TD-SCDMA_HSDPA技术.ppt

2019/2/5,第 1 页,hsdpa 功能介绍,2019/2/5,第 2 页,第六章：td-tech接入网产品介绍,第三章: td-scdma 物理层原理,第一章: td-scdma 系统概述,第四章: td-scdma 关键技术,第六章: td-scdma 系统业务,第二章: td-scdma 网络结构,第五章: td-scdma hsdpa,第七章: td-tech 接入网产品介绍,2019/2/5,第 3 页,本章目标： 了解td-scdma hsdpa的标准化过程 了解hsdpa的关键技术 至少说出3个关键技术功能或过程 了解hsdpa物理层原理 熟悉td-scdma hsdpa物理信道功能 了解td-scdma与wcdma在hsdpa中的区别,本章培训目标,2019/2/5,第 4 页,td-scdma hsdpa基本概念,td-scdma hsdpa物理层,hsdpa在td-scdma与wcdma系统中的差别,td-scdma hsdpa技术背景,2019/2/5,第 5 页,hsdpa的技术发展的背景,1：在r99的工作完成后，3gpp改进工作被提上日程 r4中引入td-scdma 分组域增强 2：来自运营商和市场的需求 更高的数据速率，如高速的多媒体服务 更低的数据成本 更大的小区容量,hsdpa：high speed downlink packet access,2019/2/5,第 6 页,ccsa n频点规范的引入,2019/2/5,第 7 页,td-scdma 标准进展-3gpp,2019/2/5,第 8 页,td-scdma 演进路线,2019/2/5,第 9 页,td-scdma hsdpa 标准-3gpp,td-scdma hsdpa基于3gpp和ccsa的相关规范： 3gpp r5 物理层（3gpp 25.2xx） 层2和层3（3gpp 25.3xx） utran（3gpp 25.4xx） ue一致性（3gpp 34.xxx） rf性能（3gpp 25.1xx）,2019/2/5,第 10 页,td-scdma hsdpa 标准-ccsa,系统设备 -2ghz td-scdma数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（hsdpa）无线接入子系统设备技术要求 -2ghz td-scdma数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（hsdpa）无线接入子系统设备测试方法 终端设备 -2ghz td-scdma数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（hsdpa）终端设备技术要求 -2ghz td-scdma数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（hsdpa）终端设备测试方法 uu接口 -2ghz td-scdma数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（hsdpa）uu接口物理层技术要求 -2ghz td-scdma数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（hsdpa）uu接口层2技术要求 -2ghz td-scdma数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（hsdpa）uu接口rrc层技术要求 iub接口 -2ghz td-scdma数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（hsdpa）iub接口技术要求 -2ghz td-scdma数字蜂窝移动通信网高速下行分组接入（hsdpa）iub接口测试方法,ccsa,2019/2/5,第 11 页,td-scdma技术特点及关键技术,技术特点： 实现更高的峰值速率 单载波最高达2.8mbps 信道可以被多个用户共享 速率调整快 每5ms可对用户资源重新分配一次 关键技术： 自适应调制和编码(amc) 根据链路质量快速调整调制和编码 高阶调制（qpsk和16-qam） 混合arq(harq) type ii，type iii 快速调度 node b的物理层调度,2019/2/5,第 12 页,td-scdma hsdpa 关键技术,amc 自适应调制和编码,fast scheduling 快速调度,16qam 调制,新的mac-hs 引入新的信道 ，sf16, 5ms,harq（hybrid arq） 混合自动重传,hsdpa ”高速“=2.8 mbps n,n频点,非对称时隙,波束赋型 多载波hsdpa,2019/2/5,第 13 页,hsdpa 新增信道,传输信道：hs-dsch 物理信道 hs-pdsch 下行信道，承载hsdpa业务数据 hs-scch 下行信道，hsdpa专用的下行控制信道，承载所有相关底层控制信息 hs-sich 上行信道，用于反馈相关的上行信息，包括ack/nack和cqi,hs-pdsch,hs-pdsch,hs-scch,hs-pdsch,hs-sich,hs-sich,hs-sich,下行,上行,2019/2/5,第 14 页,td-scdma hsdpa 关键技术,amc 自适应调制和编码,fast scheduling 快速调度,16qam 调制,新的mac-hs 引入新的信道 ，sf16, 5ms,harq（hybrid arq） 混合自动重传,n频点,非对称时隙,波束赋型 多载波hsdpa,2019/2/5,第 15 页,td-scdma 调制技术,2019/2/5,第 16 页,td-scdma hsdpa 关键技术,amc 自适应调制和编码,fast scheduling 快速调度,16qam 调制,新的mac-hs 引入新的信道 ，sf16, 5ms,harq（hybrid arq） 混合自动重传,n频点,非对称时隙,波束赋型 多载波hsdpa,2019/2/5,第 17 页,快速调度算法,常用调度算法与比较：,快速调度算法是在动态复杂的无线环境下使多用户更有效地使用无线 资源， 提高整个扇区的吞吐量。 调度算法功能实现于基站。 需要考虑两个重要因素：吞吐量和公平性。,调度基本原则：在短期内以信道 条件为主，而在长期内应兼顾到 对所有用户的吞吐量和公平性,rr ：轮寻算法,max c/i ：最大载干比算法,pf ：正比公平算法,2019/2/5,第 18 页,最大c/i,基本概念：max c/i基本思想是对所有待服务移动台依据其接收信号c/i预测值进行排序，并按照从大到小的顺序进行发送。 在这种方式下，距离基站近的移动台由于其信道条件好会一直接收服务，而处于小区边缘的用户的由于c/i较低，这些用户将得不到服务机会，甚至出现所谓“饿死现象”，从占有系统资源的角度来看，这种调度算法是最不公平的。,该算法所得到的系统容量可以作为其它调度算法的上界。另外该算法的实现也是最简单的。,采用最大载干比算法的系统，其服务用户集中在距离nodeb非常近的区域，对用户的覆盖范围小，这在大多数场景中是不可用的。,2019/2/5,第 19 页,轮询算法rr,rr算法的基本思想是保证小区内的用户按照某种确定的顺序循环占用等待时间的无线资源来进行通信。每个用户对应一个队列以存放待传数据，在调度时非空的队列以轮循的方式接受服务以传送数据。 轮循算法不仅可以保证用户间的长期公平性，还可以保证用户的短期公平性；另外算法实现简单。 缺点：该算法由于没有考虑到不同用户无线信道的具体情况，因此系统吞吐量是很低的。通常，人们认为rr算法是最公平的，因为它保证所有用户占用等量的时间进行通信；同时人们认为该算法是性能最低的(它的系统吞吐量在实际系统中是最低的)。,rr算法是公平性的上界和算法性能的下界。,2019/2/5,第 20 页,正比公平算法pf,正比公平算法：如果用户的信道条件较好，其请求传输的速率也较大，该用户的优先权也提高；如果一个用户因为信道条件较差，特别是由于它处于小区边缘，c/i长时间较低，得不到传输的机会，其平均吞吐量减少，平均速率降低，这种情况下的用户同样会提高优先权，获得传输的机会。 从统计意义上来看，每个用户分配的资源是相同的，公平性与rr相当，而系统容量高于rr，接近max c/i，较适合实际系统使用。,吞吐量,公平性,2019/2/5,第 21 页,td-scdma hsdpa 关键技术,amc 自适应调制和编码,fast scheduling 快速调度,16qam 调制,新的mac-hs 引入新的信道 ，sf16, 5ms,harq（hybrid arq） 混合自动重传,n频点,非对称时隙,波束赋型 多载波hsdpa,2019/2/5,第 22 页,amc-自适应调制和编码,无线信道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性，短时间的瑞利衰落可以达到十几甚至几十分贝。 对这种时变特性进行自适应跟踪会给系统性能的改善带来极大的好处。 链路自适应技术可以有很多方法，如功率控制和amc等。 hsdpa在原有系统固定调制和编码方案的基础上，引入更多编码速率和16qam调制，使系统能够通过改变编码方式和调制方式对链路变化进行自适应跟踪。,引入amc的原因(adaptive modulation and coding schemes),2019/2/5,第 23 页,amc 原理,链路自适应方式主要采用两种方式， 方式一： 功率自适应方式，发送端改变发送数据的传输功率来适应信道条件的变化； 方式二： amc方式，发送端通过改变数据的传输码率，进而适应信道变化。 amc的原理就是在系统限制范围内，根据由大尺度衰落引起的瞬时无线链路信道质量的变化，灵活地调整发送给每个用户的数据的mcs（调制编码方式）,hsdpa采用amc作为基本的链路自适应技术对调制编码速率进行粗略的选择。,靠近基站的用户接收信号功率强，采用高阶调制方式(如16qam)和高速率信道编码(3/4编码速率)，使用户获得尽量高的数据吞吐率； 当信号较差时，则选取低阶调制方式(如qpsk)和低速率信道编码(1/4编码速率)来保证通信质量。,2019/2/5,第 24 页,amc的控制机制,2019/2/5,第 25 页,amc技术实现,处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率，提高小区平均吞吐率。 链路自适应基于改变调制编码方案代替改变发射功率，以减小冲突。,amc的优点：,附加 crc,分组数据,尾 比特,tubro 编码,速率 匹配,交织,m阶 qam,amcs,d e m u x,2019/2/5,第 26 页,td-scdma hsdpa 关键技术,amc 自适应调制和编码,fast scheduling 快速调度,16qam 调制,新的mac-hs 引入新的信道 ，sf16, 5ms,harq（hybrid arq） 混合自动重传,n频点,非对称时隙,波束赋型 多载波hsdpa,2019/2/5,第 27 页,harq混合自动重传,harq的概念：混合自动重发请求是一种差错控制技术，目的在于提高信号的传输质量，保证信息可靠性。,harqfecarq fec：根据接收数据中冗余信息来进行纠错，特点是“只纠不传”。 arq：依靠错码检测和重发请求来保证信号质量，特点是“只传不纠”,harq技术综合了fec与arq的优点。 在harq中，发端会发送具有一定冗余信息的数据，收端首先进行fec，如果依然不能正确解调则要求发端重新发送数据。 harq避免了fec需要复杂的译码设备和arq方式信息连贯性差的缺点，并能使整个系统误码率很低。,2019/2/5,第 28 页,结合amc技术，当数据传输发生错误的时候，提供一种快速高效的重传方案。,n channel stop&wait work flow,harq的工作机制,2019/2/5,第 29 页,td-scdma hsdpa 关键技术,amc 自适应调制和编码,fast scheduling 快速调度,16qam 调制,新的mac-hs 引入新的信道 ，sf16, 5ms,harq（hybrid arq） 混合自动重传,n频点,非对称时隙,波束赋型 多载波hsdpa,2019/2/5,第 30 页,多载波hsdpa结构,2019/2/5,第 31 页,多载波hsdpa中hs-dsch编码处理,2019/2/5,第 32 页,td-scdma hsdpa基本概念,td-scdma hsdpa物理层,2019/2/5,第 33 页,hsdpa l1/l2,hs-dsch,associated uplink signalling,associated downlink signalling,dcch,dtch,dtch,mac control,mac control,ccch,ctch,bcch,pcch,mac control,mac-hs (node-b),configuration without mac-c/sh,configuration with mac-c/sh,configuration with mac-c/sh,rrc (rnc),rlc (rnc),hs-pdsch,dch,dpch,hs-sich,hs-scch,mac-c/sh (crnc),dch,dpch,l1: channel coding / multiplexing (node-b),r5 l1(hsdpa) (node-b),mac-d (srnc),flow control,scheduling/priority handling,tf rc selection,harq,action on l1 rate matching,2019/2/5,第 34 页,hsdpa l1/l2,2019/2/5,第 35 页,td-scdma信道的映射,bcch,pcch,shcch,ctch,dcch,dtch,shcch,ccch,dtch,dcch,bch,pch,fach,dsch,dch,rach,usch,dch,ccch,pccpch,sccpch,dpch,pdsch,prach,pusch,dpch,dwpch,pich,uppch,fpach,上行,下行,逻辑信道,传输信道,物理信道,hs-dsch,hs-pdsch,hs-sich,hs-scch,2019/2/5,第 36 页,hsdpa信道,2019/2/5,第 37 页,hsdpa信道-传输信道,高速下行共享信道(hs-dsch)： 高速下行共享信道（hs-dsch）是一种被几个ue通过时分复用 和码分复用共享的下行传输信道。对于一个ue可以进行多码传输 ，这取决于ue的能力。 hs-dsch和一个下行dpch和一个或者几个共享控制信 道（hs-scch）相伴随。 hs-dsch在整个小区或者通过使用赋形天线在部分小区 进行发送。 采用链路自适应技术。,2019/2/5,第 38 页,hsdpa信道-物理信道1,高速物理下行共享信道 (hs-pdsch) ： hs-dsch映射到一个或多个高速物理下行共享信道 （hs-pdsch）。 调制方式：qpsk或者16qam 扩频因子：固定sf16（或者sf1） 时隙格式：无tfci，tpc，ss 不支持动态功率控制 编码：1/3 turbo编码 对支持多个载波的ue，hs-pdsch可以在多个载波上同时发送，高层分给同一用户的hs-pdsch所在的多个载波应该是连续的载波。 如果ue只支持单载波的能力，高层仅分配一个载波的hs-pdsch资源，并且该载波与伴随的dpch在同一载波上。,2019/2/5,第 39 页,hsdpa信道-物理信道1,使用16qam方式调制，可使一个时隙最多传2816bit 352 * 2(两个数据区）* 4(每个符号表示4个bit)=2816bit 扩频因子sf=1,2019/2/5,第 40 页,hs-dsch的编码过程,2019/2/5,第 41 页,turbo编码,1/3 tubro 编码用于前向纠错（fec）,2019/2/5,第 42 页,harq的三种类型,i型harq 接收端在纠错不成功后，将接收到的包完全丢弃，并要求发端重传。 重传的数据包将和上一次的一样。 ii型harq incremental redundancy递增冗余 在harq-ii中，接收到的错误数据包不会立即被丢弃，待重传的数据包收到，和错误的数据包合并后再进行译码，这样就能大幅度提高纠错能力。 ii型harq缺点：重传数据是冗余信息，不包括系统比特，当第一次传输的数据包被严重破坏，将无法恢复系统比特。 iii型harq chase combining（chase博士最早提出） 对ii型harq进行了改进，重传的码字具有自解码的能力，并不依赖于第一次传输的数据。,2019/2/5,第 43 页,td-scdma系统中用到ii&iii型,第一次速率匹配：通过parity bit打孔使输入不超过虚拟ir缓存。 第二次速率匹配：根据软合并类型由冗余版本（rv）参数控制数据 输出，并与hs-pdsch承载能力相匹配。,2019/2/5,第 44 页,16qam 星座图重传时重排,16qam: 4 bits/symbol,16qam星座重排：有利于重传时降低16qam解调时的错误概率。,2019/2/5,第 45 页,16qam 星座图重排,16 qam星座重排关系,2019/2/5,第 46 页,hsdpa信道-物理信道2,下行高速共享控制信道 (hs-scch) ： 调制方式：qpsk 扩频因子：sf16 时隙格式：无tfci，分为hs-scch1和hs-scch2两个物理信道 hs-scch1有tpc和ss hs-scch2无tpc和ss 支持动态功率控制 编码：1/3卷积编码,2019/2/5,第 47 页,hsdpa信道-物理信道2,hs-pdsch共享控制信道 (hs-scch) ： hs-scch是一个携带用于hs-dsch高层控制信息的下行物理信 道。 hs-scch上的信息有两个单独的物理信道携带（hs-scch1和 hs-scch2）。术语hs-scch指这些物理信道的整体。 如果ue支持多个载波的hs-dsch发送，对应每个载波的hs- dsch都各自使用独立的hs-scch用于控制信息的传输。 用来控制同一ue同一载波上的hs-dsch的hs-scch与hs-sich 需要在同一个载波上。,2019/2/5,第 48 页,hsdpa信道-物理信道2,hs-pdsch共享控制信道 (hs-scch) ： 终端接收hs-pdsch的数据必须要在hs-scch控制信息的配合下才能完成。hs-scch被所有hsdpa数据的ue所共享，但对单个hs-scch传输时间间隔，每个hs-scch只为一个ue承载hs-dsch相关的下行控制信令。,hs-scch上的控制信息主要包括ue-id,tfri,harq等相关信息。,2019/2/5,第 49 页,hsdpa信道-物理信道2,ue-id：,ue-id用于标识当前控制信息的所属ue。 当ue收到高层信息需要接收hs-dsch数据后，ue开始连续监视 hs-scch信道，最多需要监视4个hs-scch数据，寻找属于自己的控制信息。当ue获得此控制信息后，才能接收hs-pdsch的数据。,2019/2/5,第 50 页,hsdpa信道-物理信道2,tfri：,tfri：主要包括码和时隙的分配信息，调制方案信息和传输块大小，分别用于指示ue当前hs-pdsch所用的码字和所处的时隙位置，标识hs-pdsch下一个传输时间间隔数据的调制方式qpsk还是16qam及其传输块的大小。 码分配信息表明hs-pdsch使用的是信道化码。 为了简单方便，要求可用的信道化码是连续分配的，这样可定义为介于一个起始码和一个结束码之间。 可以用4个比特分别表示码的起始位置和终止位置，能够分配给hs-pdsch的时隙是ts2到ts6，最多5个时隙，这样可以用5个bit表示ts2到ts6时隙的占用情况。,2019/2/5,第 51 页,hsdpa信道-物理信道2,harq信息：,harq的过程信息，冗余版本信息和新数据指示信息。 其中冗余版本信息可以指示数据分组的harq类型，如是否采用增量冗余，分组后是否具有自解码能力等。 对16qam调制方案包括星座信息，指示星座重排的方案，新的数据指示信息可以指示此数据是新数据还是重发数据。,2019/2/5,第 52 页,hs-scch和hs-pdsch的时间关系,为了保证ue有足够的时间来解析hs-scch信道所携带的信息， 要求hs-scch和其对应的hs-pdsch信道必须相隔3个时隙及以上,2019/2/5,第 53 页,hsdpa信道-hs-scch编码过程,2019/2/5,第 54 页,hsdpa信道-物理信道3,hs-dsch共享信息信道 (hs-sich) ： hs-sich是一个上行物理信道。 它反馈相关的上行信息，主要包括应答/非应答（ack/nack)和信道质量指示cqi。cqi包括推荐调制格式（rmf）和推荐传输块大小（rtbs）。 如果ue支持多个载波的hs-dsch发送，那么对应每个载波的hs-dsch都各自使用一个独立的hs-sich用于控制信息的传输。 用来控制同一ue同一载波上的hs-dsch的hs-scch与hs-sich需要在同一个载波上。,2019/2/5,第 55 页,hsdpa信道-物理信道3,上行共享信息信道 (hs-sich) ： 调制方式：qpsk 扩频因子：sf16 时隙格式：无tfci，有tpc和ss 支持动态功率控制 编码：ack/nack xan,1的编码是由1bit 重复到36bit cqi包括推荐传输块大小（rtbs）和推荐调制方式 （rmf）。rtbs域的6bit信息通过（32，6）的一阶 reed-muller编码器得到,s s,t p c,2019/2/5,第 56 页,hsdpa信道-物理信道3,cqi当前信道质量 ： 信道估计在ue端完成，可以通过测量pccpch的rscp/iscp来 进行信道估计。 根据估计结果，ue按照已知的hs-pdsch资源分配状态选取合适 的cqi进行反馈。 cqi同样需要有很高的可靠度，因为nodeb根据cqi决定下一次发 送的传输格式。,2019/2/5,第 57 页,hsdpa信道-物理信道3,一般来说，hs-sich映射到ts1，并采用值为16的扩频因子。 hs-sich也需要保持上行同步。hs-sich初始定时来于上行dpch，同步的维持根据hs-scch上的ss命令，步长来自高层。 但由于ue会有接收不到hs-scch传输的时候，此时ss命令的接收来自于伴随的下行dpch，直到ue接收到hs-scch传输。,2019/2/5,第 58 页,hssich和hs-pdsch信道的时间间隔,ue将在任何给定的hssich信道上发送最近的cqi值，但是hssich信道与hspdsch信道之间的间隔时隙数 必须大于或等于9 。,2019/2/5,第 59 页,hsdpa信道-hs-sich的编码过程,相对来说，hs-sich信道的编码过程比较简单，其中，rmf，rtbs和ack/nack信息是独立编码，然后经过信息复用和交织以及物理信道映射 。,2019/2/5,第 60 页,hsdpa基本流程,node b,rnc,ue,数据包,2019/2/5,第 61 页,hsdpa 信道及协议栈,hs-dsch new transport channel tti: 5ms,rnc,nodeb,hsdpa ue,hs-scch signaling part (ue id, ),hs-pdsch user traffic,hs-sich feedback information (cqi, ack/nack),dpch (cs trb + srb),