基于TD-SCDMA的物理层、接收器设计和集成解决方案分析-与非网.doc

基于TD-SCDMA的物理层、接收器设计和集成解决方案分析 TD-SCDMA基于时分双工(TDD)和同步码分多址(CDMA)的组合特性提供许多优势，包括无需成对的频率、IP业务适应性、支持上下行链路不对称业务，以及进一步增加新技术(例如联合检测、自适应天线、动态信道分配等)的灵活性。这些优势会降低运营商的投资成本和节省运营成本，从而为从2G向3G业务过渡提供了一条可行的途径。 另外，TD-SCDMA已经被3GPP TDD标准采用作为其低码片速率(LCR)版本。TD-SCDMA系统的体系结构完全遵循3GPP规范，并且由三部分组成：用户设备(UE)、射频接入网(RAN)和核心网。TD-SCDMA的RAN的设计原则是与其它的RAN共享相同的核心网，例如WCDMA系统，这样就大大简化了多模式系统设计。 图1：物理信道模型。 物理层特点 物理层(第1层)描述了基站(BS)和UE之间的传输，包括了两个方向的传输：上行链路(从UE到BS)和下行链路(从BS到UE)。系统实现最复杂的部分在下行链路—尤其是UE接收部分。 物理层通常分为5部分：外部发射机、外部接收机、内部发射机、内部接收机和无线信道。外部发射机完成扰码(置乱)、循环冗余校验(CRC)、信道编码、速率匹配和交织功能，而外部接收机完成其逆向操作。内部发射机和接收机完成物理信道映射、调制、扩频及其逆向操作。无线信道包括UE的模拟前端特性和无线传播信道。 因为TD-SCDMA基于TDD模式，所以下行链路(DL)和上行链路(UL)共用相同的频带。如图3所示，TDD的每个子帧由10个时隙(TS)组成，其中7个时隙可用于数据传输，其余3个时隙用于定时同步。子帧的详细结构可以在3GPP参考文献[2]中找到。 图3示出了典型的数据时隙(TS)结构，每个TS包括四部分：数据部分1和2，用于信道估计的训练序列(Midamble)，和用于防止脉冲串间干扰(IBI)的保护间隔(GP)。 图2：TD-SCDMA的子帧结构。 内部发射机的进一步详细结构见图4，外部发射机输出的二进制编码比特流首先被映射成QPSK(或8PSK)复数符号。为了降低每个物理信道的多种编码UE发射信号的峰均比(PAR)，该复数符号在用信道标识码(也称作正交可变扩频因子(OVSF)码)扩频之前先乘以一个信道标识码特定倍数(CCSM)。应当注意，在TD-SCDMA系统的下行链路中，扩频因子可以是1或者16，本文后面将讨论到的联合检测器适用于这两种扩频情况。 在扩频之后，具有码片速率的信号再与扰码(16-码片的复数序列)相乘。最后，码片序列的实部(I)和虚部(Q)通过一个根号升余弦(RRC)滤波器，并且上变频到要求的载波频率。 接收器设计 接收机设计是无线系统的中心问题，尤其是在LCR的情况下。因此接收机是系统实现中复杂度最高的部分。虽然LCR中的多个用户通过分配给它们的OVSF码实现多路复用，但是因为多径信道中存在延迟扩散，UE输入端的接收信号会受到多用户干扰(MUI)，所以并不能保证不同用户间完全正交。CDMA系统中采用的传统接收机(例如，RAKE接收器)在这种情况下的性能很差，所以最好是选用比较复杂的多用户接收机设计。 图3：TDD数据时隙结构。 在过去十年里在多用户接收领域的大量研究，为有效的多用户接收机结构设计技术打下了深厚的基础。研究结果业已证明某些接收机结构比较适合特定的链路情况。具体而言，在TD-SCDMA情况下，上行时隙所用的OVSF码不会多于16个，所以很容易并行处理。例如，可以通过采用线性接收器结构应用准最佳的多用户检测器(通常称作联合检测)来降低MUI。用于线性接收机设计的方法有好几种，最常见的两种优化准则就是迫零(ZF)准则和最小均方误差(MMSE)准则。应当注意，联合检测的复杂度与符号星座图无关。相关矩阵、block-Toeplitz矩阵的特殊结构允许在矩阵求逆的处理过程中进一步近似，因此在进一步降低接收机复杂度的同时不会带来明显的性能损失[3]。 虽然JD算法是接收机结构的中心问题，但是影响性能的关键却在周围的功能中，一般包括信道估计、有效码(active code)检测、信噪比(SNR)估计和同步[4]。 LCR接收机中的信道估计是基于结构化的训练序列完成的。在标准中针对训练序列的设计提出了两种不同的方案。通用训练序列分配(CMA)方案的应用是通过高层将其作为物理信道配置的一部分以信令的方式发送给UE。根据信道化标识码(Channelization Code)的数量，给所有的码分配一个特定训练序列移位(specific midamble shift)。在CMA方案中，所有用户共享相同的传播信道。 系统中的另一种方案是采用默认训练序列分配(DMA)方案。如果没