TD智能天线原理和优势
TD重要知识点(基础)
TD重要知识点—基础一、基本概念1、UTRAN系统结构这些接口是网优必须记住的，Uu和Iu接口是开放的，Iub和Iur一般不开放。
2、工作频段A频段：2010-2025MHz（目前主用，共9个频点，室内一般用3个）F频段：1880-1920MHz（热点区域使用）9404 9412 94203、3G技术比较4、TD技术优势频谱利用率高，易于使用非对称频段, 无需具有特定双工间隔的成对频段 适合传输上下行不对称的数据业务上行和下行使用相同频率载频，有利于智能天线技术的实现5、帧结构DwPTS：下行导频时隙，结构如下：用于下行同步和小区初搜SYNC-DL码共有32种，用于区分相邻小区，不扩频、不加扰。
UpPTS：上行导频时隙，结构如下：用于上行初始同步和随机接入，以及切换时邻小区测量SYNC-UL码共有256种，分为32个码组（每组8个SYNC-UL码），对应32个SYNC-DL 码，不扩频、不加扰。
GP：保护时隙，结构如下：用于下行到上行转换的保护⏹在小区搜索时，确保DwPTS可靠接收，防止干扰UL工作⏹在随机接入时，确保UpPTS提前发射，防止干扰DL工作GP决定了TD系统基站最大覆盖距离＝（96chip/1.28Mcps×光速）/ 2＝11.25公里TS0～TS6：常规时隙，结构如下：Midamble码：中间码，又称训练序列，主要作用为：⏹测量：信号强度和信号质量（BER），用于功率控制、切换等算法⏹上行同步保持：Midamble码的时延做为同步偏移调整的依据⏹信道估计：利用Midamble码接收信号，评估无线传播过程中的多址干扰（MAI）和多径干扰（ISI）情况，评估结果用于联合检测物理层控制信息：物理层过程（如小区搜索、随机接入、功率控制、上行同步调整等）的控制信号6、TD系统中的码表7、物理信道的分类与功能主公共控制物理信道P-CCPCH：承载传输信道BCH，用于发送系统消息(System Information)扩频因子SF＝16；固定配置在TS0的前两个码道：Cch 16, 0和Cch 16, 1路测RSCP（手机接收电平）的测量信道寻呼指示信道PICH：用于发送寻呼指示(Page Indicator)扩频因子SF＝16，一般配置在TS0寻呼指示(PI) 的长度LPI＝2，4或8 ，以一个无线帧为周期。
第6章 TD-SCDMA智能天线技术
图6-2 不同几何形状的天线阵列
2.平面波传播
空时信号可以表示为),,,(t z y x s ，
这其中x ，y 和z 分别代表三维空间坐标系的三个变代表时间。
根据电磁场领域的麦克思维方程，自由空间中信号源的电场E r
满足下式：
012222
=∂∂⋅−∇t
E c E r r （6.1.1）
是光速。
对上式求解得到
图6-7 TD-SCDMA 系统下行信号传输模型
北京邮电大学无线信号处理与网络实验室(WSPN) 作者：彭木根 （pmg@）
版权所有，翻印必究
图6-10 孔径扩展示意图
)()(t s t r = )exp()()(x d jk t s t x r
−= )exp()()(y d jk t s t y r
−=
图6-11 EVESPA估计结果（4个线阵，6个信号)
个阵元组成，其中4个阵元组成均匀线阵。
有三组相干信号（， [800, 1000]和[1200, 1400], 对应的幅度分别为[1, 0.7-0.4i] [ 0.4+0.5i, -0.6+0.4i]。
噪声为高斯噪声，信噪比SNR＝15。
10。
TD-SCDMA技术简介-11.
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当前TD研发状况
标准： 大唐、西门子、北邮、重邮、清华、传输所、华为、三星等； RAN部分： Node B — 大唐、西门子；
RNC — 大唐、UT斯达康； CN部分： 大唐、UT斯达康； 终端部分：
① 大唐与飞利浦、三星电子联合组建公司致力于TD-SCDMA终端芯片组 和参考设计方案的核心技术研发； ② 大唐与TI、Nokia、LG、大霸、普天等联合成立上海凯明公司，进行 TD-SCDMA/ WCDMA双模终端芯片开发；
DS
QPSK 卷积码TURBO 10ms 200
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第二部分： TD-SCDMA技术
• TD-SCDMA物理层简介
• TD-SCDMA关键技术
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物理层简介
• 无线接口协议
• 帧结构
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无线接口协议层结构
层3
控
制
/
层2
测
量
层1
无线资源控制 (RRC)
DS
BPSK/QPSK 卷积码TURBO码 10ms 1500Hz
CDMA2000 1.25MHz 1.2288Mcps FDD ANSI-41 同步（GPS） 3GPP2 R0， A,B,C DS(1x)，MC （3X） BPSK/QPSK 卷积码 TURBO 5/20ms 800
TD-SCDMA 1.6MHz 1.28Mcps TDD GSM-MAP 同步 R4,R5
– 相同技术：信道编码和交织、调制(QPSK)、DCA、DTX、ODMA等等
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三种制式技术比较
项目 带宽 码片速率 双工方式 核心网 网络同步 标准进程
TD 原理
●第三代公众移动通信系统的工作频段： ☐ （一）主要工作频段：⏹ 频分双工 (FDD) 方式：1920-1980MHz / 2110-2170MHz⏹ 时分双工 (TDD) 方式：1880-1920MHz 、2010-2025MHz☐ （二）补充工作频率：⏹ 频分双工 (FDD) 方式：1755-1785MHz / 1850-1880MHz⏹ 时分双工 (TDD) 方式：2300-2400MHz☐ （三）卫星移动通信系统工作频段：⏹ 1980-2010MHz / 2170-2200MHzTD-SCDMA 的优势● 频谱利用率高☐ 不需成对的频谱，能够满足未来扩展需求，为频谱分配带来极大的灵活性 ☐ 相对于FDD 运营商，TDD 运营商频谱获取成本低，同时在业务方面，提高语音和非对称数据应用的频谱效率● TD 系统分配非对称上下行传输，经济高效地支持互联网接入业务 ● 结合智能天线技术，可以提供快速精确定位业务 (LCS)TDD 与FDD 双工方式对比● TDD 的优势：☐ 易于使用非对称频段, 无需具有特定双工间隔的成对频段 ☐适合传输上下行不对称的数据业务5M ＋5M ＝10M 带宽1.6M 带宽TD-SCDMA 与其他3G 制式技术比较3G 业务的应用1.会话业务2.后台业务（Email,数据下载，图铃下载）3.流媒体业务（手机电视，视频点播，交通监控）4.交互类业务（网络游戏，网页浏览，定位业务）TD-SCDMA通信模型●Bit（比特）：经过信源编码的，含有信息的数据●Symbol（符号）：经过信道编码、交织后的数据●Chip（码片）：经过最终扩频得到的数据TD-SCDMA的信源编码TD-SCDMA与WCDMA系统都是采用AMR (Adaptive Multi-Rate) 语音编码：编码共有8种，速率从12.2Kbps～4.75Kbps，与目前各种主流移动通信系统使用的编码方式兼容，有利于设计多模终端TD-SCDMA的信道编码信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号●编码类型☐语音业务：卷积码（1/2、1/3）☐数据业务：卷积码或Turbo码⏹编码效率将直接影响用户对数据业务的体验扩频码与扰码☐扩频码用于区分同一个小区相同时隙内的不同用户☐扰码用于区分不同小区，相邻小区需要分配不同的扰码克服干扰的利器：1.联合检测对多个用户的信号的多径分量进行联合处理，充分利用用户信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息，大幅度降低多径和多址干扰联合检测的效果●减少多径干扰和多址干扰，提高系统容量●减少噪声上升，提高覆盖●克服远近效应，降低对功率控制的要求2.智能天线在使用智能天线的情况下，小区间用户干扰得到极大改善切换的分类●硬切换－任何移动通信系统都能够支持●软切换－CDMA特有（WCDMA，cdma2000）●接力切换－TD-SCDMA特有硬切换特点：●硬切换的特点☐先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路☐通话会产生“缝隙”软切换特点☐先建立目标小区链路，后中断源小区链路，可以避免通话“缝隙”☐CDMA系统所特有，而且只能发生在同频小区间☐软切换比硬切换占用更多的系统资源接力切换的设计思想☐利用上行同步技术，在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的●接力切换的优势☐相对于软切换，占用系统资源少，提高了系统容量☐相对于硬切换，业务中断时间很短，且掉话率低TD-SCDMA 调制方式业务 接力切换 (续)切换前切换中切换后。
TD-SCDMA智能天线系统原理、实现及现场测试方案浅析(上)
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征的差 异 ， 通过阵列天线技术在 同一信道上接收和发射 多 个移 动用户信号而 发生相互干扰 ， 使无线 电频谱的利用 和信号 的传输更为有效 。
在 ＴＤ Ｓ Ｄ － Ｃ ＭＡ中采用智能天线主要有 以下 目的 ：
（）干扰抑 制 ， １ 采用数字信号处理技 术判断用户信号
线传播 特性 近似 相 同 ，能够 很好地 支持 智能 天线技 术 。
ＴＤＤ （ 时分双工 ）技 术 巾智 能天线 的使用增加 了ＴＤ— ＳＤ Ｃ ＭＡ无线接 口的容量 。 Ｔ — Ｃ ＭＡ智能天线要实现两种波束 ， 种是广播 Ｄ ＳＤ 一
阵主要覆盖 １Ｏ 度的扇形区域 ，通常一个三扇区基站便 ｎ ２
向特 性。 其原 理是将 无线 电的信号导 向具 体的方向 ， 产生
空 问定 向波 束 ，使 天线 主 波 束 对 准用 户信号 到 达 方 向
Ｔ Ｓ Ｄ Ｄ Ｃ ＭＡቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能天 线技 术 ， 最初应用于雷达 、 声纳
等军事通信领域 ， 主要实现空 间滤波和定位 。 短短 几年时
Ｄ ＯＡ（ ｒｃｉｎ ｏ ｒｉａ） Ｄｉ ｔ ｆＡ ｒ １，旁瓣或零 陷对 准干扰信号 ｅ ｏ ｖ
下 ， 自窄波束之 外的信 号被抑 制 ， 来 发射模式下 ， 能使期
望用户接收的信号功率最大 ， 同时使窄波 束照射范 围以外 的非期 望用 户受到的干扰最小 ； 智能天线是利用用户空 间 位置的不同来 区分／ 同用 户， ｆ 在相同时隙、 同频率或相 相
的频率 复用 ，使频谱效率得以显著的提高 。
到达 方向 ， 达到充分高效利用移动 用户信号并消除或抑制
间，智能 天线 已经完成 了从军 用到民用 的转变 ，并 成为
TD基本参数与关键技术
2. TD-SCDMA系统基本参数:TD-SCDMA系统的基本参数如表1-1中所列[41表1-1 TD-SCDMA系统基本参数参数说明码片速率1.28Mcps多址方式FDMA+TDMA+CDMA双工方式TDD数据调制QPSK/8PSK信道间隔1.6MHz信道编码卷积编码十Tu由。
码基站发射功率最大43dBm移动台发射功率最大33dBm小区搜盖半径0.1.12km切换方式硬切换漱切换2接力切换上行同步1/8chip功率控制开环加闭环多速率方案多时隙、可变扩频因子基站间定时同步3. TD-SCDMA系统关键技术:TD-SCDMA系统采用了很多关键技术。
例如:智能天线、多用户联合检测接力切换、上行同步和功率控制等，下面简要介绍其中一些技术。
. 智能天线技术4第一章绪论智能天线技术的核心是自适应天线波束赋形技术。
TD-SCDMA系统的智能天线由8个天线单元的同心圆阵列组成，直径为25cm。
其原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图，使用DSP方法使主瓣自适应地指向移动台方向，可达到提高信号的载干比，降低发射功率等目的。
智能天线的上述性能允许更为密集的频率复用，使频谱效率得以显著提高。
智能天线在TD-SCDMA中的应用主要体现在两个方面:①在上行信号检测中，结合多用户联合检测技术，实现空间和时间的分集接收，提高上行检测解调的性能OO TDD制式下，上下行信道具有对称性。
基站依据上行信号对空间参数进行估值，根据这些估计值对下行信号进行波束赋形。
由于每个用户在小区内的位置不同。
这一方面要求天线具有多向性，另一方面则要求在每一个独立方向上，系统都可以跟踪个别用户。
通过DSP对用户的来波方向进行测量可以满足上述要求。
TD-SCDMA系统的无线子帧设计为5ms，这是下行对上行最大的反应时间，在这么短的时间内，终端移动的距离和信道特性的变化很小，所以可以根据上行获得的空间特性信息来对下行进行波束赋形。
TD-SCDMA智能天线系统原理、实现及现场测试方案浅析(下)
筹
ｏ ｌ ７ ｆ
图 １ Ｏ Ｉ ｋ Ｏ １ ＴＡ ３ｉ Ｄ Ａ估计精度仿真 ｎ
图１ ０智能天线对 系统误码率性 能改善仿真
（ 横坐标 ：Ｔ ／ｌ纵坐标 ：误码率） ｘ ，
目
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第五采样点 第六采样点
噬 ． ∞ ＿ 、 ｍ 、
率， 使上行受限转化为下行受 限。实际上 ， 也可以通过增 加小 区用户数和对下行加扰的方式 ， 上行受 限转变成下 使
萼Ｔ ．
行受限 。
净
、 百
，
，
＼
在测试 中 ， 系统功率 控制会大大影 响智能天线测试结
图１ ６和 图 １ ） ７。
第九采样点
终止点 图 １ 波束赋形开 ：Ｄ Ｓ Ｐ Ｐ Ｃ Ｃ Ｓ Ｐ Ｈ ６ Ｌ Ｒ Ｃ Ｃ Ｐ Ｈ Ｖ ．Ｄ Ｃ
图１ ５平面阵波束赋形和 Ｄ Ａ估计 Ｏ
在基站 侧 ， 按时 间顺序记录起始 点和终止 点 ， 并均匀 提取 若干天线权重值 ， 生成对 应实际波束指 向 ， 再按时 间 顺序与终端实际 Ｇ Ｓ Ｐ 记录位 置进行核对 。图 １ 为实 际生 ５ 成的波束采样点 ， 可以在 图上清楚地看到天线指 向在大 约 ９ 度范 围内随测试终端准确赋形的情况 。 ０
４ １有无智能天线的 比较 ． 仿真条件 ：
下行 ；
理◇ 壁。 ．
Ｅｒ ｒ ｒｏ ＣＤ Ｆ ０ ０． ７ ６
仿真结果 ： 见图 ｌ 。 ０ 结论 ： 以上仿真 可以看出 ，由于通过 不同的波束大 从 大 降低 了小 区内和小 区外 的干扰 ， 智能天线对系统的误码 率性能有 明显的改善。
１ ４ ３ ．９ ３ ８： ０： ８ ７
浅谈智能天线的原理及在TD—SCDMA系统中的应用
Ｏｃ ２ ０ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｔ． ０ ７
浅 谈 智 能 天线 的原 理 及在 Ｔ — Ｓ Ｄ Ａ系统 中的应 用 Ｄ ＣＭ
张 丽
（ 邢台职业技术学院 教务处，河北 邢台 ０４ ３） ５ ０５ 摘 要：近年来，智能天线技术 已经成为移动通信 中最具有吸 引力的技术之一。本文对移动通 信 中的智能天线技术的原理和在 Ｔ－ ＣＭ Ｄ ＳＤＡ系统中的实现做一个简要的介绍。 关键 词 ：智 能天 线； 移动 通信 ；Ｄ ＳＤＡ系统 Ｔ － ＣＭ 中图 分类号 ：Ｔ ２ ．１ Ｎ８ １ 文献标 识码 ： Ａ ９ 文章编 号 ：０ ８－ １９ （０７ ５ ０５ ３ １０－６ ２ ２ ０ ）０—０ ７—０ －
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第２ ４卷 第 ５期 ２０ 年 １ ０７ Ｏ月
邢 台 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｕ ａ ｆ ｎ ｔ ｉ ｌｔ ｃ ｎ ｃＣｏ ｌｇ ｏ ｒ ｌ Ｘｉ ｇ ａ ｙ ｅ ｈ ｉ ｌ ｅ ｎ ｏ Ｐｏ ｅ
Ｖｌ ． Ｎ ０． ０ ２４ １ ５
第 三 代 移 动通 信 中 的核 心 技 术 是 无 线传 输 技 术 （Ｔ ） ＲＴ 。在 ２０ ００年 ５月 ５日，国际 电联最 后确 认 了 ＩＴ２ ０ Ｍ － ００的无 线传输 技术 ，其 中，主 流 为 Ｃ Ｍ ＤＡ 技 术 。在 国际 电联 ２０ ００年 ３月份 的会议 上 ，更 是 提 出要 重视在 Ｃ Ｍ Ｄ Ａ系统 中使用 智 能天线 技术 。 智 能 天 线是 在 自适应 滤 波 和 阵 列信 号处 理 技 术 的基础 上 发展起 来 的， 是通 信 系统 中能通 过 调整 接 收或 发射特 性来 增强天 线性 能 的一种 天线 。 它利 用信 号传 输 的空 间特 性 ， 空间位 置及 入射 角度 上 从 区分所 需 信号 与干扰 信号 ， 而控 制 天线 阵的方 向 从
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TD智能天线原理和优势
智能天线是指通过智能化的信号处理技术和控制算法，使天线具备自
适应、多参数、多功能的特点。
TD智能天线是指在TD（Time Division）
通信系统中应用的智能天线技术。
TD通信系统是一种时间分割多址（TDD）制式的无线通信制式，其特点是上下行数据通过时间间隔进行交替发送。
智能天线技术在TD通信系统中的应用为系统性能的提升提供了重要手段
和途径。
1.天线阵列：智能天线通常采用天线阵列结构，其中包括多个天线单元，通过对各个天线单元的控制和变换，实现对天线发射和接收方向的调
节和优化。
2.智能信号处理：智能天线通过将接收到的信号进行采集、预处理和
分析，提取有用的信息并进行处理。
利用信号处理和计算能力，实现对信
号的自适应调整和优化。
3.控制算法：智能天线通过控制算法实现对天线阵列的控制和调节。
根据系统要求和环境变化，动态地改变天线发射和接收方向，以达到最佳
的通信质量和系统性能。
1.提高信号质量：智能天线通过自适应调整和优化天线发射和接收方向，降低了通信中的多径干扰和相干衰落，提高了信号的质量和可靠性。
特别是在TD通信系统中，由于上下行数据的交替发送，智能天线能够根
据实际情况动态地调整天线发射和接收方向，有效地提高了通信质量。
2.提高系统容量：智能天线通过改变天线发射和接收方向，实现对覆
盖范围和通信资源的优化配置，提高了系统的容量和频谱利用率。
通过优
化信号传输，减少了信号的重复和冲突，增加了系统的通信能力。
3.改善网络覆盖：智能天线通过调整天线发射和接收方向，可以实现对无线网络覆盖范围的优化。
根据用户分布和网络负载，动态地调整天线的方向和位置，提供更好的信号覆盖和服务质量。
4.提高系统灵活性：智能天线具有多功能和多参数调节的特点，可以根据实际需求和环境变化，灵活地调整天线的工作方式和性能。
与传统天线相比，智能天线具有更高的适应性和灵活性，能够满足不同应用场景的需求。
5.降低成本：智能天线通过优化天线配置和信号传输，降低了通信系统的建设和维护成本。
通过动态地调整天线的方向和位置，减少了对额外天线设备的需求，降低了系统的成本和复杂性。
总之，TD智能天线通过自适应、多参数、多功能的设计和优化，提高了系统的通信质量、容量、覆盖和灵活性，并降低了系统的成本和复杂性。
在TD通信系统以及其他无线通信系统中的应用前景广阔。
随着无线通信技术的不断发展和应用，智能天线将成为未来无线通信系统的重要组成部分，为无线通信的进一步发展提供有力支持。