TD-SCDMA无线通信系统仿真设计

　　0　引　言

　　时分同步码分多址复用(TD-SCDMA)作为我国拥有自主知识产权的第三代移动通信的三大标准之一,在国内已进入大规模应用阶段[1]。TD-SCDMA系统是TDMA和CDMA两种基本传输模式的灵活组合,具有上下行链路可以不对称、频谱利用率高、发射功率低等诸多优点,非常适合第三代移动通信即将大量应用的非对称数据业务,并可以提供较高的系统容量[2]。

　　由于无线信号在空中传播过程比较复杂,直接用硬件进行模拟比较困难。本研究对TD-SCDMA信号在空中传播的过程进行了建模,并在物理层的层面上用先进设计系统(ADS)进行了系统仿真,在软件平台上验证了TD-SCDMA信号在空中传输的过程,为其硬件系统的设计提供方法和理论依据。

　　1　信号传输过程

　　TD-SCDMA信号在空间传播的过程中,不可避免地受到无线信道和外部噪声的影响,前者主要体现为多径效应、多普勒频移、阴影效应等;后者和信号叠加,会影响接收机检测信号,噪声过大甚至会湮没信号。无线信道和噪声对信号的作用基本上能够模拟无线通信环境,对最终获得的信号起着举足轻重的影响,因此,无线信道模块和噪声模块是设计TD-SCDMA无线通信系统的关键。空间传输模型图如图1所示。r1为直射径,r2、r3分别为经大气和建筑物反射回来的路径。

　　2　基于ADS建模仿真设计

　　ADS是无线与射频领域的功能强大的设计软件,它为蜂窝和便携电话、无线网络及雷达和卫星通信系统这类产品的设计师提供完全的集成设计,它在容量、精度、速度和收敛性上有很好的性能,并且兼容性较好,能识别多种通信仪器。按照设计的需求,设计的模块有无线信道模块和噪声模块,但必须有一个理想TD信号用作测试。系统原理框图如图2所示,测试模块收集信号数据用于信号的重现和验证。

　　2. 1　理想TD-SCDMA信号

　　TD-SCDMA物理信道包含4层结构:超帧、无线帧、子帧和时隙,如图3所示。一个超帧长720 ms,由72个无线帧组成,一个无线帧分为2个子帧,每个子帧由7个相同长度的常规时隙和3个特殊时隙:下行导频时隙(DwPTS)、保护间隔(GP)和上行导频时隙(UpPTS)构成[3-5]。

　　在ADS中设计的TD信号由Matlab采集之后的波形如图4所示,长度为一个子帧。

　　在图4中,可见7个相同宽度的波段,就是TS0~TS6有7个常规时隙,3个上行TS和4个下行TS,在TS0和TS1之间有2个狭长波段,就是DwPTS和UpPTS,一共6 400个chip,这与TD信号帧结构的定义一致[6]。

　　2.2　无线信道仿真设计

　　无线信道对通信的影响主要是多径衰弱和多普勒频移。多径衰弱的影响可以用ADS设计一个衰减器来实现,径的数量、每径的功率增益、每径的时延等参数都可以通过这个衰减器进行设计;多普勒频移可以通过设计一个以一定速度移动的接收机来实现,接收机收到的信号即为通过无线信道之后的TD-SCDMA信号,除此之外,还可以对基站天线和接收机的位置进行设置,接收机收到的信号即为通过无线信道之后的TD-SCDMA信号,以确保信道的多样性。无线信道的原理框图如图5所示。