TD-SCDMA系统概述及关键技术分析PPT课件.ppt

TD SCDMA系统概述及关键技术分析 中国移动通信研究院 提纲 TD SCDMA系统概述TD SCDMA关键技术原理同步技术联合检测智能天线DCA和接力切换TD SCDMA改进型技术介绍TD系统中存在的问题N频点组网多小区联合检测UpPTSShiftingHSDPATD SCDMA后续技术演进 TD SCDMA系统原理 同WCDMA的相比增加了时分多址方式 TDD时分双工 TDD的优势 无需成对的有保护带的频段适配于非对称业务需求 频谱效率得到提高上下行信道特性一致性高 便于智能天线的实现 TDD的缺点 峰均比高 对功放线性度要求高 功放功率很难做大最大通信距离 小区半径 受上下行保护间隔所允许的时延所限制 通常小区半径为10公里以下 不连续发射 抗快衰落和多普勒效应的能力低于FDD系统 在高速移动环境的性能较差 TD系统码组 一个码组内的扰码和基本Midamble码一 一对应 TD码组 时隙结构 TD中扰码主要用来区分小区 TD上行用户可以用扩频码标识是由于TD可以做到上行同步 训练序列用来对时隙内用户进行信道估计的 上下行导频码主要用于终端初始网络接入时进行同步和搜索小区扰码使用 TD中使用扩频码来区分上下行的用户 TD特殊时隙结构 DwPTS 下行同步与小区搜索 75 sMainGP 上 下行保护间隔 75 sUpPTS 上行同步 随机接入 125 s 32个PN码 区分不同小区用于终端和基站间的下行时隙同步用于确定扰码组和基本Midamble码组用于读取BCH信息 共32组 每组8个 PN码区分随机接入时的用户用于随机接入用户和基站的上行预同步 DwPTS UpPTS 发射和接收之间的保护间隔GP的取值限制了的TD覆盖半径 GP TD码组 时隙结构 TD业务时隙结构 TD SCDMA业务时隙 TD码组 时隙结构 TD中扩频 OVSF 码 TD扩频系数小 扩频增益低 TD码组 时隙结构 TD帧结构和码组特点总结 同时隙内干扰用户少公共信道和业务信道无需共享功放资源为解决发射机拖尾引起的帧内不同时隙间串扰 每个时隙都加入GP保护时隙扩频增益低 但便于联合检测技术的实现扰码和扩频码长度相同 抗干扰能力弱 存在混合码正交性差的情况扰码数量少 造成网络扰码规划的困难 TDMA 扩频码扩频系数小 扰码长度短 提纲 TD SCDMA系统概述TD SCDMA关键技术原理同步技术联合检测智能天线DCA和接力切换TD SCDMA改进型技术介绍TD系统中存在的问题N频点组网多小区联合检测UpPTSShiftingHSDPATD SCDMA后续技术演进 TD系统内的干扰消除方法 小区内干扰 小区间干扰 用户自身信号符号间干扰多径效应 用户间信号多址干扰时隙间干扰 邻区的信道干扰业务信道干扰公共信道干扰 基站间交叉时隙 业务时隙交叉 下行导频对上行的干扰 单小区联合检测 GP保护 上行同步 空间隔离 频率隔离 调度算法 UpPTSShfiting GPS同步 N频点 多小区联合检测 TD中主要技术 同步技术空中接口 降低基站间干扰上行同步 保证码间正交性 降低处理复杂性联合检测JD消除小区内干扰智能天线最小化小区间干扰动态信道分配支持无线资源自适应分配接力切换 TD的同步 空口同步 同步小区为了降低时隙间干扰并便于终端对邻小区的测量 需保证基站间同步精度 相邻小区幀起始时间差 不超过3 s目前首选方案是每个基站配外接参考时钟口 例如GPS GPS 智能天线 其他技术 同步 联合检测 上行同步 上行同步上行链路各终端信号同步到达基站解调器使得上行可用扩频码标识用户可提高CDMA码道正交 降低码道间干扰降低联合检测处理难度 为什么用JD 一个特定的空中接口脉冲结构 允许通过接收器来估计无线信道考虑到被估计的无线信道 每个时隙所有信号同时被检测 避免多址接入干扰和符号间干扰相对扩大检测动态范围 因此无需快速功控和无需软切换 JD是如何工作的 联合检测 智能天线 其他技术 同步 联合检测 联合检测工作原理 检测到的信号MAI 消除 允许的信号波动区域 Eb N0 9 频率 nn 1 1 扩频信号 检测到的信号 频率 校正增益 能量 MAI nx 1 1 扩频信号 频率 扩频信号能量 能量 能量 终端1 终端2 终端3 终端4 终端6 终端7 终端8 终端5 RF BD单元 匹配过滤单元 1 2 3 信道估计 联合检测单元 编码程序 无线通道 数据输出信号 以每时隙8码道为例 1 2 3 智能天线 其他技术 同步 联合检测 联合检测和WCDMA中Rake接收的性能比较 BER仿真曲线 BLER仿真曲线 在Case3信道 12 2K语音业务条件下 对不采用RAKE的直接解扩 RAKE接收和联合检测 ZF和MMSE 四种解调算法进行了仿真比较 仿真结果表明 联合检测算法比Rake接收机以及直接对主径解扩 noRake 有较强的都有较强的抗多径以及多址干扰能力 随着用户的增加 JD的性能越优 四种不同的接收机算法性能从好到差依次为 MMSE ZF Rake noRake JD比Rake计算量多3 左右 智能天线 其他技术 同步 联合检测 智能天线基本概念 天线阵列 水平传播模式 什么是智能天线 智能天线的基本原理是通过改变各天线单元的权重在空间形成方向性波束 主波束对期望用户的信号进行跟踪 而在干扰用户的方向形成零陷它可以带来上行合成 赋形 增益和下行赋形增益它由2个天线以上的阵列天线和软件控制算法两部分来完成 智能天线和分集天线的不同在于天线间具有相关性 天线间距约1 2波长 仅在水平方向赋形 智能天线 其他技术 同步 联合检测 TD中采用赋形发射的信道 FACH FPACH可赋形发射 智能天线 其他技术 同步 联合检测 常用智能天线类型 内部结构 定向天线 全向天线 外观形状 物理参数 智能天线 其他技术 同步 联合检测 智能天线上行合成原理 无波束合成S t Aej ejk 波束合成对每个天线阵元信号相位加权 对第k根阵元加权相位e jk S t K Aej 智能天线上行接收可做到幅度和相位的合成加权 因此具有上行合成增益分集接收仅进行功率合成 只具有分集增益 智能天线 其他技术 同步 联合检测 智能天线下行赋形原理 假设第m个阵元的权因子 类似正弦波叠加 选择不同的 0 将改变波束的所对的角度 所以可以通过改变权值来选择合适的方向 智能天线 其他技术 同步 联合检测 智能天线波束赋形算法 波束扫描法 GOB 将整个空间分为L个区域 并为每个区域设置一个初始角度 以各个区域的初始角度的方向向量为加权系数 计算接收信号功率 然后找到最大功率对应的区域 再将该区域的初始角度当作估计的到达角 特征值分解法 EBB 对于整个波束空间 找到使接收信号功率最大的赋形权矢量 这通过对用户空间相关矩阵进行特征分解 找到最大特征值对应的特征向量即为权矢量 目前主要采用EBB算法 智能天线 其他技术 同步 联合检测 智能天线的校准 为了使智能天线能准确地接收和发射信号 必须要保证各阵元的射频馈电缆和射频收发信机之间基本没有区别 这需要对每条发射及接收链路进行相位及幅度补偿 即射频校准 智能天线 其他技术 同步 联合检测 智能天线 链路性能增益 8用户 满码道 的性能 不使用智能天线技术 误块率只能降到0 05左右 不能满足QOS要求 采用智能天线技术后 误块率能够降到10 3量级 性能得到明显改善 上行链路多天线接收产生链路性能增益下行链路波束赋形产生链路性能增益 约6dB 智能天线 其他技术 同步 联合检测 智能天线 系统容量增强 上行容量增强 下行容量增强 不采用智能天线技术后 城区环境下系统上下行容量下降到30 以下 智能天线 其他技术 同步 联合检测 智能天线优劣势分析 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在没有激活状态的移动终端的地区内 干扰并没有得到减少 智能天线的优势 提高了基站接收机的灵敏度提高了基站发射机的等效发射功率 改进了小区的覆盖降低了小区间的干扰增加了CDMA系统的容量 智能天线的局限性 仅适用于上下行对称信道对移动速度敏感 赋形周期 所引入的工程问题 智能天线 其他技术 同步 联合检测 智能天线和联合检测的结合 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 最高120km h联合检测 利用训练序列作信道估值 同时抵消多码道间干扰 但存在多码道时处理复杂和无法完全解决多址干扰问题结合使用SA和JD 可以获得理想的效果 智能天线 其他技术 同步 联合检测 动态信道分配 DCA 7个时隙减少了在TD SCDMA载频中的每个时隙上同时激活的用户数每个载频的多个时隙允许动态地将最小干扰的时隙分配给激活的用户 时域动态信道分配 TDMA 空域动态信道分配 SDMA 5MHz的带宽可以包含3个1 6MHz的TD SCDMA载波 可以允许频域的动态信道分配平均每个载波上的干扰 提高资源利用的效率 3种动态信道分配方法可以减少干扰 提高频谱效率 频域动态信道分配 FDMA 对用户信号进行空间滤波 使同样的时频资源可以在不同的方向上重用通过使用智能天线 可以基于每一个用户实现方向性解耦 智能天线 其他技术 同步 联合检测 接力切换 结合智能天线和上行同步技术 对UE进行定位 并估计UE将要切换的目标小区UE预先取得目标小区的定时提前信息UE先将上行链路切换到目标小区基站 1个TTI之后再将下行链路也切换到目标小区 接力切换的过程 优点 不需要多个小区同时为UE服务 切换时间短 减少了UE NodeB和RNC之间的信令交互 接力切换 TD切换测量量为邻区P CCPCHRSCP 信号强度 W切换测量量为CPICH的Ec Io 智能天线 其他技术 同步 联合检测 三种切换技术比较 硬切换 基站A 基站B 接力切换 硬切换在切换执行后才重新和目前基站建立预同步硬切换相对接力切换而言 切换时间更长 更易掉话 软切换 长期保持 基站A 基站B 软切换有宏分集增益软切换比较占用传输资源 接力切换之前就可以预先取得和目标基站的同步接力切换不会带来分集增益 智能天线 其他技术 同步 联合检测 提纲 TD SCDMA系统概述TD SCDMA关键技术原理TD物理层帧结构智能天线联合检测同步技术DCA和接力切换TD SCDMA改进型技术介绍TD系统中存在的问题N频点组网多小区联合检测UpPTSShiftingHSDPATD SCDMA后续技术演进 TD SCDMA可能存在的问题 高速移动性问题 覆盖问题 NodeB间干扰问题 广播信道干扰问题 部分问题已找到解决的方法 TD SCDMA的高移动性问题 信道衰落 信道衰落为瑞利分布 信道衰落相干时间随车速增加而减小 信道幅度衰落变化加剧 TD SCDMA Midamble信道估计不能跟踪数据位置信道衰落 高速移动会影响信道估计的性能和智能天线算法的性能 以及上下行信道对称性的利用 TD SCDMA的覆盖问题 决定最大覆盖半径的因素之一 NodeB间干扰问题 TS01 TS02 TS11 TS21 TS31 TS41 TS51 TS61 TS12 TS22 TS42 TS52 TS62 Downlink Uplink Downlink Uplink 400 s 120km TS32 干扰信号帧 到达被干扰NodeB信号帧 随机接入的UpPTS TS03 TS13 TS23 TS43 TS53 TS63 Downlink Uplink TS33 被干扰NodeB信号帧 被干扰的上行时隙 例如 当间距为120Km时 传输时延为400 s 当NodeB间的传输时延超过75 s 但存在视距传输条件时 存在以上干扰 解决方法 UpPTSShifting 广播信道干扰问题 广播信道采用全向发射 没有赋形发射 小区间抗干扰能力弱导致广播信道检测不可靠 初始接入的成功率降低等问题 目前的解决方法 TS0频率复用 N频点方案多小区联合检测目前采用以上两种方式的结合 TS1 N频点小区 N频点小区定义每扇区包含多个载频 这多个载频为一个逻辑小区 其中一个设置为主载频 其余为辅载频N频点小区特性所有公共信道均配置于主载频 辅载频仅配置业务信道主载频和辅助载频使用相同的扰码和基本midamble主载频和辅载频的上下行转换点配置一致 TS0 TS1 TS6 TS5 TS4 TS3 TS2 DwPTS SYNC DL GP UpPTS SYNC UL 空 TS6 TS5 TS4 TS3 TS2 空 空 主载频 辅载频 TS1 空 TS6 TS5 TS4 TS3 TS2 空 空 辅载频 N频点小区组网 在业务信道同频组网的情况下 P CCPCH类似于异频组网 可降低系统间干扰 增加系统容量P CCPCH可以共用多个频点的总功率 从而扩大覆盖范围提高下行导频码复用距离 简化码规划提高资源使用效率和数据吞吐量 多小区联合检测 由于智能天线波束具有一定的宽度 特别是当多个用户集中于一点时 智能天线不能较好的消除邻区间的干扰同频组网时 邻区间的干扰较大 而单小区联合检测无法消除邻区用户间的干扰多小区联合检测是同小区联合检测的扩展 在多小区联合检测里 邻小区的同频干扰信号也被当成本小区的信号 一起作联合检测 来获得对邻小区同频干扰的压缩增益 多小区联合检测实现 多小区联合信道估计 基于Midamble 通过信道估计 判断邻小区有的活动用户多小区联合估计 data域 对本小区用户及相邻小区的强干扰用户进行多小区联合估计 受限于基带处理能力 目前TD所能支持的邻区数量和邻区用户数还较少 TD HSDPA TD HSDPA信道配置原则 HS DSCH总是伴随一个下行的DPCH和一个或多个HS SCCH信道HS SCCH总是和一个HS SICH相伴随HS PDSCH信道不携带任何L1控制命令 TFCI SS TPC HS SC