[信息与通信]TD-SCDMA工作原理.ppt

BUPT TD-SCDMA 工作原理 Date1TDSCDMA/3G BUPT 第一章TDSCDMA概 述 一、什么是TDSCDMA 二、TDSCDMA的多址方式 三、为什么采用TDSCDMA 四、 TDSCDMA主要参数 五、 TDSCDMA主要优势 六、 TDSCDMA标准进展 七、中国3G频谱分配 八、产品演进方案 Date2TDSCDMA/3G BUPT 一、什么是TD- SCDMA Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access(时分双工的同步码分多址) ITU正式发布的第三代移动通信空中接口技 术规范之一，它得到了3GPP的全面支持； 集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体 、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力 强； 采用智能天线、联合检测、接力切换、动态 信道分配、上行同步等先进技术，有效提高 系统性能 Date3TDSCDMA/3G BUPT 二、TD-SCDMA的多址方 式 Date4TDSCDMA/3G BUPT 三、为什么采用 TD- SCDMA? 3G国际标准(ITU/3GPP)、TDD唯一商用标准 支持不同环境需求，完全可以独立组网 特别适合数据业务的非对称性 频谱效率高 网络规划和运营优势 设备可靠性和成本优势 差异化业务竞争 国际漫游优势(全球TDD频段) 未来演进优势 运营先发优势 Date5TDSCDMA/3G BUPT 支持所有无线网络情景 n伞形覆盖 n高起点容量 n本地覆盖 n容量扩充 n室内覆盖 n容量扩充 n企业网络 塔顶天线 室外天线 室内天线 大区制 小区制 微小区制 Date6TDSCDMA/3G BUPT 业务上最佳适应于实现无线因特网 n实现了对无线网络的要求 n由用户应用产生的适于上下行不对称的包交换业务，高效 利用系统资源 n混合了面向连接和无连接业务，允许多种应用方案（例如 ：语音+数据） n可变化的用户数据速率 （8 kbit/s . 2 Mbit/s） n由”尽力而为”（2G）向”业务质量”（QoS，3G）演变 Date7TDSCDMA/3G BUPT 四、TD-SCDMA主要参数 多址接入方式: TDMA/DS-CDMA 双工方式: TDD 码片速率: 1.28Mcps 载频宽度: 1.6MHz 调制方式: QPSK，8PSK 编码方式: 1/2-1/3的卷积编码，Turbo编 码 Date8TDSCDMA/3G BUPT 时分双工 (TDD) TD-SCDMA 的优势 n易于使用非对称频段, 无 需具有特定双工间隔的成 对频段 n适应用户业务需求，灵活 配置时隙，优化频谱效率 n上行和下行使用同个载频 ，故无线传播是对称的, 有利于智能天线技术的实 现 n无需笨重的射频双工器， 小巧的基站，降低成本 时分双工 (TD-SCDMA): 上行频带和下行频带相同 D U D D D DDD 频分双工 (FDD): 上行频带和下行频带分离 DD D D DDD U U 上行D 下行未使用 资源: Date9TDSCDMA/3G BUPT TDD双工方式问题考虑 峰值/平均发射功率之比随时隙数增加而增加(低速/话音业务) TDD系统对峰值/平均发射功率比有要求,此比值随时隙数增加 而增加，例如TD-SCDMA可能增加7dB；而UTRA-TDD则可能增加12dB( 单时隙业务) 因CDMA要求线性工作，对发射功率和功率放大器要求较高， TD-SCDMA使用智能天线，基站接受灵敏度增加9dB，固仍然可能使 用低发射功率达到较远通信距离 通信距离(小区半径)主要受电波传播的时延所限制。对于TD- SCDMA系统，典型小区半径设置在11公里。如果允许引入部分干 扰，小区半径可达到40-50公里。 采用多时隙不连续传输方式，抗快衰落和多普勒效应能力比连 续传输的 FDD方式差，ITU仅要求TDD系统支持终端移动速度为 120km/h。但仿真试验结果表明在目前的芯片及算法条件下，可 高于该值。 Date10TDSCDMA/3G BUPT TDD和 FDD 在第三代移动通信中必要的两种双工方式 FDD 适合于大区制的全国系统 适合于对称业务，如话音、交互式实时数据业务等 TDD（TD-SCDMA） 尤其适合于高密度用户地区：城市及近郊区的局部覆盖 适合于对称及不对称的数据业务，如话音、实时数据业务 、特别是互联网方式的业务 能提供成本低廉的设备 预计在3G中，使用移动卫星实现全球覆盖，使用FDD提供大区制对 称业务，全国网，特别在城市及近郊区使用TD-SCDMA系统，用多模 终端实现漫游 Date11TDSCDMA/3G BUPT 五、TD-SCDMA主要优势 完全满足对3G 业务与功能的需求 能在现有稳定的GSM网络上迅速而直接部署 能实现从第二代到第三代的平滑演进 完全满足第三代业务的要求 突出的频谱利用率和系统容量 无需使用成对的频段 支持蜂窝组网，可以形成宏小区、微小区及微微小区，每个小 区可支持不同的不对称业务 灵活、自适应的上下行业务分配，特别适合各种变化的不对称 业务(如无线因特网) 系统成本低 Date12TDSCDMA/3G BUPT 灵活高效的频谱使用 每个载频带宽为1.6MHz（FDD模式为2*5MHz） 在相同的频带宽度内，可支持的载波数大大超过FDD模 式 可单个频率使用 在频率资源紧张的国家和地区，频率可单个使用，频谱 使用灵活 因特网的应用导致上、下行数据业务流量的明显不同 对上行与下行进行无线资源的自适应分配是频谱利用率 优化的关键 由于使用了智能天线，提高了系统容量 智能天线波束指向用户，降低了多址干扰，提高了系统 的容量，频谱效率加倍。无线干扰的最小化设计是实现最高 频谱利用率的又一关键点 Date13TDSCDMA/3G BUPT 更高的频谱利用率 鸡尾酒会效应：CDMA系统为干扰受限系统，服务质量(QoS)、 比特率和覆盖范围在动态环境中互相依赖，功率控制及无线资源 的优化管理至关重要。 和WCDMA、CDMA2000相比，TD-SCDMA在设备实现中，更 容易做到功率及无线资源的精细管理与控制，提高信道利用率， 降低了每用户的平均成本。 Date14TDSCDMA/3G BUPT 更高的语音频谱利用 率 频谱利用率相对较高，每用户平均成本低。 频率容易规划，可“见缝插针”，充分利用零碎频段 。 Date15TDSCDMA/3G BUPT 更高的数据频谱利用 率 10M带宽频率，WCDMA可支持一个载波，TD- SCDMA可支持六个载波。 TD-SCDMA在非对称设置 下，其数据传输的频谱利用率是WCDMA的2倍。 Date16TDSCDMA/3G BUPT灵活的上下行分层容量 配置 特别适合不对称数据业务，快速满足业务的动态发展需求。 提升网络资源利用率，节约运营费用。 Date17TDSCDMA/3G BUPT 灵活的上下行区域容量 配置 特别适合不对称数据业务，快速满足业务的动态发展需求。 提升网络资源利用率，节约运营费用。 Date18TDSCDMA/3G BUPT 呼吸效应不明显 智能天线和TDD时分效应 Date19TDSCDMA/3G BUPT 覆盖与容量相关联 负载因子直接与每 小区支持的话务量 有关 更多的话务意味着 更多的干扰小区 呼吸 最大建议负载: 70 %（ 典型 30-50 % ） 50%的负载意味着 链路预算中减少 3dB BS 小区呼吸 更高负载 BS 服务质量 小区覆盖小区容量 优化及调整 Date20TDSCDMA/3G BUPT WCDMA中的小区呼吸 增加负载至 800 kbps 覆盖缩小 低负载 200 kbps 大覆盖 128 kbps 64 kbps 8 kbps 144 kbps 64 kbps 64 kbps 144 kbps 144 kbps 64 kbps 64 kbps 话务负 载直接 影响小 区大小 在网优 时可用 RRM 控制小 区呼吸 Date21TDSCDMA/3G BUPT 覆盖收缩效应不明显 Date22TDSCDMA/3G BUPT 接力切换资源占用少15 TD-SCDMA采用接 力切换，一个用户 不同时占用多个基 站的空中业务信道 资源及其网络传输 资源。 节约了基站资源， 增加了用户接入量 。 节约运营商网络传 输资源，减少运营 投入。 简化了RAN系统的 处理，提高了集成 度。 Date23TDSCDMA/3G BUPT 动态信道分配提高资源利用 定义 在终端接入和链路持续时间期间，对信道进 行动态信道分配和调整 应用 信道调整:降低掉话率 资源整合:提高接入率 Date24TDSCDMA/3G BUPT 系统成本低 系统频谱利用率高、容量大 同一基站支持的用户数多，系统 及服务费用降低 使用智能天线 不需使用大功率射频器件，基站 成本大幅度下降 系统可靠性高，维护费用低 Date25TDSCDMA/3G BUPT 六、TD-SCDMA标准进展 TD-SCDMA和WCDMA同属3GPP范畴，一个TDD模 式，一个FDD模式。 3GPP对R4版本(及后向兼容的R99版本)的冻结，也标 志着TD-SCDMA R4版本的稳定。 3GPP对R5、R6版本的完善，相关TD-SCDMA的部 分也在同步的完善。 TD-SCDMA和WCDMA在标准上的成熟度是完全一 样的。 密切跟踪(预研)后3G新技术的发展。 Date26TDSCDMA/3G BUPT TD-SCDMA标准进展 TD-SCDMA标准在3GPP R4方面的进展 与WCDMA完善状况一样，对R4版本按 时冻结； 维护及修改相关标准: 目前LCR TDD Uu较稳定，相关修改很 少； Iub接口有少量修改文稿； 经过研究对部分RRM射频参数做了一 些修改。 Date27TDSCDMA/3G BUPT 对3GPP R5/R6标准完善、更新及发展 UDHSA(上下行高速接入) 专用/共享资源的快速分配 IMS（多媒体子系统）:全IP软切换，实现与NGN的 融合 MBMS:单向、点到多点、向大量用户传输高速数据 空中接口基站同步方法:利用DwPTS进行基站间同步 终端定位:信号到达角(AOA)辅助定位方法(由智能天 线和上行同步共同完成) TD-SCDMA标准进展 Date28TDSCDMA/3G BUPT 七、中国3G频谱分配 Date29TDSCDMA/3G BUPT 八、产品演进方案 Date30TDSCDMA/3G BUPT 第二章 无线资源管理 一、什么是无线资源管理 二、无线资源管理有何必要 三、RRM在协议层中的位置 四、TD-SCDMA系统特点 五、TD-SCDMA系统资源内 涵 六、TD-SCDMA系统无线资 源管理 七、功率控制 八、TD-SCDMA系统切换控 制方案 九、TD-SCDMA系统接纳控 制方案 十、 TD-SCDMA系统动态信 道分配方案 十一、负荷拥塞控制 十二、 TD-SCDMA无线链路 监测方案 十三、 TD-SCDMA系统系统 数据包调度方案 Date31TDSCDMA/3G BUPT 一、什么是无线资源管理？ 无线资源管理就是对移动通信系 统中的有限无线资源进行分配和 管理，使系统性能和容量达到联 合最佳状态。 Date32TDSCDMA/3G BUPT 二、无线资源管理有何必 要？ 由于CDMA是统计时分复用资源，每个载波 所有的用户共享频率、时间和功率资源，因 此，CDMA是一个干扰受限系统，它必须在 有效的无线资源管理和网络的优化规划等技 术的配合下，才能获得理想的频谱利用率。 RRM是提高和优化系统和网络性能核心技术 ，也是影响移动通信设备和整体系统性能的 关键部分。其最终目的是保证网络服务质量 (QoS)的前提下，最大限度的提高频谱利用率 和系统容量。 Date33TDSCDMA/3G BUPT 三、RRM在协议层中的位置 Date34TDSCDMA/3G BUPT 四、TD-SCDMA系统特 点 TDD 模式 独特的帧结构 TDMA/CDMA/FDMA/SCDMA 智能天线 联合检测 上行同步 软件无线电 Date35TDSCDMA/3G BUPT 五、TD-SCDMA系统资源内 涵 Date36TDSCDMA/3G BUPT 六、TD-SCDMA系统无线资源 管理 频率 功率 码道 时隙 空间域 虚拟物理资 源 频率 功率 码道 时隙 空间域 虚拟物理资 源 TDD系统FDD系统 Date37TDSCDMA/3G BUPT 1、RRM主要过程 功率控制过程 负荷控制过程 接纳控制过程 切换控制过程 AMR模式控制 包调度控制 动态信道分配 (DCA) 功率控制过程 负荷控制过程 接纳控制过程 切换控制过程 AMR模式控制 包调度控制 动态资源分配 (DRC) TDD系统FDD系统 Date38TDSCDMA/3G BUPT 2、RRM使用的准则 功率准则 基于接收功率 基于发射发射 功率 基于干扰功率 容量准则 基于吞吐量 基于资源利用 率 基于覆盖 质量准则 基于QoS 基于SIR 基于BER 容量准则 Date39TDSCDMA/3G BUPT 3、新技术对无线资源管理的影 响 智能天线对无线资源管理的影响 联合检测对无线资源管理的影响 上行同步对无线资源管理的影响 Date40TDSCDMA/3G BUPT 七、功率控制 1、什么是供率控制 通过一定的机制和算法控制发射 机的发射功率，使发射机以合 适的功率大小发射信号。 Date41TDSCDMA/3G BUPT 2、功率控制有什么好处？ 最小化网络干扰，小区内/间干扰 通过控制，保证上下行链路的质量 对抗阴影衰落和快速衰落 克服远近效应，减轻角效应 省电，减少UE和基站的发射功率 最终提高系统容量和性能 Date42TDSCDMA/3G BUPT 3、功率控制方法 常用功率控制方式分类 1按实现方式集中式/分布式 2按通信链路上行/下行(前向后向) 3按环路方式开环/外环/内环 4按所用准则强度/信噪比/误码(块)率 5按调整方式理想功控/非理想功控 Date43TDSCDMA/3G BUPT 4、功率控制要研究的问 题 周期 步长 时延 准确度 收敛性 Date44TDSCDMA/3G BUPT 5、TD-SCDMA系统功率控制 方案 TD-SCDMA系统功率控制特点 TD-SCDMA系统功率控制方案 Date45TDSCDMA/3G BUPT 6、TD-SCDMA系统功率控制特 点 简单精确的开环功率控制 简单稳步的外环功率控制 简单实用的内环功率控制 Date46TDSCDMA/3G BUPT 7、开环功率控制 (1)主要用于随机接入过程，补偿路径损 耗和阴影、拐角等效应带来的功率变化 (2)与内环功控相结合，提高快速功控的 效果和性能 Date47TDSCDMA/3G BUPT 8、TD-SCDMA系统外环功控 为内环功控设置SIRtarget 根据环境的变化调整SIRtarget 设置链路的SIRtarget范围 主要用于DPCH Date48TDSCDMA/3G BUPT 9、内环功率控制方案 方法:基于检测接收机端的接收信噪比 来进行发射功率调整的 目的:使发射机以合理的功率发射，既 不能低也不需要高 作用:对抗各种衰落，降低系统干扰 Date49TDSCDMA/3G BUPT 10、TD-SCDMA系统功控-快速内环+开 环 方法1. 快速内环+周期性的开环调整 方法2. 快速内环+事件触发的开环调整 Date50TDSCDMA/3G BUPT 11、功率控制技术演进 新技术对功控的影响 功率控制的演进方向 Date51TDSCDMA/3G BUPT 12、智能天线对功率控制的 影响 减轻干扰，抗远近干扰的能力较强 功率控制的边界约束条件较为宽松 对功率控制的要求降低了 使功率控制的流程发生变化 功率控制的平衡点方程变得复杂 Date52TDSCDMA/3G BUPT 13、联合检测对功率控制的 影响 能有效降低小区MAI，从而降低了 CDMA系统中远近效应，进而降低功率 控制要求 不能只通过对功控模型的某些参数的简 单修正得到，而是具有较为复杂的非线 性关系 Date53TDSCDMA/3G BUPT 八、 TD-SCDMA系统切换控制方 案 切换控制概述 TD-SCDMA系统切换解决方案 TD-SCDMA系统接力切换优势 切换控制技术演进方向 Date54TDSCDMA/3G BUPT 1、切换控制概述 什么是切换？ 为什么要设计切换 触发切换的主要因素？ 切换控制分类 切换控制基本过程 切换控制要研究的问题 Date55TDSCDMA/3G BUPT 2、什么是切换？ 在移动通信系统中，当呼叫中的移 动台从一个小区移动到另一个小区，或 由于无线传输、业务负荷量调整、激活 操作维护、设备故障等原因，为了保证 通信的连续性，系统要将该移动台与旧 的小区建立的联系转移到新的小区上。 这就是“越区切换”，简称“切换”。 Date56TDSCDMA/3G BUPT 3、触发切换的原因？ 信号强度 通信质量 移动速度 网络原因 Date57TDSCDMA/3G BUPT 4、切换的分类方式 硬/软(更软)/接力切换 同频切换、异频切换 小区内切换/小区间切换 系统内切换/系统间切换 其他分类方式(同步/异步) Date58TDSCDMA/3G BUPT 5、切换的基本过程 切换控制过程 测量过程 判决过程 执行过程 切换的基本流程 控制流程 信令流程 Date59TDSCDMA/3G BUPT 6、切换控制要研究的问 题 切换准则确定 切换参数选择 切换性能评估 Date60TDSCDMA/3G BUPT (1)、切换准则确定 基于信号强度准则 基于信号质量准则 基于干扰准则 基于负荷准则 基于链路预算准则 基于速率准则 基于联合算法准则 Date61TDSCDMA/3G BUPT (2)、切换的参数选择 切换判决所用参数 信号强度门限参数 质量门限参数 负荷/干扰门限类门限参数 其他门限参数 Date62TDSCDMA/3G BUPT (3)、切换性能评估 系统切换率 切换成功率 系统掉话率 呼叫阻塞率 资源利用率 Date63TDSCDMA/3G BUPT 7、TD-SCDMA系统接力切换解决方 案 接力切换概述 接力切换特点 接力切换过程 Date64TDSCDMA/3G BUPT (1)接力切换概念 接力切换使用上行预同步技术，在切换过 程中，UE从源小区接收下行数据，向目标小区发 送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标 小区 (2)接力切换特点 具有硬切换和软切换两者优点 克服硬切换和软切换两者缺点 (3)接力切换应用 应用于同步TDD系统中 TD-SCDMA系统已使用 Date65TDSCDMA/3G BUPT （4）接力切换过程 测量过程 预同步过程 判决过程 执行过程 Date66TDSCDMA/3G BUPT 接力切换的过程预同步 接力切换预同步过程分为开环预同步和 闭环预同步 开环预同步是针对基站间同步偏差固定 ，且同步精度高的情况 闭环预同步，基站间不同步时采用闭环 预同步，移动台与目标基站间需要一个 反馈过程确定上行时间提前量 Date67TDSCDMA/3G BUPT 接力切换过程判决 切换判决过程主要是RNC根据切换判决 算法，确定移动台是否需要切换，以及 切换到哪个小区。 切换判决算法主要依据移动台测量的P- CCPCH功率或信噪比，一些算法加入 负荷等网络信息。 切换判决算法可以使用绝对门限、相对 门限以及两种结合的方法。 Date68TDSCDMA/3G BUPT 接力切换过程执行 RNC判决移动台切换后，在目标小区为移动 台分配信道。 RNC通知目标小区为移动台建立无线链路。 RNC通过Iub接口同时发送数据。 RNC通知UE将物理信道重配置到目标小区。 UE执行重配置，使用新的信道回重配置完成 。 RNC收到重配置完成后通