第三代移動通信TD-SCDMA系統(tǒng)物理層增強技術研究.pdf

1、TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access,時分同步碼分多址)是中國標準化組織向ITU(International Telecommunication Union,國際電聯(lián))提交的3G(3rd Generation,第三代移動通信)標準,是當今三大主流3G標準之一。經(jīng)過長期的發(fā)展和演進,目前已進入大規(guī)模預商用階段。 TD-SCDMA系統(tǒng)物理層的

2、關鍵技術包括：智能天線、聯(lián)合檢測、信道估計、上行同步、動態(tài)信道分配、接力切換等。這些技術已日趨成熟和實用化,并使得TD-SCDMA系統(tǒng)比其他3G系統(tǒng)具有更高的頻譜利用率。然而由于任何一種CDMA系統(tǒng)所具有的自干擾的特點,在實際組網(wǎng)時,依舊存在著同頻組網(wǎng)時系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量下降等問題,需要通過對現(xiàn)有物理層相關技術的增強和優(yōu)化來解決。 本文首先簡要介紹蜂窩移動通信的發(fā)展史,描述TD-SCDMA系統(tǒng)物理層的若干關鍵技術及其發(fā)展和長期演

3、進的過程。隨后介紹TD-SCDMA系統(tǒng)的物理信道、傳輸模型、信道模型及物理層仿真系統(tǒng)的構建。接著研究同頻組網(wǎng)情況下多小區(qū)空時聯(lián)合處理技術及其具體實現(xiàn)方案。由于多小區(qū)空時聯(lián)合處理消除小區(qū)間強干擾的前提是對鄰區(qū)信道的精確估計,其后的幾章重點對多小區(qū)信道估計算法進行大量的研究和分析,分別從以小區(qū)為單位的干擾消除和多小區(qū)聯(lián)合估計兩種思路提出同頻組網(wǎng)下提高信道估計精度的若干方法,分別分析算法性能和實現(xiàn)復雜度。接著提出通過強徑選擇降低多小區(qū)聯(lián)合信道

4、估計運算復雜度、增加最大允許的鄰區(qū)強干擾用戶數(shù)量的方法,進一步提高了算法的可實現(xiàn)性和性能。最后根據(jù)TDD(Time Division Duplex,時分雙工)系統(tǒng)上、下行鏈路的信道具有對稱性的特點,對聯(lián)合傳輸技術在TD-SCDMA系統(tǒng)中的應用進行了可行性研究。 本文的主要創(chuàng)新點和研究工作包括以下幾個方面： (1)空時聯(lián)合處理技術的改進和增強。在TD-SCDMA系統(tǒng)中上行鏈路的接收端采用的是聯(lián)合檢測和智能天線相結(jié)合的空時聯(lián)

5、合處理技術。傳統(tǒng)的空時聯(lián)合處理技術采用聯(lián)合檢測技術來消除小區(qū)內(nèi)其它用戶的干擾,而小區(qū)間干擾主要通過智能天線和動態(tài)信道分配等手段來抑制。對于同頻組網(wǎng)的系統(tǒng),將聯(lián)合檢測的范圍擴大到包括鄰區(qū)強干擾用戶在內(nèi)的多小區(qū)用戶,提出了多小區(qū)空時聯(lián)合處理技術的具體實現(xiàn)方式及需要考慮的問題,并對性能進行了仿真和分析。同時對基于傳統(tǒng)的低代價Steiner信道估計算法在干擾用戶分布在多個鄰區(qū)情況下的信道估計精度進行了分析,并指出由于其估計精度太低,導致多小區(qū)空

6、時聯(lián)合處理技術無法充分發(fā)揮其消除來自鄰近小區(qū)強干擾的優(yōu)勢?；谝孕^(qū)為單位的干擾消除信道估計算法的研究。提出的干擾消除信道估計方法可分為兩種：一種是基于SIC(Serial Interference Cancellation,串行干擾消除)的信道估計算法,即先利用傳統(tǒng)的低代價Steiner信道估計算法估計出本小區(qū)用戶的信道沖激響應的初值,以單個小區(qū)為單位進行干擾重構,將其從用于信道估計的接收訓練序列中加以消除后,對鄰小區(qū)逐個執(zhí)行估計信道

7、沖激響應,進行干擾重構和消除該鄰區(qū)信號的步驟,最后再將串行消除了所有鄰區(qū)干擾的信號再對本小區(qū)用戶進行信道估計。另一種是基于PIC(Parallel Interference Cancellation,并行干擾消除)的信道估計算法,即以單個小區(qū)為單位,根據(jù)初次估計的結(jié)果對每個小區(qū)的干擾信號進行干擾重構,再次對某個小區(qū)進行信道估計時,先將其它小區(qū)的干擾一并消除后,再進行估計。從算法原理、信道估計精度、算法復雜度以及對系統(tǒng)性能的影響等方面對兩

8、種方法進行了具體論述。多小區(qū)聯(lián)合信道估計算法的研究。利用線性估計及干擾消除理論,從多個小區(qū)聯(lián)合信道估計的角度提出了三種多小區(qū)聯(lián)合信道估計算法。三種算法均通過重新定義信道估計矩陣的結(jié)構,將本小區(qū)用戶和鄰小區(qū)強干擾用戶的信道沖激響應聯(lián)合估計。其中,第一種算法基于MF(Matched Filter,匹配濾波)原理；第二種算法基于MMSE(Minimum Mean-Square Error,最小均方誤差)準則；第三種算法是MS(Multi-St

9、age,多級)信道估計,利用前兩種算法的輸出作為中間結(jié)果,采用數(shù)據(jù)重構和干擾消除的思想,得到了更為精確的信道估計結(jié)果。在介紹了三種算法的原理后,從信道估計精度、實現(xiàn)復雜度和對系統(tǒng)性能影響的角度對算法進行分析?；趶姀竭x擇的多小區(qū)聯(lián)合信道估計算法的研究。針對多小區(qū)聯(lián)合信道估計算法復雜度較高、所選的參加聯(lián)合估計的用戶數(shù)較少的缺點,提出了強徑選擇的方法。先利用低代價信道估計算法得到各小區(qū)初始的信道估計結(jié)果,從中選擇信號功率較強的強徑信號,然后

10、再利用所選擇的本小區(qū)和相鄰小區(qū)用戶的強徑信號進行多小區(qū)聯(lián)合信道估計。由于降低了原有多小區(qū)聯(lián)合信道估計矩陣的維數(shù),因而在相同數(shù)量用戶的條件下,大幅減少運算量。又由于每個用戶信道沖激響應長度減少了,可以引入更多的相鄰小區(qū)強干擾用戶：同時按照信號的多徑強弱來選擇,突破了按照用戶選擇的限制,使得系統(tǒng)資源的分配更加合理。分析了信道估計精度、實現(xiàn)復雜度,并分析了小區(qū)間信號同步和不同步的情況對系統(tǒng)性能的影響。 (5)聯(lián)合傳輸技術的可行性研究。聯(lián)合傳輸

11、技術利用在TDD系統(tǒng)中上、下行鏈路信道的對稱特性,根據(jù)上行鏈路估計的信道沖擊響應與已知的用戶擴頻序列信息在基站側(cè)預處理發(fā)送信號,使得在移動臺接收端不必進行信道估計,只需與用戶的擴頻序列匹配濾波即可恢復傳輸信號,因此可有效地降低移動臺的復雜度；并且在下行傳輸時,不用發(fā)送訓練序列,使系統(tǒng)下行傳輸效率有較大提高。本文對TD-SCDMA系統(tǒng)下行鏈路聯(lián)合傳輸技術和傳統(tǒng)的聯(lián)合檢測技術進行了對比分析,研究了它與智能天線波束賦形技術的結(jié)合以及對系統(tǒng)性能