【文章內(nèi)容簡介】 功耗多模式的小終端不僅給移動用戶帶來通信與攜帶的方便，也使購買與使用的成本降低，這是未來移動通信系統(tǒng)的必然要求和追求的目標。 TDD模式系統(tǒng)具有上下行信道的互惠性，對功率控制的要求相對較低，適合采用智 第二章 TDSCDMA 移動通信系統(tǒng)簡要分析 能天線等新技術(shù)，使得 TDD 模式的終端可以配置比 FDD 模式終端更少的功能單元，從而更容易實現(xiàn)低功耗的、小尺寸的多模終端。 當然，任何系統(tǒng)在具備優(yōu)點的同時，也會存在劣勢。和 FDD 系統(tǒng)比較， TDD系統(tǒng)的主要問題在于終端的移動速度和覆蓋距離等方面，主要表現(xiàn)在以下幾點。 ① 對系統(tǒng)覆蓋的影響 TDD 系統(tǒng)平均功率 與峰值功率之比隨時隙數(shù)的增加而增加，考慮到耗電和成本因素，用戶終端的發(fā)射功率不可能很大，故通信距離（小區(qū)半徑）較小，而 FDD 系統(tǒng)的小區(qū)半徑可達到幾十公里。另外，在 TDD 模式中，上下行保護時隙寬度決定覆蓋半徑的大小，從而限制了小區(qū)的覆蓋范圍。 ② 干擾問題。 TDD 模式的 CDMA 移動通信系統(tǒng)的干擾問題主要包括上下行鏈路之間 干擾、不同運營商之間的干擾和來自功率脈沖的干擾。 上下行鏈路之間的干擾分為小區(qū)內(nèi)上下行鏈路之間的干擾和小區(qū)間 上 下行鏈路之間的干擾。前者是因為在一個小區(qū)內(nèi)用戶間的同步受到破壞或上下行鏈路的時間 分配不平衡。對于后者，則是因為非對稱的 TDD 時隙影響鄰近小區(qū)的無線資源并導(dǎo)致小區(qū)間的上下行鏈路干擾。另外，大功率的基站會阻塞鄰近小區(qū)的基站接收本小區(qū)的終端，處于小區(qū)邊界的大功率終端也會阻塞鄰近小區(qū)的具有不同時隙分配的終端。 不同運營商之間的干擾主要來自鄰頻干擾，而且 TDD 系統(tǒng)中的鄰頻干擾比FDD 系統(tǒng)更大，因為 TDD 系統(tǒng)對同步要求很高，干擾產(chǎn)生的失步會嚴重影響TDD 系統(tǒng)。 來自功率脈沖的干擾則緣于兩方面的原因： 一是 短 TDD幀的短傳輸時間； 二是 在小型終端內(nèi)部設(shè)備之間的脈沖傳輸。 ③ 同步要求高 由于基站不能同 時接收和發(fā)送，移動終端的傳送必須在基站停止發(fā)送時開始，這意味著同一小區(qū)內(nèi)的不同用戶之間、用戶與基站之間需嚴格同步。如果同一小區(qū)內(nèi)的用戶間發(fā)生不同步行為，則將導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)的用戶干擾；而如果用戶與基站間不同步，則可能發(fā)生通信阻塞。這是 FDD 的 CDMA 移動通信系統(tǒng)所沒有的問題。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 級移動通信專業(yè)畢業(yè)論文 另外，因為小區(qū)之間和不同終端之間的干擾問題，鄰近小區(qū)的基站之間要求同步，并且一般是符號級的精確同步。這樣的同步要求在基站內(nèi)有 GPS 接收機或公共的分布式時鐘，這些都增加了移動網(wǎng)的建設(shè)和運行維護費用。 ④ 移動速度目前難以與 FDD 模式相比 目前 ITU要求 TDD 系統(tǒng)達到 120km/h，而 FDD 系統(tǒng)則要求達到 500km/h。這主要是因為 FDD 系統(tǒng)是連續(xù)控制，而 TDD 系統(tǒng)是時間分隔控制的。在高速移動時，多普勒效應(yīng)將導(dǎo)致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深。 總而言之，在第三代移動通信系統(tǒng)中， TDD 模式比 FDD 模式能更有效地利用頻譜，節(jié)省運營投資，更適合于傳送非對稱業(yè)務(wù)。隨著新技術(shù)和新業(yè)務(wù)的發(fā)展及應(yīng)用， TDD 模式必將日益受到重視。而且，通過采用時分雙工、聯(lián)合檢測、智能天線、接力切換等關(guān)鍵技術(shù)， TDSCDMA 系統(tǒng)也必將會體現(xiàn)出越來越大的技術(shù)優(yōu) 勢。 TDSCDMA 的同步技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)同步、節(jié)點同步、初始化同步、傳輸信道同步、無線接口同步、 Iu 接口時間校準、上行同步等。其中，網(wǎng)絡(luò)同步是選擇高穩(wěn)定度、高精度的時鐘作為網(wǎng)絡(luò)時間基準，以確保整個網(wǎng)絡(luò)的時間穩(wěn)定。它是其他同步的基礎(chǔ)。初始化同步使終端成功接入網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點同步、傳輸信道同步、無線接口同步和 Iu 接口時間校準等，使終端能正常進行符合 QoS 要求的業(yè)務(wù)傳輸。 節(jié)點同步用來估計和補償 UTRAN 節(jié)點（ Node B）之間的定時誤差。 FDD和 TDD 模式對定時誤差估計及補 償?shù)木纫蟛煌９?jié)點同步分為兩種： RNC到 Node B 的節(jié)點同步、 Node B 間的節(jié)點同步。 TDD 模式下的 Node B 間的節(jié)點同步有兩種方式：一種方式是通過標準同步端口獲得，另一種方式是通過空中接口獲得。 第二章 TDSCDMA 移動通信系統(tǒng)簡要分析 移動終端開機建立下行同步過程被稱為初始化小區(qū)同步過程，即小區(qū)搜索。小區(qū)搜索的最終目的就是讀取小區(qū)的系統(tǒng)廣播消息，獲得進行業(yè)務(wù)傳輸?shù)膮?shù)。這里的同步不僅是指時間上的同步，還包括頻率、碼字和廣播信道的同步，要分 4 步進行，分別是 DwPTS 同步、擾碼和基本中間碼的識別、控制復(fù)幀的同步以及讀取廣 播信道。 （ 1） DwPTS 同步：終端首先對系統(tǒng)中 32 個 SYNCDL碼字進行相關(guān)搜索，峰值最大的碼字被認為是當前接入小區(qū)的 SYNCDL。同時，根據(jù)相關(guān)峰值的時間位置可以初步確定系統(tǒng)下行的定時。一般使用一個或多個匹配濾波器完成。 （ 2）擾碼和基本中間碼的識別：在第一步識別出 SYNCDL 碼字后，也就知道了對應(yīng)的中間碼組。終端只需要用相關(guān)方法逐一測試這 4 個基本碼的不同相位即可找到當前系統(tǒng)所用的 Midamble 碼，從而也知道了對用的擾碼。 （ 3）控制復(fù)幀的同步：即終端通過檢測 DwPT 相對于 PCCPCH 中間碼的QPSK 調(diào)制香味便宜來到廣播信道控制復(fù)幀的主信息塊在 PCCPCH 中得位置。 （ 4）讀取廣播信道：通過第三步的檢測，接下來的子幀就是廣播信道交織周期的第一個子幀。根據(jù)檢測的無線信道參數(shù)來讀取廣播信道的信息，知道了完整的小區(qū)信息，初始化小區(qū)同步完成。 TDSCDMA 系統(tǒng)的無線資源包括頻率、時隙、碼字、功率及空間資源，系統(tǒng)中得任何一條物理信道都是通過它的載頻 /時隙 /擴頻碼的組合來標記的。信道實際分配上就是一種無線資源的分配過程。動態(tài)信道分配（ DCA）算法有如下特點 ： （ 1）根據(jù)移動通信的實際情況及約束條件，設(shè)法使更多用戶接入，從而高效率地利用有限的無線資源，提高系統(tǒng)容量 （ 2）適應(yīng) 3G 業(yè)務(wù)的需要，尤其是高速率的上、下行不對稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 級移動通信專業(yè)畢業(yè)論文 DCA 形式 一般來講， DCA 包括兩個方面：慢速 DCA 和快速 DCA。前者將資源分配到小區(qū)，后者則把資源分配給承載業(yè)務(wù)。 的優(yōu)缺點分析 采用 DCA 是 TDD 系統(tǒng)的優(yōu)勢所在，能夠靈活地分配時隙資源，動態(tài)的調(diào)整上下行時隙的個數(shù)，從而可以靈活地支持對稱及非對稱的業(yè)務(wù)。 因此， DCA 具有頻帶利用率高、不需要信道的預(yù) 規(guī)則、可以自動適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中負載和干擾的變化等優(yōu)點，也有助于提高系統(tǒng)容量，可以更有效地利用有限的信道資源。其缺點在于， DCA 算法相對于固定信道分配（ FCA）來說較為復(fù)雜，在信道分配上占用的系統(tǒng)開銷也比較大。 接力切換（ BH,Baton Handover）是 TDSCDMA 系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。其設(shè)計思想是利用智能天線和上行同步等技術(shù)，在對 UE 的距離和方位進行定位的基礎(chǔ)上，以 UE 方位和其距離信息為輔助信息來判斷目前 UE 是否移動到了可進行切換的相鄰基站的鄰近區(qū)域。接力切換 通過與智能天線和上行同步等技術(shù)有機結(jié)合，巧妙地將軟切換的高成功率和硬切換的高信道利用率結(jié)合起來，是一種具有較好系統(tǒng)性能優(yōu)化的切換方法。 實現(xiàn)接力切換的必要條件是：網(wǎng)絡(luò)要準確獲得 UE 的位置信息，包括 UE 的信號到達方向（ DOV）和 UE 與基站之間的距離。 接力切換分 3 個過程，即測量過程、判決過程和執(zhí)行過程。 接力切換是介于硬切換和軟切換之間的一種新的切換方法。與軟切換相比，兩者都具有較高的切換成功率、較低的掉話率以及較小的上行告饒等特點。它們的不同之處在于接力切換并不 需要同時有多個基站為一個終端提供服務(wù)，因 第二章 TDSCDMA 移動通信系統(tǒng)簡要分析 而克服了軟切換需要占用的信道資源較多、信令復(fù)雜導(dǎo)致系統(tǒng)負荷加載加重以及增加下行鏈路干擾等缺點。 與硬切換相比，兩者都具有較高的資源利用率、較為簡單的算法以及系統(tǒng)相對較輕的信令負荷等特點。不同之處在于接力切換斷開原基站和與目標基站建立通信鏈路幾乎同時進行的，因而克服了傳統(tǒng)硬切換掉話率較高、切換成功率較低的缺點。接力切換的突出優(yōu)點是切換高成功率和信道高利用率。 a. 軟件無線電的概念 軟件無線電（ SDR， Software Defined Radio） 指的是采用數(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件定義實現(xiàn)無線電臺的各部分功能，包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等，即整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。 采用軟件無線電技術(shù)的目的是，盡可能多的無線通信及個人通信功能由軟件來實現(xiàn)，將無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品、新業(yè)務(wù)的開發(fā)逐步通過軟件來實現(xiàn)。應(yīng)用軟件無線電技術(shù)的好處在于為無線通信系統(tǒng)的升級提供了靈活性。同時，軟件無線電把話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)混合，將帶來更低的成本容量、質(zhì)量和覆蓋的互換性。無線通信系統(tǒng)中的軟件無線電 平臺構(gòu)成如圖 21 所示。 圖 21 軟件無線電平臺示意圖 SDR 的核心思想是將寬帶模 /數(shù)（ A/D）及數(shù) /模（ D/A）變換器盡可能靠近射頻天線；軟件無線電結(jié)構(gòu)中通過引入寬帶 AD 變換技術(shù)，可以使多個信道共享寬帶 AD 變換器，降低每信道的投資。 SDR 平臺使用 DSP 軟件完成數(shù)字信號處理（由 DSP 完成基帶信號的處理），完成各種不同信號的調(diào)制、解調(diào)；根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，在軟件中添加各種不同的算法，可以完成特定功能。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 級移動通信專業(yè)畢業(yè)論文 b. 軟件無線電的關(guān)鍵技術(shù) 軟件無線電技術(shù)是軟件化、計算密集型的操作形式。它與數(shù)字和模擬信號之間的轉(zhuǎn)換、計算速度、運算量、存儲量、數(shù)據(jù)處理方式等問題息息相關(guān)，這些技術(shù)決定著軟件無線電技術(shù)的發(fā)展程度和進展速度。寬帶 /多頻段天線、A/D/A 轉(zhuǎn)換器件、 DSP（數(shù)字信號處理器）技術(shù)及實時操作系統(tǒng)是軟件無線電的關(guān)鍵技術(shù)。 (1) 寬帶 /多頻段天線 理想的軟件無線電系統(tǒng)的天線部分應(yīng)該能夠覆蓋全部 無線通信頻段。通常來說，由于內(nèi)部阻抗不匹配，不同頻段電臺的天線是不能混用的。而軟件無線電要在很寬的工作頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)無障礙通信，就必須有一種無論電臺在哪一個波段都能與之匹配的天線。所以，實現(xiàn)軟件無線電通信，必須有一副可收發(fā)各種頻率信號而且線性性能好的寬帶天線。 軟件無線電臺覆蓋的頻段為 2MHz～ 2 000MHz。一般情況下，大多數(shù)系統(tǒng)只要覆蓋不同頻段的幾個窗口，不必覆蓋全部頻段，故可采用組合式多頻段天線的方案。即把 2MHz～ 2 000MHz 頻段分為 2MHz～ 30MHz、 30MHz～500MHz、 500MHz～ 2 000MHz 三段。這不僅在技術(shù)上可行，而且基本不影響技術(shù)使用要求。 (2)A/D/A 轉(zhuǎn)換器件 在軟件無線電通信系統(tǒng)中，要達到盡可能多地以數(shù)字形式處理無線信號，必須把 A/D 轉(zhuǎn)換盡可能地向天線端推移，這樣就對 A/D 轉(zhuǎn)換器的性能提出了更高的要求。為保證抽樣后的信號保持原信號的信息， A/D 轉(zhuǎn)換要滿足 Nyquist抽樣準則，而在實際應(yīng)用中，為保證系統(tǒng)更好的性能，通常抽樣率為帶寬的 倍。軟件無線電通信系統(tǒng)一般采用低分辨率的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，但是由于其分辨率很低，所以信號處理的精度就會降低，增加轉(zhuǎn)換器的精度成為一大 熱點。對于更高的轉(zhuǎn)換帶寬要求，可以用并行 A/D 轉(zhuǎn)換的方法完成。 (3) DSP 技術(shù) DSP 主要完成電臺內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、調(diào)制解調(diào)和編碼解碼等工作。由于電臺內(nèi)部數(shù)據(jù)流量大，進行濾波、變頻等處理運算次數(shù)多，必須采用高速、實時、并行的數(shù)字信號處理 器模塊或?qū)Ｓ眉呻娐凡拍苓_到要求。要完成這么艱巨 第二章 TDSCDMA 移動通信系統(tǒng)簡要分析 的任務(wù)，必須要求硬件處理速度不斷增加，芯片容量擴大。同時要求算法進行針對處理器的優(yōu)化和改進，這兩個方面的不斷提高將是數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展的不懈動力。只有這樣，才能實現(xiàn)電臺內(nèi)部軟件的高速運行和多種功能的靈活切換及控制。 (4)實 時操作系統(tǒng) 軟件無線電實現(xiàn) 的重要基礎(chǔ)是處理器速度的提高，然而在一定的處理速度限制下，需要有效的實時應(yīng)用處理軟件和實時操作系統(tǒng)支持，才能充分發(fā)揮處理器的性能。與通用操作系統(tǒng) 相比，實時操作系統(tǒng)對處理任務(wù)的時間調(diào)度控制更加明確，在進行高速數(shù)字信號處理時可以更有效地分配有限的處理資源。針對不同通信體制的共同點，可以采用、 開發(fā)高效而靈活的實時操作系統(tǒng)和實時應(yīng)用軟件，來完成多種通信模式。并且隨著移動通信的繼續(xù)發(fā)展，也需要增加具有新功能的系統(tǒng)模塊，為用戶提供更先進的服務(wù)。 軟件無線電提供一個新 概念和通用無線通信平臺，在此基礎(chǔ)上，基于軟件來實現(xiàn)新業(yè)務(wù)和使用新技術(shù)。因此大大降低了開發(fā)成本和周期，使產(chǎn)品能跟上技術(shù)發(fā)展的額水品。此外，隨著技術(shù)的進步，無線通信產(chǎn)品的生命周期越來越短，因此針對單一產(chǎn)品線，投資風(fēng)險較大。基于 SDR 產(chǎn)品的生產(chǎn)將比傳統(tǒng)產(chǎn)品原材料成本低，且產(chǎn)品壽命長。同時，由于它使硬件簡單化及標準化，使得產(chǎn)品更容易生產(chǎn)，也降低了投資風(fēng)險。 無線網(wǎng)絡(luò)的性能分析 系統(tǒng)的覆蓋、容量和服務(wù)質(zhì)量相互制約。在規(guī)劃中，必須將系統(tǒng)的覆蓋、容量和服務(wù)質(zhì)量統(tǒng)一