TD网优手册之一-基础知识篇49

TD-SCDMA网络优化用户手册系列之一

TD-SCDMA基础知识篇

中兴通讯股份有限公司

ZTECORPORATION

TD-SCDMA基础知识篇

目录

1TD-SCDMA基本原理1-6

1.1TD-SCDMA标准发展及演进1-6

1.23G工作频段规划1-10

1.3TD-SCDMA关键技术1-11

1.3.1智能天线1-11

1.3.2联合检测1-16

1.3.3上行同步1-20

1.3.4动态信道分配1-20

1.4TD-SCDMA无线资源管理1-21

1.4.1功率控制1-21

1.4.2切换1-23

1.4.3负荷控制1-29

1.5TD-SCDMA系统热点问题L31

1.5.1移动速度与覆盖问题1-31

1.5.2N频点技术问题1-33

1.5.3UpPCHShifting技术问题1-36

1.5.4TD-SCDMA扰码规划问题1-39

1.5.5系统共存干扰问题1-40

2TD-SCDMA网络（N频点）2-50

2.1TD-SCDMA网络结构模型2-50

2.2UTRAN接口协议2-50

2.2.1Uu接口2-51

2.2.2lu接口2-56

2.2.3lub接口2-58

2.2.4lur接口2-66

2.3TD-SCDMA空中接口（N频点）2-70

2.3.1概述2-70

2.3.2物理层（L1）2-71

2.3.3媒体接入控制层（MAC）2-79

2.3.4无线链路控制层（RLC）2-81

2.3.5无线资源控制层（RRC）2-83

3多载波HSDPA基本原理与关键技术3-86

3.1HSDPA技术概述3-86

3.1.1自适应调制和编码技术（AMC）3-87

3.1.2混合自动重传请求技术（HARQ）3-87

3.1.3基于NodeB的快速调度3-88

3.2HSDPA技术在TD-SCDMA系统中的引入3-88

3.2.1多载波HSDPA技术原理3-88

3.2.2多载波HSDPA对协议的影响3-93

43GPP/CCSA规范下载4-119

4.13Gpp规范下载4-119

4.2CCSA规范下载1

5软件与工具下载3

6缩略语4

图目录

图1TD-SCDMA标准演进趋势1-6

图2中国3G频谱分配图1-11

图3智能天线结构示意图1-12

图4智能天线阵元波束接收1-12

图5TDD方式更能体现智能天线的优势1-13

图6TD-SCDMA全向码道和赋形码道1-15

图7波束赋形示意1-16

图8联合检测原理示意1-17

图9TD-SCDMA突发结构中的Midamble1-17

图10Midamble的发送模型1-18

图11相干解调示意图1-18

图12智能天线和联合检测技术流程示意图1-19

图13网络侧切换判决流程1-25

图14接力切换主流程1-27

图15硬切换流程示意图1-29

图16最大覆盖半径接入分析1-32

图17TD-SCDMA帧结构1-36

图18传播延迟后的下行导频信号对上行同步的干扰1-37

图19干扰仿真结果1-37

图20同频组网时室外站的干扰情况1-38

图21UpPCHShifting方案1-39

图22TD-SCDMA和PHS邻频共存示意图1-43

图23TD-SCDMA非扇区化网络模型1-44

图24TD-SCDMA扇区化网络模型1-44

图25PHS系统网络模型1-45

图26邻频干扰共存示意图1-46

图27非扇区化天线模型1-47

图28扇区化天线模型1-47

图29TD-SCDMA网络结构2-50

图30TD-SCDMA网络结构2-51

图31Uu接口的协议体系结构2-51

图32空闲模式下的状态及状态转移2-54

图33RRC建立连接过程的信令流过程2-56

图34lu接口示意图2-57

图35lub接口协议框架2-60

图36传输网络层控制面协议2-64

图37支持NBAP信令的协议栈结构2-65

图38lur接口协议框架2-67

图39物理层各层关系框架2-71

图40TD-SCDMA物理信道结构2-72

图41上、下行链路传输信道编码与复用结构2-77

图42TD-SCDMA系统扩频调制框图（QPSK调制）2-78

图43复值码片序列的脉冲成形2-78

图44MAC-b实体示意图2-80

图45MAC-c/sh实体示意图2-81

图46MAC-d实体示意图2-81

图47RLC协议结构2-82

图48RRC协议结构2-84

图49RRC协议结构2-85

图50HSDPA功能示意图3-86

图51多载波HSDPA技术方案UTRAN侧处理框图3-89

图52多载波HSDPA中HS-DSCH编码处理框图3-90

图53多载波HSDPA技术方案UE侧处理框图3-91

图54单-单方式示意图3-92

图55多-多方式示意图3-93

图56具有MACc/sh的HSDPA协议结构3-94

图57不具有MACc/sh的HSDPA协议结构3-94

图58单载波HSDPA的MAC-hsPDU结构图3-96

图59多载波HSDPA的MAC-hsPDU结构图3-96

1TD-SCDMA基本原理

i.iTD-SCDMA标准发展及演进

图1TD-SCDMA标准演进趋势

移动通信的发展始于20世纪20年代在军事及某些特殊领域的使用，40年代才逐步向民用扩

展，而最近10多年来才是移动通信真正蓬勃发展的时期，其发展过程大致可分为三个阶段：

第一代模拟移动通信系统始于80年代，到90年代出现了第二代数字移动通信系统(2G)。第

二代移动通信系统包括GSM、IS95等多个标准，其应用以话音业务为主，主要提供低速率以电

路型为主的数据业务。第三代移动通信技术(3G,ThirdGeneration)的理论研究、技术开发和

标准制定工作起始于80年代中期，国际电信联盟(ITU)从1985年开始研究未来公众陆地移动

通信系统(FPLMTS),后更名为国际移动通信2000(IMT2000)»欧洲电信标准协会(ETSI)

从1987年开始对此进行研究，并将该系统称为通用移动通信系统(UMTS)。

目前，第三代移动通信系统的框架已确定，将以卫星移动通信网与地面移动通信网相结合，形成

一个对全球无缝覆盖的立体通信网络，满足城市和偏远地区不同密度用户的通信需求，支持话

音、数据和多媒体业务，实现人类个人通信的理想。ITU对第三代陆地移动通信系统的基本要求

是：

。业务数据速率:

,室内：2Mbps；

,手持机：384kbps；

/高速移动：FDD方式一144kbps,移动速度达到500km/h；

TDD方式一144kbps,移动速度达到120km/h；

令业务质量：数据业务的误码率不超过10-3或10-6(根据具体业务要求)，并可提供高速数

据、低速图象、电视图象等数据传输业务；

令兼容性：具有全球范围设计的高度兼容性，IMT2000业务应与固定网络业务，无线接口具

有高度的兼容性；

。全球无缝覆盖：移动终端可以连接地面网和卫星网，使用方便；

。移动终端：体积小、重量轻、具有全球漫游功能；

。频率范围：1992年WRC-92确定了IMT2000的核心频段，上行频段一1885~2025MHz；

下行频段—2110~2200MHz(共230MHz),其中1980~2010MHz和2170~2200MHz用

于卫星移动通信业务。2000年5月WRC通过了IMT2000的扩展频谱规划

(806~969MHz,1710~1885MHz,2500~2690MHz)。

1999年11月召开的国际电联芬兰会议确定了第三代移动通信无线接口技术标准，并于2000年

5月举行的ITU-R2000年全会上最终批准通过，此标准包括码分多址(CDMA)和时分多址

(TDMA)两大类五利।技术。它们分另IJ是：WCDMA、CDMA2000.CDMATDD、UWC-136和EP-

DECT(,其中，前三种基于CDMA技术的为目前所公认的主流技术，它又分成频分双工(FDD)

和时分双工(TDD)两种方式。TD-SCDMA1CDMATDD

WCDMA最早由欧洲和日本提出，其核心网基于演进的GSM/GPRS网络技术，空中接口采用直接

序列扩频的宽带CDMAo目前，这种方式得到欧洲、北美、亚太地区各GSM运营商和日本、韩

国多数运营商的广泛支持，是第三代移动通信中最具竞争力的技术之一。3GppWCDMA技术的

标准化工作十分规范，目前全球3GPPR99标准的商用化程度最高，全球绝大多数3G试验系统

和设备研发都基于该技术标准规范。今后3GppR99的发展方向将是基于全IP方式的的网络架

构，并将演进为R4、R5两个阶段的序列标准。2001年3月的第一个R4版本初步确定了未来发

展的框架，部分功能进一步增强，并启动部分全IP演进内容。R5为全IP方式的第一个版本，

其核心网的传输、控制和业务分离，IP化将从核心网(CN)逐步延伸到无线接入部分(RAN)

和终端(UE)。

CDMA2000由北美最早提出，其核心网采用演进的IS-95CDMA核心网(ANSI-41),能与现有

的IS-95CDMA向后兼容。CDMA技术得到IS-95CDMA运营商的支持，主要分布在北美和亚太

地区。其无线单载波CDMA2000lx采用与IS-95相同的带宽，容量提高了一倍，第一阶段支持

144kbps业务速率，第二阶段支持614kbps,3Gpp2已完成这部分的标准化工作。目前增强型单

载波CDMA2000lxEV在技术发展中较受重视，极具商用潜力。

CDMATDD包括欧洲的UTRANTDD和我国提出的TD-SCDMA技术。在IMT2000中，TDD拥有

自己独立的频谱（1785~1805MHz）,并部分采用了智能天线或上行同步技术，适合高速、不对

称数据业务。2001年3月，3Gpp通过R4版本，由我国提出的TD-SCDMA被接纳为正式标准，

目前产业态势良好，极具发展潜力。

当前，TD-SCDMA标准在国内CCSA己经完成第一版（N频点）TD-SCDMA通信行业标准

（23项）的正式发布工作（2006年初），主要涉及无线接口、lu接口、lub接口、lur接口（暂

未制订）、无线接入网、终端等技术规范等领域，这些规范均以3GppR4（2003/03）版本为

技术标准参考文件。

一、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网无线接入网络设备技术要求》YD/T1365-

2006；

二、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网无线接入网络设备测试方法》YD/T1366-2006

三、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网终端设备技术要求》YD/T1367-2006

四、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网终端设备测试方法第一部分：基本功能、业务和

性能测试》YD/T1368.1-2006

五、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网终端设备测试方法第二部分：网络兼容性测试》

YD61368.2-2006

六、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网lub接口技术要求第一部分：总则》YD/T

1369.1-2006

七、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网lub接口技术要求第二部分：层一》YD/T

1369.2-2006

八、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网lub接口技术要求第三部分：信令传输》YD/T

1369.3-2006

九、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网lub接口技术要求第四部分：NBAP信令》YD/T

1369.4-2006

十、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网lub接口技术要求第五部分：公共传输信道数据

流的数据传输和传输信令》YD/T1369.5-2006

十一、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网lub接口技术要求第六部分：公共传输信道数

据流的用户平面协议》YD/T136962006

十二、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网lub接口技术要求第七部分：专用传输信道数

据流的数据传输和传输信令》YD/T1369.7-2006

十三、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网lub接口技术要求第八部分：专用传输信道数

据流的用户平面协议》YD/T1369.8-2006

十四、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网lub接口测试方法》YD/T1370-2006

十五、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网Uu接口物理层技术要求第一部分：总则》

YD/T1371.1-2006

十六、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网Uu接口物理层技术要求第二部分：物理信道

和传输信道到物理信道的映射》丫D/T1371.2-2006

十七、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网Uu接口物理层技术要求第三部分：复用和信

道编码》YD/T1371.3-2006

十八、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网Uu接口物理层技术要求第四部分：扩频和调

制》YD/T1371.4-2006

十九、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网Uu接口物理层技术要求第五部分：物理层过

程》YD/T1371.5-2006

二十、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网Uu接口物理层技术要求第六部分：物理层测

量》YD/T137162006

二十一、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网Uu接口层2技术要求第一部分：MAC协

议》YD/T1372.1-2006

二十二、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网Uu接口层2技术要求第二部分：RLC协

议》YD/T1372.2-2006

二十三、《2GHzTD-SCDMA数字蜂窝移动通信网Uu接口RRC层技术要求》YD/T1373-

2006

N频点行标主要是在3Gpp标准的基础上引入了N频点的概念，N频点组网可以有效地降低同

频组网中TS0和DwPTS时隙间的干扰问题。近期，各TD-SCDMA系统、终端厂商结合前期各

自在研发及外场测试过程中所遇到的一些实际问题（如兼容性、干扰等），重新在TD-SCDMA

产业联盟标准组内部，对已经颁布的第一版行标进行了小范围的局部修订。根据标准化协会及

TD专家组的意见，计划在第二版行标制订完成时一次性地引入这些修订内容，同时目前正在进

行中的设备研发及外场测试也将提前考虑这些修订。第一版行标所涉及的修订内容主要包括：

（1）RRC版本的兼容性问题。由于国内第一版TD行标所基于的是3GppTS25.331V490版

本，但之后3GppRRCR4协议仍有部分修改，直至2005年3月，3Gpp才最终将R4标准定

稿为V4h0版本，随后的R5协议的改进对于R4部分的继承也将只考虑到R4V4h0的情形。然

而，CCSA的TD行业标准是在V490基础上引入N频点概念后的产物，这样就造成了3Gpp

RRC协议后续的ASN.1修改与N频点技术引入的ASN.1修改发生了冲突。为了解决该冲突，

同时也为了保持与3Gpp协议的完全兼容，经TD联盟内所有厂家标准人员的充分讨论，决定对

第一版行标RRC协议的ASN.1部分进行修订，由V490统一升级到V4h0。版本的修改对系统

性能不会带来任何影响，但需要系统和终端同时升级，升级后的系统不能兼容升级前的终端。

（2）同频异频测量问题。由于3Gpp的LCRTDD系统是单载波系统，CCSA在引入N频点概念

之后，由于载波与小区之间的关系发生了变化，使得原先3Gpp中根据小区定义的“Intra/

Inter”关系及其相关的测量量与单载波TD-SCDMA系统中的相应概念有一定的差异。这样，需

要在协议中明确：①N频点系统中的测量小区定义；②测量过程中的测量参照频率。并由此考

虑测量控制过程中相关控制消息的配置，包括系统信息块SIB11/12和MeasurementControl消

息的配置及其处理方法。

⑶UpPTSShifting问题。由于在外场测试过程中，系统厂商发现TD系统的下行导频对上行导

频将产生严重的干扰，并由此引发一场关于如何解决下行对上行干扰抑制的内部讨论。其间，各

厂家讨论过DwPTS隔帧发送、隔4帧发送、Half-blanking,辅载波接入等方案，但由于这些方

案对于终端的影响都比较大，考虑到3G牌照发放在即，外场测试也不允许标准再做过大的修

改，最终采纳了UpPTSShifting的方案，即UpPCH可配置在上行业务时隙，同时采用2比特

指示UpPCH位置的方法。信息产业部要求各厂家在2006年10月底前完成上述协议修订的所

有测试工作。

在TD-SCDMA第二版行标制订方面，CCSA目前正在抓紧制订和考虑TD-SCDMA标准的演进

策略。提供高速的数据传输能力是下一阶段演进的关键所在，目前首先考虑的是下行速率的增

强，方法是基于MAC层分流的多载波HSDPA方案。TD-SCDMA第二版行标目前处于送审阶

段，估计将于2006年10月完成报批稿，其现状如下：

。不断完善的《多载波HSDPA技术报告》；

令多载波HSDPA接口技术要求的征求意见稿及送审稿：包括《Uu接口技术要求物理层技术

规范》，《TD-SCDMAUu接口层2（HSDPA）技术要求：MAC》，《TD-SCDMAUu接口

层2（HSDPA）技术要求：RLC》，，《TD-SCDMAHSDPAUu接口技术要求层3技术要

求》，《TD-SCDMAHSDAPlub技术要求》。

1.23G工作频段规划

2002年10月，国家信息产业部下发文件《关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知》

（信部无[2002]479号）中规定：主要工作频段（FDD方式：1920~1980MHz/2110~2170

MHz；TDD方式：1880~1920MHz、2010~2025MHz）。补充工作频段（FDD方式：1755~

1785MHz/1850~1880MHz；TDD方式：2300~2400MHz,与无线电定位业务共用）。从中

可以看到TDD得到了155MHz的频段，而FDD（包括WCDMAFDD和CDMA2000）共得到了

2x90MHz的频段。

1755178518501880192019S02010202521102170220023002400

SatelliteEmptySatellite

FDDTDDi55MHz

图2中国3G频谱分配图

1.3TD-SCDMA关键技术

1.3.1智能天线

TD-SCDMA系统工作于TDD方式，其上、下行信道使用同一载频，可以认为同一用户的上下行

信道是完全对称的，从而有利于智能天线技术的使用.

1.3,1.1智能天线原理

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。

（1）智能天线的阵元通常是按直线等距、圆周或平面等距排列。每个阵元为全向天线。

⑵当移动台距天线足够远，实际信号入射角的均值和方差满足一定条件时，可以近似地认为信

号来自一个方向。

智能天线子系统主要包括以下组成部分：

①智能天线阵；

②射频前端模块（包括线性功率放大器、低噪放和监测控制电路）：③射频带通滤波器；

④电缆系统（射频电缆、控制电缆以及射频防雷模块、低频防雷电路）。

参见下图，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：Ad=m-Ax-cos©

时域上入射波相位相差为：(2以).Ad»

图3智能天线结构示意图

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：

M-}M-\-j—mZLvcos^

Z(f)=Zw“M"(r)=A-s(r)-Zw,„e1

/n=0/n=0

其中，/为增益常数，是复包络信号，而是阵列的权因子。

三心5

根据正弦波的叠加效果，假设第m个阵元的加权因子：w,“=e2，则

2乃

Af-I-j—〃&(cose-cos0o)

z(t)=A・$«)•£©，o

m=0

选择不同的中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。

下面我们来研究来自多个用户终端的信号。此上行信号是有多址干扰、衰落、多径传播和多普勒

频移等效应，并存在其它干扰和白噪声的。通过解扩和相应数字信号处理，可以获得对每个码道

的接收数据。如果以Xji(/)表示第i个接收机第j码道的第f个符号的数据，则在基带进行上行波

束赋形(合成)后，将获得智能天线的总接收数据为：

N

;=1

式中，W为上行波束赋形矩阵，其矩阵元素为w//）。

智能天线的下一步是实现其下行波束赋形。将向此用户在第j码道发射的第J个符号表示为

Yj（/）»而通过智能天线的下行波束赋形（调整基站中各个发射机所发射信号的幅度和相位），

在第i个天线阵元所发射的信号可表示为：

（=1

其中，u为元素以/）的下行波束赋形矩阵。

显然，为了获得最佳接收效果，就必须找到一种好的上行波束成形算法，即求得w矩阵的方法；

而为了让此用户获得最好的信号，就必须找到一种好的下行波束成形算法，即求U矩阵的方法。

必须说明的是，在求此波束赋形矩阵时，已知的仅仅是天线阵的几何结构和各接收机所接收到的

信号。对此，学术界已作了大量的工作，有多种算法可以采用，其主要限制在基带处理器的处理

能力和实时工作的要求。

在TDD方式工用的系统中，若组成智能天线系统的各射频收发信机是全同的，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矩阵使用于下行，即令：U=Wo

智能天线在FDD方式和TDD方式中的情况对比：

⑴FDD方式：由于上、下行链路信号传播的无线环境受频率选择性衰落影响不相同，所以根据

上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链路。

⑵TDD方式：上、下行链路使用相同频率传输信号，且间隔时间短，链路无线传播环境差异不

大，可以使用相同权值。

回Downink|—|unused

TDD方式FDD方式

图5TDD方式更能体现智能天线的优势

智能天线主要功能

1.提高了基站接收机的灵敏度

基站所接收到的信号为来自各天线单元和收信机所接收到的信号之和。如采用最大功率合成算

法，在不计多径传播条件下，则总的接收信号将增加10lgN（dB）,其中，N为天线单元的数量。

存在多径时，此接收灵敏度的改善将随多径传播条件及上行波束赋形算法而变，其结果也在

10lgN(dB)上下。

2.提高了基站发射机的等效发射功率

同样，发射天线阵在进行波束赋形后，该用户终端所接收到的等效发射功率可能增加

20lgN(dB)。其中，10lgN(dB)是N个发射机的效果，与波束成形算法无关，另外部分将和接收灵

敏度的改善类似，随传播条件和下行波束赋形算法而变。

3.降低了系统的干扰

基站的接收方向图形是有方向性的，在接收方向以外的干扰有强的抑制。如果使用最大功率合成

算法，则可能将干扰降低10lgN(dB)。

4.增加了CDMA系统的容量

CDMA系统是一个自干扰系统，其容量的限制主要来自本系统的干扰。降低干扰对CDMA系统极

为重要，它可大大增加系统的容量。在CDMA系统中使用智能天线后，就提供了将所有扩频码所

提供的资源全部利用的可能性。

5.改进了小区的覆盖

对使用普通天线的无线基站，其小区的覆盖完全由天线的辐射方向图形确定。当然，天线的辐射

方向图形是可能根据需要而设计的。但在现场安装后除非更换天线，其辐射方向图形是不可能改

变和很难调整的。但智能天线的辐射图形则完全可以用软件控制，在网络覆盖需要调整或由于新

的建筑物等原因使原覆盖改变等情况下，均可能非常简单地通过软件来优化。

6.降低了无线基站的成本

在所有无线基站设备的成本中，最昂贵的部分是高功率放大器(HPA)。特别是在CDMA系统中

要求使用高线性的HPA,更是其主要部分的成本。智能天线使等效发射功率增加，在同等覆盖要

求下，每只功率放大器的输出可能降低20lgN(dB)。这样，在智能天线系统中，使用N只低功率

的放大器来代替单只高功率HPA,可大大降低成本。此外，还带来降低对电源的要求和增加可靠

性等好处。

1.3,1.3智能天线所带来的新问题

1.全向波束和赋形波束

智能天线的功能主要是由自适应的发射和接收波束赋形来实现的。而且，接收和发射波束赋形是

依据基站天线几何结构、系统的要求和所接收到的用户信号。在移动通信系统中，智能天线对每

个用户的上行信号均采用赋形波束，提高系统性能是非常直接的。但在用户没有发射，仅处于接

收状态下，又是在基站的覆盖区域内移动时(空闲状态)，基站是不可能知道该用户所处的方

位，只能使用全向波束进行发射。一个全向覆盖的基站，其不同码道的发射波束是不同的•基站

必须提供全向和定向的赋形波束。

两种赋形波束

得到小区覆盖的全向波束

针对用户终端的赋形波束

BCH/DwPTS必须使用全向波束，覆盖整个小区，在帧结构中使

用专门时隙

业务码道通常使用赋形波束，只覆盖个别用户

图6TD-SCDMA全向码道和赋形码道

2.智能天线的校准

在使用智能天线时，必须具有对智能天线进行实时自动校准的技术。

在TDD系统中使用智能天线时，是根据电磁场理论中的互易原理，直接利用上行波束赋形。但对

实际无线基站，每一条通路的无线收发信机不可能是全同的，而且，其性能将随时期、工作电平

和环境条件等因素变化。如果不进行实时自动校准，则下行波束赋形将受严重影响。不仅得不到

智能天线的优势，甚至完全不能通信。

3.智能天线和其它抗干扰技术的结合

目前，在智能天线算法的复杂性和实时实现的可能性之间必须进行折中。这样，实用的智能天线

算法还不能解决时延超过一个码片宽度的多径干扰，也无法克服高速移动多普勒效应造成的信道

恶化。在多径严重的高速移动环境下，必须将智能天线和其它抗干扰的数字信号处理技术结合使

用，才可能达到最佳的效果。这些数字信号处理技术包括联合检测(JointDetection),干扰抵

消及Rake接收等。目前，智能天线和联合检测或干扰抵消的结合已有实用的算法。

4.波束赋形的速度问题

必须注意的是，由于用户终端的移动性，移动通信是一个时变的信道，智能天线是由接收信号来

对上下行波束赋形，故要求TDD的周期不能太长。例如，当用户终端的移动速度达到100km/h

时，其多普勒频移接近200Hz,用户终端在10ms内的位置变化达到28cm,在2GHz频段已超过一

个波长，对下行波束赋形将带来巨大的误差。故希望将TDD周期进行缩减，以保证智能天线的正

常工作。如果要求此系统的终端能以更高的速度移动，贝打DD上下行转换周期还应进一步缩短。

5.设备复杂性的考虑

智能天线的性能显然将随天线阵元数目的增加而增加，但是增加天线阵元的数量，又将增加系统

的复杂性。此复杂性主要是在基带数字信号处理的量将成几何级数递增。现在，CDMA系统在向

宽带方向发展，码片速率已经很高，基带处理的复杂性已对微电子技术提出了越来越高的要求，

这就限制了天线元的数量不可能太多。按目前的水平，天线元的数量在6~16之间。

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1.3.2联合检测

概述

TD-SCDMA系统是一个干扰受限系统。系统干扰包括多径干扰、小区内多用户干扰和小区间的干

扰。这些干扰破环了各个信道的正交性，降低了CDMA系统的频谱利用率。

传统的Rake接收技术把小区内的多用户干扰当作噪声处理，而没有利用该干扰不同于噪声干扰

的独有特性。而联合检测技术将所有用户都当作有用的信号处理，这样可以充分利用用户信号的

扩频码、幅度、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址干扰，但存在着复杂度高和无法完全解决

多址干扰等问题。将智能天线和联合检测技术相结合，可以获得较为理想的效果。

原理介绍

联合检测技术是多用户检测(Multi-userDetection)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；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，导致信噪比严重

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(Single-userDetection)。

IS-95等第二代CDMA系统实际容量远小于设计码道数，就是因为使用了单用户检测技术。实际

上，由于MAI中包含许多先验的信息，如确知的用户信道码，各用户的信道估计等等，因此

MAI不应该被当作噪声处理，它可以被利用起来以提高信号分离方法的准确性。这样充分利用

MAI中的先验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称为多用户检测

技术(MD)。根据对MAI处理方法的不同，多用户检测技术可以分为干扰抵消(Interference

Cancellation)和联合检测(JointDetection)两种。其中联合检测技术是目前第三代移动通信技

术中的热点，它指的是充分利用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。而干扰抵消技术的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。我们知道，一个CDMA系统的离散模型可以用下式来表示：

e=Ad+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和信道脉冲响应

h有关的矩阵。

只要接收端知道A（扩频码c和信道脉冲响应h）,就可以估计出符号序列》。

扩频码C已知；

信道脉冲响应h可以利用突发结构中的训练序列midamble求解出。

DataMidambleDataGPDataMidambleDataGP

图9TD-SCDMA突发结构中的Midamble

在TD-SCDMA系统中，帧结构中设置了用来进行信道估计的训练序列Midamble,根据接收到的

训练序列部分信号和我们已知的训练序列就可以估算出信道冲激响应，而扩频码也是确知的，那

么我们就可以达到估计用户原始信号的目的。联合检测算法的具体实现方法有多种，大致分为非

线性算法、线性算法和判决反馈算法等三大类。根据目前的情况，在TD-SCDMA系统中，采用了

线性算法的一种，即迫零线性块均衡（Zero-ForcingBlockLinearEqualizer,ZF-BLE）法。

在TD-SCDMA系统中，训练序列Midamble是用来区分相同小区、相同时隙内的不同用户的。在

同一小区的同一时隙内所有用户具有相同的Midamble码本（基本序列），不同用户的Midamble

序列只是码本的不同移位。在TD-SCDMA技术规范中，共有长度为128位的Midamble码128个。

训练序列Midamble安排在每个突发的正中位置，长度为144chips。之所以将Midamble安排在每

个突发的正中位置，是出于对可靠信道估计的考虑。可以认为在整个突发的传输过程中，尤其是

在慢变信道中，信道所受到的畸变是基本相同的。所以，对位于突发正中的Midamble进行信道

估计相当于是对整个突发信道变化进行了一次均值，从而能可靠地消除信道畸变对整个突发的影

响。

当信号在移动信道中传输时会发生信号幅度的哀落和信号相位的畸变。移动信道中某个用户加勺

等效低通信道脉冲响应可以表示为：

%⑴=另外式印加,"3"-,其中，/为信道的多径数；豕为瑞利分布的幅度衰落，它对

/=0

于每条径来说是独立分布的；表示信道的相位畸变，服从［0,2兀］间的均匀分布；兀为扩频

码的码片宽度。

突发

用户数据

图10Midamble的发送模型

其中，颇〃)(n=l,2,/V)表示用户碓用的Midamble码，长度为〃饵？表示等效低通信道

脉冲响应；表示系统中引入的多址干扰和热噪声；5(。为发送信号；为经过信道后的接收

端信号。

用户

接收

数据

图11相干解调示意图

相干信道估计，是指用序列相干解调的方法来估计信道响应。也就是说，在发送数据的同时发送

一个事先设定的辅助序列。当在接收端收到数据的同时，也收到了经过相同信道衰落的辅助序

列。于是，可以根据已知的发送辅助序列和接收辅助序列估测出信道的幅度和相位的变化，从而

可利用它来解调接收数据并抵消信道中产生的畸变。假设接收到的训练序列为网〃)，本地训练

序列为Mo(〃)，通过作积分相关可得信道估计值

4=IJ(〃)/()(〃)成=，j\MM(")4(〃)e汹⑺.如(〃)dn=电解

WoN0

由上式可以看出，最终的信道估计值是对整个训练序列信道响应的一个均值，而且由于训练序列

在整个突发中所处的特殊位置，完全可以认为信道估计值就是整个突发信道响应的均值。尤其是

在慢速变化的信道中，该均值完全能够可靠地消除信道畸变，从而解调出用户数据。

设原始数据为《(。，解调前的用户接收数据为成少解调后的用户数据为式。，则有：

d(。=d⑺必)*=卜0«)4⑺e闷叼伍/瓦)*=d°Q)L(痴Je*"瓦]

2

由于在慢变衰落信道中，ak(0«,0k(t)»0k＞所以，d(t)«J0(/)(«A)«

若在快变衰落信道中，式《⑺«ak和“S-瓦并不一定成立，故有：

d(r)adoQ)[a«Q)Z|.朋⑺,式中为信道估计误差，它将直接影响到数据解调的准确

度。如果由于e"4⑺误差导致信号星座空间旋转后发生交叠，则必将发生误判。当因此产生的误

码超出了信道编码和交织的纠错能力，那么这种信道估计方法就不再适于当前的快变衰落信道

了，必须有更准确、更可靠的信道估计方法，例如用于多用户检测的联合信道估计与检测方法

等，所有这些均是以复杂性和成本的提高为代价的。

理论上来说，联合检测技术可以完全消除MAI的影响，但在实际应用中，联合检测技术会遇到以

下问题：

⑴对小区间干扰没有解决办法；

⑵信道估计的不准确将影响到干扰消除的准确性；

⑶随着处理信道数的增加，算法的复杂度并非线性增加，实时算法难以达到理论上的性能。

由于以上原因，在TD6CDMA系统中，并没有单独使用联合检测技术，而是采用了联合检测技术

和智能天线技术相结合的方法。

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。TD-SCDMA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。下图说明了TD-SCDMA系统智能天线和联合检测技术相结合的方法。

天线1

生

成

联

总

天线2

合

系

检

统

测

矩

阵

A

天线

信道估计IV

生成赋形参数A下形赋形

图12智能天线和联合检测技术流程示意图

小结

⑴智能天线的主要作用：

•降低多址干扰，提高CDMA系统容量；

•增加接收灵敏度和发射EIRP（EffectiveIsotropicRadiatedPower）。

⑵智能天线所不能解决的问题：

•时延超过码片宽度的多径干扰；

•多普勒效益（高速移动）。

⑶联合检测：

•基于训练序列的信道估值；

•同时处理多码道的干扰抵消。

1.3.3上行同步

在CDMA移动通信系统中，下行链路总是同步的。一般所说的同步CDMA都是指上行同步，即

要求来自不同距离的不同用户终端的上行信号能同步到达基站。上行同步解决了码道非正交所带

来的干扰问题，提高了TD-SCDMA系统的容量和频谱利用率，简化了硬件电路，降低了成本。

1.3.4动态信道分配

频域DCA：频域DCA中每一小区使用多个无线信道（频道）。在给定频谱范围内，与5MHz的带

宽相比，TD-SCDMA的1.6MHz带宽使其具有3倍以上的无线信道数（频道数）。

时域DCA：在一个TD-SCDMA载频上，使用7个时隙减少了每个时隙中同时处于激活状态的用

户数量。每载频多时隙，可以将受干扰最小的时隙动态分配给处于激活状态的用户。

码域DCA：在同一个时隙中，通过改变分配的码道来避免偶然出现的码道质量恶化。

空域DCA：通过智能天线，可基于每一用户进行定向空间去耦（降低多址干扰）。

在TD-SCDMA系统中，

-信道（channel）：频率、时隙、码

-RU（resourceunit）：频率、时隙、码

-基本RU（basicRU）：SF=16的RU

DCA与TD-SCDMA其他技术的融合

TD-SCDMA系统中DCA的方法有如下几种：

-时域动态信道分配

因为TD-SCDMA系统采用了TDMA技术，所以通过选择接入时隙来减小激活用户之间的干扰。

-频域动态信道分配

因为TD-SCDMA系统中每个小区可以有多个载波（一到三个），所以把激活用户分配在不同的

载波上，从而减小小区内用户之间的干扰。

-空域动态信道分配

因为TD-SCDMA系统采用智能天线的技术，可以通过用户定位、波束赋形来减小小区内用户之

间的干扰、增加系统容量。

动态信道分配的组成：

-慢速DCA（把资源分配到小区）

根据小区中各个时隙当前的负荷情况对各个时隙的优先级进行排队，为接入控制提供选择时隙的

依据。

—接纳控制AC

当一个新的呼叫到来时，DCA首先选择一个优先级最高的时隙，能否在该时隙为新呼叫分配资

源。在选择时隙的过程中，如果没有单独的时隙能够提供新呼叫所需要的资源，DCA将试图进

行资源整合，从而为新呼叫腾出一定的资源（包括码资源、功率资源）。

-快速DCA（为业务分配资源）

当系统负荷出现拥塞或链路质量发生恶化时，RRM中的其他模块（如LCC、RLS）会触发DCA

进行信道调整。它的功能主要是有选择的把一些用户从负荷较重（或链路质量较差）的时隙调

整到负荷较轻（或链路质量较好）的时隙。

1.4TD-SCDMA无线资源管理

1.4.1功率控制

CDMA系统是一个干扰受限的系统，必要的功率控制可以有效地限制系统内部的干扰水平，从而

降低小区内和小区间干扰，并降低UE的功耗。

TD-SCDMA中，发射功率控制（TPC）特性如下所示。

发射功率控制特性

":目上行下行

可变可变

功率控制速率闭环：0〜200次/s闭环：0~200次/3

开环：延时大约20（卜357511s

步长IdB,2dB,3dB（闭环）