论文部分内容阅读
摘 要：本文作者通过学习有关TD-SCDMA系统知识，针对TD-SCDMA系统的特点，以自己的深刻理解详细分析了TD-SCDMA必须使用的关键技术，其中主要包括TDD、智能天线、动态信道分配、联合检测、功率控制、接力切换六大技术。
关键词：智能天线 联合检测 TDD
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0001-02
移动通信的发展已经经历了两代，其中第二代的GSM和窄带CDMA移动通信系统是正在全世界营运的主要移动通信系统。现在，移动通信系统又进入了一个新的发展时期，就是人们普遍关注的第三代移动通信，其三大主流标准为：欧洲与日本提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000和中国提出的TD-SCDMA。
TD-SCDMA系统具有其突出的特点：在第三代移动通信系统的三种主流标准中唯一采用时分双工（TDD）方式，在频谱利用上具有较大的灵活性。该系统综合采用了智能天线、联合检测、软件无线电等无线通信中的先进技术，解决了这些技术应用中的各种问题，使系统具有较高的性能和频谱利用率。由于TD-SCDMA是三大主流标准中提出最晚的，很多人对系统还缺乏了解，信心不足，在这种情况下，觉得对自己所认识到的TD-SCDMA的优势做一个详细的介绍比较重要，下面本人通过对TD-SCDMA系统的学习及网络测试，对TD-SCDMA系统关键技术的使用作了比较详细的总结。
1 TD-SCDMA概念简述
这里将TD-SCDMA从字面上分解开来解释TD-SCDMA系统。
TD：TDD时分双工
S：智能天线、软件无线电
CDMA：码分多址
2 三代移动通信系统简单比较
第一代移动通信系统为80年代的模拟系统，采用FDMA多址方式。第二代移动通信系统为90年代的数字系统GSM其采用FDMA+TDMA多址方式，第三代移动通信系统为IMT-2000其采用FDMA+TDMA+ CDMA的多址方式。下面举例对FDMA、TDMA、CDMA进行区分解释。
假设共10个人要开会，2人一组，分成了5组。
如果采用FDMA，要用5个房间可以满足。
如果采用TDMA，可以将5个组分成5个不同的时间段，这样一个房间即可以满足。
如果采用CDMA，5个组分别使用不同的语言，互相之间听不懂谈话的内容，这样可以同时使用一个房间，能源更加节省。
TD-SCDMA系统采用了CDMA多址方式，虽然各组之间互相听不懂谈话的内容，但是能够听得到，这就是所谓的码间干扰，如果在同一个房间内讲话的人增多，则互相之间谈话的音量就要受到控制，TD-SCDMA系统要解决这样的问题，使得系统能够稳定的运行，就要采用关键的技术，以下着重介绍TD-SCDMA系统中采用的关键技术。
3 TD-SCDMA关键技术的使用
针对TD-SCDMA系统的特点，采用的关键技术主要包括TDD技术、智能天线技术、动态信道分配技术、联合检测技术、功率控制及接力切换技术。
3.1 TDD技术
TDD即时分双工：上下行采用相同的频带，用时间来区分上下行。
TDD的好处。
（1）不用具有特定的双工间隔的成对频段。
（2）频率公用给上下行，可以灵活的配置上下行时隙比例，以达到快速率下载数据的要求。
（3）上下行使用相同的频率，所以无线传播的环境是对称的，有利于职能天线技术的实现。
（4）上下行同频，不用使用射频双工器，降低成本。
3.2 智能天线技术
智能天线技术简单的归纳一下就是利用TD-SCDMA上下行同频的特点，上下行无线环境基本相同，通过接受的上行来波方向（DOA）估计出用户所在的方向，使得天线的能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端，激活状态的终端在整个小区内处于受跟踪状态。
智能天线在形状上分为圆阵（用于全向基站）和线阵（用于定向基站）。从波束上分为多波束智能天线（事先设计好多个方向的固定波束）和自适应天线能够自动判断移动终端的来波方向，目前所使用的即时自适应天线。从阵元数来分目前分为4阵元天线、6阵元天线和8阵元天线。
可能大家不清楚为什么TD-SCDMA系统更适合职能天线的使用，以下列出几条理由。
（1）TDD模式，上下行无线传播环境对称，根据上行可以确定用户方向。
（2）单时隙的用户数少（每时隙话音用户最大8个），便于时时地自适应权值生成。
（3）子贞时间短（5 ms），可以支持高速移动，因为移动系统中要求一个子贞内移动台移动的距离要小于一个波长。
下面看一下智能天线怎样估计上行的来波方向即上行DOA估计。
图1中画了3个智能天线阵子，也是各个阵子在空间上接受的来波，两个阵元之间距离为1/2λ而且固定为0.075 m，3个阵元接收到的来波时间分别为t1、t2、t3，波束1与波束3的信号距离差为d，θ即是来波方向。从图1知：波束1与波束3到达的时间差Δt=t1-t3已知，则d=Δt*v（光速）可知，L=λ已知，则cosθ=d/L可以求出，从而得到来波的方向估计出移动终端的方向，智能天线的能量会集中在此用户上，但是如果同一个方向上由多个用户同时发送信号怎么办？这就要用到下面介绍的动态信道分配技术。
3.3 动态信道分配技术
动态信道分配（DCA）就是为了接纳更多的用户通过系统负荷、干扰、用户空间方向角确定最优的资源分配方案进行的信道的分配及重新调整，降低系统干扰提高系统容量。所以动态信道分配分为三个步骤：接入控制、信道分配、信道调整。TD-SCDMA的一個信道由频率、时隙、扩频码唯一确定。 动态信道分配主要分为慢速DCA（事先确定好时隙转换点）和快速DCA。而快速DCA又分为频域DCA、时域DCA、码域DCA和空域DCA。其中频域、时域、码域DCA都是根据用户的实际需求选取干扰最小的资源分配给该用户使用。对于空域DCA，在使用智能天线时提到如果在同一个空间方向（即同一波束区域）有多个用户时，就采用空域DCA技术将这些用户放到不同的时隙上去用，同时对空间不同的用户放到同一个时隙上，这样就降低了彼此间的干扰。另外要在对多用户解码时同时解读多个用户的信息还要用到下面的技术—联合检测技术。
3.4 联合检测技术
在TD-SCDMA系统中有多种干扰存在，下面介绍几种干扰。
（1）ISI：符号间干扰，即码间干扰，因码片间的时延而产生的干扰。
（2）MAI：多用户之间的干扰，码字之间因不会完全正交而产生的干扰。
（3）多径干扰：指一个用户的某2路信号到达时间间隔大于1个码片时产生的干扰（小于1个码片时会认为是ISI）。
为了清晰了解联合检测的作用，这里仍然用开会的例子来说明：因为使用了CDMA技术即各组使用了不同的语言在TD-SCDMA系统里就是给不同的用户分配了不同的码字，为了接收时分出哪些信息是某个用户的，就用其使用的码字去正交解出此用户的具体信息。有两种检测方法。
（1）单用户检测：即每次只用一个用户的码字去正交，一次只能解出一个用户，因为码字不会理想到完全正交，所以其余的用户信息不可能完全消除，只是将其强度大大降低了，成为干扰信号，这样随着用户数的增多干扰累积会很大，使系统的容量受到限制。
（2）多用户检测：同时用多个用户的码字去解，将所有用户一次性解出，将所有的信号都作为有用的信号，这样有效的降低多用户干扰。
联合检测功能有效的消除多用户干扰，这样就对开会时讲话的音调要求放宽了，即缓解对了功率控制精度的要求。
3.5 功率控制
多个组在同一个房间里同时开会，控制自己的音量是必不可少的，否则都以自己最大的音量讲话，则所有人的会议都将无法正常进行，这就是功率控制技术是TD-SCDMA系统的基础，没有功率控制就没有CDMA系统。
功率控制分为开环功率控制和闭环功率控制。
开环功率控制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，接收机测量接收到的宽带导频信号的功率，并估计传输路径损耗，根据路径损耗计算得到需要发射的功率。
开环功率控制完成后开始进行闭环功率控制，闭环功率控制包括内环控制和外环控制。内环控制是NodeB测量接收到的信号的SIR值并与设定的SIRtar比较，下发TPC命令给UE，UE根据此命令调整自己的发射功率，此过程只有UE和NodeB参与。外环功率控制是RNC测量传输信道上的BLER并与设定的BLERtar比较，从而设定SIRtar通知NodeB，NodeB再下发TPC命令给UE，UE调整发射功率，此过程UE、NodeB和RNC都参与。
功率控制的目的：内环是使信号到达接收端刚好能够解调。而外环不但要解调还要保证一定的SIR、BLER。
3.6 接力切换技术
大家都已经熟悉GSM的硬切换及了解WCDMA的软切换过程，下面将接力切换与他们的区别做一简单的描述，以接力跑賽为例。
硬切换：先断后连，第一人到达接棒地点后，将棒放下等待接棒的人，但有保护时间，在此时间内若对方仍没有接到棒而且第一人没能再次拿起，则棒掉即掉话。
软切换：先连后断，到达接棒地点两个人同时拿着棒跑，持续一段时间后第一人放开。
接力切换：到达接棒地点时，第一人不能站立不动，要第一人拿着棒陪跑一段，使得两个人的速度接近即预同步后，棒才能稳定的传递过去，降低的掉话的几率。
接力切换包括无线测量、网络判决和系统执行的过程。接力切换只所以能够预同步，就是利用智能天线获取UE的位置距离信息，在切换测量期间，采用上行预同步技术，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，提高切换成功率，降低切换掉话率的目的。
以上就是本人在学习TD-SCDMA系统过程中对TD-SCDMA关键技术的了解，TD-SCDMA系统离不开这些技术的支持，了解了这些先进技术，我们就会对TD-SCDMA充满信心，而且只有了解这些技术，我们才能够更好的從事网络规划和网络优化工作。
关键词：智能天线 联合检测 TDD
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0001-02
移动通信的发展已经经历了两代，其中第二代的GSM和窄带CDMA移动通信系统是正在全世界营运的主要移动通信系统。现在，移动通信系统又进入了一个新的发展时期，就是人们普遍关注的第三代移动通信，其三大主流标准为：欧洲与日本提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000和中国提出的TD-SCDMA。
TD-SCDMA系统具有其突出的特点：在第三代移动通信系统的三种主流标准中唯一采用时分双工（TDD）方式，在频谱利用上具有较大的灵活性。该系统综合采用了智能天线、联合检测、软件无线电等无线通信中的先进技术，解决了这些技术应用中的各种问题，使系统具有较高的性能和频谱利用率。由于TD-SCDMA是三大主流标准中提出最晚的，很多人对系统还缺乏了解，信心不足，在这种情况下，觉得对自己所认识到的TD-SCDMA的优势做一个详细的介绍比较重要，下面本人通过对TD-SCDMA系统的学习及网络测试，对TD-SCDMA系统关键技术的使用作了比较详细的总结。
1 TD-SCDMA概念简述
这里将TD-SCDMA从字面上分解开来解释TD-SCDMA系统。
TD：TDD时分双工
S：智能天线、软件无线电
CDMA：码分多址
2 三代移动通信系统简单比较
第一代移动通信系统为80年代的模拟系统，采用FDMA多址方式。第二代移动通信系统为90年代的数字系统GSM其采用FDMA+TDMA多址方式，第三代移动通信系统为IMT-2000其采用FDMA+TDMA+ CDMA的多址方式。下面举例对FDMA、TDMA、CDMA进行区分解释。
假设共10个人要开会，2人一组，分成了5组。
如果采用FDMA，要用5个房间可以满足。
如果采用TDMA，可以将5个组分成5个不同的时间段，这样一个房间即可以满足。
如果采用CDMA，5个组分别使用不同的语言，互相之间听不懂谈话的内容，这样可以同时使用一个房间，能源更加节省。
TD-SCDMA系统采用了CDMA多址方式，虽然各组之间互相听不懂谈话的内容，但是能够听得到，这就是所谓的码间干扰，如果在同一个房间内讲话的人增多，则互相之间谈话的音量就要受到控制，TD-SCDMA系统要解决这样的问题，使得系统能够稳定的运行，就要采用关键的技术，以下着重介绍TD-SCDMA系统中采用的关键技术。
3 TD-SCDMA关键技术的使用
针对TD-SCDMA系统的特点，采用的关键技术主要包括TDD技术、智能天线技术、动态信道分配技术、联合检测技术、功率控制及接力切换技术。
3.1 TDD技术
TDD即时分双工：上下行采用相同的频带，用时间来区分上下行。
TDD的好处。
（1）不用具有特定的双工间隔的成对频段。
（2）频率公用给上下行，可以灵活的配置上下行时隙比例，以达到快速率下载数据的要求。
（3）上下行使用相同的频率，所以无线传播的环境是对称的，有利于职能天线技术的实现。
（4）上下行同频，不用使用射频双工器，降低成本。
3.2 智能天线技术
智能天线技术简单的归纳一下就是利用TD-SCDMA上下行同频的特点，上下行无线环境基本相同，通过接受的上行来波方向（DOA）估计出用户所在的方向，使得天线的能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端，激活状态的终端在整个小区内处于受跟踪状态。
智能天线在形状上分为圆阵（用于全向基站）和线阵（用于定向基站）。从波束上分为多波束智能天线（事先设计好多个方向的固定波束）和自适应天线能够自动判断移动终端的来波方向，目前所使用的即时自适应天线。从阵元数来分目前分为4阵元天线、6阵元天线和8阵元天线。
可能大家不清楚为什么TD-SCDMA系统更适合职能天线的使用，以下列出几条理由。
（1）TDD模式，上下行无线传播环境对称，根据上行可以确定用户方向。
（2）单时隙的用户数少（每时隙话音用户最大8个），便于时时地自适应权值生成。
（3）子贞时间短（5 ms），可以支持高速移动，因为移动系统中要求一个子贞内移动台移动的距离要小于一个波长。
下面看一下智能天线怎样估计上行的来波方向即上行DOA估计。
图1中画了3个智能天线阵子，也是各个阵子在空间上接受的来波，两个阵元之间距离为1/2λ而且固定为0.075 m，3个阵元接收到的来波时间分别为t1、t2、t3，波束1与波束3的信号距离差为d，θ即是来波方向。从图1知：波束1与波束3到达的时间差Δt=t1-t3已知，则d=Δt*v（光速）可知，L=λ已知，则cosθ=d/L可以求出，从而得到来波的方向估计出移动终端的方向，智能天线的能量会集中在此用户上，但是如果同一个方向上由多个用户同时发送信号怎么办？这就要用到下面介绍的动态信道分配技术。
3.3 动态信道分配技术
动态信道分配（DCA）就是为了接纳更多的用户通过系统负荷、干扰、用户空间方向角确定最优的资源分配方案进行的信道的分配及重新调整，降低系统干扰提高系统容量。所以动态信道分配分为三个步骤：接入控制、信道分配、信道调整。TD-SCDMA的一個信道由频率、时隙、扩频码唯一确定。 动态信道分配主要分为慢速DCA（事先确定好时隙转换点）和快速DCA。而快速DCA又分为频域DCA、时域DCA、码域DCA和空域DCA。其中频域、时域、码域DCA都是根据用户的实际需求选取干扰最小的资源分配给该用户使用。对于空域DCA，在使用智能天线时提到如果在同一个空间方向（即同一波束区域）有多个用户时，就采用空域DCA技术将这些用户放到不同的时隙上去用，同时对空间不同的用户放到同一个时隙上，这样就降低了彼此间的干扰。另外要在对多用户解码时同时解读多个用户的信息还要用到下面的技术—联合检测技术。
3.4 联合检测技术
在TD-SCDMA系统中有多种干扰存在，下面介绍几种干扰。
（1）ISI：符号间干扰，即码间干扰，因码片间的时延而产生的干扰。
（2）MAI：多用户之间的干扰，码字之间因不会完全正交而产生的干扰。
（3）多径干扰：指一个用户的某2路信号到达时间间隔大于1个码片时产生的干扰（小于1个码片时会认为是ISI）。
为了清晰了解联合检测的作用，这里仍然用开会的例子来说明：因为使用了CDMA技术即各组使用了不同的语言在TD-SCDMA系统里就是给不同的用户分配了不同的码字，为了接收时分出哪些信息是某个用户的，就用其使用的码字去正交解出此用户的具体信息。有两种检测方法。
（1）单用户检测：即每次只用一个用户的码字去正交，一次只能解出一个用户，因为码字不会理想到完全正交，所以其余的用户信息不可能完全消除，只是将其强度大大降低了，成为干扰信号，这样随着用户数的增多干扰累积会很大，使系统的容量受到限制。
（2）多用户检测：同时用多个用户的码字去解，将所有用户一次性解出，将所有的信号都作为有用的信号，这样有效的降低多用户干扰。
联合检测功能有效的消除多用户干扰，这样就对开会时讲话的音调要求放宽了，即缓解对了功率控制精度的要求。
3.5 功率控制
多个组在同一个房间里同时开会，控制自己的音量是必不可少的，否则都以自己最大的音量讲话，则所有人的会议都将无法正常进行，这就是功率控制技术是TD-SCDMA系统的基础，没有功率控制就没有CDMA系统。
功率控制分为开环功率控制和闭环功率控制。
开环功率控制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，接收机测量接收到的宽带导频信号的功率，并估计传输路径损耗，根据路径损耗计算得到需要发射的功率。
开环功率控制完成后开始进行闭环功率控制，闭环功率控制包括内环控制和外环控制。内环控制是NodeB测量接收到的信号的SIR值并与设定的SIRtar比较，下发TPC命令给UE，UE根据此命令调整自己的发射功率，此过程只有UE和NodeB参与。外环功率控制是RNC测量传输信道上的BLER并与设定的BLERtar比较，从而设定SIRtar通知NodeB，NodeB再下发TPC命令给UE，UE调整发射功率，此过程UE、NodeB和RNC都参与。
功率控制的目的：内环是使信号到达接收端刚好能够解调。而外环不但要解调还要保证一定的SIR、BLER。
3.6 接力切换技术
大家都已经熟悉GSM的硬切换及了解WCDMA的软切换过程，下面将接力切换与他们的区别做一简单的描述，以接力跑賽为例。
硬切换：先断后连，第一人到达接棒地点后，将棒放下等待接棒的人，但有保护时间，在此时间内若对方仍没有接到棒而且第一人没能再次拿起，则棒掉即掉话。
软切换：先连后断，到达接棒地点两个人同时拿着棒跑，持续一段时间后第一人放开。
接力切换：到达接棒地点时，第一人不能站立不动，要第一人拿着棒陪跑一段，使得两个人的速度接近即预同步后，棒才能稳定的传递过去，降低的掉话的几率。
接力切换包括无线测量、网络判决和系统执行的过程。接力切换只所以能够预同步，就是利用智能天线获取UE的位置距离信息，在切换测量期间，采用上行预同步技术，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，提高切换成功率，降低切换掉话率的目的。
以上就是本人在学习TD-SCDMA系统过程中对TD-SCDMA关键技术的了解，TD-SCDMA系统离不开这些技术的支持，了解了这些先进技术，我们就会对TD-SCDMA充满信心，而且只有了解这些技术，我们才能够更好的從事网络规划和网络优化工作。