采用智能天线技术的TD-SCDMA在高速信道中的性能

片的Midamble及长度为16个码片的保护区组成。在TD-SCDMA系统中，在每个业务时隙中最多同时有16个不同的扩频用户单元。我们利用midamble训练序列来做解相关运算得到对移动信道的估测，然后对每个时隙中的所有信号进行联合检测。通过消除多址干扰的方式，使接收信号的动态范围达到了大约20 dB。联合检测技术是一种在其他较强信号存在的情况下使较弱的信号能够解调出来的算法。所以，采用这种技术后可以降低对功率控制的要求，也就是说可以消除由于慢衰落引起的平均功率波动的影响。

3 智能天线

在这一部分，我们解释智能天线技术的基本概念[3]以及在高速运动信道环境下使用该技术的可行性。

3．1 智能天线技术概念

如图4所示，由一些空分的独立的天线元素组成一个天线阵列系统，这个阵列的输出与收发信机的一组多个输入相组合。这多个天线元素结合在一起提供一个综合的时空信号。与使用单个天线采用固定方式组合天线口信号的接收机相比较，天线阵列系统能够动态地调整信号的结合方式以提高系统的性能。正由于这个原因，天线阵列经常被称为智能天线，它被视为相当于一个特性能够根据需要自动地调整的天线。

图4 M个空间分集的天线元素的天线阵列

人们经常使用的是环状或线性天线阵列。在TD-SCDMA移动通信系统中，我们用8个完全相同的天线元素均匀地放置在一个半径为R的圆形上，组成我们所需的环形天线阵列。这种阵列对于消除干扰特别有效[4]。每两个天线之间的距离是载波波长的一半。由于每个天线在空间上处于不同的位置，所以不同天线元素的信号的幅度和相位是不同的。这样，在不降低信噪比的同时可以产生很多个独立的有方向性的高增益的波束。不同的波束分配给不同的用户，保证了所有链路上的最大增益。利用自适应波束成形可以有效地消除干扰，提高系统的容量。各种能够用数学公式表示的算法都能够得到实现。

3．2 TDD模式下高速运动环境中 使用智能天线技术的可行性

随着交通和通信的发展，对在高速运动中的高速数据业务的需求显得越来越紧要了。在车速环境中，一般来说没有直线视距信号存在，这就意味着接收到的信号是由反射波、折射波和散射波等组成的。接收到信号的平均功率随着距离的增大而减小。采用智能天线技术的TD-SCDMA移动通信系统不仅适用于室内环境，而且也适用于室外的车速环境。根据我们的分析与仿真，在移动台速度很高的情况下，该系统同样能够正常地工作。在上行链路上，基站端的接收机能够实时地确定接收到信号的波束结构特点对信号进行解调，不需要任何存储单元存放过去帧的波束信息。所以无论移动台的速度多高，上行链路的接收机都可以迅速地在每一帧适应新的波束特点。在TDD 模式下，上行链路和下行链路使用的是同一个频带，基站端的发射机可以根据在上行链路上得到的接收信号来了解下行链路的多径信道的快衰落特性。这样，基站的收发信机就可以使用在上行链路上得到的信道估测信息来实现下行的波束成形。只有在像TD-SCDMA这样的TDD 系统中，上行、下行链路的配合才能达到这样好程度。在TD-SCDMA系统中由于无线子帧的长度是5 ms，所以容许的下行对上行的最大的反应时间为5 ms。根据无线帧中上行和下行的信道分配，这个反应时间可以更短。随着移动台速度的增加，上行链路的信道特性与下行链路的信道特性的相关性越来越强。下行链路信道的特性与上行的存在着偏差，但是这个偏差很小，所以利用上行获得的波束信息来做下行的波束成形仍然能够正常工作。

举例来说，假设移动台的速度是250 km/h,采用下行波束成形的反应时间是2.5 ms；这样，当移动台与基站的最小距离为10 m时，如图5所示，下行采用的波束成形与实际的偏差角度约为2。

图5 高速下下行链路采用波束成形的偏差举例示意

4 仿真结果

在这部分中给出了链路级仿真的结果。仿真环境的主要特点如下：

· 使用了智能天线技术；

· 在上行链路上使用了联合时空处理；

· 具有空间信息的信道模型( Ray Tracing 信道模型)。

根据CWTS的提案我们选用了12.2 kbit/s和2.4 bit/s的映射方式。在表1中我们列出了基本的仿真参数。在基站端使用8个天线组成的环形天线阵列，而移动台只用了单个天线。

我们使用COSSAP仿真平台得到了不同车速下的不同的仿真结果如下图所示：

(a)1 个用户/时隙 (b) 8个用户/时隙
图6 120 km/h车速下误码率性能

(a)1 个用户/时隙 (b) 8个用户/时隙
图7 250 km/h车速下误码率性能

通过认真细致的仿真工作，可以看到TD-SCDMA移动通信系统能够在高速运动信道环境下有效地工作。

5 结束语

在本文中