信号的载于比，增加系统的容量和频谱效率。,智能天线采用空分多址（SDMA）技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。同无方向性天线相比较，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。,同时，由于天线波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其它用户之间，以及与相邻小区用户之间的干扰，而且也减少了移动通信信道的多径效应。CDMA系统是个功率受限系统，智能天线的应用达到了提高天线增益和减少系统干扰两大目的，从而显著地扩大了系统容量，提高了频谱利用率。,智能天线的基本概念 智能天线技术是基于自适应天线原理的一种适,8,智能天线的基本概念,TD-SCDMA系统充分利用了CDMA、TDMA、FDMA和SDMA这四种多址方式的技术优势，使系统性能最佳化。,智能天线的核心在于数字信号处理部分，它根据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向用户，并自动地调整系数以实现所需的空间滤波。,智能天线须要解决的两个关键问题,辨识信号的方向,数字赋形的实现。,智能无线的特点：,能够以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻 塞和掉后等性能的提高。在干扰和噪声环境下，通过其自身的反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应以及其它参数，使接收机输出端有最大的信噪比。,智能天线的基本概念TD-SCDMA系统充分利用了CDMA、T,9,智能天线的主要功能,在CDMA系统（无论是TDD或FDD方式）中，采用智能天线和波束赋形技术，能够在多个方面大大改善通信系统的性能，概括地讲主要有：,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。,智能天线的主要功能在CDMA系统（无论是TDD或FDD方式）,10,智能天线的基本原理,传统系统的天线发射无线射频信号时具有各向等效性，大多数发射能量被浪费，而且造成用户间干扰,CDMA技术中，这种用户之间干扰是使系统性能和容量下降的主要原因。,装备有自适应天线阵列IntelliCell的基站能够把大部分发射能量集中给目标用户，通过凹陷点抑制达到干扰抑制的目的，减少多径衰落的影响，提高信号增益。,智能天线的基本原理传统系统的天线发射无线射频信号时具有各向等,11,智能天线的基本原理,被动干扰抑制,Passive Interference Mitigation,主动干扰抑制,Active Interference Mitigation,有效信号的增强,干扰信号的抑制,智能天线的基本原理被动干扰抑制 主动干扰抑制有效信号的增强,12,天线阵列的选择,天线阵元分布方式有直线型，平面型，圆环型和立体型。立体型天线阵列由于复杂程度和校准难度以及部署难度较大，所以实用的场合较少。一般来说，直线型和平面型更容易实现基站的定向覆盖。而且，在基站选址的问题上也更加灵活，直线型和平面型天线阵列可以很容易安置于高大建筑物的侧面，也可以安置于杆状建筑物如电线杆上。而圆环型天线阵列更适于安置于铁塔或楼房顶部，这样更方便提供全向覆盖。需要指出的是，圆环型天线阵列的天线校准难度比直线型和平面型要大。,天线阵列的选择天线阵元分布方式有直线型，平面型，圆环型和立体,13,TD-SCDMA的智能天线,TD-SCDMA的智能天线使用一个环形天线阵，由,8个完全相同的天线元素,均匀地分布在一个,直径为25cm,的圆上所组成。智能天线的功能是由天线阵及与其相连接的基带数字信号处理部分共同完成的。该智能天线的仰角方向辐射图形与每个天线元相同。在方位角的方向图由基带处理器控制，可同时产生多个波束，按照通信用户的分布，在360的范围内任意赋形。为了消除干扰，波束赋形时还可以在有干扰的地方设置零点，该零点处的天线辐射电平要比最大辐射方向低约40dB。,TD-SCDMA使用的智能天线N8时，比无方向性的单振子天线的增益分别大9dB（对接收）和18dB（对发射）。,每个振子的增益为8dB,，则该天线的,最大接收增益为17dB,，,最大发射增益为26dB,。由于基站智能天线的发射增益要比接收增益大得多，对于传输非对称的IP等数据、下载较大业务信息是非常适合的。,TD-SCDMA的智能天线 TD-SCDMA的智能天线使用一,14,TD-SCDMA中智能天线方案的要点,（1）采用TDD工作方式，上下行信道对称，从上行接收信号中获取的加权矢量估计值可以直接用于下行波束赋形，不需转换；,（2）依靠接收信号来对下行波束赋形；,（3）采用低码片速率；,（4）专用的下行导频时隙；,（5）专用的上行导频时隙；,（6）采用同步CDMA技术和严格的功率控制技术；,TD-SCDMA中智能天线方案的要点（1）采用TDD工作方式,15,智能天线与联合检测算法的结合,智能天线与联合检测算法相结合的结构原理图,智能天线并不能完全消除干扰，必须与其他抗干扰技术相结合。,智能天线与联合检测算法的结合智能天线与联合检测算法相结合的结,16,主要内容,智能天线技术,多用户检测技术,Turbo编译码技术,接力切换,软件无线电,同步CDMA,主要内容智能天线技术,17,多用户检测（MUD）的意义,所谓多用户检测接收即将多址用户的信息共同用来更好的检测单个用户的信号。,多址干扰MAI（Multiple Access Interference）,“远近效应”,传统的CDMA检测器分别对每个用户进行扩频码的相关运算，这种做法没有考虑MAI和普通白噪声的差异。MUD则充分利用各个用户的扩频序列、时延、幅度和相位信息对各用户进行联合检测，从总体上提高各个用户的性能。,TDSCDMA已决定采用多用户检测（联合检测）方案，而在WCDMA和cdma2000等RTT方案中，虽然目前没有采用MUD，但均表示将适应技术的发展，在以后支持该项技术。,多用户检测（MUD）的意义所谓多用户检测接收即将多址用户的信,18,多用户检测的研究现状和发展趋势,1986年，Verdu首先设计出了,最大似然序列（MSL）,检测器，结构上由匹配滤波器组加上Viterbi译码器组成。,最大似然检测MSL虽然是一种最佳的检测器，但由于复杂度与用户数呈指数关系，硬件实现十分困难。,次佳（sub-optimal）MUD,，它们虽然性能上略差于MSL检测器，但复杂度却大大降低了。,次佳MUD大体可归为,线性MUD,和,非线性MUD,两大类。,多用户检测的研究现状和发展趋势 1986年，Verdu首先设,19,线性MUD,所谓线性MUD，是指先对匹配滤波器的输出进行一次线性变换，然后再判决。,线性多用户检测主要有三种，解相关、最小均方误差检测器和多项式扩展检测器。这种接收机的优点是：,1.不需要估计接收幅度。需要幅度估计的检测器通常对于估计错误十分敏感。,2.计算复杂度远远低于最大似然检测器。每比特检测的复杂度是用户数的线性函数，除去计算求逆的代价。,3.在对抗远近效应方面得到最优值。,4.能够每次解相关一个比特。,缺点是：,1.这种检测器的缺点是它引起了噪声的增加。,2.解相关检测器更大的缺点是需要计算矩阵R的逆，这是很难实时实现的。,线性MUD所谓线性MUD，是指先对匹配滤波器的输出进行一次线,20,非线性MUD,非线性MUD的基本思想：,在接收端重构各个用户的MAI，并让它们和包含MAI的混合接收信号相减，使得MAI刚好抵消。在原理和结构上，非线性MUD与克服码间干扰（ISI）所用的判决反馈均衡器类似，故又称为判决反馈抵消器。常用的有两种：串行干扰抵消SIC和并行干扰抵消PIC。,SIC先对所有用户按接收功率由大到小进行排序，然后对各用户逐一进行判决、MAI的重构和抵消。SIC在性能上比传统检测器有较大提高，而且硬件结构简单，易于实现。但是SIC每一级都有一个字符的时延，用户越多，时延越大；另外当信号功率强度顺序发生变化时要重新排序；如果初始数据判决不可靠的话，将对下级产生较大的干扰。,PIC与SIC不同的是，PIC每一级都同时估计和去除所有用户造成的MAI，然后再进行数据的判决。由于它并行处理，克服了SIC时延大的缺点，而且无需在情况发生变化时进行重新排序，在各种MUD中具有较高的实用价值。,非线性MUD非线性MUD的基本思想：,21,多用户检测技术的局限性,用户检测不能够消除其它小区的MAI干扰对本小区的影响,多用户检测技术不能直接用于下行链路的接收,半盲和盲检测技术,所谓半盲检测就是干扰用户特征序列部分已知部分未知条件下的检测，适用于小区基站；,所谓盲检测就是不知道所有干扰用户特征序列条件下的检测，适用于移动台。两者的主要思想都是通过子空间跟踪技术获得信号子空间并利用它来消除未知用户造成的干扰。,半盲检测器的代表有混合型半盲检测器，它采用了解相关和最小均分误差相结合的方法。盲检测器有基于信号子空间的MMSE盲检测器和基于正交投影的盲检测器。信号子空间跟踪结果的准确性直接影响了盲和半盲检测器的性能。,多用户检测技术