基于中兴zxtrb328的td-scdma移动通信技术研究

基于中兴zxtrb328的td-scdma移动通信技术研究内容摘要：

ccess )是一个 ITU(国际电信联盟 )标准，它是从码宽带码分多址分多址（ CDMA）演变来的，从官方看被认为是 IMT2020 的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它 能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。 WCDMA 采用直接序列扩频码分多址（ DSCDMA）、频分双工（ FDD）方式，码片速率为 ，载波带宽为 5MHz.基于 Release 99/ Release 4 版本，可在 5MHz 的带宽内，提供最高 384kbps 的用户数据传输速率。 WCDMA 能够支持移动 /手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达 2Mb/s（对于局域网而言）或者 384Kb/s（对于宽带网而言）。 输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。 窄带 CDMA 使用的是 200KHz 宽度的载频，而 WCDMA 使用的则是一个 5MHz宽度的载频。 CDMA2020 CDMA2020（ Code Division Multiple Access 2020） 分两个阶段： CDMA2020 1 EVDO（ Data Only），采用话音分离的信道传输数据，和 CDMA2020 1 EVDV（ Data and Voice），即数据信道与话音信道合一。 CDMA2020 也称为 CDMA MultiCarrier，是从窄频 CDMA One数字标准衍生出来的，可以从原有 的 CDMA One结构直接升级到 3G，建设成本低廉。 但目前使用 CDMA 的地区只有日、韩和北美，所以 CDMA2020 的支持者不如 WCDMA 多。 不过 CDMA2020 的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多 3G 手机已经率先面世。 移动 ip 机制在 cdma2020 系统西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 中的应用 CDMA2020 是一个 3G 移动通讯标准 ,国际电信联盟 ITU 的 IMT2020 标准认可的无线电接口，也是 2G CDMA 标准 (IS95, 标志 CDMA1X)的延伸。 根本的信令标准是 IS2020。 CDMA2020 与另一个主要的 3G标准 WCDMA 不兼容。 TDSCDMA TDSCDMA（ Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access）第三代移动通信系统 (3G)，自 1998 年正式向 ITU(国际电联 )提交以来，已经历十多年的时间，完成了标准的专家组评估、 ITU 认可并发布、与 3GPP(第三代伙伴项目 )体系的融合、新技术特性的引入等一系列的国际标准化工作，从而使 TD－ SCDMA[3]标准成为第一个由中国提出的，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通 信国际标准。 这是我国电信史上重要的里程碑。 (注 :3G共有 4个国际标准 ,另外 3 个是美国主导的 CDMA20 WiMAX 和欧洲主导的WCDMA.) 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 第四章 TDSCDMA 移动通信系统 关键技术 TDD 对于数字移动通信而言，双向通信可以以频率或时间分开，前者称为 FDD（频分双工），后者称为 TDD（时分双工）。 对于 FDD，上下行用不同的频带，一般上下行的带宽是一致的；而对于 TDD，上下行用相同的频带，在一个 频带内上下行占用的时间可根据需要进行调节，并且一般将上下行占用的时间按固定的间隔分为若干个时间段，称之为时隙。 TDSCDMA 系统采用的双工方式是 TDD。 TDD 技术相对于 FDD 方式来说，有如下优点： 1． 易于使用非对称频段，无需具有特定双工间隔的成对频段。 TDD 技术不需要成对的频谱，可以利用 FDD 无法利用的不对称频谱，结合TDSCDMA 低码片速率的特点，在频谱利用上可以做到“见缝插针”。 只要有一个载波的频段就可以使用，从而能够灵活地利用现有的频率资源。 目前移动通信系统面临的一个重大问题就是频谱资源的极 度紧张，在这种条件下，要找到符合要求的对称频段非常困难，因此 TDD 模式在频率资源紧张的今天受到特别的重视。 2． 适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率。 TDD 技术调整上下行切换点来自适应调整系统资源从而增加系统下行容量，使系统更适于开展不对称业务。 3． 上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的 ,有利于智能天线技术的实现。 时分双工 TDD 技术是指上下行在相同的频带内传输，也就是说具有上下行信道的互易性，即上下行信道的传播特性一致。 因此可以利用通过上行信道估计的信道参数，使智能天线技术、联合检测技 术更容易实现。 通过上行信道估计参数用于下行波束赋形，有利于智能天线技术的实现。 通过信道估计得出系统矩阵An，用于联合检测区分不同用户的干扰。 4． 无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本。 由于 TDD 技术上下行的频带相同，无需进行收发隔离，可以使用单片 IC 实现收发信机，降低了系统成本。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 智能天线 智能天线的作用 智能天线的基本思想是： 天线以多个高增益窄波束动态地跟踪多个期望用户，接收模式 下，来自 窄 波束之外的信号被抑制，发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄波束照射范 围以外的非期望用户受到的干扰最小。 在移动通信发展的早期，运营商为节约投资，总是希望用尽可能少的基站覆盖尽可能大的区域。 这就意味着用户的信号在到达基站收发信设备前可能经历了较长的传播路径，有较大的路径损耗，为使接收到的有用信号不至于低于门限值，可能增加移动台的发射功率，或者增加基站天线的接收增益。 由于移动台的发射功率通常是有限的，真正可行的是增加天线增益，相对而言用智能天线实现较大增益比用单天线容易。 在移动通信发展的中晚期，为增加容量、支持更多用户，需要收缩小区范围、降低频率复用系数来提高频率利用率，通常 采用的是小区分裂和扇区化，随之而来的是干扰增加，利用 智能天线 可在很大程度上抑制 CCI 和 MAI 干扰。 智能天线的原理 智能天线技术的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，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，降低发射功率，提高系统覆盖范围的目的。 Δ x 阵元 1 阵元 M 2 ... θ Δ d 阵元 M 1 阵元 0 u 0 (t) u 1 (t) u M 1 (t) u M 2 (t) Δ x 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 17 图 41 智能天线阵元波束接收 设以 M 元直线等距天线阵列为例：（第 m 个阵元） 则空域上入射波距离相差为： d = m  x  cos 时域上入射波相位相差为：（ (2)  d 可见，空间上距离的差别导致了各个阵元上接收信号相位的不同。 经过加权后阵列输出端的信号为：  10c o s210 )()()(MmxmjmMm mm ewtsAtuwtz (41) 其中， A为增益常数， s(t)是复包络信号， wm 是阵列的权因子。 根据正弦波的叠加效果，假设第 m个阵元的加权因子： 0c o s2  xmjm ew  (42) 则  10)c o s( c o s2 0)()( MmxmjetsAtz  (43) 结论：选择不同的Φ 0，将改变波束所对的角度，所以可以通过改变权值来选择合适的方向。 针对不同的阵元赋予不同权值，最后将所有阵元的信号进行同向合并，达到使天线辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向的目的。 这里涉及到上行波束赋行（接收）和下行波束赋行（发射）两个概念。 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。 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，即西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 18 将主瓣对准有用信号，低增益旁瓣对准干扰信号。 联合检测 联合检测的介绍 联合检测技术是多用户检测（ Multiuser Detection）技术的一种。 CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。 信 号分离的方法大致可以分为单用户检测和多用户检测技术两种。 CDMA 系统中的主要干扰是同频干扰，它可以分为两部分，一种是小区内部干扰，指的是同小区内部其他用户信号造成的干扰，又称多址干扰（ Multiple Access Interference， MAI）；另一种是小区间干扰 ，指的是其他同频小区信号造成的干扰，这部分干扰可以通过合理的小区配置来减小其影响。 传统的 CDMA 系统信号分离方法是把多址干扰（ MAI）看作热噪声一样的干扰，当用户数量上升时，其它用户的干扰也会随着加重，导致检测到的信号刚刚大于MAI，使 信噪比恶化，系统容量也随之下降。 这种将单个用户的信号分离看作是各自独立的过程的信号分离技术称为单用户检测（ Singleuser Detection）。 为了进一步提高 CDMA 系统容量，人们探索将其他用户的信息联合加以利用，也就是多个用户同时检测的技术，即多用户检测。 多用户检测是利用 MAI 中包含的许多先验信息，如确知的用户信道码，各用户的信道估计等等将所有用户信号统一分离的方法。 因此联合检测可以降低干扰、提高系统容量和降低功控要求。 联合检测的原理 一个 CDMA 系统的离散模型可以用下式来表示 ： e = Ad + n 其中， d是发射的数据符号序列， e是接收的数据序列， n是噪声， A是与扩频码 c和信道冲激响应 h有关的矩阵。 只要接收端知道 A（扩频码 c 和信道冲激西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 19 响应 h） ，就可以估计出符号序列 dˆ。 对于扩频码 c，系统是已知的，信道冲激响应 h 可以利用突发结构中的训练序列 midamble 求解出。 这样就可以达到估计用户原始信号 d的目的。 c(1)c(k)c(K)...h(1)h(k)h(K).........ned(1)d(k)d(K)滤波器......d(1)^d(k)^^d(K)b(1)b(k)b(K) 图 42 联合检测原理示意 图 联合检测 +智能天线 单独采用联合检测会遇到以下问题： （ 1） 对小区间的干扰没有办 法解决。 （ 2） 信道估计的不准确性将影响到干扰消除的效果。 （ 3） 当用户增多或信道增多时，算法的计算量回非常大，难于实时实现。 单独采用智能天线也存在下列问题： （ 1） 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。 （ 2） 在 TDD 模式下，上、下行波束赋行采用的同样空间参数，由于用户的移动，其传播环境是随机变化的，这样波束赋行有偏差，特别是用户高速移动时更为显著。 （ 3） 当用户都在同一方向时，智能天线作用有限。 （ 4） 对时延超过一个码片宽度的多径造 成的 ISI 没有简单有效的办法。 这样，无论是智能天线还是联合检测技术，单独使用它们都难以满足第三代西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 20 移动通信系统的要求，必须扬长避短，将这两种技术结合使用。 智能天线和联合检测两种技术相合，不等于将两者简单地相加。 TDSCDMA系统中智能天线技术和联合检测技术相结合的方法使得在计算量未大幅增加的情况下，上行能获得分集接收的好处，下行能实现波束赋形。 图 43说明了TDSCDMA 系统智能天线和联合检测技术相结合的方法。 信道估计h1信道估计h2信道估计hN天线1e1天线2e2天线NeN系统矩阵A1系统矩阵A2系统矩阵AN生成赋形参数下形赋形生成总系统矩阵A联合检测 图 43 智能天线和联合检测技术结合流程示意图。