第三代移动通信网络关键技术论文.doc

第三代移动通信通信网络关键技术研究重庆通信学院电子信息工程 高文举摘要:我国第三代移动通信TD-SCDMA 系统的特点及其关键技术,TD-SCDMA系统在当今3G中的优势,简述其目前的研究状况,所面临的挑战及发展前景。 关键词：3G TD-SCDMA 智能天线 联合检测技术 软件无线电技术 功率控制技术 接力切换技术 多址技术 高效信道编译码技术TD-SCDMA移动通信系统概述TD-SCDMA标准是由中国信息产业部电信科学技术研究所（CATT）和德国西门子公司合作开发的。2000年的5月5日，在国际电信联盟（ITU）会议上，由信息产业部代表我国向ITU 提交的TD-SCDMA标准,被ITU正式采纳,成为国际承认的3G系 列标准之一。TD-SCDMA是中国提出的第三代移动通信技术标准,其目标是要建立一个具有我国自主知识产权的”三高”即高技术、高灵活性和高经济效率的最先进的移动通信系统。什么是TD-SCDMA？TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，即时分同步的码分多址技术，是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持。TD-SCDMA集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。它采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术。 TD-SCDMA为TDD模式，在应用范围内有其自身的特点：一是终端的移动速度受现有DSP运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区域，基站最大覆盖可达304km。所以，TD-SCDMA适合在城市和城郊使用，在城市和城郊这两个不足均不影响实际使用。因在城市和城郊，车速一般都小于200km/h，城市和城郊人口密度高，因容量的原因，小区半径一般都在15km以内。而在农村及大区全覆盖时，用WCDMA FDD方式也是合适的，因此TDD和FDD模式是互为补充的。TDD模式是基于在无线信道时域里的周期地重复TDMA帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在TDD模式下，可以方便地实现上/下行链路间地灵活切换。这一模式的突出的优势是，在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务要求。这样，运用TD-SCDMA这一技术，通过灵活地改变上/下行链路的转换点就可以实现所有3G对称和非对称业务。合适的TD-SCDMA时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上/下行链路资源分配的问题。TD-SCDMA的无线传输方案综合了FDMA，TDMA和CDMA等基本传输方法。通过与联合检测相结合，它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能天线，容量还可以进一步提高。智能天线凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。基于高度的业务灵活性，TD-SCDMA无线网络可以通过无线网络控制器（RNC）连接到交换网络，如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样。在最终的版本里，计划让TD-SCDMA无线网络与INTERNET直接相连。TD-SCDMA移动通信系统的主要特点1. 采用TDD模式TD-SCDMA系统的最大特点是采用了TDD模式。与FDD模式需要成对频谱相比，TDD上下行信道工作与同一频率上，通过不同的时间段来分割和区分上下行业务，其灵活的上行下行切换点可实现非对称业务，最大限度地利用频谱资源，这是FDD技术所无法达到的。因此在数据业务上有很大的优越性：如对称业务（语音和多媒体）和不对称业务（包交换和因特网）等。因此，在同样的频率上，TD-SCDMA可支持更多用户，将为运营商带来更丰富的经济效益。2. 由于TD-SCDMA系统采用了低码片速率,其频宽仅为1.6MHZ,是其它两种技术所需频宽的1/3。从第一、二代移动技术频率逐渐向第三代过渡后，第一、二代频率谱会逐渐空出来，TD-SCDMA可重新利用原有的频带，只要满足一个载波的频段1.6MHZ就可以使用。TD-SCDMA因其频宽较窄的优势，加之可以“见缝插针”，灵活有效地利用现有的频率资源，更容易采纳。3. 采用多项尖端技术一批尖端技术(如:联合检测 智能天线 同步CDMA 软件无限电等)在 TD-SCDMA中得到了充分的体现，而这些技术在W-CDMA和CDMA2000中是没有的。由于这些技术在未来第四代移动通信中是必须考虑，目前，其它两种技术正在向这些方面发展。由此可见，TD-SCDMA是极有前景的技术。TD-SCDMA移动通信系统关键技术 TD-SCDMA提案之所以被国际电信联盟接受，除了TD-SCDMA 具备CDMA TDD的所有特点外，还采用了以下关键技术。1. 多址技术 为了让用户能够共享一个资源，在公众移动通信系统中， 都设法利用各方面的资源，设计出高效率的多址技术来满足要求。目前能考虑的资源是频率、时间和波形。而TD-SCDMA是FDMA、TDMA和CDMA这三种技术的综合。 此外，TD-SCDMA正在研究另一种多址技术：空分多址（SDMA）技术。SDMA是基于智能天线技术，用波束赋形来分隔不同方向的用户，使同一组资源可以在不同方向上复用。因而空分多址将可能成倍地提高系统地容量。2. 高效信道编译码技术 TD-SCDMA扩频技术在克服多径衰落以提供质量地传输信道方面有很好地作用，但却存在频谱效率非常低地缺点。因此3G系统必须采用另一个核心技术即信道编译码技术以进一步改善通信质量。现在用于克服衰落效应采用地主要技术是前向信道纠错编码和交织技术。编码和交织都极大地依赖于信道地特征和业务要求，而且对于同一信道地不同业务也采用不同地编码和交织技术。3. 功率控制技术 在CDMA系统中，由于用户共有相同地频带，且各用户地扩频码之间存在着非理想地相关特性，用户发射功率地大小将直接影响系统地总容量，从而使得功率控制技术成为CDMA系统中最为重要得技术之一。CDMA系统有一套精确得功率控制方法，即开环、闭环和外环三种功率控制技术。开环功率控制用于确定用户得初始发射功率，或用户接收功率发生突变时得发射功率调节。闭环功率控制可较好地解决因上下行信道电波功率地不对称性。而精确性难以保证地问题，通过对接收功率测量值于信干比门限值地对比，确定功率控制比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并据此调节发射功率地大小。外环功率控制技术时通过对接收误帧率地计算，确定闭环功率控制所需地信干比门限。正是由于这些精确地功率控制，才使CDMA手机能保持适当地发射功率。 1 CDMA中功率控制的必要性如上所述，CDMA系统是干扰受限系统，因此为了提高系统容量，应尽可能的降低系统的干扰。功率控制技术可以减少一系列的干扰，这意味着同一小区内可容纳更多的用户数，即小区的容量增加。因此CDMA系统中引入功率控制技术是非常必要的。引入功率控制技术的目的如下 ： (1)克服上行链路中的“远近”效应在上行链路巾，由于小区内用户的随机移动性，使各用户的移动台与基站的距离不相同。若小区内的各用户发射功率相同，则到达基站后信号强度不一样，离基站近的用户比离基站远的用户信号强，这样在基站接收端就会产生以强压弱的现象。同时由于通信系统中的非线性，将进一步加强这一过程，使强的更强，弱的更弱和以强压弱的现象，这就是所谓的“远近”效应。(2)克服下行链路中的“角”效应在下行链路中，当用户移动台位于小区边缘交界处，它接收到所属基站的信号比较弱，但同时还会受到临近小区基站信号的较强干扰，特别是在六角形拐角边缘地区尤为严重，这就是所谓的“角”效应。(3)克服由于电波在传输过程中受到大型建筑物和相应障碍物阻挡造成的“阴影”效应带来的慢衰落；克服由于多径传播、空间选择性衰落而引入的慢平坦衰落，它也可以称为窄带多径干扰。(4)克服多址干扰在CDMA系统中，由于所有的用户均使用相同频段的无线电信道和相同的时隙，用户间仪靠地址码的不同，即靠他们之间互相关特性加以区分。然而由于实际使用的扩频码互相关特性不理想，不能实现用户之间的理想隔离，那么用户间就存在着干扰，我们称这类干扰为多址干扰。MAI(多址干扰)是CDMA系统中最主要的干扰，功率控制是克服多址干扰的有效方法。因此，在CDMA系统巾，功率控制技术被认为是所有关键技术的核2 功率控制方法在CDMA系统中，功率控制技术从通信的上、下行链路角度考虑，一般可分为反向功率控制与前向功率控制：从功率控制环路的角度考虑，一般可以分为开环功控和闭环功控。21反向功控与前向功控211反向功控反向功率控制又称为上行链路功率控制(uplinkPC)，主要是移动台的行为，实时调整各移动台的发射功率，使本小区内的任一移动台无论距离基站多远，在信号到达基站接收机时刚好达到保证通信质量所需的最小信噪比门限，从而保证系统的容量。在CDMA系统中，反向功率控制方式主要有：开环功率控制、闭环功率控制以及外环功率控制。上行随机接入信道(PRACH)采用开环功率控制，具体发射功率由接收到的信号功率值与路径损耗值以及阴影损耗等确定，接收到的信号功率越高，移动台发出的功率越低；上行专用信道(DPCH)则是同时采用开环与闭环功率控制，其巾闭环功率控制包括内环功率控制与外环功率控制，其中内环功率控制又称为快速功率控制，外环功率控制又称为慢速功率控制。信道的初始发射功率是由开环功率估计决定的，上行闭环功率控制主要是基站通过调整移动台的发射功率以保持接收到的上行信干比尽量靠近SIR目标值SIRtarget，每个小区的SIRtarget，都是由高层通过外环功率控制调整的 。212前向功控前向功率控制又称为下行功率控制，是，月来控制基站的发射功率，使所有移动台接收到的信号功率或者SIR基本相等。前向功率控制可以有效降低基站的平均发射功率，减小邻小区干扰，克服传输中的“角效应”。前向功率控制主要是指对下行专用信道的功率控制，包括专用物理数据信道(DPDCH)与专用物理控制信道(DPCClI)，而下行公共信道由于变化较慢，其功率控制主要靠外环功率控制来完成。22开环功控和与闭环功控2，21开环功控开环功率控制的基础是建立在上行链路与下行链路具有一致的信道衰弱情况上的。然而在实际的频分双工FDD系统巾，上、下行链路占有的频段要相距45Mllz以上，它远远大干信号的相关带宽。因此信道的快衰弱是完全独立和不相关。但是对于决定阴影效应的信道慢衰弱而言，这类不对称性的影响要相对小的多。而功率控制正是主要针对慢衰弱的。所以开环功率在实际巾仍被采用，但它的控制精度受到信道不对称的影响，而只能起到粗控的作用。对于TD-SCDMA时分双工系统，上、下行链路占有相同的频段的不同时隙，这时上、下行链路是对称的，开环功率可以达到相当控制精度。开环功率控制的主要特点是不需要反馈信息，因此，在无线信道突然发生变化时，它可以快速响应变化，此外，它的功率调整动态范围大。但是正因此它没有反馈信息，使得开环功率调整不够准确。对此，需要应用后面介绍的闭环功率控制。222闭环功控闭环功率控制是指移动台根据基站台发送的功率控制指令(功率控制比特携带的信息)来调节移动台的发射功率的过程。基站测量所接收到的每个移动台的信噪比，并与一个门限相比较，决定发给移动台的功率控制指令的是增大还是减小它的发射功率。移动台接收到的功率控制指令与移动台的开环估算相结合，来确定移动台闭环控制应发射的功率值。闭环功率控制是对开环功率控制的快速调整，它的调整速度足够快以便跟踪快衰落，因此，闭环功率控制是任何克服非对称的多径衰落有效方法中的决定性因素。闭环功率控制可以包括内环功率控制和外环功率控制。内环功率控制是指基站将接收到的反向链路信号水平与设定的门限相比较，确定反向链路发射功率的控制量，并通过前向专用功率信道发送给移动台；而外环功控指基站实时测量反向链路的帧质量，并据此修正内环功控中的信号水平门限值，从而克服由于多径效应和移动台速度等引起的控制偏差。3 IS一95与3G中功率控制技术的比较分析CDMA IS-95作为第二代移动通信系统的一个标准，其功率控制技术已经成功地被商用，技术上也比较成熟，而且也得到了广泛的应用。CDMA IS-95是3G中功率控制技术的基础。IS-95中采用的功率控制方案，按方向可分为上行(反向)和下行(前向)功控，若按在功率控制过程中基站和移动台是否同时参与，又可分为开环(不同时参与)与闭环(同时参与)两类。IS-95中下行(前向)链路优于上行(反向)链路，这是由于下行采用同步码分体制，而上行采用的是异步码分体制。IS-95巾下行(前向)链路的功率控制技术是非重点，它可以采用较简单的慢速闭环功率控制方案。下行功控实质上是对下行功率的最优分配。IS-95中由于上行(反向)采用的是异步码分体制，其性能比同步码分的差，所以在功控要求方面要高一点：上行(反向)功率控制方案由初控、精控与外环控制3个部分组成，即由开环、闭环与外环控制3部分组成。(1)cdma2000是从IS-95平滑过渡产生的，其技术与IS-95向下兼容，所以其功率控制技术绝大部分与IS-95一致。但是与IS-95不同的是，cdma2000中的800bps的快速功率控制不仪可以用于上行链路，也可以用于下行链路，这样上下两个方向上的功率控制速率都可以达到快速的800bps。cdma2000 lX中的业务按其无线配置可以划分为5类。其中，上、下行RC1与RC2分别兼容IS-95 AB，下行RC3，RC4，RC5，上行RC3，RC4，则为cdma2000 1X新开设的业务。从前向通道来看，cdma2000 1X前向信道中的基本信道虽与IS-95中的前向业务信道基本相同，但基本信道的每种速率均增加了校验码CRC和相应的编码删除技术。其中导频信道、同步信道与IS-95相同，但增加了辅助信道，其最高速率可达306kbits。所以，在cdma2000 lX系统中的功率控制技术在前向信道中与IS-95有较大差别。(2)WCDMA仍属码分多址CDMA系列，因此该系统中的功率控制的基本原理、基本方法与IS-95大同小异。WCDMA与I S-95及cdma2000系列在功率控制方面的主要不同有：WCDMA功控方式包含两种类型： 非压缩模式与压缩模式，WCDA中的功控速率由cdma2000中的800bps提高到1500bps，其抗平坦衰落能力显著提高。并且在WCDYLA中，高层网络更多地参与了功率控制过程。IMT-2000包括的各个体系(WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA其功控方案大同小异，都是从IS-95的原理方案发展出来的，只不过WCDMA将功率控制标准由功率平衡准则变为SIR平衡准则。 (3)TD-SCDIVIA为时分双工模式，信道采用时分。TD-SCDMA中的闭环功率控制和WCDMA及cdma2000两种方案大同小异，但由于上下行信道采用时分双工，而使上下行信道具有相同的衰落信道，利用这一点可以使TD-SCDMA的开环功控比其他两种方案有更好的性能。4. 智能天线技术 从本质上来说，智能天线技术是雷达系统自适应天线阵在通信系统中地应用。智能天线系统由一个多天线、相干接收机和高级数字信号处理算法组成。与仅有一个固定波束地传统天线比较，智能天线能有效地形成多波束赋型，每一个波束指向一个特定地用户且能自适应地跟踪任何移动用户。如此特点使得在接收侧实现空间选择性分集，提高了接收灵敏度，减少了不同位置地同道用户地同道干扰，抵消了多径衰落和增加了上行容量。在发送时侧，智能地空间选择波束成形传送降低了输出功率要求，减少了同道干扰和提高了下行容量，从而提高系统容量。TD- SCDMA 目前所用的智能天线( SA) 实现了空分多址, 利用用户的来波方向( DOA) 的不同来区分用户, 对无线网络的覆盖、容量均有影响。SA 是TD- SCDMA 的标志性技术, 目前TD- SCDMA 采用赋形波束智能天线, 通过“智能”部分产生多个赋形波束, 每个波束跟踪一个激活用户, 达到降低干扰、提高增益、增大覆盖和提高容量的效果。智能天线由多个天线组成的天线阵, 每一个天线后接一个加权器,即等价于乘以某一系数( 复数, 这样可以调节接收信号的幅度和相位) , 最后用相加器对每个天线接收的信号进行合并, 这种天线能完成空域处理, 如果在每个天线后接一个延时抽头加权网, 这样天线就能完成空域和时域的处理。智能天线是一种基于自适应天线原理的移动通信新技术, 它结合了自适应天线技术的优点, 利用天线阵列对波束的汇成和指向控制, 产生多个独立的波束, 可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化。接收时每个阵元的输入被自适应地加权调整, 并与其他的信号相加, 以达到从混合的棘手信号中解调出期望得到的信号并抑制干扰信号的目的, 它对干扰方向调零, 以减少甚至抵消干扰信号。智能天线的特点是能够以较低的代价换得天线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和抗掉话等性能的提高。4.1 上行空域滤波智能天线通常由M个空间分布的辐射阵元组成, 设天线的输入信号矢量表示为:X( t) =x1 ( t) , x2 ( t) , , xM ( t) 第k 个用户的加权矢量为:Wk ( t) =k,1 ( t) ,k,2 ( t) , ,k,M ( t) T k=1, 2, 3, 第k 个阵列的输出信号可表示为:yk ( t) =Wk ( t) HX( t)当阵列需要提取目的用户信号时就需要寻找加权矢量, 使得在该方向的阵列相应有较高的增益, 而对于干扰方向的响应较小。也就是说通过调整阵列加权矢量, 就可以实现对接收信号的空域滤波。选择加权矢量对智能天线自适应抑制干扰起着决定性作用, 而选择一个好的算法又是其中的关键。智能天线中的算法通常基于以下一些准则: 最小均方误差、最小方差、最大似然、最大信干比、最大接收功率和最小发送功率等。根据这些准则可以衍生出多种算法,每种算法都有其自身的优势和计算复杂度。4.2 下行波束赋形下行波束赋形就是通过自适应的方法来修正波束的方向和形状来达到提高UE 接受性能的目的。自适应波束成形技术可将发射波束指向目标用户的方向, 使得干扰用户方向上发射的能量最小。此外,自适应波束成形还可以降低多径的影响, 这是因为窄的波束可以减少多径的数目。下行链路利用用户上行信号的空间特征, 产生相应下行赋形加权值, 达到减小同小区多址干扰, 实现空分多址的目的。4.3 智能天线对系统性能的影响天线对覆盖的增益作用是通过增大等效辐射功率实现的, 其原理是将能量集中于一个空间或方向内, SA 对覆盖的增益也是通过使能量集中于目标用户方向来获得的, TD- SCDMA 智能天线的赋形增益( 覆盖) 有多大与以下因素有关:( 1) 激活用户的分布: 对于集中分布的情况增益大, 对于均匀分布的情况增益小, 对于只有1 个激活用户的情况, 赋形增益可以达到工程上的最大值。( 2) 赋形波束宽度: 赋形波束的波瓣窄容易集中能量、减少干扰, 反之则容易造成波束重叠, 逻辑上的不同波束在物理上成为1个波瓣。( 3) 工程因素比如传播环境, 城市中高楼林立, 信号传播经历多径、反射、折射等, SA 通过DOA来决定赋形波束指向, 但DOA 本身也存在空间分辨率问题, 经历反射等过程后信号来波角度可能扩散。TD- SCDMA 的SA 对容量的增益指SA 通过空分实现空间滤波, 隔离了多用户干扰, 使得系统可以满码道或接近满码道工作。提高了信干比, 降低了干扰, 增加了系统的容量。由此可以认为: 在SA 的1 个波束内不会存在干扰降低和容量增益, 结合TD- SCDMA 的业务时隙情况, 若想通过SA 的空分实现容量增益, 需使同1 个时隙的基本资源单位( BRU) 对应不同的赋形波束。1 个语音用户占用2 个BRU, 1 个时隙有16 个BRU, 最多可承载8 个语音用户, 若8 个用户分布于8 个波束, 满码道工作理论上是可能的, 但若用户集中分布, 则容量增益减小, 用户集中于1 个SA 波束则容量增益为0dB。TD- SCDMA 数据业务速率跨度大, 根据3GPP标准, 数据用户占用1 个或多个时隙, 1 个时隙至少占用8 个BRU, 数据业务的最低承载速率为64kbit/s, 占用同一时隙的8 个BRU, 即造成8 个BRU( 等价于4 个语音用户) 集中在1 个波束中, 因为难以通过波束将干扰用户分开, 数据业务的容量增益会大大缩小。智能天线还可以降低发射功率, 更加环保。5. 接力切换技术TD-SCDMA系统提出了接力切换地概念，它不同于硬切换和软切换，时一种崭新地切换技术，时基于同步码分多址技术和智能天线地结合技术。在移动系统中，对于系统用户地准确定位一直时人们追求地目标。TD-SCDMA系统可以利用天线阵列和同步码分多址技术中码片周期地精巧测定，得出用户地大体位置；在手机辅助之下，伺服地机站根据周围空中传播条件和信号质量，命令手机切换到信号更为优良地机站。它可以对整个机站网络地容量进行动态地优化分配，也可以实现不同系统之间地切换，大大提高了系统容量。 从测量过程来看，传统的软切换和硬切换都是在不知道UE准确位置的情况下进行的，因此需要对所有相邻小区进行测量，然后根据给定的切换算法和准则进行切换判决和目标小区的选择。而接力切换可以通过智能天线确定UE的位置方向，因此，一般情况下它没有必要对所有相邻小区进行测量，而只需对与UE移动方向一致的靠近UE一侧少数几个小区进行测量。然后根据给定的切换算法和准则进行切换判决和目标小区的选择，就可以实现高质量的越区切换。这样UE所需要的切换测量时间减少，测量工作量减少，切换时延也就相应减少，所以切换掉话率随之下降。另外，由于需要监测的相邻小区数目减少，因而也相应地减少了UE、Node B和RNC之间的信令交互，缩短了UE测量的时间，减轻了网络的负荷，进而使系统性能得到优化。接力切换可以在不同扇区的主频点间进行，也可以在不同扇区的主频点与辅频点、辅频点之间进行，有效地支持了多频点组网。TDSCDMA系统中接力切换算法准则由切换判决准则、切换执行准则组成。本仿真实现的切换判决准则为具有滞后余量和限定门限的相对信号强度准则：仅允许移动台在新小区的导频信号强度比原小区导频信号强度强到一定程度( 即大干滞后余量RSCP DLCOMP)并且保持一定时间的情况下才进行越区切换，公式表 示如下：PCCPCH RSCP lgh 一PCCPCH RSCP RSCP DL COMP (1)这样可以防止由于信号波动引起的在两个小区之间的来回切换(乒乓效应)。同时仅允许移动台在当前小区的信号低于规定门限RSCPDLDROP(简称DROP)，并且新小区的信号强度高于当前小区给定的滞后余量时，才进行切换。接力切换的判决相对于软切换来说要求比较严格，基于TD-SCDMA系统的特点，进行接力切换的UE上下行链路在与目标基站建立通信的时候是分别断开与原基站的连接，因此在满足正常通信质量的情况下，要尽可能降低系统的切换率，表现在原服务小区(简称原小区)的RSCPDLDROP门限在保证一定的掉话率的同时尽可能地接近小区边缘的平均信号强度， 而目标服务小区(简称目标小区)的RSCP DL ADDf限不能设置过高从而引起候选小区数量下降而导致掉话率过高，当然此门限亦不能过低从而失去设置此门限参数的意义。当系统判决进行切换后，系统可以执行多种切换方式，如执行小区内切换、小区间切换、频率内切换、频率间切换、系统内切换、系统间切换等等。因为不同的切换方式有不同的切换性能和复杂性，如切换率、切换成功率、切换延时和网络负荷等，一般按照小区内、小区间、RNC (Radio NetworkController)内、RNC间、系统内、系统间的顺序安排切换优先级，可以减少接口间的信令交互，减轻RNC的处理负担、并加快切换的执行过程。在执行上述切换类型时，一般是频内切换的优先级高于频间切换的优先级。在UE和基站通信过程中，UE需要对本小区基站和相邻小区基站的导频信号强度进行测量。UE的测量是由RNC指定的，可以是周期性进行，也可以由事件触发进行。接力切换的预同步过程属于开环预同步，在UE对本小区基站和相邻小区基站的导频信号强度进行测量的同时记录来自各邻近小区基站的信号与来自本小区基站信号的时延差，预先取得与目标小区的同步参数，并通过开环方式保持与目标小区的同步。接力切换的判决过程是根据各种测量信息并综合系统息，依据一定的准则和算法来判断UE是否应当切换和如何进行切换。RNC在收到UE的测量报告后，首先对PCCPCH RSCP最大的候选目标小区进行判断，如果大干设定的门限值RSCP DLADD (简称ADD)，则在此小区中进行接纳判决，反之进入下一个候选目标小区，直至最后一个候选目标小区。如果所有目标小区都不满足，则UE停留在原小区。目标小区确定后，RNC根据目标小区的与原小区的关系判决是硬切换(归属不同的RNC)或者接力切换(归属同一个RNC)。仿真中假设所有小区都归属于同一RNC，即判决UE进行接力切换。在接纳判决成功后，RNC通知目标小区为UE分配无线资源并且将相关信息通知UE。RNC的切换判决完成后，将执行接力切换。首先对目标小区发送无线链路建立请求。当RNC收到目标小区的无线链路建立完成之后，将向原小区和目标小区同时发送业务数据承载(此时目标小区并不向UE发送下行数据)，同时RNC向UE发送物理信道重配置消息命令。终端应根据是否携带FPACH (快速物理接入信道)信息来判断是否为接力切换。即接到切换命令后，首先判断切换类型，如果携带FPACH信息，则判断为硬切换，重新在目标小区做接入；如果没有携带FPACtt信息，则判断为接力切换。本文仿真实现为接力切换。然后，UE由原小区接收下行承载业务及信令而由目标小区发射t行的承载业务和信令。此分别收发的过程持续非常短的一段时间后，将接收来自目标小区的智能天线下行波束赋形数据，实现闭环功率和同步控制，中断和原基站的通信，完成切换过程。UE在接力切换执行的过程中，当UE通过目标小区发送上行承载业务和信令的时候仍然在原小区接收下行承载业务和信令，而当目标小区接收到此UE的上行数据后几帧之内将对此UE发射下行赋形信号，直至UE切换到目标小区接收下行信号，在这短暂的时间内目标小区的下行赋形信号不但对进行切换的UE接收原小区的下行信号产生干扰，而且对系统中的其他UE接收下行信号亦产生干扰。在动态系统仿真平台上对此进行仿真，仿真时间为3600秒，每隔4秒对系统中处于通话状态的每个U E进行干扰统计，将各项结果进行统计平均并将结果绘制成PDF。使用接力切换技术给系统带来的干扰和系统本身的干扰的PDF曲线图几乎重合，其中使用接力切换技术给系统带来的干扰的平均值比系统本身的干扰的平均值只增加01693 dB，相对于一887870 dbm的UE平均接收干扰信号总功率来说，接力切换造成的干扰影响非常小。接力切换技术巧妙利用TD-SCDMA系统同步的特点，在测量过程中预先取得与E1标基站的开环同步，降低了硬切换中掉话率高的风险。同时在切换的过程中避免了软切换占用大量下行资源的缺点，能够在满足系统对于切换率、掉话率等指标要求的前提下，保障良好的系统性能。6. 软件无线电技术 软件无线电台时一种波形可编程、多频段、多模式地无线电台，其最大地优点是基于同样地硬件环境，针对不同功能采用不同地软件来实施，其系统升级、多种模式地运行可以自适应地完成。其核心思想是尽可能靠近天线地地方使用A/D和D/A转换器，在通用地硬件平平台上，尽可能通过软件来定义无线电地功能，以软件方式替代硬件实施信号处理，实时配置信号波形。软件无线电可以解决多种通信标准及频谱拥挤地问题，以达到多种通信频段、多种信道调制及多种数据格式地互操作性。在3 G系统所要实现的目标与系统的特点中，最核心的问题是提供不同环境下的多媒体业务及实现包含水 陆 空的全球覆盖。因而它要求实现多种网络的综合：无线网与有线网的综合移动网与固定网的综合陆地网与卫星网的综合 这样可以提供全球无缝覆盖，为用户提供在无线与有线环境下统一的业务使用方式，又适应多种业务环境且与第二代移动通信系统兼容，便于平滑升级。对于通信终端而言，它面对的是多种网络的综合系统，因而需要实现多频多模式终端(手机)。3G系统可支持的速率为室内静止2Mbits，步行移动384kbits，车速移动1 44kbits卫星移动g 6kbits，所以手机要适应宽带多业务的要求。软件无线电为通信系统提供一种新型的结构，那就是利用统一的硬件平台，不同的软件来实现不同的功能。只有软件无线电技术才能解决多频多模式多业务终端问题。由于3G的标准的统一是非常困难的，IMT-2000的发展策略已经改变过去”统一“的概念，而注意到以各地区现有第二代系统网络基础为参考来制定比较现实的过渡方法，并在1 997年3 月的中间会议上一致通过了“IMT-2000家族” 的概念。它放弃了在空中接口、网络技术等方面一致性的努力而致力于制定网络接口的标准和互通方案。因此也存在多频多模多业务基站问题，针对这种情况，我们认为应该在第三代移动通信发展中引入软件无线电，充分利用软件无线电技术带来的系统灵活性和通用性，实现第三代移动通信中多种空中接口的并存 以及第三代与GSM系统的兼容并对将来新的通信标准的引入和升级带来非常大的便利，同时保护运营商和用户的利益，软件无线电是解决基站问题的利器。具体他讲，软件无线电技术在3G系统中的应用体现在以下几个方面：(1)为第三代移动通信手机与基站提供了一个开放的，模块化的系统结构；(2)智能天线结构的实现，空间特征矢量包括DOA (来波方向估计)的获得，每射频通道权重的计算和天线波束赋形：(3)各种信号处理软件的实现包括各类无线信令规则与处理软件信号流变换软件、调制解调算法软术超大规模集成电路和数字信号处理技术在无线电通信中应用的产物。它在我国提出的3G系统SCDMA中 应用就更广泛了。SCDMA系统的基站和终端都采用了高速数字处理器和高速AD变换器 处理速度高于每秒5千万次全部基带信号处理和变换都用软件来完成。在SCDMA中软件无线电将实现如下功能：(1)提供一个开放的模块化的系统结构(2)智能天线的实现；(3)同步检测 建立和保持；(4)用户终端口D-QPSK(差分正交移相键控)解调器中的载波恢复、频率校准和跟踪；(5)每码道功率的检测和发射功率控制的实现(6)接收通道的电平检测和接收增益控制；(7 )扩频调制和解调 包括WALSH (沃什)码和PN (伪随机)码的产生(8)语音编译码(9)DTMF(双音多频)。MFC(多频编码)及各种信号的产生和检测；(10)信道编码、复接和分接：(11)发射脉冲成形滤波；(1 2)SWAP (交换)信令的差错检测(1 3)接收信令的差错检测；(1 4)发射通道的数字预失真(1 5)基站收发信机的校准。在第三代系统中引入软件无线电技术 特别是利用软件无线电技术建造第三代多模多媒体终端 对软件无线电的相关技术提出了非常高的要求。然而我们认为目前技术的进步已经为采用软件无线电技术提供了坚实的基础， 对于第三代移动通信 已经能够实现相当程度上的软件无线电：理想的软件无线电系统的天线部分应该能够疆盖全部无线通信频段 这对天线技术提出了较高的要求。对于第三代移动通信 一般认为其频带宽1 80MHz 230MHz。利用组合式多频段天线是能实现覆盖的。从上面可以看出软件无线电技术在3G系统中的应用是非常广泛的。而且只有软件无线电技术才能解决3G系统中的多频多模手机与基站题。7. 联合检测技术联合检测技术也就是“多用户干扰”抑制技术，是一项消除和减轻多用户干扰地主要技术，是TD-SCDMA系统中关键技术之一。在传统地CDMA接收机中，各个用户地接收是相互独立进行地。在多径衰落环境下，由于各个用户之间所用地扩频码通常难以保持正交，因而造成多个用户之间所用地相互干扰，并限制系统容量地提高，这就需要使用多用户检测技术。多用户检测地基本思想就是把所有用户地信号都当作有用信号而不是干扰信号来处理，这样可以充分利用每个用户信号地用户码、幅度、定时、延时等信息，从而大幅度地降低多径多址干扰。TD- SCDMA 系统是干扰受限系统, 系统干扰包括多径干扰, 小区内多用户干扰和小区间的干扰, 这些干扰破坏了各个信道的正交性, 降低了CDMA 系统的频谱利用率。传统的Rake 接收机技术把小区内的多用户干扰当噪声处理, 而没有利用该干扰不同于噪声干扰的独有特性。联合检测技术即“多用户干扰”抑制技术, 是消除和减轻多用户干扰的主要技术,TD- SCOMA 系统采用的低码片速率有利于各种联合检测算法的实现。联合检测技术的核心就是利用均衡技术, 将来自其他用户的ISI 也当作多址干扰一并消除之。JD的基本原理:用户k( k=1, 2, , K) 发送的信号sk ( t) 经信道到达接收机, 它是发送的信号与信道的冲激响应hk( ,t) 的卷积xk ( t) =max0!sk( t- ) hk( , t) d,max表示多径造成的最大时延。接收机接收到所有用户的总信号x( t) =Kk=1 xk ( t) +n( t) ,n( t) 为加性噪声。对于采用线性码片调制方案的CDMA 系统, 若发送端数据符号为d, 则可以表示成矩阵A 和向量d相乘的形式: x=Ad+n, 表明发送端的符号d 经过扩频和无线信道, 到达接收端时为接收信号x, 并包含噪声n, 接收端需要根据A 和x 来估计d。由于A 中包含每个用户的扩频码信息和每个用户的冲激响应信息, 所以联合检测需要知道所有用户的扩频码和信道的冲激响应。这样联合检测算法利用信道估计构造系统矩阵A, 已知扩频信息, 根据某种合适的信号估计准则, 把同一时隙中多个用户的信号及多径信号一起处理, 可从接收信号中同时检测出所有用户的发送信息。联合检测算法有很多种, 但主要的是基于迫零( ZF, Zero Forcing) 和最小均方误差这两个优化准则的均衡算法发展而来的。联合检测能够抗干扰、增加容量, 减弱上行呼吸效应, 抗远近效应, 降低功率控制的要求。TD-SCDMA系统所面临的挑战TD-SCDMA作为第三代的一个标准，其市场分额有多大，主要取决于以下几点：1TD-SCDMA具有中国的知识产权，并已被ITU及3GPP所采纳。如果在全世界商用，最大的受益者当属中国的通信产业。国内的制造商不仅可以用自己的技术和产业占领国内的市场，而且还能将其推向世界，使其成为中国的又一出口 工业。当然，TD-SCDMA在国际上的成功首先取决于中国的成功，这一点是至关重要的。 2TD-SCDMA是否成功，取决于其产品是否较之其它标准的产品更具