TD-SCDMA系统中智能天线的研究和应用

本文对时分双工-同步码分多址(TD-SCDMA-Time Division-SynchronousCode Division Multiple Access)系统的智能天线技术进行了全面、深入的研究。对系统的无线传输技术进行了整体的描述，建立了完整的码片级仿真模型和仿真链路。针对TD-SCDMA系统的关键技术—智能天线技术进行了理论分析和仿真验证，从链路和系统角度全面评估了智能天线系统的性能。提出了适于TD-SCMDA系统的智能天线算法并考虑了在具体实现中的应用。提出了扇区化智能天线系统的概念和边缘干扰问题，给出了扇区波束的优化原则和解决边缘干扰问题的两种信道分配策略。 本文的主要工作包括： 1．在参考了国内外大量测量结果和信道模型的基础上，建立了一种适于TD-SCDMA系统智能天线仿真的空时信道模型。该模型包含了空时信道模型的基本特征和主要特征，特别是角度扩散特性和相关衰落特性。信道模型的参数综合了国内外大量测量结果，保证了模型的精确性和完备性。此外，该模型的时延功率谱(PDP)采用了3GPP的时延谱特性，保证了TD-SCDMA系统信道模型的继承性。 2．建立了完整的TD-SCDMA系统上行链路的等效低通离散时间系统模型，在此基础上建立了完整的TD-SCDMA系统物理层仿真链路。从空间处理(波束赋形)、空时处理(空时最大比合并)和输出信噪比特性的角度分析了空时波束赋形(STJD-Space Time Joint Detection)算法的性能和特点。首次引入了方向性干扰模型，仿真了考虑干扰抑制和不考虑干扰抑制的空时联合检测算法的性能。该仿真结果对于TD-SCDMA上行处理算法的设计或选择有重要的参考意义。 3．在传统的Steiner信道估计器的基础上改进了TD-SCDMA系统的信道估计方法，该方法在一定程度上抑制了噪声对信道估计的影响。在信道估计的基础上，提出了三种改进的干扰空间协方差估计的方法，即后处理方法、基于midamble码的干扰消除方法和基于数据段的干扰消除方法。同传统的空窗估计方法相比，后处理方法和基于midamble码的干扰消除方法性能有明显改善。 4．首次提出了码片级(用户级)波束赋形和符号级(码道级)波束赋形的概念并仿真了TD-SCDMA系统中两者的差别。分析了TD-SCDMA系统下行的智能天线算法—发射波束赋形算法，分析了各种发射波束赋形的准则、算法和实现方式。提出一种优化的终端联合检测方法，改方法能够明显提高终端检测性能。同传统的联合检测算法相比，优化的联合检测算法适当的选择参与联合检测的用户，避免了传统联合检测算法对噪声的恶化。 5．首次建立了针对TD-SCDMA系统的的智能天线系统仿真模型，在该模型中建立了TD-SCDMA系统上下行智能天线算法模型并引入了环绕式小区结构，在建立系统仿真模型的基础上，统计了TD-SCDMA系统外小区干扰的方向性特点，该结论是上行干扰空间协方差矩阵应用的理论基础。分析了上、下行干扰协方差矩阵的差别并给出了利用上行干扰协方差矩阵进行下行发射波束赋形的仿真结果，该结果对基于干扰抑制的发射波束赋形算法实现有着重要的参考意义。此外给出了不同情况下智能天线的性能仿真结果。 6．扇区化是蜂窝系统重要的覆盖方式，基于这种考虑提出了一种TD-SCDMA系统实现扇区化智能天线的方法—扇区化智能天线(SSA-Sectoral SmartAntenna)，该方法有效的解决了TD-SCDMA系统智能天线扇区化问题。并提出了广播信道覆盖波束的优化准则，在该准则下，扇区间的干扰被最大程度的抑制。分析了扇区边缘的干扰问题和TD-SCDMA系统的重码现象，基于TD-SCDMA系统的特点提出了两种抑制扇区化智能天线边缘干扰问题的策略—时隙分配方法和信道化码分配方法。两种方法都是基于用户来波方向(DOA-Direction Of Arrival)估计的动态信道分配(DCA-Dynamic ChannelAllocation)技术，其中，时隙分配策略有效解决了扇区边缘干扰问题，使不同区域用户的性能趋于均衡；信道化码分配策略有效解决了TD-SCDMA系统的重码问题。