【正文】 綜合了各評估組的評估結(jié)果，在 1999 年 11 月赫爾辛基 ITURTG8/1 第 18 次會議上和 2020 年 5月在伊斯坦布爾的 ITUR 全會上， TDSCDMA 被正式接納為 CDMATDD 制式的方案之一。 CWTS(中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)研究組 )作為代表中國的區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)化組織，從 1999年 5月加入 3GPP 以后，經(jīng)過 4個月的充分準(zhǔn)備，并與 3GPPPCG(項(xiàng)目協(xié)調(diào)組 )、 TSG(技術(shù)規(guī)范組 )進(jìn)行了大量協(xié)調(diào)工作后，在同年 9月向 3GPP建議將 TDSCDMA納入 3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的工作內(nèi)容。 1999 年 12 月在法國尼斯的 3GPP 會議上，我國的提案被3GPPTSGRAN(無線接入網(wǎng) )全會所接受，正式確定將 TDSCDMA 納入到 Release 2020(后拆分為 R4 和 R5)的工作計(jì)劃中，并將 TDSCDMA 簡稱為 LCRTDD(低碼片速率 TDD 方案 )。 經(jīng)過一年多的時間，經(jīng)歷了幾十次工作組會議幾百篇提交文稿的討論，在 2020年 3 月棕櫚泉的 RAN 全會上，隨著包含 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的 3GPPR4 版本規(guī)范的正式發(fā)布， TDSCDMA 在 3GPP 中的融合工作達(dá)到了第一個目標(biāo)。 至此， TDSCDMA 不論在形式上還是在實(shí)質(zhì)上，都已在國際上被廣大運(yùn)營商、設(shè)備制造商所認(rèn)可和接受，形成了真正的國際標(biāo)準(zhǔn)。 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 TDSCDMA 的優(yōu)缺點(diǎn) TDSCDMA 的覆蓋： 在覆蓋解決方案上，宏蜂窩覆蓋整個區(qū)域，微蜂窩完成對話務(wù)密集的街區(qū)的覆蓋。在郊區(qū)和農(nóng)村，主要采用全向站實(shí)現(xiàn)宏蜂窩組網(wǎng)，進(jìn)行區(qū)域的覆蓋。在寫字樓、賓館、酒店、購物中心、機(jī)場等話務(wù)密集的地區(qū)，為達(dá)到有效話務(wù)吸收和 ―無死角 ‖覆蓋目的，可以使用分布式天線系統(tǒng) DAS 進(jìn)行專門的室內(nèi)覆蓋。 TDSCDMA 在使用室內(nèi)覆蓋系統(tǒng) DAS 時，不需要使用智能 天線系統(tǒng)，完全可以使用常規(guī)的室內(nèi)天線對室內(nèi)進(jìn)行覆蓋。 在覆蓋能力方面，從協(xié)議幀結(jié)構(gòu)角度出發(fā)， TDSCDMA 在干擾程度可以接受的情況下，可支持最大 的小區(qū)覆蓋半徑，在阻塞 TSI 并將其用于 SYNCUL接入的情況下，可支持最大 的小區(qū)覆蓋半徑。在實(shí)際外場測試中，心 R 話音業(yè)務(wù)，城區(qū)覆蓋能夠達(dá)到約 的小區(qū)半徑； PS64／ 128／ 384 業(yè)務(wù)，城區(qū)覆 蓋能夠達(dá)到約 的小區(qū)半徑。 TDSCDMA 優(yōu)點(diǎn)： TD 一個載頻 W 一個載頻 10M TD 0~200MZ W 1500MZ 智能 天線和聯(lián)合測試 引入了所謂的空中分級，但效果如何，還待驗(yàn)證 TD 不同業(yè)務(wù)對覆蓋區(qū)域的大小影響較小 ,易于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 TDSCDMA 缺點(diǎn) : TD 需要 GPS 同步，同步的準(zhǔn)確程度影響整個系統(tǒng)是否正常工作 TD 只有 16 個碼 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于業(yè)務(wù)需求所需要的碼數(shù)量 上下行、本小區(qū)、鄰小區(qū)都可能存在干擾 TD 120KM/H W 500KM/H 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 3 RAKE 接收機(jī) RAKE 接收機(jī) RAKE 接收技術(shù)是第三代 CDMA移動通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要技術(shù) （ RAKE 接收機(jī)示意圖 如圖 3— 1） 。在CDMA 移動通信系統(tǒng)中，由于信號帶寬較寬，存在著復(fù)雜的多徑 無線電 信號，通信受到 多徑衰落 的影響。 RAKE 接收技術(shù)實(shí)際上是一種多徑 分集接收技術(shù) ，可以在時間上分辨出細(xì)微的多徑信號，對這些分辨出來的多徑信號分別進(jìn)行加權(quán)調(diào)整、使之復(fù)合成加強(qiáng)的信號。這種作用有點(diǎn)像把一堆零亂的草用 ―耙子 ‖把它們集攏到一起那樣，英文 ―RAKE‖是 ―耙子 ‖的意思，因此被稱為 RAKE 技術(shù)。 RAKE 接收機(jī)示意圖如圖 1 所示。 RAKE 接收機(jī) 技術(shù)發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1956 年， Prcie 和 Green提出了具有抗多徑衰落的RAEK 接收機(jī)概念： 1937年，F(xiàn)orney 提出的基于已知信道特性的 最大似然序列檢測器(MLSD)，這是一種最優(yōu)的單用戶接收機(jī) （ RAKE 接收機(jī)框圖 如圖 2 所示 ） 。 美 國QUALCOMM 公司 在 80 年代堅(jiān)持研究 DSCDMA技術(shù)，1989 年， QUALCOMM 公司進(jìn)行了首次 CDMA 實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證了 DS 擴(kuò)頻 信號波形非常適合 多徑信道 的傳輸，以及 RAKE 接收機(jī)、 功率控制 和軟切換 等 CDMA 的關(guān)鍵技術(shù) 。在 1996 年推動了窄帶 CDMA IS95 商用運(yùn)行，讓. RAKE 接收機(jī) 示意圖 （圖 1） ∑ Q∑ I合并相加I延遲估計(jì)相位旋轉(zhuǎn)信道估計(jì)延遲均衡IQ第一徑第二徑第三徑基帶輸入信號時間量 （徑位 置）的相關(guān)器帶 D L L本地?cái)U(kuò)頻碼 RAKE 接收機(jī)框圖 （圖 2） 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 RAKE 接收機(jī)產(chǎn)業(yè)化，同時也推動了 RAKE 接收技術(shù)的長足發(fā)展。 面對未來的發(fā)展， RAKE 接收機(jī)將同三項(xiàng)關(guān)鍵革新技術(shù)相結(jié)合： 智能天線技術(shù) 、多用戶檢測、 MIMO 系統(tǒng)。目前研究的熱點(diǎn)包括： RAKE 接收機(jī)如何降低復(fù)雜度；多用戶檢測的最優(yōu)算法； MIMO 系統(tǒng)與 OFDM 的結(jié)合等。 RAKE 接收機(jī)基本原理 在 CDMA擴(kuò)頻系統(tǒng)中，信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的 平坦衰落 帶寬。不同于傳統(tǒng)的 調(diào)制技術(shù)需要用 均衡 算法來消除相鄰符號間的碼 間 干 擾 ，CDMA 擴(kuò)頻碼在選擇時就要求它有很好的 自相關(guān) 特性。這樣，在無線信道中出現(xiàn)的 時延擴(kuò)展 ，就可以被看作只是被傳信號的再次傳送。如果這些多徑信號相互間的延時超過了一 個碼片 的長度，那么它們將被 CDMA 接收機(jī)看作是非相關(guān)的噪聲，而不再需要均衡了。 由于在多徑信號中含有可 以利用的信息，所以 CDMA 接收機(jī)可以通過合并多徑信號來改善接收信號的信噪比。其實(shí) RAKE 接收機(jī)所作的就是：通過多個 相關(guān)檢測器 接收多徑信號中的各路信號，并把它們合并在一起。圖為一個 RAKE 接收機(jī)，它是專為 CDMA 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)典的分集接收器，其理論基礎(chǔ)就是：當(dāng)傳播時延超過一個碼片周期時，多徑信號實(shí)際上可被看作是互不相關(guān)的。 帶 DLL 的相關(guān)器是一個具有 遲早門鎖相環(huán) 的解調(diào)相關(guān)器。遲早門和解調(diào)相關(guān)器分別相差 177。1/2（或 1/4）個碼片。遲早門的相關(guān)結(jié)果相減可以用于調(diào)整碼 相位 。延遲環(huán)路的性能取決于 環(huán)路帶寬。 由于信道中 快速衰落 和噪聲的影響，實(shí)際接收的各徑的相位與原來發(fā)射信號的相位有很大的變化，因此在合并以前要按照 信道估計(jì) 的結(jié)果進(jìn)行相位的旋轉(zhuǎn)，實(shí)際的 CDMA 系統(tǒng)中的信道估計(jì)是根據(jù)發(fā)射信號中攜帶的 導(dǎo)頻 符號完成的。根據(jù)發(fā)射信號中是否攜帶有連續(xù)導(dǎo)頻，可以分別采用基于連續(xù)導(dǎo)頻的 相位預(yù)測 （如圖 3 所示）和基于 判決反饋 技術(shù)的相位預(yù)測方法 （如圖 4 所示） 。 LPF 是一個 低通濾波器 ，濾除信道估計(jì)結(jié)果中的噪聲，其帶寬一般要高于信道的 衰落率 。使用間斷導(dǎo)頻時，在導(dǎo)頻的間隙要采用 內(nèi)插技術(shù) 來進(jìn)行信道 估計(jì)，采用相關(guān)器（導(dǎo)頻通道）基帶 I /Q 信號 L P F 預(yù)測的相位和幅度結(jié)果 I /Q信號 基于連續(xù)導(dǎo)頻信號的信道估計(jì)方法 （ 圖 3） 相關(guān)器基帶 I / Q 信號預(yù)測的相位和幅度結(jié)果 I / Q 信號DM UX數(shù)據(jù)符號導(dǎo)頻符號 LP F并內(nèi)插符號判決 LP F 使用判決反饋技術(shù)的間斷導(dǎo)頻條件的信道估計(jì)方法 （ 圖 4） 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 判決反饋技術(shù)時，先 硬判決 出信道中的數(shù)據(jù)符號，在已判決結(jié)果作為先驗(yàn)信息（類似導(dǎo)頻）進(jìn)行完整的信道估計(jì)，通過低通濾波得到比較好的信道估計(jì)結(jié)果，這種方法的缺點(diǎn)是由于 非線性 和 非因果預(yù)測技術(shù)，使噪聲比較大的時候，信道估計(jì) 的準(zhǔn)確度大大降低，而且還引入了較大的 解碼延遲 。 延遲估計(jì)的作用是通過匹配濾波器獲取不同時間延遲位置上的信號能量分布，識別具有較大能量的多徑位置，并將它們的時間量分配到 RAKE 接收機(jī)的不同接收徑上。匹配濾波器的測量精度可以達(dá)到 1/4～ 1/2 碼片，而 RAKE 接收機(jī)的不同接收徑的間隔是一個碼片。實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，如果延遲估計(jì)的更新速度很快（比如幾十 ms一次），就可以無須遲早門的 鎖相環(huán) 。 延遲估計(jì)的主要部件是 匹配濾波器 （如圖 5 所示） ，匹配濾波器的功能是用輸入的數(shù)據(jù)和不同相位的本地 碼字 進(jìn)行相關(guān)，取得不同碼字相位的相關(guān)能量。當(dāng)串行輸入的采樣數(shù)據(jù)和本地的 擴(kuò)頻碼 和 擾碼 的相位一致時，其相關(guān)能力最大，在濾波器輸出端有一個最大值。根據(jù)相關(guān)能量，延遲估計(jì)器就可 以得到多徑的到達(dá)時間量。 延遲估計(jì)的主要部件是 匹配濾波器 ，匹配濾波器的功能是用輸入的數(shù)據(jù)和不同相位的本地 碼字 進(jìn)行相關(guān)，取得不同碼字相位的相關(guān)能量。當(dāng)串行輸入的采樣數(shù)據(jù)和本地的 擴(kuò)頻碼 和 擾碼 的相位一致時，其相關(guān)能力最大，在濾波器輸出端有一個最大值。根據(jù)相關(guān)能量，延遲估計(jì)器就可以得到多徑的到達(dá)時間量。 從實(shí)現(xiàn)的角度而言，RAKE 接收機(jī)的處理包括碼片級和符號級，碼片級的處理有 相關(guān)器 、本地碼產(chǎn)生器和匹配濾波器。符號級的處理包括信道估計(jì)， 相位旋轉(zhuǎn) 和合并相加 。碼片級的處理一般用 ASIC 器件 實(shí)現(xiàn)，而符號級的處理用 DSP 實(shí)現(xiàn)。 移動臺 和 基站 間的RAKE 接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法和功能盡管有所不同，但其原理是完全一樣的。 對于多個接收天線 分集接收 而言，多個接收天線接收的多徑可以用上面的方 法同樣處理， RAKE 接收機(jī)既可以接收來自同一天線的多徑，也可以接收來自不同天線的多徑，從 RAKE 接收的角度來看，兩種分集并沒有本質(zhì)的不同。但是，在實(shí)現(xiàn)上由于多個天線的數(shù)據(jù)要進(jìn)行分路的控制處理，增加了基帶處理的復(fù)雜度。 本地的擴(kuò)頻碼和擾碼N N 1 ? 0N N 1 ? 0∑?串行輸入的采樣數(shù)據(jù) 匹配濾波器的基本結(jié)構(gòu) （ 圖 5） 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 RAKE 接收機(jī)數(shù)字實(shí)現(xiàn)模型 由推導(dǎo)可以得到 AREK 接收機(jī)的一種實(shí)現(xiàn)模型，如圖 6 所示。圖中把接收數(shù)據(jù)送入 RA 此接收機(jī)的各指峰 finger，在每個 fillger 中首先對接收數(shù)據(jù)做下抽樣和 時延調(diào)整，保證各 finger 均獲得有效的計(jì)算數(shù)據(jù)，并且使每個 chip 周期 內(nèi)有一個抽樣值；接著是與本地?cái)U(kuò)頻地址碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，隨后在整個擴(kuò)頻地址碼長度內(nèi)求平均，并以符號長度為周期抽樣，然后將各 finger 的計(jì)算值乘以信道加權(quán)系數(shù)口，后合并相加，最后得到 RAKE 接收輸出值 x(t) RAKE 接收機(jī)模型 （圖 6） 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 RAKE 接收機(jī)在 WCDMA 中的應(yīng)用 WCDMA 中 的 RAKE 接收機(jī)的一種實(shí)現(xiàn)方案如圖 7 所示。在圖中， RAKE 接收機(jī)的每個 finger 由 內(nèi)插 /下抽樣 、 解擾 、數(shù)據(jù)信道 解擴(kuò) 、 抽樣 、 相位補(bǔ)償 、 導(dǎo)頻信道解擴(kuò) 、 抽樣時鐘偏移跟蹤、 定時跟蹤 、 相位誤差跟蹤等單元組成；而擾碼捕獲、多徑捕獲、 RAKE finger 控制等單元是整個解擴(kuò)解調(diào)接收機(jī)的控制部分。 RAKE 接收機(jī)的每個 finger 負(fù)責(zé)每個多徑的接收與跟蹤，其中還包括信道參數(shù)的估計(jì)和補(bǔ)償，RAKE 接收機(jī)的控制部分負(fù)責(zé)多徑捕獲和多徑信號取舍，合并單元將從各個 finger中獲得的解擴(kuò)解調(diào)信號按一定的算法進(jìn)行合并，以便有效地檢測用戶信息比特。 RAKE接收機(jī) MATLAB 仿真 使用 MATLAB 實(shí)現(xiàn) CDMA 系統(tǒng)的 Rake 接收機(jī)。假設(shè)信源輸出用 16 位 Walsh碼 擴(kuò)頻，進(jìn)入接收機(jī)的有 3 徑（即 N=3）；假設(shè)每條徑之間延時半個碼片，為了進(jìn)行仿真，對 Walsh 碼進(jìn)行擴(kuò)展，每個碼字重復(fù)一次，則長度擴(kuò)展為 32 位，如 [1 1 0]擴(kuò)展為 [1 1 1 1 0 0]。接收機(jī)接收解擴(kuò)判決輸出，利用的是 最大比合并 。 %接收到的三徑信號以及噪聲信號 demp=p1*path1+p2*path2+p3*path3+noise。 dt=reshape(demp,32,Dlen)39。 %將 Walsh 碼重復(fù)為兩次 WCDMA 中 RAKE 接收機(jī)實(shí)現(xiàn)方案 （圖 7） Chip 匹配 濾波器 頻率 補(bǔ)償 內(nèi)插 /下 抽樣 導(dǎo)頻信道解擴(kuò) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 信道解擴(kuò) 定時跟蹤 抽樣時鐘偏移跟蹤 擾碼獲 取 解擾 相位 補(bǔ)償抽樣 相位誤差跟蹤 RAKEfinger控制 抽樣 頻率 偏 移跟蹤 合并 多徑捕獲 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 Wal16_d(1:2:31)=