TD-SCDMA基本原理及技术发展趋势.ppt

td-scdma技术简介,第一部分：cdma tdd概述,cdma tdd 标准概况 两种tdd技术简单比较 td-scdma主要技术优势,tdd双工方式的优点,频谱灵活性：不需要成对的频谱。 在2ghz以下已很难找到成对的频谱 上下行使用相同频率，上下行链路的传播特性相同，利于使用智能天线等新技术 支持不对称数据业务：根据上下行业务量来自适应调整上下行时隙个数 fdd系统一建立通信就将分配到一对频率以分别支持上下行业务。在不对称业务中，频率利用率显著降低 fdd系统也可以用不同宽度的频段来支持不对称业务，但： 频段相对固定，不可能灵活使用(例如下行频段比上行频段宽一倍) 成本低：无收发隔离的要求，可以使用单片ic来实现rf收发信机,tdd双工方式问题及解决方法,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可能再增加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，故仍然可能使用低发射功率达到较远通信距离 总的说来，在使用相同发射功率级别的手持机条件下，td-scdma的通信距离比wcdma要大 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，这主要出于人口密集地区设置考虑。如果允许牺牲15%的容量，小区半径可达到40-50公里。 itu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。,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 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,imt2000的cdma tdd标准概况,两种cdma tdd：td-scdma和utra tdd 两种tdd方案的异同： 项目 td-scdma utra tdd 带宽和码片速率 1.6mhz/1.28mcps 5mhz/3.84mcps 帧结构 7时隙/5ms 15时隙/10ms 智能天线 使用 选项 同步cdma 1/8chip 1/4chips 多用户检测 使用 使用 切换 接力切换 硬切换 设计思想 全面满足imt2000要求 与wcdma配合使用 相同技术：信道编码和交织、调制(qpsk)、dca、dtx、odma等等,td-scdma网络同步,网络同步: 系统内各基站的运行采用相同的帧同步定时 同步的目的：避免相邻基站的收发时隙交叉，减小干扰 同步精度要求：几微秒 同步方法： gps： 网络主从同步 空中主从同步,bs0,bs1,bs2,bs0 bs1 bs2,bts tx rx,g,3g 业务与功能,未来的“承载业务” 电路交换（对称）用于诸如语音、视频会议、. 等实时 业务 包交换（非对称）用于诸如电子邮件、因特网及内部网 访问、 视频点播、 . 等非实时业务 实时业务与非实时业务的混和 无线多媒体的数据业务 移动速度为最高240km/h时，数据速率为 8 . 64/144 kbit/s 手持机环境(速度30km/h),数据速率为 8 . 384 kbit/s 室内环境(速度3 km/h)，数据速率可达2mbit/s,tdd小区搜索和接入问题,小区搜索基本要求 以每200khz步长在全部带宽内搜索基站 在短时间内完成母网搜索 tdd系统小区搜索的困难 上下行链路使用相同载波频率，用户离基站的距离可能远远大于离一个终端的距离 用户不可能预先知道那一部分信号是来自基站 随机接入的问题 防止碰撞 建立上行同步,动态信道分配 (dca),频域 dca 频域dca中每一小区使用多个无线信道(频道) 在给定频谱范围内，与 5 mhz 的带宽相比， td-scdma 的1.6 mhz 带宽使其具有3倍以上的无线信道数(频道数) 时域 dca 在一个td-scdma 载频上，使用7个时隙减少了每个时隙中同时处于激活状态的用户数量 每载频多时隙，可以将受干扰最小的时隙动态分配给处于激活状态的用户 码域 dca 在同一个时隙中，通过改变分配的码道来避免偶然出现的码道质量恶化 空域 dca 通过智能天线，可基于每一用户进行定向空间去耦 (降低多址干扰),下述几种动态信道分配方法全面降低了相应的小区间干扰，从而使频谱利用率得以优化,第二部分： td-scdma技术,td-scdma关键技术 td-scdma物理层简介,td-scdma的关键技术,智能天线+多用户检测 多时隙的tdma多码道ds_cdma 同步cdma 信道编码和交织(和3gpp相同) 接力切换,预期达到的目标 高频谱利用率 低设备成本 满足imt2000基本要求,td-scdma简介:帧结构,radio frame 10ms,multi frame,sub-frame,5ms,ts5,ts4,ts0,ts2,ts1,g,ts3,ts6,dwpts,uppts,data,midamble,data,675us,g,l1,144chips,td-scdma技术基础:智能天线,使用智能天线 . 能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端 正在通信的移动终端在整个小区内处于受跟踪状态,不使用智能天线 . 能量分布于整个小区内 所有小区内的移动终端均相互干扰，此干扰是cdma容量限制的主要原因,智能天线的优势 减少小区间干扰 降低多径干扰 基于每一用户的信噪比得以增加 降低发射功率 提高接收灵敏度 增加了容量及小区覆盖半径,联合检测 (jd),联合检测作用 避免多址干扰 检测动态范围急剧增大，无需软切换 小区内干扰最小化 联合检测原理 特定的空中接口“突发”结构允许收信机对无线信道进行信道估计 根据估计的无线信道，对所有信号同时进行检测,td-scdma全向码道和赋形码道,g,dwpts,uppts,两种赋形波束 得到小区覆盖的全向波束 针对用户终端的赋形波束 bch/dwpts必须使用全向波束，覆盖整个小区，在帧结构中使用专门时隙 业务码道通常使用赋形波束，只覆盖个别用户,bch,ts5,ts4,ts0,ts2,ts1,ts3,ts6,td-scdma技术基础:同步cdma,定义 上行链路各终端信号在基站解调器完全同步 优点 cdma码道正交， 降低码道间干扰， 提高cdma容量 简化硬件，降低成本,基站解调器,码道1,码道2,码道n,上行同步,同步的建立 在随机接入时建立 依靠bts接收到的sync1 立即在下一个下行帧ss位置进行闭环控制 同步的保持 在每一上行帧检测midamble 立即在下一个下行帧ss位置进行闭环控制 出现失步的可能性 有限小区半径(取决于g的宽度，可能超过10km) 比较宽的容许范围(+/- 4 chips) 失步后执行链路重建,ss,上行业务时隙(bts要求),midamble,随机接入sync1,ss,uppts,ue的上行突发,td-scdma技术:接力切换,ms和bs0通信 bs0通知邻近基站信息,并提供用户位置信息 基站类型、载频、定时等 切换准备 ms搜索基站，建立同步 ms或bs发起切换请求 系统决定切换执行 ms同时和两个基站建立通信 完成切换 不使用宏分集,bs0,bs1,bs2,ms,td-scdma与wcdma及gsm的切换,td-scdma(1.28mcps tdd)与3gpp内其他模式之间的测量和切换已经在3gpp内进行讨论并正在完善之中 td-scdma gsm: 测量和切换与utra 3.84mcps tdd相同 gsm td-scdma: 在gsm以后的版本中, 将会考虑向3g系统的切换问题, 包括向td-scdma的测量和切换(在3gpp geran讨论),td-scdma简介:小区搜索,ts5,ts4,ts0,ts2,ts1,g,ts3,ts6,dwpts,uppts,tdd系统的小区搜索和fdd系统的主要区别： 上下行信号工作于相同频率，可能接收到附近用户的强上行信号 dwpts同时起pilot和sch的作用，处于没有其它本小区多址干扰的独立时隙。当dwpts搜索到，下行同步便获得了。 bts之间同步，所有小区的dwpts将出现在重叠的时隙，便于切换中进行测量 搜索过程：设定载波频率；搜索dwpts；获得bch(在ts0时隙) 搜索dwpts的方法：接收并记录任意5ms的数据，用已知正交码序列在一个个窗口内求相关。,ts5,ts4,5ms,ts6,td-scdma随机接入,随机接入必须完成的工作： 上行同步、功率控制、系统获得接入要求、用户鉴权、分配业务码道等 随机接入必须考虑的问题： rach/fach的高效率工作； 防止碰撞的策略； 加快接入速度。 随机接入过程： ue：开环功率控制和开环同步控制，发射uppts，等待bts回答 bts：控制ue的发射功率和时延，获得ue接入要求 系统：鉴权和分配码道,g,dwpts,uppts,ts5,ts4,ts0,ts2,ts1,ts3,ts6,随机接入过程,ue,node b,uppts,终端选择sync1,以估算的时间和功率发送,基站检测到sync1,并回送定时和功率调整,fpach,rach,调整定时和功率, 发送随机接入请求,fach,指配信道, 继续完成接入过程和鉴权,信道及映射关系,td-scdma简介:物理层总结,低码片速率:1.28mcps(wcdma的1/3) 适合智能天线和同步cdma tdd的帧结构 用智能天线+多用户检测联合算法达到全部资源同时工作的效果 采用和3gpp相同的调制、信道编码、交织和复接技术 提供不对称上下行业务 功率控制和上行同步控制: 控制频率:0-200次/秒 功率控制步长:1-3db 同步控制精度:1/8码片宽度 开环和闭环控制,结论：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：比其它3g标准的现有设备高一倍 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,第三部分 td-scdma高层信令流程,无线接口协议结构 高层信令流程,无线接口协议结构,无线接口协议结构 无线接口高层各（子）层的主要 功能,无线接口协议层结构,无线接口协议层结构,无线接口主要分为三层： l1层-物理层 l2层-数据链路层，包括mac层、rlc层、bmc层、pdcp层 l3层-网络层，包括rrc层等子层,无线接口高层各（子）层的主要功能,mac层-完成逻辑信道和传输信道的映射 rlc层-保证数据的正确有效传输 bmc层-小区广播消息和分配等bmc消息的保存和传送 pdcp层- ip数据流的头部压缩与解压缩(如：tcp/ip 和rtp/udp/ip头部)以及将非接入层送来的pdcp-sdu转发到rlc层,高层信令流程,随机接入过程 小区更新过程 切换过程,(一) 随机接入过程,（二）小区更新过程,小区选择（重选）过程,（三）切换过程,硬切换 gsm到umts的切换 umts到gsm的切换,硬切换（fdd and tdd),gsm到umts的切换,umts到gsm的切换,第四部分 td-scdma射频特性,频带与信道安排 发射特性 接收特性 共存分析,td-scdma的频带与信道安排,itu建议的3g移动通信频谱方案 td-scdma的信道安排,itu建议的3g移动通信频谱方案,tdd tdd 1900 1920 2010 2025 itu的核心分配建议(mhz) tdd & fdd (ul) tdd tdd & fdd (dl) 1850 1910 1930 1990 itu的补充分配建议(mhz) 注：td-scdma除itu的建议外，不排斥对其他频谱的利用,td-scdma的信道安排,带 宽：1.6mhz 扫描间隔：0.2mhz 信 道 号：nt=5*f (0.0f3276.6mhz）,td-scdma的发射特性,发射功率特性 发射频谱特性 发射交调抑制 调制特性,td-scdma的发射功率特性,项目 ue bs 最大输出功率 21dbm 34dbm 最小输出功率 -49dbm 4dbm 空闲模式功率 -65dbm -82dbm 功率控制步长 1,2,3db 1,2,3db,td-scdma的发射频谱特性,项目 ue bs 所占带宽 1.6mhz 1.6mhz 频率稳定性 0.1ppm 0.05ppm 邻道泄漏 33db(1) 40db(1) 比(大于) 43db(2) 50db(2) 杂散辐射 符合itu-r sm.329,td-scdma的发射交调抑制,ue的交调抑制:在1.6mhz或3.2mhz邻道存在td-scdma干扰信号时，交调产品分别不高于-31dbc或-41dbc bs的交调抑制:当在邻道1.6mhz、3.2mhz、4.8mhz存在低于有用信号30db的td-scdma干扰信号时，所产生的交调产品不会高于带外辐射或杂散功率,td-scdma的调制特性,项目 ue bs 发射滤波器 rrc rrc evm(小于) 17.5% 12.5% pcde(小于) -21db -28db,td-scdma的接收特性,参考灵敏度电平 邻道选择性