002TD-SCDMA 無線網絡關鍵技術

1、TD-SCDMA無線網絡關鍵技術時分雙工方式聯合檢測智能天線上行同步軟件無線電接力切換功率控制.TD-SCDMA系統的關鍵技術TS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6動態信道分配 培訓目標學完本課程后，您應該能：了解聯合檢測技術的設計思想和優勢列出智能天線技術給網絡帶來的好處知道TD-SCDMA采用上行同步技術的原因了解軟件無線電技術的設計思想和對網絡運營的益處了解基本的無線資源管理算法：信道配置，功率控制，接力切換等算法的原理和效果目 錄聯合檢測 (Joint Detection)智能天線 (Smart Antenna)上行同步 (Uplink Synchronization)軟件無線電

2、(Soft Defined Radio)TD-SCDMA無線資源管理5.1 動態信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切換 (Baton Handover)目 錄聯合檢測 (Joint Detection)智能天線 (Smart Antenna)上行同步 (Uplink Synchronization)軟件無線電 (Soft Defined Radio)TD-SCDMA無線資源管理5.1 動態信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5

3、.3 接力切換 (Baton Handover)多址干擾 (MAI)多徑干擾 (ISI)擴頻信號功率MAI有用信號acb+=移動通信系統中的干擾傳統接收機解調技術每個用戶的信號“分別”進行擴頻碼匹配處理只有在理想正交的情況下，才能完全消除多址干擾的影響能量頻率MAIISI熱噪聲傳統接收機解調能量頻率MAIISI熱噪聲CDMA信號在空中傳輸聯合檢測的設計思想對多個用戶的信號的多徑分量進行“聯合”處理，充分利用用戶信號的擴頻碼、幅度、定時、延遲等信息，大幅度降低多徑和多址干擾能量頻率MAIISI熱噪聲CDMA信號在空中傳輸使用聯合檢測能量熱噪聲K個用戶信道估計AK個用戶聯合檢測用戶1用戶2用戶K接

4、收數據E用戶數據X甲卷：e1 = a11*x1 + a21*x2其中e1, a11, a21已知，求解x1合卷：e1 = a11*x1 + a21*x2 e2 = a12*x1 + a22*x2 其中e1, e2, a11, a12 , a21, a22已知求解x1 , x2 e = AX，確定性計算乙卷：e2 = a12*x1 + a22*x2 其中e2, a12, a22已知，求解x2聯合檢測的數學模型聯合檢測的信道模型數據估計器d：用戶要傳輸的數據c：用戶使用的擴頻碼h：信道沖激響應n：高斯白噪聲e：基站接收到的數據聯合檢測的信道估計只要接收端知道A (擴頻碼c和信道脈沖響應h)，就可以

5、估計出符號序列d擴頻碼c已知，信道脈沖響應h可以利用突發結構中的訓練序列Midamble求解h M M*h = M*/ M聯合檢測算法線性檢測算法匹配濾波算法：MF迫零塊均衡算法：ZF-BLE最小均方誤差塊均衡算法：MMSE-BLE非線性檢測算法迫零反饋算法：ZF-DF最小均方誤差反饋算法：MMSE-DFCH0 理想信道無噪聲CH1 噪聲+多用戶各算法性能比較聯合檢測的效果減少多址干擾和多徑干擾，提高系統容量減少噪聲上升，提高覆蓋克服CDMA特有的“遠近效應”，降低對功率控制的要求目 錄聯合檢測 (Joint Detection)智能天線 (Smart Antenna)上行同步 (Uplink

6、 Synchronization)軟件無線電 (Soft Defined Radio)TD-SCDMA無線資源管理5.1 動態信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切換 (Baton Handover)智能天線的設計思想沒有智能天線的情況下，小區間用戶干擾嚴重使用智能天線的情況下，小區間用戶干擾得到極大改善智能天線系統的組成天線陣列圓陣或線陣收發信機一個陣元一套射頻收發單元智能天線算法PAPAPAS(t)w1w2w8合分路器件加權智能天線算法基本原理上行：基站根據各個陣元接收信號的相位差估計UE的方向下行：

7、根據UE的方向，調整各個陣元上的振幅和相位，形成指向該UE的指向波束aka1.deka1ka0eka0天線陣列下行賦形下行數據信道估計賦形參數估計空域濾波聯合檢測上行用戶數據智能天線算法實現模型圓陣天線線陣天線智能天線的天線陣智能天線應用演示：多個用戶波束賦形關閉第 8 根天線的發送通路關閉第 7-8 根天線的發送通路關閉第 3-8 根天線的發送通路關閉第 2-8 根天線的發送通路智能天線的效果對用戶起到空間隔離、消除干擾的作用最大化對期望用戶的能量最小化對其他用戶的干擾用戶間干擾被有效抑制智能天線的效果 (續)陣列天線和賦型算法可以提供15dB以上的額外增益，從而：增加覆蓋范圍，減少站點數量

8、（基站數目平均降低50%）減少發射功率，延長移動臺電池壽命提高信號接收質量，增加系統容量智能天線的效果 (續)智能天線的發射增益比接收增益大（仿真結果大約相差23dB），對于下行流量較大的非對稱數據業務非常適合上行鏈路智能天線增益 下行鏈路智能天線增益智能天線技術的后續發展開發雙極化智能天線，減小天線尺寸和重量采用光纖射頻拉遠單元 (RRU)，以光纖代替饋線，進一步降低天饋成本目 錄聯合檢測 (Joint Detection)智能天線 (Smart Antenna)上行同步 (Uplink Synchronization)軟件無線電 (Soft Defined Radio)TD-SCDMA無線

9、資源管理5.1 動態信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切換 (Baton Handover)ABCD時隙2A同一時隙不同用戶到達基站時間點對齊BCD上行同步的基本概念上行同步的目的減小小區內用戶間的上行多址干擾和多徑干擾，增加小區容量和小區半徑使TD-SCDMA具有區別于cdma2000和WCDMA的專利，擁有自主知識產權SF = 4Cch 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

10、,-1,-11,-1,-1,1理想無時延1,1,-1,-11,-1,-1,1延時1chip1,1,-1,-11,-1,-1,1上行同步建立UENode BUpPCH （UpPTS）FPACHPRACH（RACH）SCCPCH（FACH）終端選擇SYNC-UL，以估算的時間和功率發送基站檢測到SYNC-UL，并回送定時和功率調整調整定時和功率，發送隨機接入請求發送隨機接入響應后，進行后續的信令接續上行同步保持SS BitsSS 命令含義00Down減小k/8 chip個同步偏移11Up增加k/8 chip個同步偏移01 Do nothing保持不變業務數據GP16業務數據SSMidamble14

11、4chips目 錄聯合檢測 (Joint Detection)智能天線 (Smart Antenna)上行同步 (Uplink Synchronization)軟件無線電 (Soft Defined Radio)TD-SCDMA無線資源管理5.1 動態信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切換 (Baton Handover)軟件無線電（SDR）的由來解決多制式系統的“互通性”軍事上：“沙漠風暴”行動中，各種通信設備的不兼容性暴露無疑，不得不借助許多額外的無線電臺，才能保障高效的通信聯絡民用方面：多種移動通

12、信系統，各國制式、頻率各不相同，不能互通、兼容，對于跨國漫游的人們帶來了極大的不便減少技術演進過程中的投資浪費技術的演進需要更換硬件，極大地增加了設備投資的成本：基站要全部更換軟件無線電（SDR）的設計思想盡可能以軟件（算法）實現射頻硬件部分的功能構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺各種功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等用軟件來完成使A/D和D/A轉換器盡可能靠近天線新一代無線通信系統具有高度靈活性、開放性軟件無線電（SDR）實現模型模擬前端寬帶A/D數字下變頻器高速DSP處理器數字上變頻器寬帶D/A軟件無線電（SDR）實現的難點高速數字信號采樣技術根據

13、“奈奎斯特第一定律”，要想無失真地傳遞某一頻率的信號，需要以不低于該信號最高頻率2倍的采樣速率進行采樣！例如：對于工作在2GHz的系統，采樣頻率要達到4GHz，目前的器件無法達到此要求目前能夠實現中頻采樣（100MHz左右），射頻前端采用模擬技術實現隨著技術的發展，采樣點逐漸向射頻前端推進，最終達到射頻部分完全數字化的目標帶通濾波低噪聲放大寬帶濾波一中放(寬帶)寬帶濾波二中放(寬帶)一本振（大步進）AGC二本振中頻數字化接收機采用SDR技術的基站設備MTRUMTRUMTRU基帶處理單元FANPWRPWRMBBPMBBPMBBPMBBPUTRPGMPTTMPTTD-SCDMA維護單元傳輸子系統多

14、模、多制式基帶信號處理單元GSM維護單元MTRUMTRUMTRU多模、多載波射頻單元900M頻段多模、多載波射頻單元2.1G頻段MBBPMBBPLTELTESDR基站設備的后續演進FANPWRPWRMBBPMBBPMBBPMBBPUTRPGMPTTMPT多模、寬帶射頻單元MTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUFANPWRPWRMBBPMBBPMBBPMBBPUTRPGMPTTMPTMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUFANPWRPWRMBBPMBBPUTRPGMPTTMPT采用軟件無線電后的效果多種通信制式的設備共享硬件平臺

15、，節省機房，降低投資技術演進時只需要進行軟件升級，新技術、新制式網絡建設速度大大加快目 錄聯合檢測 (Joint Detection)智能天線 (Smart Antenna)上行同步 (Uplink Synchronization)軟件無線電 (Soft Defined Radio)TD-SCDMA無線資源管理5.1 動態信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切換 (Baton Handover)無線資源管理（RRM）的目的RRM：Radio Resource ManagementRRM的目的保證CN所請求

16、的QoS增強系統的覆蓋提高系統的容量小區覆蓋鏈路質量小區容量RRM的主要任務貫穿整個RRM過程的主線：保證QoS，節約功率，減小干擾為了保證CN所請求的QoS，需要將QoS映射成接入層的一些特性，從而利用接入層的資源為本條連接服務信道配置在保證CN所請求的QoS的前提下，使用戶的發射功率最小，從而減少該UE對于整個系統的干擾，提高系統的容量和覆蓋功率控制確保UE移動到其他小區（系統）后，能夠繼續得到服務，以保證QoS切換控制RRM的基本流程Step1：上層發送測量控制命令Step2：開始測量測量的執行者：UE，NodeB，RNCStep3：生成測量報告Step4：通過算法進行判決，決策Step

17、5：資源的控制和執行目 錄聯合檢測 (Joint Detection)智能天線 (Smart Antenna)上行同步 (Uplink Synchronization)軟件無線電 (Soft Defined Radio)TD-SCDMA無線資源管理5.1 動態信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切換 (Baton Handover)CN所請求信道資源的QoS特性業務類型（Traffic Classes）會話類業務（Conversational）流類業務（Streaming）交互類業務（Interactiv

18、e）背景類業務（Background）質量要求（BLER）速率要求：VIP用戶和普通用戶可以不相同頻域 DCA (FDMA)業務動態地分配到干擾最小的頻率上EnergyTimeFDMAFrequencyCDMATDMA時域DCA (TDMA)業務分配到干擾最小的時隙空域DCA (SDMA)自適應的智能天線技術選擇最佳的解耦方向碼域DCA (CDMA)改變分配的碼道來降低干擾動態信道分配（DCA）的效果1：干擾最小化動態信道分配（DCA）的效果2：帶寬“按需分配”系統容量傳統信道配置業務源速率動態信道配置帶寬調整的判決MAC-dTransportChannelTraffic VolumeThre

19、sholdConfiguration in L2RLCSignaling bearerDCH1RLCTFC SelectDCH2Channel SwitchingDCCHDTCH對Buffer中Traffic Volume進行測量根據測量結果判決是否需要動態改變該UE所使用的帶寬在判決過程中，需要考慮空中接口是否受限慢速和快速DCASlow DCA：小區載頻優先級動態調整，載頻上下行時隙分配與調整，各時隙優先級的動態調整一般情況下，主載波優先級最高時隙優先級有兩種設置方式：TS2, TS5 TS3, TS6 TS1, TS4，適用于建網初期，容量小的場景各時隙按照負荷均衡的原則分配業務，適用于

20、容量比較大的場景FAST DCA：針對每個UE的信道資源的分配，主要是載頻、時隙、信道碼資源與Midamble碼資源的分配管理目 錄聯合檢測 (Joint Detection)智能天線 (Smart Antenna)上行同步 (Uplink Synchronization)軟件無線電 (Soft Defined Radio)TD-SCDMA無線資源管理5.1 動態信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切換 (Baton Handover)功控的目的克服遠近效應克服陰影衰落和快衰落降低網絡干擾，提高業務質量提

21、高系統容量遠近效應CDMA自從被提出以來，一直沒有得到大規模應用的主要問題就是無法克服“遠近效應”弱信號被離基站近的UE的信號“淹沒”，無法通信無線通信的大敵：衰落采用功率控制后的效果0200400600800-20-15-10-505101520Relative power (dB)衰落發射功率接收信號 功率控制的類型開環功率控制：用于初始接入過程閉環功率控制：用于業務進行過程上行、下行內環功率控制上行、下行外環功率控制沒有開環功控，造成初始干擾大，而且閉環功控收斂慢timepowertimepower為什么使用開環功率控制？使用開環功控后，初始干擾變小，而且閉環功控收斂很快開環功率控制UE

22、通過測量導頻信道的接收功率，計算上行初始發射功率TD-SCDMA采用TDD方式，上行、下行頻率相同，因此對于上行初始功率的估計更準確，開環功率控制效果好于FDD方式NodeBUERACHBCH: CPICH channel power UL interference level閉環功率控制上行內環功率控制NodeB控制UE的發射功率NodeBUE發送TPC200次/秒上行信號設置SIRtarSIRmea SIRtarSIRmea BLERtarBLERmea BLERtarBLERmea = BLERtar SIRtar SIRtar Do nothing閉環功率控制下行外環功率控制UE通過動

23、態調整SIRtar，間接控制NodeB的發射功率NodeB內環功控L1UEUE的L3軟件模塊測量接收信號的BLER，并與BLERtar相比較設置SIRtar目 錄聯合檢測 (Joint Detection)智能天線 (Smart Antenna)上行同步 (Uplink Synchronization)軟件無線電 (Soft Defined Radio)TD-SCDMA無線資源管理5.1 動態信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切換 (Baton Handover)切換的分類硬切換任何移動通信系統都能夠支持軟切換CDMA特有（WCDMA，cdma200