華為TD-SCDMA 無線網(wǎng)絡關鍵技術.ppt

1、TD-SCDMA無線網(wǎng)絡關鍵技術,內(nèi)部公開,時分雙工方式,聯(lián)合檢測,智能天線,上行同步,軟件無線電,接力切換,功率控制.,TD-SCDMA系統(tǒng)的關鍵技術,動態(tài)信道分配,培訓目標,學完本課程后，您應該能： 了解聯(lián)合檢測技術的設計思想和優(yōu)勢 列出智能天線技術給網(wǎng)絡帶來的好處 知道TD-SCDMA采用上行同步技術的原因 了解軟件無線電技術的設計思想和對網(wǎng)絡運營的益處 了解基本的無線資源管理算法：信道配置，功率控制，接力切換等算法的原理和效果,目 錄,聯(lián)合檢測 (Joint Detection) 智能天線 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 軟件

2、無線電 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA無線資源管理 5.1 動態(tài)信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切換 (Baton Handover),目 錄,聯(lián)合檢測 (Joint Detection) 智能天線 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 軟件無線電 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA無線資源管理 5.1 動態(tài)信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制

3、(Power Control) 5.3 接力切換 (Baton Handover),多址干擾 (MAI),多徑干擾 (ISI),擴頻信號,功率,MAI,有用信號,a,c,b,+,=,移動通信系統(tǒng)中的干擾,傳統(tǒng)接收機解調(diào)技術,每個用戶的信號“分別”進行擴頻碼匹配處理 只有在理想正交的情況下，才能完全消除多址干擾的影響,聯(lián)合檢測的設計思想,對多個用戶的信號的多徑分量進行“聯(lián)合”處理，充分利用用戶信號的擴頻碼、幅度、定時、延遲等信息，大幅度降低多徑和多址干擾,甲卷：e1 = a11*x1 + a21*x2 其中e1, a11, a21已知，求解x1,合卷：e1 = a11*x1 + a21*x2 e

4、2 = a12*x1 + a22*x2 其中e1, e2, a11, a12 , a21, a22已知 求解x1 , x2,e = AX，確定性計算,乙卷：e2 = a12*x1 + a22*x2 其中e2, a12, a22已知，求解x2,聯(lián)合檢測的數(shù)學模型,聯(lián)合檢測的信道模型,d：用戶要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)c：用戶使用的擴頻碼 h：信道沖激響應n：高斯白噪聲 e：基站接收到的數(shù)據(jù),聯(lián)合檢測的信道估計,只要接收端知道A (擴頻碼c和信道脈沖響應h)，就可以估計出符號序列d 擴頻碼c已知，信道脈沖響應h可以利用突發(fā)結(jié)構(gòu)中的訓練序列Midamble求解,h,M,M*,h = M*/ M,聯(lián)合檢測算法,線性

5、檢測算法 匹配濾波算法：MF 迫零塊均衡算法：ZF-BLE 最小均方誤差塊均衡算法：MMSE-BLE 非線性檢測算法 迫零反饋算法：ZF-DF 最小均方誤差反饋算法：MMSE-DF,CH0 理想信道無噪聲 CH1 噪聲+多用戶,各算法性能比較,聯(lián)合檢測的效果,減少多址干擾和多徑干擾，提高系統(tǒng)容量 減少噪聲上升，提高覆蓋 克服CDMA特有的“遠近效應”，降低對功率控制的要求,目 錄,聯(lián)合檢測 (Joint Detection) 智能天線 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 軟件無線電 (Soft Defined Radio) TD-SCDM

6、A無線資源管理 5.1 動態(tài)信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切換 (Baton Handover),智能天線的設計思想,沒有智能天線的情況下，小區(qū)間用戶干擾嚴重,使用智能天線的情況下，小區(qū)間用戶干擾得到極大改善,智能天線系統(tǒng)的組成,天線陣列 圓陣或線陣 收發(fā)信機 一個陣元一套射頻收發(fā)單元 智能天線算法,智能天線算法基本原理,上行：基站根據(jù)各個陣元接收信號的相位差估計UE的方向 下行：根據(jù)UE的方向，調(diào)整各個陣元上的振幅和相位，形成指向該UE的指向波束,天線陣列,下行 賦形,下行 數(shù)據(jù),信道估計,賦

7、形參數(shù) 估計,空域濾波,聯(lián)合檢測,上行用戶 數(shù)據(jù),智能天線算法實現(xiàn)模型,圓陣 天線,線陣 天線,智能天線的天線陣,智能天線應用演示：多個用戶波束賦形,關閉第 8 根天線的發(fā)送通路,關閉第 7-8 根天線的發(fā)送通路,關閉第 3-8 根天線的發(fā)送通路,關閉第 2-8 根天線的發(fā)送通路,智能天線的效果,對用戶起到空間隔離、消除干擾的作用 最大化對期望用戶的能量 最小化對其他用戶的干擾,用戶間干擾 被有效抑制,智能天線優(yōu)勢,陣列天線和賦型算法可以提供15dB以上的額外增益，從而： 增加覆蓋范圍，減少站點數(shù)量（基站數(shù)目平均降低50%） 減少發(fā)射功率，延長移動臺電池壽命 提高信號接收質(zhì)量，增加系統(tǒng)容量,智

8、能天線劣勢和解決方案,陣列天線劣勢： 體積大，風阻大，安裝更換不方便 連接線纜多 解決方案： 使用雙極化天線 使用一體化天線，取消軟跳線纜,3個風帆 一把胡子 一堆瘤子,智能天線的效果 (續(xù)),智能天線的發(fā)射增益比接收增益大（仿真結(jié)果大約相差23dB），對于下行流量較大的非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務非常適合,上行鏈路智能天線增益 下行鏈路智能天線增益,目 錄,聯(lián)合檢測 (Joint Detection) 智能天線 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 軟件無線電 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA無線資源管理 5.1 動態(tài)信道分配

9、 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切換 (Baton Handover),A,B,C,D,時隙2,A,同一時隙 不同用戶 到達基站時間點對齊,B,C,D,上行同步的基本概念,上行同步的目的,減小小區(qū)內(nèi)用戶間的上行多址干擾和多徑干擾，增加小區(qū)容量和小區(qū)半徑,SF = 4,Cch 4,0 = (1,1,1,1),Cch 4,1 = (1,1,-1,-1),Cch 4,2 = (1,-1,1,-1),Cch 4,3 = (1,-1,-1,1),1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,理想無時延,1,1,-1,-1

10、,1,-1,-1,1,延時1chip,1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,上行同步建立,UE,Node B,UpPCH （UpPTS）,FPACH,PRACH（RACH）,SCCPCH（FACH）,終端選擇SYNC-UL，以估算的時間和功率發(fā)送,基站檢測到SYNC-UL，并回送定時和功率調(diào)整,調(diào)整定時和功率，發(fā)送隨機接入請求,發(fā)送隨機接入響應后，進行后續(xù)的信令接續(xù),上行同步保持,業(yè)務數(shù)據(jù),GP 16,業(yè)務數(shù)據(jù),SS,Midamble 144chips,目 錄,聯(lián)合檢測 (Joint Detection) 智能天線 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchroni

11、zation) 軟件無線電 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA無線資源管理 5.1 動態(tài)信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切換 (Baton Handover),軟件無線電（SDR）的由來,解決多制式系統(tǒng)的“互通性” 軍事上：“沙漠風暴”行動中，各種通信設備的不兼容性暴露無疑，不得不借助許多額外的無線電臺，才能保障高效的通信聯(lián)絡 民用方面：多種移動通信系統(tǒng)，各國制式、頻率各不相同，不能互通、兼容，對于跨國漫游的人們帶來了極大的不便 減少技術演進過程中的投資浪費 技術的演進需要

12、更換硬件，極大地增加了設備投資的成本：基站要全部更換,軟件無線電（SDR）的設計思想,盡可能以軟件（算法）實現(xiàn)射頻硬件部分的功能 構(gòu)造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺 各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成 使A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線 新一代無線通信系統(tǒng)具有高度靈活性、開放性,軟件無線電（SDR）實現(xiàn)模型,軟件無線電（SDR）實現(xiàn)的難點,高速數(shù)字信號采樣技術 根據(jù)“奈奎斯特第一定律”，要想無失真地傳遞某一頻率的信號，需要以不低于該信號最高頻率2倍的采樣速率進行采樣！ 例如：對于工作在2GHz的系統(tǒng)，采樣頻率要達到4GHz，目前的器件

13、無法達到此要求 目前能夠?qū)崿F(xiàn)中頻采樣（100MHz左右），射頻前端采用模擬技術實現(xiàn) 隨著技術的發(fā)展，采樣點逐漸向射頻前端推進，最終達到射頻部分完全數(shù)字化的目標,中頻數(shù)字化接收機,采用軟件無線電后的效果,多種通信制式的設備共享硬件平臺，節(jié)省機房，降低投資 技術演進時只需要進行軟件升級，新技術、新制式網(wǎng)絡建設速度大大加快,目 錄,聯(lián)合檢測 (Joint Detection) 智能天線 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 軟件無線電 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA無線資源管理 5.1 動態(tài)信道分配 (Dynamic

14、Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切換 (Baton Handover),無線資源管理（RRM）的目的,RRM：Radio Resource Management RRM的目的 保證CN所請求的QoS 增強系統(tǒng)的覆蓋 提高系統(tǒng)的容量,小區(qū)覆蓋,鏈路質(zhì)量,小區(qū)容量,RRM的主要任務,為了保證CN所請求的QoS，需要將QoS映射成接入層的一些特性，從而利用接入層的資源為本條連接服務信道配置 在保證CN所請求的QoS的前提下，使用戶的發(fā)射功率最小，從而減少該UE對于整個系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)的容量和覆蓋功率控制 確保UE移動到其他小區(qū)

15、（系統(tǒng)）后，能夠繼續(xù)得到服務，以保證QoS切換控制,RRM的基本流程,Step1：上層發(fā)送測量控制命令 Step2：開始測量 測量的執(zhí)行者：UE，NodeB，RNC Step3：生成測量報告 Step4：通過算法進行判決，決策 Step5：資源的控制和執(zhí)行,目 錄,聯(lián)合檢測 (Joint Detection) 智能天線 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 軟件無線電 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA無線資源管理 5.1 動態(tài)信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (P

16、ower Control) 5.3 接力切換 (Baton Handover),CN所請求信道資源的QoS特性,業(yè)務類型（Traffic Classes） 會話類業(yè)務（Conversational） 流類業(yè)務（Streaming） 交互類業(yè)務（Interactive） 背景類業(yè)務（Background） 質(zhì)量要求（BLER） 速率要求：VIP用戶和普通用戶可以不相同,頻域 DCA (FDMA) 業(yè)務動態(tài)地分配到干擾最小的頻率上,Energy,Time,FDMA,Frequency,CDMA,TDMA,時域DCA (TDMA) 業(yè)務分配到干擾最小的時隙,空域DCA (SDMA) 自適應的智能天線

17、技術選擇最佳的解 耦方向,碼域DCA (CDMA) 改變分配的碼道來降低干擾,動態(tài)信道分配（DCA）的效果1：干擾最小化,動態(tài)信道分配（DCA）的效果2：帶寬“按需分配”,系統(tǒng)容量,傳統(tǒng)信道配置,業(yè)務源速率,動態(tài)信道配置,帶寬調(diào)整的判決,對Buffer中Traffic Volume進行測量 根據(jù)測量結(jié)果判決是否需要動態(tài)改變該UE所使用的帶寬 在判決過程中，需要考慮空中接口是否受限,慢速和快速DCA,Slow DCA：小區(qū)載頻優(yōu)先級動態(tài)調(diào)整，載頻上下行時隙分配與調(diào)整，各時隙優(yōu)先級的動態(tài)調(diào)整 一般情況下，主載波優(yōu)先級最高 時隙優(yōu)先級有兩種設置方式： TS2, TS5 TS3, TS6 TS1, T

18、S4，適用于建網(wǎng)初期，容量小的場景 各時隙按照負荷均衡的原則分配業(yè)務，適用于容量比較大的場景 FAST DCA：針對每個UE的信道資源的分配，主要是載頻、時隙、信道碼資源與Midamble碼資源的分配管理,目 錄,聯(lián)合檢測 (Joint Detection) 智能天線 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 軟件無線電 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA無線資源管理 5.1 動態(tài)信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切換 (Ba

19、ton Handover),功控的目的,克服遠近效應 克服陰影衰落和快衰落 降低網(wǎng)絡干擾，提高業(yè)務質(zhì)量 提高系統(tǒng)容量,遠近效應,CDMA自從被提出以來，一直沒有得到大規(guī)模應用的主要問題就是無法克服“遠近效應”,弱信號被離基站近的UE的信號“淹沒”，無法通信,無線通信的大敵：衰落,采用功率控制后的效果,Relative power (dB),衰落,發(fā)射功率,接收信號,功率控制的類型,開環(huán)功率控制：用于初始接入過程 閉環(huán)功率控制：用于業(yè)務進行過程 上行、下行內(nèi)環(huán)功率控制 上行、下行外環(huán)功率控制,沒有開環(huán)功控，造成初始干擾大，而且閉環(huán)功控收斂慢,為什么使用開環(huán)功率控制？,使用開環(huán)功控后，初始干擾變小

20、，而且閉環(huán)功控收斂很快,開環(huán)功率控制,UE通過測量導頻信道的接收功率，計算上行初始發(fā)射功率 TD-SCDMA采用TDD方式，上行、下行頻率相同，因此對于上行初始功率的估計更準確，開環(huán)功率控制效果好于FDD方式,NodeB,UE,RACH,BCH: CPICH channel power UL interference level,閉環(huán)功率控制上行內(nèi)環(huán)功率控制,NodeB控制UE的發(fā)射功率,NodeB,UE,發(fā)送TPC 200次/秒,上行信號,設置 SIRtar,SIRmea SIRtar SIRmea SIRtar SIRmea = SIRtar, TPC = 00 TPC = 11 TPC

21、= 01,測量信號干擾比SIR，并與SIR目標值相比較,閉環(huán)功率控制下行內(nèi)環(huán)功率控制,UE控制NodeB的發(fā)射功率,NodeB,UE的L3軟件模塊設置 SIRtar,發(fā)送TPC 200次/秒,下行信號,UE,L1測量信號干擾比SIR，并與SIR目標值相比較,有內(nèi)環(huán)功率控制就可以嗎？,最終服務QoS表征量為BLER，而非SIR SIR固定的情況下，BLER會隨著無線環(huán)境的變化而變化 外環(huán)功率控制使功率真正滿足BLER的要求,SIR,BLER,不同曲線對應不同的多徑環(huán)境,閉環(huán)功率控制上行外環(huán)功率控制,RNC通過動態(tài)調(diào)整SIRtar，間接控制UE的發(fā)射功率,上行信號,RNC,測量接收信號的BLER，

22、并與BLERtar相比較,設置 BLERtar,NodeB,UE,內(nèi)環(huán)功控,設置 SIRtar,BLERmea BLERtar BLERmea BLERtar BLERmea = BLERtar, SIRtar SIRtar Do nothing,閉環(huán)功率控制下行外環(huán)功率控制,UE通過動態(tài)調(diào)整SIRtar，間接控制NodeB的發(fā)射功率,NodeB,內(nèi)環(huán)功控,L1,UE,UE的L3軟件模塊測量接收信號的BLER，并與BLERtar相比較,設置 SIRtar,目 錄,聯(lián)合檢測 (Joint Detection) 智能天線 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 軟件無線電 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA無線資源管理 5.1 動態(tài)信道分配 (Dynamic Channel Allocation) 5.2 功率控制 (Power Control) 5.3 接力切換 (Baton Handover),切換的分類,硬切換任何移動通信系統(tǒng)都能夠支持 軟切換CDMA特有（WCDMA，cdma2000） 接力切換TD-SCDMA特有,UE 移動方向,目標小區(qū),源小區(qū),硬切換