G和TDSCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)課件

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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第三課：TD-SCDMA的關(guān)鍵技術(shù),第三課：TD-SCDMA的關(guān)鍵技術(shù),1,3G關(guān)鍵技術(shù)概論,（1）初始同步與Rake多徑分集接收技術(shù),CDMA通信系統(tǒng)接收機的初始同步包括PN碼同步、符號同步、幀同步和擾碼同步等。,在CDMA移動通信系統(tǒng)中，由于信號帶寬較寬，因而在時間上可以分辨出比較細微的多徑信號。對分辨出的多徑信號分別進行加權(quán)調(diào)整，使合成之后的信號得以增強，從而可在較大程度上降低多徑衰落信道所造成的負面影響。這種技術(shù)稱為Rake多徑分集接收技術(shù)。,宏分集及越區(qū)軟切換技術(shù),3G關(guān)鍵技術(shù)概論（1）初始同步

2、與Rake多徑分集接收技術(shù),2,3G關(guān)鍵技術(shù)概論,RAKE接收機框圖,3G關(guān)鍵技術(shù)概論RAKE接收機框圖,3,3G關(guān)鍵技術(shù)概論,（2）高效信道編譯碼技術(shù),在3G移動通信系統(tǒng)主要提案中（包括WCDMA和cdma2000等），除采用與IS-95 CDMA系統(tǒng)相類似的卷積編碼技術(shù)和交織技術(shù)之外，還建議采用Turbo編碼技術(shù)及RS-卷積級聯(lián)碼技術(shù)。,（3）智能天線技術(shù),從本質(zhì)上來說，智能天線技術(shù)是雷達系統(tǒng)自適應(yīng)天線陣在通信系統(tǒng)中的新應(yīng)用。,智能天線包括兩個重要組成部分，一是對來自移動臺發(fā)射的多徑電波方向進行到達角(DOA)估計，并進行空間濾波，抑制其它移動臺的干擾。二是對基站發(fā)送信號進行波束形成，使基

3、站發(fā)送信號能夠沿著移動臺電波的到達方向發(fā)送回移動臺，從而降低發(fā)射功率，減少對其它移動臺的干擾。,3G關(guān)鍵技術(shù)概論（2）高效信道編譯碼技術(shù)（3）智能天線技術(shù),4,3G關(guān)鍵技術(shù)概論,（4）多用戶檢測技術(shù),在傳統(tǒng)的CDMA接收機中，各個用戶的接收是相互獨立進行的。在多徑衰落環(huán)境下，由于各個用戶之間所用的擴頻碼通常難以保持正交，因而造成多個用戶之間的相互干擾，并限制系統(tǒng)容量的提高。解決此問題的一個有效方法是使用多用戶檢測技術(shù)，通過測量各個用戶擴頻碼之間的非正交性，用矩陣求逆方法或迭代方法消除多用戶之間的相互干擾。,（5）功率控制技術(shù),在CDMA系統(tǒng)中，由于用戶共用相同的頻帶，且各用戶的擴頻碼之間存在著

4、非理想的相關(guān)特性，用戶發(fā)射功率的大小將直接影響系統(tǒng)的總?cè)萘?，從而使得功率控制技術(shù)成為CDMA系統(tǒng)中的最為重要的核心技術(shù)之一。,3G關(guān)鍵技術(shù)概論（4）多用戶檢測技術(shù)（5）功率控制技術(shù),5,主要內(nèi)容,智能天線技術(shù),多用戶檢測技術(shù),Turbo編譯碼技術(shù),接力切換,軟件無線電,同步CDMA,主要內(nèi)容智能天線技術(shù),6,主要內(nèi)容,智能天線技術(shù),多用戶檢測技術(shù),Turbo編譯碼技術(shù),接力切換,軟件無線電,同步CDMA,主要內(nèi)容智能天線技術(shù),7,智能天線的基本概念,智能天線技術(shù)是基于自適應(yīng)天線原理的一種適合于第三代移動通信系統(tǒng)的新技術(shù)。它利用天線陣列的波束會成和指向，而產(chǎn)生多個獨立的波束，以自適應(yīng)地調(diào)整其方向

5、圖以跟蹤信號的變化；同時對干擾方向調(diào)零以減少甚至抵消干擾信號，以提高接收信號的載于比，增加系統(tǒng)的容量和頻譜效率。,智能天線采用空分多址（SDMA）技術(shù)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號區(qū)分開來，最大限度地利用有限的信道資源。同無方向性天線相比較，其上、下行鏈路的天線增益大大提高，降低了發(fā)射功率電平，提高了信噪比，有效地克服了信道傳輸衰落的影響。,同時，由于天線波瓣直接指向用戶，減小了與本小區(qū)內(nèi)其它用戶之間，以及與相鄰小區(qū)用戶之間的干擾，而且也減少了移動通信信道的多徑效應(yīng)。CDMA系統(tǒng)是個功率受限系統(tǒng)，智能天線的應(yīng)用達到了提高天線增益和減少系統(tǒng)干擾兩大目的，從而顯著地擴

6、大了系統(tǒng)容量，提高了頻譜利用率。,智能天線的基本概念 智能天線技術(shù)是基于自適應(yīng)天線原理的一種適,8,智能天線的基本概念,TD-SCDMA系統(tǒng)充分利用了CDMA、TDMA、FDMA和SDMA這四種多址方式的技術(shù)優(yōu)勢，使系統(tǒng)性能最佳化。,智能天線的核心在于數(shù)字信號處理部分，它根據(jù)一定的準則，使天線陣產(chǎn)生定向波束指向用戶，并自動地調(diào)整系數(shù)以實現(xiàn)所需的空間濾波。,智能天線須要解決的兩個關(guān)鍵問題,辨識信號的方向,數(shù)字賦形的實現(xiàn)。,智能無線的特點：,能夠以較低的代價換得無線覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、業(yè)務(wù)質(zhì)量、抗阻 塞和掉后等性能的提高。在干擾和噪聲環(huán)境下，通過其自身的反饋控制系統(tǒng)改變輻射單元的輻射方向圖、頻率響

7、應(yīng)以及其它參數(shù)，使接收機輸出端有最大的信噪比。,智能天線的基本概念TD-SCDMA系統(tǒng)充分利用了CDMA、T,9,智能天線的主要功能,在CDMA系統(tǒng)（無論是TDD或FDD方式）中，采用智能天線和波束賦形技術(shù)，能夠在多個方面大大改善通信系統(tǒng)的性能，概括地講主要有：,提高了基站接收機的靈敏度，,提高了基站發(fā)射機的等效發(fā)射功率，降低了系統(tǒng)的干擾，,增加了CDMA系統(tǒng)的容量，改進了小區(qū)的覆蓋，降低了無線基站的成本。,智能天線的主要功能在CDMA系統(tǒng)（無論是TDD或FDD方式）,10,智能天線的基本原理,傳統(tǒng)系統(tǒng)的天線發(fā)射無線射頻信號時具有各向等效性，大多數(shù)發(fā)射能量被浪費，而且造成用戶間干擾,CDMA技

8、術(shù)中，這種用戶之間干擾是使系統(tǒng)性能和容量下降的主要原因。,裝備有自適應(yīng)天線陣列IntelliCell的基站能夠把大部分發(fā)射能量集中給目標用戶，通過凹陷點抑制達到干擾抑制的目的，減少多徑衰落的影響，提高信號增益。,智能天線的基本原理傳統(tǒng)系統(tǒng)的天線發(fā)射無線射頻信號時具有各向等,11,智能天線的基本原理,被動干擾抑制,Passive Interference Mitigation,主動干擾抑制,Active Interference Mitigation,有效信號的增強,干擾信號的抑制,智能天線的基本原理被動干擾抑制 主動干擾抑制有效信號的增強,12,天線陣列的選擇,天線陣元分布方式有直線型，平面型

9、，圓環(huán)型和立體型。立體型天線陣列由于復(fù)雜程度和校準難度以及部署難度較大，所以實用的場合較少。一般來說，直線型和平面型更容易實現(xiàn)基站的定向覆蓋。而且，在基站選址的問題上也更加靈活，直線型和平面型天線陣列可以很容易安置于高大建筑物的側(cè)面，也可以安置于桿狀建筑物如電線桿上。而圓環(huán)型天線陣列更適于安置于鐵塔或樓房頂部，這樣更方便提供全向覆蓋。需要指出的是，圓環(huán)型天線陣列的天線校準難度比直線型和平面型要大。,天線陣列的選擇天線陣元分布方式有直線型，平面型，圓環(huán)型和立體,13,TD-SCDMA的智能天線,TD-SCDMA的智能天線使用一個環(huán)形天線陣，由,8個完全相同的天線元素,均勻地分布在一個,直徑為25

10、cm,的圓上所組成。智能天線的功能是由天線陣及與其相連接的基帶數(shù)字信號處理部分共同完成的。該智能天線的仰角方向輻射圖形與每個天線元相同。在方位角的方向圖由基帶處理器控制，可同時產(chǎn)生多個波束，按照通信用戶的分布，在360的范圍內(nèi)任意賦形。為了消除干擾，波束賦形時還可以在有干擾的地方設(shè)置零點，該零點處的天線輻射電平要比最大輻射方向低約40dB。,TD-SCDMA使用的智能天線N8時，比無方向性的單振子天線的增益分別大9dB（對接收）和18dB（對發(fā)射）。,每個振子的增益為8dB,，則該天線的,最大接收增益為17dB,，,最大發(fā)射增益為26dB,。由于基站智能天線的發(fā)射增益要比接收增益大得多，對于傳

11、輸非對稱的IP等數(shù)據(jù)、下載較大業(yè)務(wù)信息是非常適合的。,TD-SCDMA的智能天線 TD-SCDMA的智能天線使用一,14,TD-SCDMA中智能天線方案的要點,（1）采用TDD工作方式，上下行信道對稱，從上行接收信號中獲取的加權(quán)矢量估計值可以直接用于下行波束賦形，不需轉(zhuǎn)換；,（2）依靠接收信號來對下行波束賦形；,（3）采用低碼片速率；,（4）專用的下行導頻時隙；,（5）專用的上行導頻時隙；,（6）采用同步CDMA技術(shù)和嚴格的功率控制技術(shù)；,TD-SCDMA中智能天線方案的要點（1）采用TDD工作方式,15,智能天線與聯(lián)合檢測算法的結(jié)合,智能天線與聯(lián)合檢測算法相結(jié)合的結(jié)構(gòu)原理圖,智能天線并不能完

12、全消除干擾，必須與其他抗干擾技術(shù)相結(jié)合。,智能天線與聯(lián)合檢測算法的結(jié)合智能天線與聯(lián)合檢測算法相結(jié)合的結(jié),16,主要內(nèi)容,智能天線技術(shù),多用戶檢測技術(shù),Turbo編譯碼技術(shù),接力切換,軟件無線電,同步CDMA,主要內(nèi)容智能天線技術(shù),17,多用戶檢測（MUD）的意義,所謂多用戶檢測接收即將多址用戶的信息共同用來更好的檢測單個用戶的信號。,多址干擾MAI（Multiple Access Interference）,“遠近效應(yīng)”,傳統(tǒng)的CDMA檢測器分別對每個用戶進行擴頻碼的相關(guān)運算，這種做法沒有考慮MAI和普通白噪聲的差異。MUD則充分利用各個用戶的擴頻序列、時延、幅度和相位信息對各用戶進行聯(lián)合檢測

13、，從總體上提高各個用戶的性能。,TDSCDMA已決定采用多用戶檢測（聯(lián)合檢測）方案，而在WCDMA和cdma2000等RTT方案中，雖然目前沒有采用MUD，但均表示將適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，在以后支持該項技術(shù)。,多用戶檢測（MUD）的意義所謂多用戶檢測接收即將多址用戶的信,18,多用戶檢測的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,1986年，Verdu首先設(shè)計出了,最大似然序列（MSL）,檢測器，結(jié)構(gòu)上由匹配濾波器組加上Viterbi譯碼器組成。,最大似然檢測MSL雖然是一種最佳的檢測器，但由于復(fù)雜度與用戶數(shù)呈指數(shù)關(guān)系，硬件實現(xiàn)十分困難。,次佳（sub-optimal）MUD,，它們雖然性能上略差于MSL檢測器，但復(fù)雜度

14、卻大大降低了。,次佳MUD大體可歸為,線性MUD,和,非線性MUD,兩大類。,多用戶檢測的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1986年，Verdu首先設(shè),19,線性MUD,所謂線性MUD，是指先對匹配濾波器的輸出進行一次線性變換，然后再判決。,線性多用戶檢測主要有三種，解相關(guān)、最小均方誤差檢測器和多項式擴展檢測器。這種接收機的優(yōu)點是：,1.不需要估計接收幅度。需要幅度估計的檢測器通常對于估計錯誤十分敏感。,2.計算復(fù)雜度遠遠低于最大似然檢測器。每比特檢測的復(fù)雜度是用戶數(shù)的線性函數(shù)，除去計算求逆的代價。,3.在對抗遠近效應(yīng)方面得到最優(yōu)值。,4.能夠每次解相關(guān)一個比特。,缺點是：,1.這種檢測器的缺點是它引起了

15、噪聲的增加。,2.解相關(guān)檢測器更大的缺點是需要計算矩陣R的逆，這是很難實時實現(xiàn)的。,線性MUD所謂線性MUD，是指先對匹配濾波器的輸出進行一次線,20,非線性MUD,非線性MUD的基本思想：,在接收端重構(gòu)各個用戶的MAI，并讓它們和包含MAI的混合接收信號相減，使得MAI剛好抵消。在原理和結(jié)構(gòu)上，非線性MUD與克服碼間干擾（ISI）所用的判決反饋均衡器類似，故又稱為判決反饋抵消器。常用的有兩種：串行干擾抵消SIC和并行干擾抵消PIC。,SIC先對所有用戶按接收功率由大到小進行排序，然后對各用戶逐一進行判決、MAI的重構(gòu)和抵消。SIC在性能上比傳統(tǒng)檢測器有較大提高，而且硬件結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。但

16、是SIC每一級都有一個字符的時延，用戶越多，時延越大；另外當信號功率強度順序發(fā)生變化時要重新排序；如果初始數(shù)據(jù)判決不可靠的話，將對下級產(chǎn)生較大的干擾。,PIC與SIC不同的是，PIC每一級都同時估計和去除所有用戶造成的MAI，然后再進行數(shù)據(jù)的判決。由于它并行處理，克服了SIC時延大的缺點，而且無需在情況發(fā)生變化時進行重新排序，在各種MUD中具有較高的實用價值。,非線性MUD非線性MUD的基本思想：,21,多用戶檢測技術(shù)的局限性,用戶檢測不能夠消除其它小區(qū)的MAI干擾對本小區(qū)的影響,多用戶檢測技術(shù)不能直接用于下行鏈路的接收,半盲和盲檢測技術(shù),所謂半盲檢測就是干擾用戶特征序列部分已知部分未知條件下的檢測，適用于小區(qū)基站；,所謂盲檢測就是不知道所有干擾用戶特征序列條件下的檢測，適用于移動臺。兩者的主要思想都是通過子空間跟蹤技術(shù)獲得信號子空間并利用它來消除未知用戶造成的干擾。,半盲檢測器的代表有混合型半盲檢測器，它采用了解相關(guān)和最小均分誤差相結(jié)合的方法。盲檢測器有基于信號子空間的MMSE盲檢測器和基于正交投影的盲檢測器。信號子空間跟蹤結(jié)果的準確性直接影響了盲和半盲檢測器的性能。,多用戶檢測技術(shù)