第三章TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)3.1TDD技術(shù) 3.2智能天線技術(shù)3.3聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)3.4動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)3.5接力切換技術(shù)3.6功率控制

對(duì)于數(shù)字移動(dòng)通信而言，雙向通信可以以頻率或時(shí)間分開，前者稱為FDD(頻分雙工)，后者稱為TDD(時(shí)分雙工)。對(duì)于FDD，上、下行用不同的頻帶，一般上、下行的帶寬是一致的；而對(duì)于TDD，上、下行用相同的頻帶。3.1TDD技術(shù)在一個(gè)頻帶內(nèi)上、下行占用的時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且一般將上、下行占用的時(shí)間按固定的間隔分為若干個(gè)時(shí)間段，稱之為時(shí)隙。TD-SCDMA系統(tǒng)采用的雙工方式是TDD。

TDD技術(shù)相對(duì)于FDD方式來說，有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)易于使用非對(duì)稱頻段，無需具有特定雙工間隔的成對(duì)頻段。

TDD技術(shù)不需要成對(duì)的頻譜，可以利用FDD無法利用的不對(duì)稱頻譜，結(jié)合TD-SCDMA低碼片速率的特點(diǎn)，在頻譜利用上可以做到“見縫插針”。只要有一個(gè)載波的頻段就可以使用，從而能夠靈活地利用現(xiàn)有的頻率資源。目前，移動(dòng)通信系統(tǒng)面臨的一個(gè)重大問題就是頻譜資源的極度緊張，在這種條件下，要找到符合要求的對(duì)稱頻段非常困難，因此TDD模式在頻率資源緊張的今天受到特別的重視。

(2)適應(yīng)用戶業(yè)務(wù)需求，靈活配置時(shí)隙，優(yōu)化頻譜效率。

TDD技術(shù)通過調(diào)整上、下行切換點(diǎn)來自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)資源，從而增加系統(tǒng)下行容量，使系統(tǒng)更適于開展不對(duì)稱業(yè)務(wù)。

(3)上行和下行使用相同載頻，故無線傳播是對(duì)稱的，有利于智能天線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

時(shí)分雙工(TDD)技術(shù)是指上、下行在相同的頻帶內(nèi)傳輸，也就是說具有上、下行信道的互易性，即上、下行信道的傳播特性一致。因此，可以利用通過上行信道估計(jì)的信道參數(shù)，使智能天線技術(shù)、聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn)。通過上行信道估計(jì)的參數(shù)用于下行波束賦形，有利于智能天線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)；通過信道估計(jì)得出的系統(tǒng)矩陣用于聯(lián)合檢測(cè)和區(qū)分不同用戶的干擾。

(4)無需笨重的射頻雙工器，基站小巧，成本低。

由于TDD技術(shù)上、下行的頻帶相同，無需進(jìn)行收發(fā)隔離，可以使用單片IC實(shí)現(xiàn)收發(fā)信機(jī)，降低了系統(tǒng)成本。

3.2.1概述

智能天線的基本思想是：天線以多個(gè)高增益、窄波束動(dòng)態(tài)地跟蹤多個(gè)期望用戶，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)空分多址(SDMA)。在接收模式下，來自窄波束之外的信號(hào)被抑制；在發(fā)射模式下，能使期望用戶接收的信號(hào)功率最大，同時(shí)使窄波束照射范圍以外的非期望用戶受到的干擾最小。3.2智能天線技術(shù)智能天線技術(shù)的核心是自適應(yīng)天線波束賦形技術(shù)。自適應(yīng)天線波束賦形技術(shù)在20世紀(jì)60年代開始發(fā)展，其研究對(duì)象是雷達(dá)天線陣，目的是提高雷達(dá)的性能和電子對(duì)抗的能力。20世紀(jì)90年代中期，各國(guó)開始考慮將智能天線技術(shù)應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)。美國(guó)Arraycom公司在時(shí)分多址的PHS系統(tǒng)中使用了智能天線技術(shù)；1997年，由我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院控股的北京信威通信技術(shù)公司開發(fā)成功了使用智能天線技術(shù)的SCDMA無線用戶環(huán)路系統(tǒng)。另外，在國(guó)內(nèi)外也開始有眾多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)廣泛地開展對(duì)智能天線的波束賦形算法和實(shí)現(xiàn)方案的研究。1998年我國(guó)向國(guó)際電聯(lián)提交的TD-SCDMARTT建議就是第一次提出以智能天線為核心技術(shù)的CDMA通信系統(tǒng)。

移動(dòng)通信傳輸環(huán)境比較惡劣，由于多徑衰落、時(shí)延造成的符號(hào)間干擾(ISI，Inter-SymbolInterference)、FDMA和TDMA系統(tǒng)由于頻率復(fù)用引入的共信道干擾(CCI，Co-ChannelInterference)、CDMA系統(tǒng)中的多址干擾(MAI，MultipleAccessInterference)等都使鏈路性能變差、系統(tǒng)容量下降，而我們所熟知的技術(shù)如濾波、編碼等都是為了對(duì)抗或減小這些干擾的影響。這些技術(shù)利用的都是時(shí)域、頻域信息，但實(shí)際上有用的信號(hào)，其干擾信號(hào)在時(shí)域和頻域存在差異的同時(shí)，在空域上也存在差異。分集天線，特別是扇區(qū)天線可看做是對(duì)這部分區(qū)域資源的初步利用，而要更充分地利用它只有采用智能天線技術(shù)。

在移動(dòng)通信發(fā)展的早期，運(yùn)營(yíng)商為節(jié)約投資，總是希望用盡可能少的基站覆蓋盡可能大的區(qū)域。這就意味著用戶的信號(hào)在到達(dá)基站收發(fā)信設(shè)備前可能經(jīng)歷了較長(zhǎng)的傳播路徑，有較大的路徑損耗，為使接收到的有用信號(hào)不至于低于門限值，可能要增加移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率，或者增加基站天線的接收增益。由于移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率通常是有限的，真正可行的是增加天線的接收增益，相對(duì)而言用智能天線實(shí)現(xiàn)較大增益比用單天線容易。

在移動(dòng)通信發(fā)展的中晚期，為增加容量、支持更多用戶，需要通過收縮小區(qū)范圍、降低頻率復(fù)用系數(shù)來提高頻率利用率，通常采用的是小區(qū)分裂和扇區(qū)化，但隨之而來的是干擾增加，利用智能天線可在很大程度上抑制同信道干擾(CCI)和多址干擾(MAI)。從某種角度來看，可以將智能天線看做是更靈活、主瓣更窄的扇區(qū)天線。

使用智能天線與不使用智能天線的比較如圖3-1所示。

圖3-1使用智能天線與不使用智能天線的比較3.2.2智能天線的基本概念和原理

智能天線原名自適應(yīng)天線陣列。它是由多個(gè)空間分隔的天線陣元組成，不同天線陣元對(duì)信號(hào)施以不同的權(quán)值，然后相加，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。每個(gè)天線的輸出通過接收端的多輸入接收機(jī)合并在一起，如圖3-2所示。原來傳統(tǒng)的天線是360°全向角度，接收天線只能以固定的方式處理信號(hào)。天線陣列是空間到達(dá)角度的函數(shù)，接收機(jī)可以在這個(gè)角度的范圍內(nèi)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)處理，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整一些接收機(jī)制來提高接收性能，這也是人們稱之為“智能天線”的原因。

圖3-2天線陣列示意圖智能天線技術(shù)的原理：使一組天線和對(duì)應(yīng)的收/發(fā)信機(jī)按照一定的方式排列和激勵(lì)，利用波的干涉原理可以產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖。如果使用數(shù)字信號(hào)處理方法在基帶進(jìn)行處理，使輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)地指向用戶來波方向，就能達(dá)到提高信號(hào)的載干比，降低發(fā)射功率，提高系統(tǒng)覆蓋范圍的目的。

這里涉及到上行波束賦形(接收)和下行波束賦形(發(fā)射)兩個(gè)概念。

(1)上行波束賦形：借助有用信號(hào)和干擾信號(hào)在入射角度上的差異(DOA，DirectionOfArrival估計(jì))選擇恰當(dāng)?shù)暮喜?quán)值(賦形權(quán)值計(jì)算)，形成正確的天線接收模式，即將主瓣對(duì)準(zhǔn)有用信號(hào)，低增益旁瓣對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)。

(2)下行波束賦形：在TDD方式作用的系統(tǒng)中，由于其上、下行電波傳播條件相同，所以可以直接將上行波束賦形用于下行波束賦形，形成正確的天線發(fā)射模式，即將主瓣對(duì)準(zhǔn)有用信號(hào)，低增益旁瓣對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)。3.2.3智能天線實(shí)現(xiàn)示意圖

智能天線實(shí)現(xiàn)示意圖如圖3-3所示。

智能天線系統(tǒng)主要包含如下部分：智能天線陣列(圓陣、線陣)、多射頻(RF，RadioFrequency)通道收/發(fā)信機(jī)子系統(tǒng)(每根天線對(duì)應(yīng)一個(gè)RF通道)、基帶智能天線算法(基帶實(shí)現(xiàn)，各用戶單獨(dú)賦形)。對(duì)于采用智能天線的TD-SCDMA系統(tǒng)來說，NodeB端的處理分為上行鏈路處理和下行鏈路處理。圖3-3智能天線實(shí)現(xiàn)示意圖3.2.4智能天線的分類

智能天線的天線陣是一列取向相同、同極化、低增益的天線，天線陣按照一定的方式排列和激勵(lì)，利用波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的方向圖。天線陣的排列方式包括等距直線排列、等距圓周排列、等距平面排列。智能天線的分類有線陣、圓陣、全向陣、定向陣。3.2.5天饋系統(tǒng)實(shí)物圖

天饋系統(tǒng)線陣實(shí)物圖如圖3-4所示。

圖3-4天饋系統(tǒng)線陣實(shí)物圖

圖3-5天饋系統(tǒng)圓陣實(shí)物圖3.2.6智能天線優(yōu)勢(shì)

智能天線優(yōu)勢(shì)如下：

(1)提高了基站接收機(jī)的靈敏度。

基站所接收到的信號(hào)為來自各天線單元和收信機(jī)所接收到的信號(hào)之和。如采用最大功率合成算法，在不計(jì)多徑傳播條件下，總的接收信號(hào)將增加10lgN(dB)，其中，N為天線單元的數(shù)量；存在多徑時(shí)，此接收靈敏度的改善將隨多徑傳播條件及上行波束賦形算法而變，其結(jié)果也在10lgN(dB)上下。

(2)提高了基站發(fā)射機(jī)的等效發(fā)射功率。

發(fā)射天線陣在進(jìn)行波束賦形后，該用戶終端所接收到的等效發(fā)射功率可能增加20lgN(dB)。其中，10lgN(dB)是N個(gè)發(fā)射機(jī)的效果，與波束成形算法無關(guān)，另外部分將和接收靈敏度的改善類似，隨傳播條件和下行波束賦形算法而變。

(3)降低了系統(tǒng)的干擾。

基站的接收方向圖形是有方向性的，對(duì)接收方向以外的干擾有強(qiáng)的抑制。

(4)增加了CDMA系統(tǒng)的容量。

CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，其容量的限制主要來自本系統(tǒng)的干擾。降低干擾對(duì)CDMA系統(tǒng)極為重要，它可大大增加系統(tǒng)的容量。在CDMA系統(tǒng)中使用智能天線后，就提供了將所有擴(kuò)頻碼所提供的資源全部利用的可能性。

(5)改進(jìn)了小區(qū)的覆蓋。

對(duì)使用普通天線的無線基站來說，其小區(qū)的覆蓋完全由天線的輻射方向圖形確定。當(dāng)然，天線的輻射方向圖形是可以根據(jù)需要而設(shè)計(jì)的。但在現(xiàn)場(chǎng)安裝后除非更換天線，其輻射方向圖形是不可能改變和很難調(diào)整的。而智能天線的輻射圖形則完全可以用軟件控制，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的情況下，均可以非常簡(jiǎn)單地通過軟件來優(yōu)化。

(6)降低了無線基站的成本。

在所有無線基站設(shè)備的成本中，最昂貴的部分是高功率放大器(HPA)。特別是在CDMA系統(tǒng)中要求使用高線性的HPA，更是其主要部分的成本。智能天線使等效發(fā)射功率增加，在同等覆蓋要求下，每只功率放大器的輸出可能降低20lgN(dB)。這樣，在智能天線系統(tǒng)中，使用N只低功率的放大器來代替單只高功率HPA可大大降低成本。此外，還帶來了降低對(duì)電源的要求和增加可靠性等好處。

3.3.1聯(lián)合檢測(cè)的介紹

CDMA系統(tǒng)中的主要干擾是同頻干擾，它可以分為兩部分：一部分是小區(qū)內(nèi)部干擾(IntracellInterference)，指的是同小區(qū)內(nèi)部其他用戶信號(hào)造成的干擾，又稱多址干擾(MAI，MultipleAccessInterference)；另一部分是小區(qū)間干擾(IntercellInterference)，指的是其他同頻小區(qū)信號(hào)造成的干擾，這部分干擾可以通過合理的小區(qū)配置來減小其影響。3.3聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)

CDMA系統(tǒng)中多個(gè)用戶的信號(hào)在時(shí)域和頻域上是混疊的，接收時(shí)需要在數(shù)字域上用一定的信號(hào)分離方法把各個(gè)用戶的信號(hào)分離開來。傳統(tǒng)的CDMA系統(tǒng)信號(hào)分離方法是把多址干擾(MAI)看做熱噪聲一樣的干擾，當(dāng)用戶數(shù)量上升時(shí)，其他用戶的干擾也會(huì)隨著加重，導(dǎo)致檢測(cè)到的信號(hào)剛剛大于MAI，使信噪比惡化，系統(tǒng)容量也隨之下降。這種將單個(gè)用戶的信號(hào)分離看做是各自獨(dú)立過程的信號(hào)分離技術(shù)稱為單用戶檢測(cè)(Single-userDetection)。為了進(jìn)一步提高CDMA系統(tǒng)容量，人們探索將其他用戶的信息聯(lián)合加以利用，也就是多個(gè)用戶同時(shí)檢測(cè)的技術(shù)，即多用戶檢測(cè)。多用戶檢測(cè)是利用MAI中包含的許多先驗(yàn)信息，如確知的用戶信道碼、各用戶的信道估計(jì)等將所有用戶信號(hào)統(tǒng)一分離的方法。

聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)是多用戶檢測(cè)(Multi-userDetection)技術(shù)的一種。單用戶檢測(cè)和多用戶檢測(cè)比較如圖3-6所示。

圖3-6單用戶檢測(cè)和多用戶檢測(cè)比較3.3.2聯(lián)合檢測(cè)的原理

一個(gè)CDMA系統(tǒng)的離散模型可以用下式來表示：

e=A

d+n

其中，d是發(fā)射的數(shù)據(jù)符號(hào)序列，e是接收的數(shù)據(jù)序列，n是噪聲，A是與擴(kuò)頻碼c和信道沖激響應(yīng)h有關(guān)的矩陣。只要接收端知道A(擴(kuò)頻碼c和信道沖激響應(yīng)h)，就可以估計(jì)出符號(hào)序列 。對(duì)于擴(kuò)頻碼c，系統(tǒng)是已知的，信道沖激響應(yīng)h可以利用突發(fā)結(jié)構(gòu)中的訓(xùn)練序列Midamble求解出。這樣就可以達(dá)到估計(jì)用戶原始信號(hào)d的目的。聯(lián)合檢測(cè)原理示意圖如圖3-7所示。

圖3-7聯(lián)合檢測(cè)原理示意圖聯(lián)合檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)是：降低干擾，擴(kuò)大容量，降低功控要求，削弱遠(yuǎn)近效應(yīng)。其缺點(diǎn)是：大大增加系統(tǒng)復(fù)雜度，增加系統(tǒng)處理時(shí)延，需要消耗一定的資源。3.3.3聯(lián)合檢測(cè)?+?智能天線

智能天線和聯(lián)合檢測(cè)兩種技術(shù)相合，不等于將兩者簡(jiǎn)單地相加。

1．智能天線的主要作用

(1)降低多址干擾，提高CDMA系統(tǒng)容量。

(2)增加基站接收機(jī)的靈敏度和基站發(fā)射機(jī)的等效發(fā)射功率。

2．單獨(dú)采用智能天線存在的問題

(1)組成智能天線的陣元數(shù)有限，所形成的指向用戶的波束有一定的寬度(副瓣)，對(duì)其他用戶而言仍然是干擾。

(2)在TDD模式下，上、下行波束賦形采用同樣的空間參數(shù)，由于用戶的移動(dòng)，其傳播環(huán)境是隨機(jī)變化的，從而使波束賦形產(chǎn)生偏差，特別是在用戶高速移動(dòng)時(shí)更為顯著。

(3)當(dāng)用戶都在同一方向時(shí)，智能天線作用有限。

(4)對(duì)時(shí)延超過一個(gè)碼片寬度的多徑干擾沒有簡(jiǎn)單有效的辦法。

3．聯(lián)合檢測(cè)的主要作用

(1)基于訓(xùn)練序列的信道估值。

(2)同時(shí)處理多碼道的干擾抵消。

4．單獨(dú)采用聯(lián)合檢測(cè)會(huì)遇到的問題

(1)對(duì)小區(qū)間的干擾沒有辦法解決。

(2)信道估計(jì)的不準(zhǔn)確將影響到干擾消除的效果。

(3)當(dāng)用戶增多或信道增多時(shí)，算法的計(jì)算量會(huì)非常大，難于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，無論是智能天線還是聯(lián)合檢測(cè)，單獨(dú)使用都難以滿足第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求，因此必須揚(yáng)長(zhǎng)避短，將兩種技術(shù)結(jié)合使用。

TD-SCDMA系統(tǒng)中智能天線技術(shù)和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方法，使得在計(jì)算量未大幅增加的情況下上行能獲得分集接收的好處，下行能實(shí)現(xiàn)波束賦形。3-8說明了TD-SCDMA系統(tǒng)智能天線和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方法。

圖3-8智能天線和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)結(jié)合流程示意圖3.3.4關(guān)鍵技術(shù)論證

聯(lián)合檢測(cè)測(cè)試驗(yàn)證如表3-1所示。表3-1聯(lián)合檢測(cè)測(cè)試驗(yàn)證如圖3-9所示，在下行滿碼道的配置下，8天線比4天線提高2dB～3dB的增益，4天線比單天線提高6dB～10dB的增益。即8天線上每根天線即使只發(fā)射1瓦，則相當(dāng)于單天線發(fā)射16瓦，而根據(jù)功放成本，則可大大節(jié)約成本。

圖3-9智能天線?+?聯(lián)合檢測(cè)性能

3.4.1動(dòng)態(tài)信道分配方法

在無線通信系統(tǒng)中，無線信道數(shù)量有限，是極為珍貴的資源，要提高系統(tǒng)的容量，就要對(duì)信道資源進(jìn)行合理的分配，由此產(chǎn)生了信道分配技術(shù)。為了將給定的無線頻譜分割成一組彼此分開或者互不干擾的無線信道，使用諸如頻分、時(shí)分、碼分、空分等技術(shù)。3.4動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)對(duì)于無線通信系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的資源包括頻率、時(shí)隙、碼道和空間方向四個(gè)方面，一條物理信道由頻率、時(shí)隙、碼道的組合來標(biāo)志。

根據(jù)信道分割的不同方式，信道分配技術(shù)可以分為固定信道分配(FCA)、動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)和混合信道分配(HCA)。

FCA指根據(jù)預(yù)先估計(jì)的覆蓋區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)負(fù)荷將信道資源分給若干個(gè)小區(qū)，相同的信道集合在間隔一定距離的小區(qū)內(nèi)可以再次利用。FCA的主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是頻帶利用率低，且不能很好地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中存在的變化及時(shí)改變網(wǎng)絡(luò)中的信道規(guī)劃。為了克服FCA的缺點(diǎn)，人們提出了DCA。動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)是指信道資源不固定屬于一個(gè)小區(qū)，所有的信道被集中分配，DCA根據(jù)小區(qū)的業(yè)務(wù)負(fù)荷，通過信道的通信質(zhì)量、使用率和復(fù)用距離等因素選擇最佳的信道，動(dòng)態(tài)地分配給接入的業(yè)務(wù)。

HCA是FCA和DCA的結(jié)合，在HCA中全部信道被分為固定和動(dòng)態(tài)兩個(gè)集合。

動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)算法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)能夠較好地避免干擾，使信道重用距離最小化，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)第三代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需要，尤其是高速率的上、下行不對(duì)稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)。

采用DCA是TDD系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在，它能夠靈活地分配時(shí)隙資源，動(dòng)態(tài)地調(diào)整上、下行時(shí)隙的個(gè)數(shù)，從而可以靈活地支持對(duì)稱及非對(duì)稱的業(yè)務(wù)。因此，DCA具有頻帶利用率高、無需信道預(yù)規(guī)劃、可以自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載和干擾的變化等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是DCA算法相對(duì)于固定信道分配來說較為復(fù)雜，系統(tǒng)開銷也比較大。信道分配過程一般包括呼叫接入控制、信道分配、信道調(diào)整三個(gè)步驟。不同的信道分配方案在這三個(gè)步驟中有所區(qū)別。

動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)一般包括兩個(gè)方面：一是把資源分配到小區(qū)，也叫慢速DCA；二是把資源分配給承載業(yè)務(wù)，也叫做快速DCA。3.4.2慢速DCA

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，慢速DCA主要解決兩個(gè)問題：一是由于每個(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)量情況不同，所以對(duì)于不同的小區(qū)，在不同的時(shí)間，對(duì)上、下行鏈路資源的需求不同；二是為了滿足不對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，不同的小區(qū)上、下行時(shí)隙的劃分是不一樣的，相鄰小區(qū)間由于上、下行時(shí)隙劃分不一致會(huì)帶來交叉時(shí)隙干擾。所以，慢速DCA的功能主要有兩個(gè)方面：一是將資源分配到小區(qū)，根據(jù)每個(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)量情況，動(dòng)態(tài)分配和調(diào)整上、下行鏈路的資源?？梢酝ㄟ^動(dòng)態(tài)調(diào)整上、下行時(shí)隙轉(zhuǎn)換點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)；二是測(cè)量網(wǎng)絡(luò)端和用戶端的干擾，并根據(jù)本地干擾情況為信道分配優(yōu)先級(jí)，解決相鄰小區(qū)間由于上、下行時(shí)隙劃分不一致所帶來的交叉時(shí)隙干擾。具體的實(shí)現(xiàn)方法是：在小區(qū)邊界根據(jù)用戶實(shí)測(cè)的上、下行干擾情況，然后決定該用戶在該時(shí)隙進(jìn)行哪個(gè)方向上的通信比較合適。慢速DCA完成呼叫接入控制。3.4.3快速DCA

快速DCA主要解決以下問題：不同的業(yè)務(wù)對(duì)傳輸質(zhì)量和上、下行資源的要求不同，如何選擇最優(yōu)的時(shí)隙、碼道資源分配給不同的業(yè)務(wù)，從而達(dá)到系統(tǒng)性能要求，并且盡可能地進(jìn)行快速處理。

快速DCA包括信道分配和信道調(diào)整兩個(gè)過程。信道分配是根據(jù)其需要資源單元的多少為承載業(yè)務(wù)分配一條或多條物理信道。信道調(diào)整(信道重分配)可以通過RNC對(duì)小區(qū)負(fù)荷情況、終端移動(dòng)情況和信道質(zhì)量的監(jiān)測(cè)結(jié)果，動(dòng)態(tài)地對(duì)資源單元(主要是時(shí)隙和碼道)進(jìn)行調(diào)配和切換。快速DCA信道分配包括以下四個(gè)方面：

(1)時(shí)域動(dòng)態(tài)信道分配。因?yàn)門D-SCDMA系統(tǒng)采用了TDMA技術(shù)，在一個(gè)TD-SCDMA載頻上，使用7個(gè)常規(guī)時(shí)隙，減少了每個(gè)時(shí)隙中同時(shí)處于激活狀態(tài)的用戶數(shù)量。每載頻多時(shí)隙可以將受干擾最小的時(shí)隙動(dòng)態(tài)分配給處于激活狀態(tài)的用戶。

(2)頻域動(dòng)態(tài)信道分配。頻域DCA中每一小區(qū)使用多個(gè)無線信道(頻道)。在給定頻譜范圍內(nèi)，與5MHz的帶寬相比，TD-SCDMA的1.6MHz帶寬使其具有3倍以上的無線信道數(shù)(頻道數(shù))?？梢园鸭せ钣脩舴峙湓诓煌妮d波上，從而減小小區(qū)內(nèi)用戶之間的干擾。

(3)空域動(dòng)態(tài)信道分配。因?yàn)門D-SCDMA系統(tǒng)采用智能天線技術(shù)，可以通過用戶定位、波束賦形來減小小區(qū)內(nèi)用戶之間的干擾，增加系統(tǒng)容量。

(4)碼域動(dòng)態(tài)信道分配。在同一個(gè)時(shí)隙中，通過改變分配的碼道來避免偶然出現(xiàn)的碼道質(zhì)量惡化。3.4.4快速DCA之碼資源分配

在TD-SCDMA系統(tǒng)中用擾碼來區(qū)分小區(qū)，用信道化碼區(qū)分物理信道，相同小區(qū)的同一時(shí)隙的不同用戶用小區(qū)基本Midamble碼循環(huán)移位的不同來區(qū)分。信道化碼即擴(kuò)頻碼，TD-SCDMA采用正交可變擴(kuò)頻因子(OVSF，OrthogonalVariableSpreadingFactor)碼作為擴(kuò)頻碼。由于OVSF碼是寶貴的稀有資源，一個(gè)小區(qū)對(duì)應(yīng)一張碼表，為了使得系統(tǒng)既能接入盡量多的用戶，又提高系統(tǒng)的容量，就必須考慮碼資源的合理使用問題，所以對(duì)于OVSF碼資源的規(guī)劃和管理就非常重要。另外對(duì)于Midamble碼的分配也需采用一定的策略。

1.?OVSF碼

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，用OVSF碼作為擴(kuò)頻碼，下行鏈路可采用的擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度為1或16，上行鏈路可采用的擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度為1、2、4、8、16。OVSF碼一般用碼樹來表示。對(duì)于OVSF碼樹的碼分配需要進(jìn)行專門管理和控制。

分配碼的前提是要保證其到樹根路徑上和其子樹上沒有其他碼被分配。信道化碼分配策略如圖3-10所示。

分配碼的結(jié)果會(huì)阻塞其子樹上的所有低速擴(kuò)頻碼和其到根路徑上的高速擴(kuò)頻碼。如圖3-11所示，紅色(黑色)代表已分配的碼，藍(lán)色(灰色)代表被阻塞的碼。

圖3-10信道化碼分配策略

圖3-11碼阻塞示例所謂碼阻塞，是指當(dāng)一個(gè)新的呼叫用戶請(qǐng)求資源時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)到此時(shí)的干擾很小，完全允許用戶接入，而且對(duì)于OVSF碼樹來說，剩余的可用碼完全能滿足申請(qǐng)呼叫的要求，但是由于OVSF碼的管理混亂，導(dǎo)致無法找到一個(gè)合適的碼資源，從而造成用戶的阻塞。

由上面的分析可知，碼阻塞和呼叫阻塞是兩個(gè)完全不同的概念，前者是由于OVSF碼樹管理不當(dāng)所致，而后者是由于系統(tǒng)容量和干擾受限所致。碼分配準(zhǔn)則考慮兩個(gè)因素：

(1)碼表利用率高：分配掉的碼字所阻塞掉的碼字越少，說明碼表利用率越高。

(2)碼表復(fù)雜度低：盡量用短碼分配。比如，一個(gè)單碼(C4,1)承載能力與(C8,1,C8,3)雙碼的承載能力是相等的，用一個(gè)單碼(C4,1)更好。多碼傳輸增加復(fù)雜度，應(yīng)盡量避免。另外，遵循緊挨原則，即在碼的分配與管理時(shí)，盡量緊挨，以免利用率不高。信道化碼分配示例如圖3-12所示。

黑色代表已分配的碼字，灰色代表由于高速擴(kuò)頻因子碼被分配而屏蔽掉的低速擴(kuò)頻因子碼，白色代表由于低速擴(kuò)頻因子碼被分配而屏蔽掉的高速擴(kuò)頻因子碼。根據(jù)圖3-12，如需要分配SF=16的擴(kuò)頻碼，那么根據(jù)碼資源分配的原則，可考慮優(yōu)先分配6、7、10、11號(hào)碼。

2.訓(xùn)練序列碼分配

訓(xùn)練序列碼的作用主要包括信道估計(jì)、功率測(cè)量和上行同步。

訓(xùn)練序列碼有三種分配原則，目前采用第二種方式。

(1)?UE特定Midamble分配。高層明確地為上行和下行分配UE一個(gè)特定的Midamble碼。

(2)默認(rèn)的Midamble碼分配。上行和下行Midamble碼由層1根據(jù)相應(yīng)的信道化碼來分配。

(3)公共的Midamble碼分配。下行的Midamble碼由層1根據(jù)當(dāng)前下行時(shí)隙中使用的信道化碼的個(gè)數(shù)來分配。

圖3-12信道化碼分配示例圖3.4.5快速DCA之信道調(diào)整

信道調(diào)整和整合的目的是通過資源調(diào)整，減少資源碎片以便接納更多的用戶。信道調(diào)整和整合的觸發(fā)原因包括：

(1)負(fù)荷控制：各時(shí)隙負(fù)荷不均衡時(shí)。

(2)周期性觸發(fā)：主要是為了防止分配在許多時(shí)隙槽中的物理信道碎片，在干擾容許的前提下，盡可能將所有所分配的物理信道分配在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)。

(3)動(dòng)態(tài)碼資源分配：為了接納用戶需求，當(dāng)把某些業(yè)務(wù)調(diào)整到其他時(shí)隙和碼道時(shí)對(duì)時(shí)域和碼域的信道調(diào)整示例分別見圖3-13和圖3-14。

圖3-13時(shí)域DCA信道調(diào)整

圖3-14碼域DCA信道調(diào)整3.4.6TD-SCDMA對(duì)DCA的考慮

(1)為了使組網(wǎng)規(guī)范，頻率分配仍然采用FCA方式。

(2)時(shí)隙分配必須先于碼道分配。

(3)在碼道分配時(shí)，同一時(shí)隙內(nèi)最好采用相同的擴(kuò)頻因子。

(4)根據(jù)DCA信息，盡量把相同方向上的用戶分散到不同時(shí)隙中，把同一時(shí)隙內(nèi)的用戶分布在不同的方向上，充分發(fā)揮智能天線的空分功效，使多址干擾降至最小。

(5)在接納控制時(shí)，首先搜索已接入用戶數(shù)小于系統(tǒng)可形成波束數(shù)的時(shí)隙，然后針對(duì)該接入用戶進(jìn)行波束成形，使波束的最大功率點(diǎn)指向該用戶。

(6)系統(tǒng)測(cè)量最好以5ms子幀為周期進(jìn)行。

(7)在智能天線波束成形效果足夠好的情況下，可以為不同方向上的用戶分配相同的頻率、時(shí)隙、擴(kuò)頻碼，將使系統(tǒng)容量成倍地增長(zhǎng)。3.4.7DCA小結(jié)

DCA充分體現(xiàn)了TD-SCDMA系統(tǒng)頻分、時(shí)分、碼分、空分的特點(diǎn)，從頻域、時(shí)域、碼域、空域四維角度將用戶彼此分隔，有效地降低了小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾、小區(qū)與小區(qū)之間的干擾，提高整個(gè)系統(tǒng)的容量，使得TD系統(tǒng)具備更高的頻譜利用率。

3.5.1切換方式

在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，為了在有限的頻率范圍內(nèi)為盡可能多的用戶終端提供服務(wù)，將系統(tǒng)服務(wù)的地區(qū)劃分為多個(gè)小區(qū)或扇區(qū)，在不同的小區(qū)或扇區(qū)內(nèi)放置一個(gè)或多個(gè)無線基站，各個(gè)基站使用不同或相同的載頻或碼，這樣在小區(qū)之間或扇區(qū)之間進(jìn)行頻率和碼的復(fù)用可以達(dá)到增加系統(tǒng)容量和頻譜利用率的目的。3.5接力切換技術(shù)工作在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的用戶終端經(jīng)常要在使用過程中不停地移動(dòng)，當(dāng)從一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)的覆蓋區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)的覆蓋區(qū)域時(shí)，要求用戶終端的通信不能中斷(注意：這里的通信不中斷可以理解為可能丟失部分信息但不至于影響通信)，這個(gè)過程稱為越區(qū)切換。越區(qū)切換有三種方式：硬切換、軟切換和接力切換。

硬切換：當(dāng)用戶終端從一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)切換到另一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)時(shí)，先中斷與原基站的通信，然后再改變載波頻率與新的基站建立通信，如3-15所示。在早期的頻分多址(FDMA)和時(shí)分多址(TDMA)移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用這種越區(qū)切換方法。硬切換的優(yōu)點(diǎn)是信道利用率高。其缺點(diǎn)是切換過程中有可能丟失信息。

圖3-15硬切換示意圖軟切換：當(dāng)用戶終端從一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)具有相同載頻的小區(qū)或扇區(qū)時(shí)，在保持與原基站通信的同時(shí)與新基站也建立起通信連接，以及與兩個(gè)基站之間傳輸相同的信息，完成切換之后才中斷與原基站的通信，如圖3-16所示。在美國(guó)Qualcomm公司20世紀(jì)90年代發(fā)明的碼分多址(CDMA)移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用軟切換越區(qū)切換方法。

軟切換的優(yōu)點(diǎn)是切換的成功率高。其缺點(diǎn)：一是只能應(yīng)用于終端在相同頻率的小區(qū)或扇區(qū)間切換的情形；二是浪費(fèi)資源，軟切換實(shí)現(xiàn)的增加的系統(tǒng)容量被它本身所占用的系統(tǒng)容量所抵消。

圖3-16軟切換示意圖3.5.2接力切換過程

接力切換是一種應(yīng)用于同步碼分多址(SCDMA)移動(dòng)通信系統(tǒng)中的切換方法，是TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。其設(shè)計(jì)思想是利用智能天線和上行同步等技術(shù)，在對(duì)UE的距離和方位進(jìn)行定位的基礎(chǔ)上，將UE方位和距離信息作為輔助信息來判斷目前UE是否移動(dòng)到了可進(jìn)行切換的相鄰基站的臨近區(qū)域。如果UE進(jìn)入切換區(qū)，則RNC通知該基站做好切換的準(zhǔn)備，從而達(dá)到快速、可靠和高效切換的目的。這個(gè)過程就像是田徑比賽中的接力賽跑傳遞接力棒一樣，因而形象地稱之為“接力切換”。接力切換的優(yōu)點(diǎn)是將軟切換的高成功率和硬切換的高信道利用率綜合起來，應(yīng)用于不同載頻的SCDMA基站之間，甚至是SCDMA系統(tǒng)與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)如GSM、IS-95的基站之間，以實(shí)現(xiàn)不中斷通信、不丟失信息的理想的越區(qū)切換。

接力切換分三個(gè)過程，即測(cè)量過程、判決過程和執(zhí)行過程。

同步碼分多址通信系統(tǒng)中的接力切換基本過程如3-17所示。

圖3-17接力切換示意圖3.5.3三種切換方式比較

三種切換方式的比較如圖3-18所示。

三種切換方式的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用如下：

(1)硬切換：GSM。

(2)軟切換：CDMA2000。

(3)接力切換：TD-SCDMA。

三種切換方式的效果比較如表3-2所示。圖3-18三種切換方式的比較表3-2三種切換方式的比較3.5.4接力切換優(yōu)點(diǎn)

與通常的硬切換相比，接力切換除了要進(jìn)行硬切換所進(jìn)行的測(cè)量外，還要對(duì)符合切換條件的相鄰小區(qū)的同步時(shí)間參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算和保持。接力切換使用上行預(yù)同步技術(shù)，在切換過程中，UE從源小區(qū)接收下行數(shù)據(jù)，向目標(biāo)小區(qū)發(fā)送上行數(shù)據(jù)，即上、下行通信鏈路先后轉(zhuǎn)移到目標(biāo)小區(qū)。上行預(yù)同步的技術(shù)在移動(dòng)臺(tái)與源小區(qū)通信保持不變的情況下與目標(biāo)小區(qū)建立起開環(huán)同步關(guān)系，提前獲取切換后的上行信道發(fā)送時(shí)間，從而達(dá)到減少切換時(shí)間、提高切換的成功率、降低切換掉話率的目的。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。

接力切換與軟切換相比，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干擾等優(yōu)點(diǎn)；不同之處在于接力切換不需要同時(shí)有多個(gè)基站為一個(gè)移動(dòng)臺(tái)提供服務(wù)，因而克服了軟切換占用的信道資源多、信令復(fù)雜、增加下行鏈路干擾等缺點(diǎn)。接力切換與硬切換相比，兩者都具有較高的資源利用率，簡(jiǎn)單的算法以及較輕的信令負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)；不同之處在于接力切換斷開源基站和與目標(biāo)基站建立通信鏈路幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，因而克服了傳統(tǒng)硬切換掉話率高、切換成功率低的缺點(diǎn)。

傳統(tǒng)的軟切換、硬切換都是在不知道UE準(zhǔn)確位置的情況下進(jìn)行的，因而需要對(duì)所有相鄰小區(qū)進(jìn)行測(cè)量，而接力切換只對(duì)UE移動(dòng)方向的少數(shù)小區(qū)進(jìn)行測(cè)量。

功率控制是蜂窩系統(tǒng)中最重要的要求之一。TD-SCDMA系統(tǒng)是一個(gè)干擾受限系統(tǒng)，由于“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，它的系統(tǒng)容量主要受限于系統(tǒng)內(nèi)各移動(dòng)臺(tái)和基站的干擾，因而，若每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)到達(dá)基站時(shí)都能達(dá)到保證通信質(zhì)量所需的最小信噪比并且保持系統(tǒng)同步，3.6功率控制TD-SCDMA系統(tǒng)的容量將會(huì)達(dá)到最大。功率控制是在對(duì)接收機(jī)端的接收信號(hào)強(qiáng)度或信噪比等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上，適時(shí)改變發(fā)射功率來補(bǔ)償無線信道中的路徑損耗和衰落，從而既維持了通信質(zhì)量，又不會(huì)對(duì)同一無線資源中的其他用戶產(chǎn)生額外干擾。另外，功率控制使得發(fā)射機(jī)功率減小，從而延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。TD-SCDMA的功率控制特性如表3-3所示。表3-3TD-SCDMA的功率控制特性3.6.1上行功率控制

對(duì)于上行發(fā)射功率，系統(tǒng)將通過高層信令指示上行發(fā)射功率的最大允許值，這個(gè)值應(yīng)低于由UE功率等級(jí)確定的最大功率值。上行功率控制必須使總的上行發(fā)射功率不得超過這個(gè)最大值。

1．UpPCH

UpPCH的發(fā)射功率采用開環(huán)功率控制。所謂開環(huán)功率控制，是指由于TD-SCDMA采用TDD模式，上行和下行鏈路使用相同的頻段，因此上、下行鏈路的平均路徑損耗存在顯著的相關(guān)性。這一特點(diǎn)使得UE在接入網(wǎng)絡(luò)前，或者網(wǎng)絡(luò)在建立無線鏈路時(shí)，能夠根據(jù)計(jì)算下行鏈路的路徑損耗來估計(jì)上行或下行鏈路的初始發(fā)射功率。

開環(huán)功控只能在決定接入初期發(fā)射功率以及切換時(shí)決定切換后初期發(fā)射功率的時(shí)候使用。

上行開環(huán)功率控制由UE和NodeB共同實(shí)現(xiàn)，NodeB需要在網(wǎng)絡(luò)中廣播一些控制參數(shù)，而UE則負(fù)責(zé)測(cè)量P-CCPCH的接收信號(hào)碼功率，UE通過開環(huán)功率控制的計(jì)算，確定隨機(jī)接入時(shí)UpPCH、PRACH和DPCH等信道的初始發(fā)射功率。

在隨機(jī)接入過程中，UE根據(jù)下式確定UpPCH的發(fā)射功率：

式中，PUpPCH為UpPCH的發(fā)射功率。

LP-CCPCH為下行P-CCPCH的路損耗的測(cè)量值，根據(jù)下式計(jì)算：

LP-CCPCH=PP-CCPCH-RSCPP-CCPCH

式中，PP-CCPCH為P-CCPCH的發(fā)射功率，其參考值在BCH上進(jìn)行廣播；RSCPP-CCPCH為P-CCPCH在UE端的接收信號(hào)碼功率，由UE測(cè)量得到。

PRXUpPCH.des為NodeB希望的UpPCH的接收功率，主要根據(jù)UpPCH上的干擾測(cè)量信息和接收端希望的SIR值確定，其值在BCH上進(jìn)行廣播。

i為隨機(jī)接入的上行同步嘗試次數(shù)。

Pwrramp為UE上行同步嘗試失敗后下一次嘗試接入時(shí)功率的增加值。

2.?PRACH

在TD-SCDMA中，F(xiàn)PACH為NodeB對(duì)UE的