TD-SCDMA系统原理介绍【稀缺资源，路过别错过】

TD-SCDMA系统原理介绍一 一 一 一 . 系统概述 系统概述 系统概述 系统概述二 二 二 二 .关键技术 关键技术 关键技术 关键技术三 三 三 三 . TD-SCDMA网络结构 网络结构 网络结构 网络结构四 四 四 四 . T-SA物理层简介 物理层简介 物理层简介 物理层简介什么是 什么是 什么是 什么是 TD-SCDMATD SCDMAime ivsion-Synchronization Code Divsion Multiple Aces是 ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了 CWTS及 3GP的全面支持是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准，是 UTRA FD可替代的方案是集 CMA、 TDMA等 技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术它采用了智能天线、联合检测、同步 CDMA、 多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术TD-SCDMA发展历程 发展历程 发展历程 发展历程 198年 6月正式向ITU提交标准建议 198年 1月赫尔辛基会议， TD成为ITU 3G候选方案 20年 5月， TD成为国际第三代移动通 信标准之一 201年 3月， TD-SCDMA成为 3GP标准 R4 20年 12月， TD- SCDMA论坛成立 202年 10月 23日，信产部公布 G频率规划 202年 10月， TD产业联盟成立 203年 12月，空中接 口测试阶段完成 204年 3月，大唐发布了第一台 TD终端预商用版本 204年 10月， TD产业峰会，多厂家供 货环境形成 204年 12月， TD国家专项试验网启动 206年，规模试商用 第三代移动通信系统的多址方式 第三代移动通信系统的多址方式 第三代移动通信系统的多址方式 第三代移动通信系统的多址方式多址方式： CDMA成为主流基本定型的技术：基于直接扩频 CDMA技术f Pwr/CodetTDMA ftPwr/CodeTDMA/CDMAfCDMA第三代移动通信系统的双工方式 第三代移动通信系统的双工方式 第三代移动通信系统的双工方式 第三代移动通信系统的双工方式双工 双工 双工 双工 方式： 方式： 方式： 方式：传统 的 FD仍是主要的 双工方 TD方式受到更大关注TD和 和 和 和 FD在第三代移动通信中必要的两种双工方式FD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TD的优点 的优点 的优点 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 FD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FD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5ms 1上行时隙和 6下行时隙 用于文件 下载 ,internt浏览等 (适用于下行数据流量大 ) 可达 2Mbit/s传输速率5ms5ms 对称结构 (适用于语音呼叫 等 ) 6上行时隙 /1下行时隙 (文件 上传等 )灵活分配上下行话务信道 灵活分配上下行话务信道 灵活分配上下行话务信道 灵活分配上下行话务信道TD双工方式问题及解决方法 双工方式问题及解决方法 双工方式问题及解决方法 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TD系统对峰值 /平均发射功率比有一定要求 ,此比值随时隙数增加而增加因 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 1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 TD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。最多可达 16个码道1.6 MHz下行下行下行下行上行对同一无线信道的多用户同时访问根据用户需求进行容量分配每个 CDMA用户和所有使用同一无线信道和时隙的用户都发生干扰（多址干扰）每个用户通过临时分配到的 CDMA码来被识别时隙TD-SCDMA特性 特性 特性 特性TD-SCDMAW-CMA/ 20空中接口 TDF模式 5 + 10 MHz（ 60 +30） 2 z频段 1.6 MHz5/1.25 z射频带宽无需使用成对的频段，任何频段都可用于 TD-SCDMA中国频率资源分配 中国频率资源分配 中国频率资源分配 中国频率资源分配19201980201205 卫星 空302102170180 85 20 230 24030 100 TD40 15 TD 100 TD空 卫星1785CSSCDMA 60 60 FD (上行 ) FD (下行 )FD (下行 )FD (上行 ) 30 30 20 45 TD-SCDMA标准概况 标准概况 标准概况 标准概况多址接入方式： DS-CDMA/TDMA/SDMA码片速率 :1.28Mcps(WCDMA的 1/3)双工方式： TD载频宽度： 1.6M Hz扩频技术： OVSF调制方式： QPSK,8PSK编码方式：卷积编码， Turbo编码功率控制： 20次 /秒 TD-SCDMA主要优势 主要优势 主要优势 主要优势能在现有的 GSM网络上迅速而直接部署突出的频谱利用率：比其它 3G标准的现有设备高一倍无需使用成对的频段 较好的抗干扰性，特别是抑制码间干扰灵活、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 TD-SCDMA的缺点 的缺点 的缺点 的缺点TD-SCDMA系统要精确定时，才能保持同步需要保护时隙，限制了小区覆盖半径受功率控制和信道估计的限制， UE最高 120km/h不支持软切换和更软切换，减少由此带来的处理增益TD-SCDMA相对于其它两大 3G标准，发展滞后，尚未商用一 一 一 一 . 系统概述 系统概述 系统概述 系统概述二 二 二 二 .关键技术 关键技术 关键技术 关键技术三 三 三 三 . TD-SCDMA网络结构 网络结构 网络结构 网络结构四 四 四 四 . T-SA物理层简介 物理层简介 物理层简介 物理层简介TD-SCDMA 的关键技术 的关键技术 的关键技术 的关键技术智能天线 软件无线电上行同步 联合检测动态信道分配 接力切换(.) 54213 6 智能天线 智能天线 智能天线 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定位用户位置智能天线 智能天线 智能天线 智能天线FD方式：由于上、下行链路信号传播的无线环境受频率选择性衰落影响不相同，所以根据上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链路TD方式：上、下行链路使用相同频率传输信号，且间隔时间短，链路无线传播环境差异不大，可以使用相同权值TD方式更能够体现智能天线的优势 TD方式 FD方式智能天线 智能天线 智能天线 智能天线TD-SCDMA全向码道和赋形码道 全向码道和赋形码道 全向码道和赋形码道 全向码道和赋形码道两种赋形波束 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 GPDwPTS UpPTSBCH TS5TS4TS0 TS2TS1 TS3 TS6软件无线电 软件无线电 软件无线电 软件无线电用软件处理基带信号 硬件平台：高速（ A/D） 变换 数字信号处理（ DSP）RF收 发 信 机 A/DD/A基带处理器 MCU话音编 译码器 人机界面DSP软件无线电的优势 软件无线电的优势 软件无线电的优势 软件无线电的优势 软件无线电技术利用统一的硬件平台，使用不同的软件，来适应不同的工作模式。它可以方便的通过软件编程改变算法，无需更新硬 件，适应不同的业务要求。 系统增加功能通过软件升级来实现 减少设备费用支出 可支持多种通信体制并存 便于标准升级和新技术的运用 CDMA上行 上行 上行 上行 同步 同步 同步 同步定义 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 t基站解调器码道 1码道 2码道 NC D M A 上行 上行 上行 上行 同步 同步 同步 同步上行同步技术 上行同步技术 上行同步技术 上行同步技术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 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 S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S上行业务时隙 (BTS要求 )Midamble随机接入 SYNC1sUpPTSUE的上行突发 联合检测 联合检测 联合检测 联合检测联合检测作用避免多址干扰相对扩大检测动态范围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从复合信号中减去其他信道的信号来获得每一个信道的信号 联合检测 联合检测 联合检测 联合检测由于无线移动信道的时变性和多径效应影响，使得数据之间存在 干扰 符号间干扰（ ISI） 码间干扰（ MAI）通过数据符号间、码间的相关性在多个用户中检测、提取出所需 的信号，消除 ISI和 MAI联合检测的实现 联合检测的实现 联合检测的实现 联合检测的实现码间干扰（ MAI）是 CDMA系统中的主要干扰在传统的 CDMA系统信号分离方法中，把 MAI看作热噪声联合检测 充分利用 MAI中的先验信息，如：已知的用户信道码已知的训练序列 将非目标用户信息从 MAI中滤除，进而可有效地提取 目标用户信息。 如果每时隙只有 1 个用户信号 , 联合检测 (JD) 不是有效的 在同步 CDMA模式下 ,多个用户共享每个时隙 ,联合检测是有效的 通过联合检测的 MAI计算矩阵 , 去除多用户干扰 结论 ： 通过去除 I增加了 CDMA的容量 通过去除 MAI, 对多用户信号检测动态范围达 20 dB， 无需快速功率控制实现机理 实现机理 实现机理 实现机理联合检测的优缺点 联合检测的优缺点 联合检测的优缺点 联合检测的优缺点 联合检测易于实现： 每时隙内码道少短扰码上 行同步小运算量 联合检测的优点： 降低干扰，扩大容量，降低功 控要求，削弱远近效应 联合检测的缺点： 大大增加系统复杂度、增加系 统处理时延、需要要消耗一定的资源智能天线联合检测 智能天线联合检测 智能天线联合检测 智能天线联合检测智能天线的主要作用： 降低多址干扰，提高 CDMA系统容量增加接收灵敏度和发射 EIRP智能天线所不能克服的问题 时延超过码片宽度的多径干扰 多普勒效益 (高速移动 )因而，在移动通信系统中，智能天线必须和其它信号处理技术同 时使用联合检测： 基于训练序列的信道估值 同时处理多码道的干扰抵消理论上 ， 联合检测和智能天线相结合技术，可以完全抵消 MAI的影响，大大提高系统的抗干扰能力和容量动态信道分配（ DCA）： 在终端接入和链路持续期间，根据多小区之 间的干扰情况和本小区内的干扰情况，进行信道的分配和调整，增 加了系统的总容量。在 TD-SCDMA系统中，信道的定义包括：载频 -频域扩频码 码域时隙 -时域波束 空域1.6 MHz 16code an b usedEach user ae indetifed by each CDMA code timeslotdownlikdownlikdownlikuplink timecodefrequency 动态信道分配 动态信道分配 动态信道分配 动态信道分配 动态信道分配的方法 动态信道分配的方法 动态信道分配的方法 动态信道分配的方法频域 DCA频域 中每一小区使用多个无线信道 (频道 )， 激活用户分配在不同的载波上，从而减小用户之间的干扰时域 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波束赋形 (降低多址干扰 )下述几种 DCA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动态信道分配的组成 动态信道分配的组成 动态信道分配的组成 动态信道分配的组成慢速 DCA（ 把资源分配到小区）根据小区中各个时隙当前的负荷情况对各个时隙的优先级进行排 队，为接入控制提供选择时隙的依据。接纳控制 当一个新的呼叫到来时， DCA首先选择一个优先级最高的时隙，能否在该时隙为新呼叫分配资源。在选择时隙的过程中，如果没 有单独的时隙能够提供新呼叫所需要的资源， DCA将试图进行资源整合，从而为新呼叫腾出一定的资源（包括码资源、功率资 源）。快速 DCA（ 为业务分配资源）当系统负荷出现拥塞或链路质量发生恶化时， RM中的其他模块（如 LC、 RLS） 会触发 DCA进行信道调整。它的功能主要是有选择的把一些用户从负荷较重（或链路质量较差）的时隙调整 到负荷较轻（或链路质量较好）的时隙。 硬切换 硬切换 硬切换 硬切换在 早 期 的 频 分 多 址 （ FDMA） 和 时 分 多 址（ TDMA） 移 动 通 信 系 统 中 采 用 这 种 越 区 切换方法 当 用 户 终 端 从 一 个 小 区 或 扇 区 切 换 到 另 一 个小 区 或 扇 区 时 ， 先 中 断 与 原 基 站 的 通 信 ， 然后再改变载波频率与新的基站建立通信。硬切换技术在其切换过程中有可能丢失信息。Node Bsurc Node BtargtUE RNCUE搜 索 邻 小 区中 的 所 有 基 站切 换 判 决切 换 指 令无 线 链 路 失 败无 线 链 路 同 步 建 立建 立 业 务 连 接 ， 恢 复 数 据 传 输删 除 无 线 链 路无 线 链 路 业 务 连 接停 止 发 射 和 接 收 信 号 发 现 目 标 基 站 ， 测 量 报 告 ， 切 换 请 求硬切换流程 硬切换流程 硬切换流程 硬切换流程软切换 软切换 软切换 软切换在美国 Qualcom公司九十年代发明的码分多 址（ CDMA） 移动通信系统中采用这种越区切换方法 当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个具有相同载频的小区 或扇区时，在保持与原基站通信的同时，和新基站也建立起通信连接，与两个基站之间传输相同的信息，完成切换之后才中断与 原基站的通信。 优点：软切换过程不丢失信息，不中断通信。缺点：其一解决了终端在相同频率的小区或扇区间切换的问题； 其二软切换的基础是宏分集，但在 IS-95中宏分集占用了 50的下行容量，因此软切换实现的增加系统容量被它本身所占用的系统容量所抵消。 软切换流程 软切换流程 软切换流程 软切换流程Node Bactiv Node BmnitrdUE RNCUE搜索本小区和邻小区中所有基站切换判决激活集更新指令删除无线链路无线链路同步建立建立无线链路业务连接无线链路业务连接激活集更新完毕停止发射和接 收信号测量报告接力切换的概念 接力切换的概念 接力切换的概念 接力切换的概念接力切换适用于同步 CDMA移动通信系统， 是 TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。设计思想： 当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时， 利用智能天线和上行同步等技术对 UE的方位和距离进行定位，根据 UE方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果 UE进入切换区， 则 RNC通知另一基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。优点： 将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率综合到接力切换中 ，该方法可以在不同载频的基站之间使用，甚至在 TD-SCDMA系统与其他移动通信系统如 GSM、 IS95的基站之间实现不中断通信、不丢失信息的越区切换。Node Bsource Node BtargetUE RNCUE定位信息 邻小区列表，所有基站信息UE搜索邻小区中的所有基站建立同步 切换判决切换指令发现目标基站，测量报告，切换请求确认切换完成删除无线链路停止发射和接收 信号无线链路业务连接无线链路业务连接 无线链路业务连接 同步保持 接力切换流程 接力切换流程 接力切换流程 接力切换流程接力切换的实现 接力切换的实现 接力切换的实现 接力切换的实现 M S 和 N B 1 通信 N B 1 通知邻近 N B 2 , 提供用户位置信息 基站类型、载频、定时等 切换准备 M S 搜索 N B 2 ， 建立同步 M S 或 N B 2 发起切换请求 系统决定切换执行 M S 与 N B 1 断开，与 N B 2 建立通信 完成切换 N B 1N B 2M S三种切换技术比较 三种切换技术比较 三种切换技术比较 三种切换技术比较高切换成功率高资源利用率一 一 一 一 . 系统概述 系统概述 系统概述 系统概述二 二 二 二 .关键技术 关键技术 关键技术 关键技术三 三 三 三 . TD-SCDMA网络结构 网络结构 网络结构 网络结构四 四 四 四 . T-SA物理层简介 物理层简介 物理层简介 物理层简介 T D - S C D M A 网络结构 网络结构 网络结构 网络结构U EU E U uU uTD-CMA由 CN（ 核