TD-SCDMA基本原理.ppt

td-scdma基本原理 2009年3月 l“g”为水墨丹青笔触 l“3”则颇像一轮东升红日 lg字以水墨形式出现，突 出了民族文化，同时也暗 示了移动3g的民族标准 g3，引领3g生活 充分融入中国移动的三大品牌 意在“带您进入高效的，精彩的3g新生活” 目录 l概述 l什么是td-scdma l网络结构 l物理层结构 l信道映射 l扩频与调制 移动通信业务需求发展 不同时期不同时期 不同需求不同需求 amps tacs nmt 其它 第一代 80年代 模拟 模 拟 技 术 第二代 90年代 数字 需求驱动 gsm cdma is95 tdma is-136 pdc 数 字 技 术 语 音 业 务 第三代 imt-2000 wcdma cdma 2000 需求驱动 宽 带 业 务 移动通信技术发展 td-scdma imt-2000 制定的目标 l全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖 l高效的频谱效率 l高服务质量、高保密性能 l提供多媒体业务 u车速环境：144kbps u步行环境：384kbps u室内环境：2048kbps 国际电联认可的三种3g标准 lwcdma（wideband code division multiple access ） 宽带码分多址 lcdma2000(code division multiple access 2000) 码分多址2000 ltd-scdma(time division-synchronization code division multiple access) 时分同步码分多址 td-scdma标标准发发展历历程 td-scdma提交到itu 98/06 99/12 00/05 01/03 06/01 td-scdma在3gpp融合 itu正式通过3g标准 td-scdma写入3gpp r4 td-scdma成为中国通信行业标准 3g业务应业务应 用 l会话型业务 语音 可视电话 l流媒体业务 手机电视 视频点播 交通监控 l交互类业务 在线游戏 网页浏览 定位需求 l后台类业务 数据下载 e_mail收发 目录 l概述 l什么是td-scdma l网络结构 l物理层结构 l信道映射 l扩频与调制 什么是td-scdma time division duplex synchronization code division multiple access td-scdma系统 指的是时分双工、同步码分多址系统 是中国电信行业第一个完整的移动通信 技术标准 是我国具有自主知识产权的通信技术标准 什么是cdma? lfdma lfrequency division multiple access l频分多址 f t power ms1 ms 2 ms 3 power t f ms 1 ms 2 ms 3 f code t ms 1 ms 2 ms 3 5 mhz ltdma ltime division multiple access l时分多址 lcdma lcode division multiple access l码分多址 什么是cdma? 用户对网络容量用户对网络容量 的需求是移动通的需求是移动通 信技术发展的根信技术发展的根 本驱动力！本驱动力！ cdma tdma fdma 什么是tdd？ 上行数据 下行数据 时分双工/ tdd 频分双工/ fdd tdd技术的优缺点 时分双工的优势时分双工的优势 无须成对无须成对 频率资源频率资源 适合非适合非 对称业务对称业务 上下行上下行 特性相同特性相同 时分双工的缺点：对定时、同步的要求高 上行数据 下行 数据 为什么要同步？ l问题1：由时分所带来的对定时、对同步的 要求。 l问题2：地址码的正交性无法严格满足，导 致多址干扰的出现。 l如何解决？ 同步！ 基站之间的同步 上行同步 td-scdma 1.6mhz /每载波 f t 下行 上行 td-scdma 双工方式 tdd td-scdma 多址方式 tdma cdma fdma sdma 目录 l概述 l什么是td-scdma l网络结构 l物理层结构 l信道映射 l扩频与调制 网络接口 server iub hlr/auc eir pstn network ss7 network iu- cs a mgwmsc router corporate bg sgsn firewall ggsn lig internet gprs/3g backbone network billing system cg other plmn nodebuu bts rnc iu- ps iu- cs iu- ps iub rnc iur um 网络结构 utran universal terrestrial radio access network rns radio network subsystem rnc radio network controller 目录 l概述 l什么是td-scdma l网络结构 l物理层结构 l信道映射 l扩频与调制 td-scdma frequency time power density (cdma codes) 1.6 mhz 0 : 15 ts0 2. carrier (optional) 3. carrier (optional) ts1 ts2 ts3 ts4 ts5 ts6 dl dl dl dl ul ul ul 5 ms dwpts uppts gp dl time division duplex synchronous code division multiplex access 物理信道帧结构 所有的物理信道都采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙/码 td-scdma帧结构 ts0为下行时隙 三个特殊时隙gp, dwpts, uppts ts1为上行时隙 其余时隙可根据根据用户需 要进行灵活ul/dl配置 radio frame 10ms system frame number sub-frame 5ms ts5ts4ts0ts2ts1 gp ts3ts6 dwptsuppts datamidambledata 675us(864chips) g l1 144chips 子帧结构 traffic ts 864chips ul : dl 2 : 4 ululdldldldldl ul : dl 1 : 5 uldldldldldldl uppts (160chips) subframe 5ms (6400chip) 1.28mcps dwpts (96chips) gp (96chips) 转换点 转换点 data 352chips midamble 144chips gp 16 data 352chips 675 s 常规时隙 l由864 chips组成，时长675us； l业务和信令数据由两块组成，每个数据块分别由352 chips组成； l训练序列(midamble)由144 chips组成； l16 chips为保护； l可以进行波束赋形； 常规时隙 datamidambledata tfci 1 sstpc tfci 2 datamidambledata tfci 3 sstpc tfci 4 时隙i时隙i 5ms无线子帧5ms无线子帧 10ms无线帧 352 chips352 chips144 chips352 chips352 chips144 chips gp(16 chips)gp(16 chips) data： 数据部分，用于承载用户/信令数据 midamble：训练 序列，用于信道估计、功率电平测量 tfci：传输 格式组合指示，指示传输 格式组合方式 ss：同步偏移，同步调整指令 tpc：发射功率控制，发射功率调整指令 gp：保护间 隔 gp (32chips)sync-dl(64chips) 75 s 下行导频时隙dwpts l用于下行同步和小区搜索； l该时隙由96 chips组成: 32用于保护；64用于导频序列； l32个不同的sync-dl码，用于区分不同的基站； l为全向或扇区传输，不进行波束赋形。 gp (32chips)sync-ul(128chips) 125 s 上行导频时隙uppts l用于建立上行初始同步和随机接入，以及越区切换时邻 近小区测量 l160 chips: 其中128用于sync-ul，32用于保护 lsync-ul有256种不同的码，可分为32个码组，以对应 32个sync-dl码，每组有8个不同的sync-ul码，即每一 个基站对应于8个确定的sync-ul码 lnodeb从终端上行信号中获得初始波束赋形参数 gp保护时隙 dwptsgpuppts gpsync_dlgpsync_ul 96 chips96 chips160 chips 32 chips32 chips64 chips128 chips l96 chips保护时隙，时长75us l用于下行到上行转换的保护 l确定基本的基站覆盖半径 目录 l概述 l什么是td-scdma l网络结构 l物理层结构 l信道映射 l扩频与调制 uu接口协议结构 控制平面 用户平面 3种信道模式 l逻辑信道 直接承载用户业务 根据承载内容不同，分为控制信道和业务信道 l传输信道 描述信息如何在空中接口上传输 根据传输的信息属性，分为专用信道和公共信道 l物理信道 信息在空中接口传输时的物理通道 频率、时隙、码 传输信道到物理信道的映射 传输 信道物理信道 dch专用物理信道(dpch) bch主公共控制物理信道(p-ccpch) pch辅助公共控制物理信道(s-ccpch) fach辅助公共控制物理信道(s-ccpch) rach物理随机接入信道(prach) usch物理上行共享信道 (pusch) dsch物理下行共享信道 (pdsch) 下行导频 信道 (dwpch) 上行导频 信道 (uppch) 寻呼指示信道（pich） 快速物理接入信道f-pach 频谱分配 物理信道 物理信道缩缩写英文解释释上下行方向 公共物理信道 pccpchprimary common control physical channel 下行 sccpchsecondary common control physical channel 下行 prachphysical random access channel 上行 fpachfast physical access channel下行 puschphysical uplink share channel上行 pdschphysical downlink share channel下行 pichpaging indicator channel下行 dwpchdownlink pilot channel下行 uppchuplink pilot channel上行 专专用物理信道 dpchdedicated physical channel下行、上行 物理信道的分类与功能 小区搜索与小区选择 ldwpch -下行导频信道（dwpts） lpccpch -主公共控制物理信道 寻呼 lpich -寻呼指示信道 lsccpch -从公共控制物理信道 随机接入 luppch -上行导频信道（uppts） lfrach -快速物理接入信道 lprach -物理随机接入信道 lsccpch -从公共控制物理信道 业务连接 ldpch 专用物理信道 上行同步建立 终端选择sync-ul,以 估算的时间和功率发送 基站检测到sync-ul,并 回送定时和功率调整 调整定时和功率, 发送 随机接入请求 uppch fpach rach fach 指配信道, 继续完成接入 过程和鉴权 dwpch ue nodeb 手机随机接入过程 信道在系统中的配置 pccpch pccpch sccpch sccpch sccpch sccpch pich 1 prach fpach ts0ts1ts2ts3ts4ts5ts6 pich 2 目录 l概述 l什么是td-scdma l网络结构 l物理层结构 l信道映射 l扩频与调制 数据简要发送过程 数据编码交织扩频加扰调制 射频发送 射频接收 解调解扰解扩解码解交织数据 信道编码技术是通过给原数 据添加冗余信息，从而获得 纠错能力 适合纠正非连续的少量错误 目前使用较多的是卷积编码 和turbo编码（1/2，1/3） 无纠错编码： ber10-1 10-2 不能满足通信需要 卷积编码： ber10-3 满足语音通信需要 turbo 码： ber10-6 满足数据通信需要 原理和目的原理和目的作用和效果作用和效果 信道编码 扩频技术原理（1） l扩频通信：将信号的频谱展宽后进行传输的技术。 l其理论解释为shannon定理：c=wlog2(1+s/n)。 fast spreading sequence slow information sent tx slow information recovered rx fast spreading sequence wideband signal f s（f） f0 扩频前的信号频谱 信号 s（f） f f0 扩频后的信号频谱 信号 s（f） f f0 解扩频后的信号频谱 信号 干扰噪声 f s（f） f0 解扩频前的信号频谱 信号 干扰噪声 信号 脉冲干扰白噪声 扩频技术原理（2） 正交可变扩频因子(ovsf)码 sf 正交可变扩频因子(ovsf)码 sf8 扩频码区分不同用户 不同的扩频码 可以区分用户 power spectrum user 1 user 2 user 3 user 4 user 5 spreading code 1 code 2 code 3 code 4 code 5 composite signal l码可以区分用户 扩频过程 l符号速率 sf = 1.28mcps(码片速 率)。 ltd-scdma中： l上行信道码的sf为：1、2、4 、8、16 l下行信道码的sf为：1、16 数据扩频后码片 ovsf码扰码 扩频码作用 tdscdma系统中 扩频码的作用是用来区分同一时隙中的不同用户 扰码 l扰码共128个扰码，分成32组，每组4个，扰码码组由 基站使用的sync_dl序列确定。 l加扰的目的是为了区分小区。 code group associated codes sync-dlidsync-ul id scrambling code id midamble code id group 1 007 (000111) 0 (00)0 (00) 1 (01)1 (01) 2 (10)2 (10) 3 (11)3 (11) . group 32 31248255 (000111) 124 (00)124 (00) 125 (01)125 (01) 126 (10)126 (10) 127 (11)127 (11) td-scdma系统码组 连续二进制比特复数符号 00+j 01+1 10-1 11-j qpsk i j 000 001 011 010 100 101 111 110 8psk 调制 将连续的两个比特映射为 信号空间的一个点 将连续的三个比特映射为 信号空间的一个点 tdscdma与gsm空中接口的主要差别 td-scdmagsm 带宽 1.6mhz200khz 功率控制频率 200hz2hz或更低 服务质量控制 无线资源管理算法频率规划 调制方式 qpsk gmsk 分组数据的支 持 基于负载的分组调度 基于时隙的调度 基站同步 需要不需要 自适应阵列基站 普通基站 智能天线的作用 l使用智能天线： l能量仅指向小区内处 于激活状态的移动终端 l正在通信的移动终端 在整个小区内处于受跟踪 状态 l没有使用智能天线： l能量分布于整个小区内 l所有小区内的移动终端均 相互干