TD-SCDMA基本知识.ppt

1 TD SCDMA交流材料 中国普天信息技术研究院 2 TD SCDMA特点和优势TD SCDMA关键技术 3 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 4 支持所有无线网络情景 伞形覆盖高起点容量 本地覆盖容量扩充 室内覆盖容量扩充企业网络 大区制 小区制 微小区制 5 业务上最佳适应于实现无线因特网 实现了对无线网络的要求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 可变化的用户数据速率 8kbit s 2Mbit s 由 尽力而为 2G 向 业务质量 QoS 3G 演变 6 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 7 时分双工 TDD TD SCDMA的优势 易于使用非对称频段 无需具有特定双工间隔的成对频段适应用户业务需求 灵活配置时隙 优化频谱效率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无需笨重的射频双工器 小巧的基站 降低成本 资源 8 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 9 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 10 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 11 TD SCDMA的关键 物理层 低码片速率 1 28Mcps WCDMA的1 3 适合智能天线和同步CDMA的帧结构 以及相应的过程用智能天线 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 交织和复用技术可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 12 TD SCDMA Uu接口协议结构 Radiointerfaceprotocolarchitecturearoundthephysicallayer 13 TD SCDMA系统独特的帧结构 TD SCDMA帧结构每帧有两个上 下行转换点TS0为下行时隙TS1为上行时隙三个特殊时隙GP DwPTS UpPTS其余时隙可根据根据用户需要进行灵活UL DL配置 14 时隙 TS 结构 每时隙由704Chips组成 时长675us 业务和信令数据由两块组成 每个数据块分别由352Chips组成 训练序列 Midamble 由144Chips组成 16Chips为保护 可以进行波束赋形 15 DwPTS下行导频时隙 用于下行同步和小区初搜 该时隙由96Chips组成 32用于保护 64用于同步 时长75us32组不同的SYNC DL码 用于区分不同的小区 为全向或扇区传输 不进行波束赋形 16 GP保护时隙 96Chips保护时隙 时长75us用于下行到上行转换的保护在小区搜索时 确保DwPTS可靠接收 防止干扰UL工作在随机接入时 确保UpPTS可以提前发射 防止干扰DL工作确定基本的基站覆盖半径 17 UpPTS上行导频时隙 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 160Chips 其中128用于SYNC UL 32用于保护SYNC UL有256种不同的码 可分为32个码组 以对应32种SYNC码 每组为8个不同的SYNC UL码 即每一个小区对应于8个确定的SYNC UL码BTSC从终端上行信号中获得初始波束赋形参数 18 训练序列 Midamble 由144Chips组成 由长度为128的基本训练序列生成 基本训练序列 共128个 128个基本训练序列分成32组 以对应32个SYNC DL码 每组为4个不同的基本训练序列 即一个小区可选择4个不同的基本训练序列 训练序列的作用 上下行信道估计 功率测量 上行同步保持 19 TPC SS TFCI 位置 位于midamble的两侧TPC 调整步长是1 2或3dBSS 最小精度是1 8个chipTFCI 分四个部分位于相邻的两个子帧内 20 小区搜索 TDD系统的小区搜索 DwPTS同时起导频和同步的作用 处于没有其它本小区多址干扰的独立时隙 当搜索到DwPTS 下行同步便获得了 BTS之间是同步的 所有小区的DwPTS将出现在同一时隙 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 得到小区码组的信息搜索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 21 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 22 随机接入过程 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 指配信道 继续完成接入过程和鉴权 23 信道及映射关系 24 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 25 TD SCDMA特点和优势TD SCDMA关键技术 26 TD SCDMA的关键技术 智能天线 降低多径 多址及小区间干扰多用户检测 降低多址干扰上行同步 减少多址干扰动态信道分配 在时域 频域 码域 空域实现以降低干扰 27 智能天线 28 智能天线 S A 的优势 使用智能天线 定向发射 定向接收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 全向发射 全向接收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和小区内干扰降低多径干扰等效发射功率提高提高接收灵敏度改进了小区覆盖 合成波束 增加了容量及小区覆盖半径降低发射功率 基站成本降低 TDD 基站端 FDD 29 智能天线 S A 的实现方式 自适应调零智能天线固定波束切换方式 30 智能天线只能克服一个码片间隔内的多径干扰 无法克服高速移动环境造成的信道恶化 解决方案 多用户检测 超过一个码片间隔的多径 多址干扰 MAI RAKE接收机 超过一个码片间隔的多径 智能天线 S A 的局限性 31 TD SCDMA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 32 多用户检测 33 多用户检测 M U D 的基本原理 系统中多址干扰 M A I 是主要干扰 小区间的干扰在最恶劣的情况下也不超过小区内部干扰的 传统的 系统信号分离方法把 看作热噪声M U D 充分利用 中的先验信息 已知的用户信道码已知的训练序列 34 多用户检测 M U D 技术的分类 干扰消除 InterferenceCancellation I C 串行干扰消除并行干扰消除联合检测 JointDetection J D 线性算法非线性算法判决反馈算法必须进行信道估计 复杂度高 但可以同时消除MAI并起到RAKE接收机的作用 35 无法消除小区间干扰 信道估计的不准确性将影响到干扰消除的准确性 尤其是在训练序列比较短的情况下 干扰比较大 不能实现满码道工作实时算法难以达到理论上的性能 解决方案 智能天线 通过定向接收和发射大大降低了多用户干扰和小区间干扰的程度 多用户检测 M U D 的局限性 36 结论 智能天线和联合检测相结合 37 动态信道分配 38 动态信道分配 DCA 在 模式的 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 空域动态信道分配是指 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 目的 1 增加