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1、第四部分关键技术第四部分关键技术本讲稿第一页，共六十页时分双工(TDD):上行频带和下行频带相同D U D D D DDD频分双工(FDD):上行频带和下行频带分离DD D D DDDUU上行D下行未使用TDD技术技术易于使用非对称频段易于使用非对称频段,无需具有无需具有特定双工间隔的成对频段特定双工间隔的成对频段适应用户业务需求，灵活配置时适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率隙，优化频谱效率上行和下行使用同个载频，故无上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的线传播是对称的,有利于智能天有利于智能天线技术的实现线技术的实现 无需笨重的射频双工器，小巧的无需笨重的射频双工器，小巧的基站
2、，降低成本基站，降低成本本讲稿第二页，共六十页TD-SCDMA系统关键技术系统关键技术TDD技术技术智能天线智能天线联合检测技术联合检测技术动态信道分配动态信道分配接力切换技术接力切换技术功率控制功率控制本讲稿第三页，共六十页TD更适合采用智能天线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；可直接使用于下行；子帧时间较短（子帧时间较短（5ms），便于智能天线支持高速移动；），便于智能天线支持高速移动；单时隙用户有限（目前最多单时隙用户有限（目前最多8个），便于实时自适应权个），便于实时自适应权值的生成；值的生
3、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系统是一个以智能天线为核心的第三代移动通信系统本讲稿第四页，共六十页智能天线的作用智能天线的作用本讲稿第五页，共六十页智能天线基本原理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；的权值，然后相加，产生一个输出信号；其原理是使一组天线和对应的收发信机按其原理是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
4、射方向图。如原理可以产生强方向性的辐射方向图。如果使用数字信号处理方法在基带进行处理，果使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比，来波方向，就能达到提高信号的载干比，降低发射功率，提高系统覆盖范围的目的。降低发射功率，提高系统覆盖范围的目的。空分多空分多址大大址大大增加系增加系统容量统容量本讲稿第六页，共六十页智能天线技术实现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（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估估计），选择恰当的合并权值（赋形权
5、值计算），形成正确的天线接收模计），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。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：在下行波束赋形：在TDD方式工用的系统中，由于其上下行电波传播条件相方式工用的系统中，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。射模式，即将主瓣对准有用信号，低增益旁瓣对准干扰信号。本讲稿第七页，共六十页智能天线技术实现智能天线
6、技术实现智能天线主要包括四个部分：天线智能天线主要包括四个部分：天线阵元、模数转换、自适应处理器、阵元、模数转换、自适应处理器、波束成型网络。自适应处理器根据波束成型网络。自适应处理器根据自适应空间滤波自适应空间滤波/波束成型算法和估波束成型算法和估计的来波方向等产生权值，波束成计的来波方向等产生权值，波束成型网络进行动态自适应加权处理以型网络进行动态自适应加权处理以产生希望的自适应波束。产生希望的自适应波束。本讲稿第八页，共六十页TD-SCDMA系统智能天线系统智能天线n天线子系统包括天线子系统包括:智能天线阵智能天线阵射频前端模块射频前端模块(包括线性功率放包括线性功率放大器、低噪放和监测
7、控制电路大器、低噪放和监测控制电路)射频带通滤波器射频带通滤波器电缆系统（射频电缆、控制电电缆系统（射频电缆、控制电缆以及射频防雷模块、低频防缆以及射频防雷模块、低频防雷电路）雷电路）天线单元天线单元天线外壳天线外壳功放功放电缆及连接电缆及连接校准单元校准单元本讲稿第九页，共六十页8天线智能天线圆阵天线智能天线圆阵频率范围:20102025MHz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:垂直极化本讲稿第十页，共六十页8天线智能天线线阵天线智能天线线阵频率范围:20102025MHz单元天线增益:14dBi天线阵增益:23dBi驻波比
8、:1.4垂直波束宽度:9输入阻抗:50耐功率:50W极化方式:垂直极化本讲稿第十一页，共六十页天馈系统实物图天馈系统实物图本讲稿第十二页，共六十页天馈系统实物图天馈系统实物图本讲稿第十三页，共六十页智能天线性能分析智能天线性能分析圆阵的半径会影响抑制干扰的能力，公用信道赋形的圆度；圆阵的半径会影响抑制干扰的能力，公用信道赋形的圆度；阵元个数会影响对干扰的抑制能力，影响容量和覆盖；阵元个数会影响对干扰的抑制能力，影响容量和覆盖；8阵元阵列比单天线性能有阵元阵列比单天线性能有9dB的增益。的增益。本讲稿第十四页，共六十页智能天线的优势智能天线的优势普通天线智能天线提高了基站接收机的灵敏度；提高了基
9、站接收机的灵敏度；提高了基站发射机的等效发射提高了基站发射机的等效发射功率；功率；降低了系统的干扰；降低了系统的干扰；增加了增加了CDMA系统的容量；系统的容量；改进了小区的覆盖；改进了小区的覆盖；降低了无线基站的成本；降低了无线基站的成本；本讲稿第十五页，共六十页TD-SCDMA系统关键技术系统关键技术TDD技术技术智能天线智能天线联合检测技术联合检测技术动态信道分配动态信道分配接力切换技术接力切换技术功率控制功率控制本讲稿第十六页，共六十页抗干抗干扰技技术分分类抗干扰技术抗干扰技术单用户检测单用户检测多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
10、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联合检测干扰抵消干扰抵消基本思想是判决反馈，它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本讲稿第十七页，共六十页联合检测基本概念联合检测基本概念基于所有用户的信道化码和信道信息，消除符号间干扰基于所有用户的信道化码和信道信息，消除符号间干扰（ISI）和用户间干扰（）和用户间干扰（MAI），从而达到提高用户信号），从而达到提高用户信号质量的目的。质量的目的。本讲稿第十八页，共六十页
11、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de=Adnd是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声联合检测原理联合检测原理本讲稿第十九页，共六十页DataMidambleGPDataDataMidambleGPData关键是突发序列中的训练序列关键是突发序列中的训练序列e=Ad e=Ad n 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 nmid 噪声联合检测在联合检测在TD中
12、的实现中的实现本讲稿第二十页，共六十页TD适合采用联合检测技术适合采用联合检测技术联合检测在TD-SCDMA系统实现的优势本讲稿第二十一页，共六十页联合检测对联合检测对TD性能改进性能改进提高系统容量提高系统容量增大覆盖范围增大覆盖范围减小呼吸效应减小呼吸效应缓解功率控制精度需求缓解功率控制精度需求削弱远近效应削弱远近效应频率频率MAI检测到信号检测到信号能量能量Frequency允许的信号波动允许的信号波动能量能量本讲稿第二十二页，共六十页与与RAKE接收技术的比较接收技术的比较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
13、扩频码之间的非正交性，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，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，残余干扰累加得越作为噪声处理，随着用户数增加，残余干扰累加得越大。大。联合检测将参与干扰作为可知信号，从用户信号中消联合检测将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：好。这带来的另一个好处是：TD-SCDMA 系统系统 呼吸效呼吸效应不明显应不明显。本讲稿第二十三页，共六十页智能天线技术的优劣
14、智能天线技术的优劣1.智能天线的主要作用：智能天线的主要作用：n降低多址干扰，提高降低多址干扰，提高CDMA系统容量。系统容量。n增加基站接收机的灵敏度和基站发射机的等效发射功率。增加基站接收机的灵敏度和基站发射机的等效发射功率。2单独采用智能天线也存在下列问题：单独采用智能天线也存在下列问题：n组成智能天线的阵元数有限，所形成的指向用户的波束有一定的宽度（副瓣），对其组成智能天线的阵元数有限，所形成的指向用户的波束有一定的宽度（副瓣），对其他用户而言仍然是干扰。他用户而言仍然是干扰。n在在TDD模式下，上、下行波束赋行采用同样的空间参数，由于用户的移动，其模式下，上、下行波束赋行采用同样的空
15、间参数，由于用户的移动，其传播环境是随机变化的，从而使波束赋行产生偏差，特别在用户高速移动时传播环境是随机变化的，从而使波束赋行产生偏差，特别在用户高速移动时更为显著。更为显著。n当用户都在同一方向时，智能天线作用有限。当用户都在同一方向时，智能天线作用有限。n对时延超过一个码片宽度的多径干扰没有简单有效的办法对时延超过一个码片宽度的多径干扰没有简单有效的办法。本讲稿第二十四页，共六十页联合检测技术的优劣联合检测技术的优劣3.联合检测的主要作用：联合检测的主要作用：n基于训练序列的信道估值。基于训练序列的信道估值。n同时处理多码道的干扰抵消。同时处理多码道的干扰抵消。4单独采用联合检测会遇到以
16、下问题：单独采用联合检测会遇到以下问题：n对小区间的干扰没有办法解决。对小区间的干扰没有办法解决。n信道估计的不准确性将影响到干扰消除的效果。信道估计的不准确性将影响到干扰消除的效果。n当用户增多或信道增多时，算法的计算量会非常大，难于当用户增多或信道增多时，算法的计算量会非常大，难于实时实现。实时实现。本讲稿第二十五页，共六十页智能天线智能天线+联合检测联合检测本讲稿第二十六页，共六十页联合检测测试验证联合检测测试验证最大打通最大打通UE数（同数（同时时BLER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闭环功率控制功率控制分类功率控制分类n 开环功
17、率控制开环功率控制接收机测量接收到的宽带导频接收机测量接收到的宽带导频信号的功率，并估计传播路径信号的功率，并估计传播路径损耗，根据路径损耗计算得到损耗，根据路径损耗计算得到需要发射的功率。需要发射的功率。接收到的功率越强，说明收发接收到的功率越强，说明收发双方距离较近或有非常好的传双方距离较近或有非常好的传播路径，发射的功率就越小播路径，发射的功率就越小开环功控只能在决定接入初期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发射功率和切换时决定切换后初期发射功率的时候使用初期发射功率的时候使用。本讲稿第五十六页，共六十页NodeBUE进行功率估计接收机测量接收到的宽带导频 信号的功率，
18、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开环控制原理功率控制功率控制开环开环本讲稿第五十七页，共六十页功率控制的目的：使基站处接收到的每个UE信号的bit能量相等NodeBUE下发TPC测量接收信号SIR并比较内环设置SIRtar200Hz每一个UE都有一个自己的控制环路闭环内环功率控制闭环内环功率控制功率控制功率控制闭环（内环）闭环（内环）本讲稿第五十八页，共六十页NodeBUE下发TPC测量接收信号SIR并比较内环内环设置SIRtar可以得到BLER稳定的业务数据测量传输信道上的BLER外环外环RNC测量接收数据BLER并比较设置BLERtar10-100Hz闭环外环功率控制闭环外环功率控制功率控制功率控制-闭环（外环）闭环（外环）本讲稿第五十九页，共六十页上行链路上行链路下行链路下行链路功率控制速率功率控制速率可变闭环：0-200次/秒。开环：(约200us3575us的延迟)可变闭环：0-200次/秒。步长步长1,2,3dB(闭环)1,2,3dB(闭环)备注备注所有数值不包括处理和测量时间。开环功率控制：UpPTS、PRACH闭环功率控制：DPCH功率控制参数功率控制参数功率控制功率控制本讲稿第六十页，共六十页