【正文】 8 參考文獻 .......................................................................................................................... 1 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院 2021 級移動通信專業(yè)畢業(yè)論文 第一章 緒論 項目背景 TDSCDMA（時分 — 同步碼分多址接入， Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access）第三代移動通信系統(tǒng)標準是信息產(chǎn)業(yè)部電信科學技術(shù)研究院（現(xiàn) 大唐集團）在國家主管部門的支持下，經(jīng)過多年的研究而提出的具有一定特色的第三代移動通信（ 3G， 3rd Generation）系統(tǒng)標準，是中國百年通信史上第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國際通信標準，在我國通信發(fā)展史上具有里程碑的意義并將產(chǎn)生深遠影響。該標準文件在我國原無線通信標準組（ CWTS，Chinese Wireless Telemunication Standardgroup）最終修改完成后，經(jīng)原郵電部批準，于 1998 年 6 月代表我國提交到國際電信聯(lián)盟（ ITU， International Telemunication Union）和相關(guān)國際標準組織。 TDSCDMA 標準公開之后，在國際上引起強烈的反響，得到西門子等許多著名公司和眾多運營商的重視和支持。 1999 年 11 月在芬蘭赫爾辛基召開的國際電信聯(lián)盟會議上， TDSCDMA 被列入 ITU建議 ITUR 中，成為 ITU 認可的第三代移動通信無線傳輸技術(shù)（ RTT， Radio Transmission Technology）主流技術(shù)之一。 2021年 5月世界無線電行政大會正式接納 TDSCDMA為第三代移動通信系統(tǒng)國際標準，從而使 TDSCDMA 成 為與歐洲、日本提出的 WCDMA 以及美國提出的 cdma2021 并列的三大主流 3G標準之一。這是百年來中國電信史上的重大突破，標志著我國在移動通信技術(shù)方面進入世界先進行列。 2021 年 10 月 23 日，信息產(chǎn)業(yè)部公布 TDSCDMA 頻譜規(guī)劃，為 TDSCDMA標準劃分了總計 155MHz（ 1 880～ 1 920MHz、 2 010～ 2 025MHz 及補充頻段2 300～ 2 400MHz）的非對稱頻段， 2021 年 1 月 20 日，信息產(chǎn)業(yè)部正式頒布 TDSCDMA 為我國通信行業(yè)標準。 第二章 TDSCDMA 移動通信系統(tǒng)簡要分析 第二章 TDSCDMA 移動通信系統(tǒng)簡要分析 TDSCDMA 系統(tǒng)的基本原理 TDSCDMA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) TDSCDMA 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全遵循 3GPP 指定的 UMTS（ Universal Mobile Telemunication System）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以分為 UMTS 地面無線接入網(wǎng)（ UTRAN， UMTS Terrestrial Radio Access Network）和核心網(wǎng)（ CN， Core Network）。按照現(xiàn)有 3GPP 的 TDSCDMA LCR 標準，其核心網(wǎng)，甚至業(yè)務平臺與 WCDMA 是相同的。 TDSCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型 TDSCDMA 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與標準化組織 3GPP 制訂的 UMTS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一樣的，按照功能可分為兩個基本域，用戶設(shè)備域（ User Equipment Domain）和基本結(jié)構(gòu)域（ Infrastructure Domain），如圖 11 所示。 圖 11 UMTS 域和參 考點 用戶設(shè)備域由具有不同功能的各種類型設(shè)備組成，如雙模 GSM/UMTS 用戶終端、智能卡等。其中，前者能夠兼容一種或多種現(xiàn)有的接入（固定或無線）設(shè)備。用戶設(shè)備域可進一步分為移動設(shè)備（ ME， Mobile Equipment）域和用戶業(yè)務識別單元（ USIM， UMTS Subscriber Identity Module）域，如圖 11 所示。 (1)移動設(shè)備域： 移動設(shè)備域主要完成無線傳輸和應用，其接口和功能與 UMTS 的接入層和核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與用戶無關(guān)。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院 2021 級移動通信專業(yè)畢業(yè)論文 (2)用戶業(yè)務識別單元（ USIM） 域 ： 用戶業(yè)務識別單元包含清楚而安全地確定身份的數(shù)據(jù)和過程。這些功能一般存入智能卡中。它只與特定的用戶有關(guān)，而與用戶所使用的移動設(shè)備無關(guān)。 基本結(jié)構(gòu)域可進一步分為接入網(wǎng)域和核心網(wǎng)域。接入網(wǎng)域由與接入技術(shù)相關(guān)的功能模塊組成，直接與用戶相連接，而核心網(wǎng)域的功能與接入技術(shù)無關(guān)，兩者通過開放接口連接。從功能方面出發(fā)，核心網(wǎng)又可以分為分組交換業(yè)務域和電路交換業(yè)務域。網(wǎng)絡(luò)和終端可以只具有分組交換功能或電路交換功能，也可以同時具有兩種功能。 TDSCDMA 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)介紹 在移動通信環(huán)境條件下，復雜的地形、建筑物的結(jié)構(gòu)都會對電波的傳播產(chǎn)生影響，大量用戶間的相互作用也會產(chǎn)生時延擴散、瑞利衰落、多徑、信道干擾等，從而會使通信質(zhì)量受到影響。這個時候，采用智能天線可以有效地解決這些問題。智能天線采用空分多址技術(shù)，利用信號在傳輸方向的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號區(qū)分開來，最大限度的利用有限的信道資源。 智能天線的核心在數(shù)字信號處理部分，它根據(jù)一定的準則，使天線陣列產(chǎn)生定向波束指向用戶，并自動地調(diào)整權(quán)重系數(shù)以實現(xiàn)所需要的空間濾波。 TDSCDMA 系統(tǒng)中由于采用智能天線，將會帶來以下優(yōu)勢 : （ 1）提高信號干擾比，改善通信質(zhì)量。 采用窄波束的主瓣接受和發(fā)射信號，旁瓣和零點抑制干擾信號，可以降低系統(tǒng)干擾、提高陣列的輸出信噪比，即提高系統(tǒng)的抗干擾能力。此外，對于移動通信中的多徑干擾也有一定的削弱能力，因此大大改善了通信質(zhì)量。 （ 2）增加系統(tǒng)容量，提高同時通信的用戶數(shù)量 采用窄波束接收和發(fā)射移動用戶信號，降低了其他用戶的干擾，對于自干擾的 CDMA 系統(tǒng)，可以有效地提高系統(tǒng)容量。同時采用空分技術(shù)復用信道，也增 第二章 TDSCDMA 移動通信系統(tǒng)簡要分析 加了系統(tǒng)容量。 （ 3）擴大通信覆蓋 區(qū)域，提高頻譜利用率 智能天線的輻射方向圖在理論上可以用軟件進行控制，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋需要調(diào)整或由于新的建筑物等原因使原覆蓋改變等情況下，均可以非常簡單地通過軟件來優(yōu)化，非常簡便。隨著移動通信需求的增長，可以在不新建或盡量少建基站的基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)容量，降低運營成本。 （ 4）降低基站發(fā)射功率，減少電磁輻射環(huán)境 在使用普通天線的天線基礎(chǔ)中，發(fā)射信號采用的時高效率放大器，而在TDSCDMA 中使用了智能天線，由于波束形成的增益可以減少對功放的要求，大大降低了基站的發(fā)射功率，同時也減少了電磁環(huán)境輻射。 測 聯(lián)合檢測（ JD,Joint Detection）是多用戶檢測（ MultiUser Detection）的一種。CDMA 系統(tǒng)中多個用戶的信號在時域和頻域上是混疊的。接受時需要在數(shù)字域上用一定的信號的分離方法把各個用戶的信號分離出來。信號分離的方法大致分為單用戶檢測技術(shù)和多用戶檢測技術(shù)兩種。 在實際的 CDMA 移動通信系統(tǒng)中，存在多址干擾（ MAI），這是由于各個用戶信號之間存在一定的相關(guān)性。由個別用戶產(chǎn)生的 MAI 固然很小，可是隨著用戶數(shù)的增加或信號功率的增大， MAI 就成為寬帶 CDMA 通 信系統(tǒng)的一個主要干擾。傳統(tǒng)的 CDMA 系統(tǒng)信號分離方法是把 MAI 看作熱噪聲一樣的干擾，導致信噪比嚴重惡化，系統(tǒng)容量也隨之下降。這種將單個用戶的信號分離看作是各自獨立的過程的信號分離技術(shù)稱為單用戶檢測（ SingleUser Detection）。 聯(lián)合檢測算法可以分為三類：非線性算法、線性算法、判決反饋算法。 在 TDSCDMA 系統(tǒng)中，相鄰小區(qū)的業(yè)務可采用相同的頻點，只根據(jù)擾碼進行區(qū)分，這樣同頻小區(qū)間干擾成為不得不考慮的問題。同頻干擾在小區(qū)交接帶比較嚴重，導致系統(tǒng)性能惡化和系統(tǒng)容量降低。對 于小區(qū)間 MAI，單小區(qū)算法只是單純地把它們看作無法消除的干擾即白噪聲來處理，這就減少了先驗證信淮安信息職業(yè)技術(shù)學院 2021 級移動通信專業(yè)畢業(yè)論文 息量，降低了解調(diào)門限。而要利用這些先驗證信息完成多小區(qū)聯(lián)合檢測，則需要得到相鄰小區(qū)的完整的結(jié)構(gòu)化信息，包括擾碼、信道響應、擴頻系數(shù)和擴頻碼。 多小區(qū)聯(lián)合檢測是在單小區(qū)聯(lián)合檢測的基礎(chǔ)上，將鄰小區(qū)的用戶或者碼道信息也納入到聯(lián)合檢測的方程組中，然后將相鄰同頻小區(qū)的用戶干擾也進行消除。 聯(lián)合檢測充分利用 MAI，把所有用戶信號當作有用的信號來對待，而不是看作干擾信號，從而都分離出來?；谶@種理論和技 術(shù)，聯(lián)合檢測可以為移動通信帶來一下幾方面的好處： （ 1）不再將多址干擾作為噪聲，其效果優(yōu)于傳統(tǒng)的 RAKE 接收機。 （ 2）采用結(jié)合智能天線和聯(lián)合檢測技術(shù)的時空聯(lián)合檢測算法和時空濾波器，可大大提高接收機的靈敏度，系統(tǒng)抗干擾能力增強，有助于同頻組網(wǎng)。 （ 3）充分利用 MAI 的所有用戶信息，使得在相同誤碼率的前提下，降低SNR（ Signal to Noise Ratio）的接受要求，大大提高了接收機性能并增加了系統(tǒng)容量。在理想情況下可以使系統(tǒng)容量提高 倍，這意味著具有更高的頻譜利用率。 （ 4）降低用戶設(shè)備（ UE） 的發(fā)射功率，提高 UE 的待機及通話時間，同時降低了設(shè)備成本和故障率。 （ 5）具有克服“遠近效應”的能力，對功率控制的要求比用 RAKE 接收機的方法低。由于聯(lián)合檢測技術(shù)能消除 MAI 干擾，因此產(chǎn)生的噪聲量將與干擾信號的接受功率無關(guān)，從而大大減少“遠近效應”對信號接收的影響。 時分雙工（ TDD,Time Division Duplex）是一種通信系統(tǒng)的雙工方式，在移動通信系統(tǒng)中用于分離接收與傳送信道（或上下行鏈路）。與 FDD 的區(qū)別在于，TDD 的系統(tǒng)接收和傳送是在同一頻率信道，即載波的不同時隙，用保 護時間來分離接收與傳送信道；而 FDD 則是在分離的兩個對稱的頻率信道上，用保護頻段來分離接收與傳送信道。 TDD 與 FDD 的原理如圖 12 所示： 第二章 TDSCDMA 移動通信系統(tǒng)簡要分析 圖 12 TDD 和 FDD 原理 優(yōu)缺點分析 在同樣滿足 IMT2021 要求的前提下， TDD 系統(tǒng)有其他系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾方面。 (1)提高系統(tǒng)的頻譜利用率 TDD 的時隙按照上 /下行鏈路所需的數(shù)據(jù)量動態(tài)分配，這不僅適應于對稱業(yè)務，如傳統(tǒng)的語音業(yè)務，而且非常適合于日益增長的非對稱的實時和非實時的數(shù)據(jù)業(yè)務，如多媒體、因特網(wǎng)所需要的 IP 業(yè)務。動態(tài)地 按需分配時隙，可以使得頻譜資源得以最大、最優(yōu)地利用。另外， TDD 能使用各種頻率資源，不需要成對的頻率，它能有效使用零碎的頻率資源。在提供同樣速率的業(yè)務時，TDD 模式占用的帶寬較 FDD 模式少。 (2)降低對功率控制的要求 在 FDD 模式的 CDMA 移動通信系統(tǒng)中，為減少同頻干擾，每個終端必須在保證可接收性能的前提下以最低功率傳送信息，這需要很精確的功率控制。同時為克服所謂遠近效應，需要快速高效的功率控制。另外上下行鏈路的衰落因子是不相關(guān)的，這需要用閉環(huán)功率控制。所以 FDD 模式的 CDMA 移動通信系統(tǒng)對功率控制極其敏 感，功率控制的失敗會導致十分嚴重的系統(tǒng)容量下降。但對 TDD 模式的 CDMA 移動通信系統(tǒng)，上下行鏈路的衰落因子是相關(guān)的，僅淮安信息職業(yè)技術(shù)學院 2021 級移動通信專業(yè)畢業(yè)論文 需開環(huán)功率控制即可。而且，上下行鏈路采用相同的發(fā)射頻率，系統(tǒng)的開環(huán)功率也可以做得比較準確。這樣的系統(tǒng)設(shè)計使系統(tǒng)的發(fā)射功率可以更迅速有效地收斂到理想的功率點。 (3)提高終端的接收性能 在移動通信系統(tǒng)中廣泛采用分集接收技術(shù)來減少信道的衰落。對于選擇性分集，接收機通過測量相互獨立的路徑來選擇最好的路徑接收信號電平，以提高接收性能，但接收機的復雜性也相應提高了。在這種情況下，基站能容忍復雜性的提高 ，而終端則不行，此時天線（空間）分集是為終端提供分集接收僅有的一種方法。 根據(jù) TDD 模式原理，基于 TDD 模式的系統(tǒng)在上下行鏈路上的衰落是相同的，基站通過測量它從每個天線接收到的上行鏈路信號功率估計最強的路徑，從而估計和選擇最好的天線用于下行鏈路下一幀的傳送。這樣終端可在不增加復雜性的情況下，借助基站的天線分集設(shè)備實現(xiàn)天線選擇分集，使接收性能得以改進。 (4)適合采用智能天線技術(shù) 一個智能天線系 統(tǒng)由一個多天線陣、相干接收機和高級數(shù)字信號處理算法組成。與僅有一個固定波束的傳統(tǒng)天線比較，智能天線能夠有效地形成多 波束賦型，每一個波束指向一個特 定的用戶且能自適應地跟蹤任何移動用戶。但由智能天線的工作原理可知，其高效率是建立在上行鏈路和下行鏈路在無線路徑方面的對稱性基礎(chǔ)上的，即需要盡量保 證無線環(huán)境和傳輸條件的相同。只有這樣，上行鏈路的估計參數(shù)才能比較完好地符合下行鏈路而進入下行波束賦型器陣列。 TDD 模式的優(yōu)勢在于用戶信號的發(fā)送和接收都發(fā)生在完全相同的頻率上，因此，在上下行兩個方向中的傳輸條件是相同或者說是對稱的，這樣智能天線才能正常工作，并將小區(qū)間的干擾降到最低，從而獲得最佳的系統(tǒng)性能。 (5)更容易實現(xiàn)低功耗的多 模小終端 低