TD-SCDMA基本原理及关键技术(附HSDPA)PPT课件.ppt

TD SCDMA技术原理 目录 1 TD SCDMA发展概述 2 TD SCDMA基本原理及关键技术 3 TD SCDMA网络结构和网络接口 4 TD SCDMA空中接口物理层结构 信道配置 5 HSDPA HSUPA基本原理和关键技术 6 23G互操作原理及关键参数 第三代 IMT 2000 UMTS WCDMA CDMA 2000 需求驱动 宽 带 业 务 TD SCDMA 移动通信技术发展 第三代移动通信标准化格局 ITU 3G三种主要技术的比较 什么是TD SCDMA FDMA TDMA和CDMA的最优结合 1 6MHz 最多可达16个码道 每个用户通过临时分配到的CDMA码来被识别 时隙 下行 下行 下行 上行 time energy frequency TD SCDMA标准发展历程 1998年6月30日TD SCDMA提交到ITU 1999年12月TD SCDMA开始与UTRATDD在3GPP融合 2001年3月TD SCDMA写入3GPPR4系列规范 2002年10月中国为TDD分配155MHz频率 1999年11月TD SCDMA写入ITU RM 1457 2000年5月被WARC正式采纳 1999200020012002 全球3G频谱分配 ITU 欧洲 日本 美国TDD 中国 A f B a C e 1 TD SCDMA发展概述 2 TD SCDMA基本原理及关键技术 3 TD SCDMA网络结构和网络接口 4 TD SCDMA空中接口物理层结构 信道配置 5 HSDPA HSUPA基本原理和关键技术 6 23G互操作原理及关键参数 主要内容简介 TD SCDMA基本原理网络拓扑空中接口信道编码扩频与调制 网络拓扑 网络拓扑 RNS RadioNetworkSubsystem 一个RNC和其管辖下的所有NodeB的总称 SRNC ServingRNC 服务RNC 同CN相连的RNS叫SRNS 即服务RNS 这个RNS中的RNC就叫做SRNC SRNC负责启动 终止用户数据的传送 控制和核心网的Iu连接以及通过无线接口协议和UE进行信令交互 SRNC执行基本的无线资源管理操作 比如将RAB参数转化成Uu接口的信道参数 切换判决和外环功控等 网络拓扑 DRNC DriftRNC 漂移RNC 是指从SRNC以外的其他RNC 控制UE使用的小区资源 可以进行宏分集合并 分裂 和SRNC不同的是 DRNC不对用户平面的数据进行数据链路层的处理 而在Iub和Iur接口间进行透明的数据传输 CRNC ControlRNC 控制RNC SRNC和DRNC都是该UE的CRNC 网络拓扑 网络拓扑 控制平面 包含应用层协议 如 RANAP RASAP NBAP和传输层应用协议的信令承载 用户平面 包括数据流和相应的承载 每个数据流的特征都由一个和多个接口的帧协议来描述 传输网络层控制平面 为传输层内的所有控制信令服务 不包含任何无线网络层信息 它包括为用户平面建立传输承载 数据承载 的ALCAP协议 以及ALCAP需要的信令承载 传输网络层用户平面 用户平面的数据承载和控制平面的信令承载都属于传输网络层的用户平面 主要内容简介 TD SCDMA基本原理网络结构空中接口信道编码与复用扩频与调制 TD空中接口时隙帧结构 TD系统独特的帧结构 TD SCDMA帧结构每帧有两个上 下行转换点三个特殊时隙DwPTS GP UpPTS七个常规时隙TS0永为下行时隙TS1永为上行时隙TS2 TS6可根据根据用户需要进行灵活UL DL配置 SystemFrameNumber 5ms TS5 TS4 TS0 TS2 TS1 GP TS3 TS6 DwPTS UpPTS Data Midamble Data 675us GP L1 144chips Sub frame Radioframe10ms Timeslot TD常规时隙配置 3上3下适合CS业务 2上4下适合CS PS业务 1上5下适合PS业务 提供少量CS业务 D D D U U U TS0永为下行时隙 用作公共控制信道传输 TS1永为上行时隙 第一个时隙转换点在TS0和TS1之间 TS1到TS6之间有5个点 均可以作为第二个时隙转换点 实际应用中 由于下行数据量大于上行 因此采用3 3 2 4 1 5 D D D 特殊时隙 DwPTS下行导频时隙 用于下行同步 32个不同的SYNC DL码 严格定义了不同的码组 为全向或整个扇区发射 不进行波束赋形 下行导频时隙由96Chips组成 32用于保护 64用于导频序列 时长75us 特殊时隙 UpPTS上行导频时隙 用于建立上行初始同步和随机接入 256种不同的SYNC UL码 分为32个码组 每组8个 32个码组对应32个SYNC DL码 即每一基站对应8个确定的SYNC UL码 上行导频时隙由160Chips 其中128用于SYNC UL 32用于保护 特殊时隙 GP保护时隙 GP时隙由96Chips组成 时长75us 用于上下时隙转换点的隔离保护 GP 96chips 75 s 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 Dmax t c 光速 96 2 1 28 106 c 11 25km 常规时隙 普通时隙突发 Burst 结构 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 每个常规时隙由864Chips组成 时长675us 帧结构 训练序列 Midamble 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 基本训练序列和扰码一一对应 训练序列的作用 上下行信道估计 功率测量 上行同步保持 长144Chips 由长度为128的基本训练序列生成 基本训练序列共128个 帧结构 物理层信令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 用于指示传输信道组合 一个信道就是载波 时隙 扩频码的组合 也叫一个资源单位 ResourceUnit 一个16位扩频码划分的信道是最基本的资源单位 即BRU 下行信道固定SF 1 16上行依据业务不同 SF可取1 2 4 8 16 TD信道单元 基本资源单元BRU RUSF16 不同承载类型的无线资源分配 主要内容简介 TD SCDMA基本原理网络结构空中接口信道编码扩频与调制TD SCDMA关键技术TD SCDMA现网设备HSDPA简介及HSPAMX技术 TD数据简要发送过程 数据 编码交织 扩频 加扰 调制 射频发送 射频接收 解调 解扰 解扩 解码解交织 数据 信道编码目的 编码目的 在原数据流中加入冗余信息 使接收机能够检测和纠正由于传输媒介带来的信号误差 同时提高数据传输速率 无纠错编码 BER 10 1 10 2 不能满足通信需要 卷积编码 BER 10 3 满足语音通信需要 Turbo码 BER 10 6 满足数据通信需要 信道编码和交织技术的使用 床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国 床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国 床春白红床春白红前眠发豆前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国 床春白红 前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国 床 前明明月月光光春 眠不不觉觉晓晓白 发三三千千丈丈红 豆生生南南国国 编码 交织 去交织 解码 突发错误 弱化数据关系 数据冗余 主要内容简介 TD SCDMA基本原理网络结构空中接口信道编码扩频与调制TD SCDMA关键技术TD SCDMA现网设备HSDPA简介及HSPAMX技术 扩频技术原理 1 扩频通信 将信号的频谱展宽后进行传输的技术 扩频实质上就是用于高于比特速率的数字序列与信道数据相乘 相乘的结果扩展了信号的宽度 将比特速率的数据流转换成具有码片速率的数据流 扩频技术原理 2 扩频过程 数据比特 扩频后码片 OVSF码 扰码 符号速率 SF 1 28Mcps TD SCDMA中 上行信道码的SF为 1 2 4 8 16 下行信道码的SF为 1 16 OVSF码与扰码 TD SCDMA系统使用的信道化码是正交可变扩频因子码 OVSF 使用OVSF技术可以改变扩频因子 并保证不同长度的不同扩频码之间的正交性 扰码是用一个数字序列与扩频处理后的数据相乘 与扩频不同的是 扰码用的数字序列与扩频后的信号序列具有相同的码片速率 所作的乘法运算是一种逐码片相乘的运算 扰码的目的是为了标识数据的小区属性 将不同的小区区分开来 扰码是在扩频之后使用的 因此它不会改变信号的带宽 而只是将来自不同信源的信号区分开来 主要内容简介 TD SCDMA基本原理TD SCDMA关键技术TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配技术接力切换技术TD SCDMA现网设备HSDPA简介及HSPAMX技术 TDD技术 对于数字移动通信而言 双向通信可以以频率或时间分开 前者称为FDD 频分双工 后者称为TDD 时分双工 对于TDD 上下行用相同的频带 在一个频带内上下行占用的时间可根据需要进行调节 并且一般将上下行占用的时间按固定的间隔分为若干个时间段 称之为时隙 TDD技术的优点 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 主要内容简介 TD SCDMA关键技术TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配技术接力切换技术 空分多址大大增加系统容量 智能天线基本原理 智能天线是一个天线阵列 它由多个天线单元组成 不同天线单元对信号施以不同的权值 然后相加 产生一个输出信号 原理 使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励 利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图 智能天线对TD系统性能改进 普通天线 智能天线 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降低了系统的干扰降低了系统的误码率增加了CDMA系统的容量改进了小区的覆盖 主要内容简介 TD SCDMA基本原理TD SCDMA关键技术TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配技术接力切换技术TD SCDMA现网设备HSDPA简介及HSPAMX技术 联合检测技术 CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的 接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来 信号分离的方法大致可以分为单用户检测和多用户检测技术两种 联合检测技术是多用户检测 Multi userDetection 技术的一种 CDMA系统中的干扰 CDMA系统中的主要干扰是同频干扰 它可以分为两部分 一种是小区内部干扰 IntracellInterference 指的是同小区内部其他用户信号造成的干扰 又称多址干扰 MultipleAccessInterference MAI 另一种是小区间干扰 IntercellInterference 指的是其他同频小区信号造成的干扰 这部分干扰可以通过合理的小区配置来减小其影响 联合检测技术 联合检测检测是利用MAI中包含的许多先验信息 如确知的用户信道码 各用户的信道估计等等将所有用户信号统一分离的方法 联合检测作用降低干扰 MAI ISI 提高系统容量降低功控要求 主要内容简介 TD SCDMA关键技术TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配技术接力切换技术 动态信道分配的分类 确定小区上下行时隙转换点 触发小区重配 慢速DCA 根据小区业务情况 确定上下行时隙转换点 对小区上下行负荷进行统计分析 获取小区平均负荷信息 慢速DCA Midamble码分配 信道码分配 时隙分配 物理层参数的确定 根据业务需求确定基本资源单元 将旧配置进行备份和回收 新业务 业务增加 删除 修改 时隙格式确定 记录物理资源 结束流程 快速DCA 信道分配 快速DCA 时隙排序 用户1 用户2 用户3 用户4 用户4 用户3 用户2 用户1 动态信道调整 码资源调整 8个用户 4个用户 1个用户 动态调整前时隙间存在严重的负荷不均现象 5个用户 4个用户 4个用户 经过动态信道调整使不同时隙间的用户达到了均衡 结论 经过动态信道调整 减少了码道资源碎片 动态信道调整 负荷控制 主要内容简介 TD SCDMA关键技术TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配技术接力切换技术 接力切换概念 接力切换 BatonHandover 是TD移动通信系统的核心技术之一设计思想 利用智能天线获取UE的位置距离信息 同时使用上行预同步技术 使用上行预同步的技术 提前获取切换后的上行信道发送时间 功率信息 从而达到减少切换时间 提高切换的成功率 降低切换掉话率的目的 NodeB A NodeB B UE收到切换命令前的场景 上下行均与源小区连接 UE收到切换命令后执行接力切换的场景 利用开环预计同步和功率控制 首先只将上行链转移到目标小区 而下行链路仍与源小区通信 UE执行接力切换完毕后的场景 经过N个TTI后 下行链路转移到目标小区 完成接力切换 NodeB A NodeB B 接力切换过程 三种切换方式的对比 1 TD SCDMA发展概述 2 TD SCDMA基本原理及关键技术 3 TD SCDMA网络结构和网络接口 4 TD SCDMA空中接口物理层结构 信道配置 5 HSDPA HSUPA基本原理和关键技术 6 23G互操作原理及关键参数 TD网络结构及接口 TDRNC硬件系统介绍 逻辑单元结构 RNC硬件系统介绍 实物 NODEB硬件系统介绍 基带池ZXTRB328简介 NODEB硬件系统介绍 远端射频单元ZXTRR04简介 主要内容简介 1 TD SCDMA发展概述 2 TD SCDMA基本原理及关键技术 3 TD SCDMA网络结构和网络接口 4 TD SCDMA空中接口物理层结构 信道配置 5 HSDPA HSUPA基本原理和关键技术 6 23G互操作原理及关键参数 目录 TDHSDPA HSUPA系统原理TDHSDPA HSUPA关键技术 66 高效的系统架构 67 HSDPA的平滑演进 HS DSCHFP HS DSCHFP MAC hs PHY 新增3个物理信道 RNC和NodeB 增加HS DSCHFP协议处理 影响Iub Iur口 NodeB 新增MAC hs子层 负责AMC HARQ等功能 NodeB 物理层新增3个物理信道HS PDSCH HS SCCH HS SICH UE 增加MAC hs 增加相关物理信道和处理功能 增加调制处理方式 MAC 增加MAC hs PHY 新增处理功能 UE UTRAN 68 HSDPA信道 69 HS DSCH的物理信道 70 HS SCCH HS SICH承载信息介绍 71 新增物理信道时序 72 伴随DPCH 下行伴随DPCH1 承载高层信令 功控命令字 2 用于上行伴随DPCH同步 3 支持信道复用 上行伴随DPCH1 承载高层信令 功控命令字和PS数据 2 根据信令流量需求配置伴随DPCH 3 伴随DPCH可根据需要进行重配 4 支持信道复用 73 MAC hs帧结构 74 码道配置举例 目录 TDHSDPA HSUPA系统原理TDHSDPA HSUPA关键技术 76 概述 多载波捆绑技术 引入16QAM高阶调制 提供更高的调制效率 AMC可使数据传输很好的适应无线信道的变化 HARQ可以根据无线链路的状况快速调整信道速率 实现数据的纠错和重传 快速调度可以使无线资源在多用户间实现共享 共享信道技术使得接入用户不受码资源数量限制 在N频点技术基础上实现多载波的捆绑 提高系统最高接入速率 77 AMC介绍 调制方式编码方式码道数目传输块大小 CQI 无线信道自适应动态数据速率调整 78 AMC介绍 调制方式自适应 16QAM或QPSK 编码效率自适应 高或低编码效率 码道数目自适应 码道增加或减少 充分利用信道条件有效发送用户数据 高或低的数据速率 79 调制方式与传输块的选择 80 内 外环控制 81 CQI反馈 82 BLER介绍 初始BLER初始BLER越大 时延较大 过大过小的BLER 使吞吐量降低 不同业务配置不同的初始BLER 初始BLER的选择是吞吐量与时延的平衡 残余BLER不同业务需要配置不同的残余BLER 确保时延要求前提下 最大化传输速率 选择合适的最大重传次数和初始BLER是控制残余BLER的方法 83 残余BLER与最大重传次数的关系 84 HARQ介绍 前向纠错FEC和重传ARQ相结合的技术 HARQ与AMC配合使用 为HSDPA提供动态速率调整 85 确认数据包A 确认数据包A 错误数据包A 数据包A 数据包A 错误数据包A 数据包A 数据包A冗余信息 数据包A冗余信息 传统方式 重传控制机制位于RNC R4阶段 HARQ方式II 重传控制机制位于NodeB HSDPA阶段 数据包A 丢弃 保留 完全重传 仅重传冗余信息 软合并 要求重传 要求重传 数据包B 数据包B 发送 发送 接收 接收 效率低时延长 效率高时延短 高效 低时延 86 多进程管理 87 CC和IR算法 88 星座重整算法 89 快速分组调度介绍 基本调度算法公平调度 RR 最大C I调度 MaxC I 比例公平调度 PF 90 调度算法考虑的因素 综合优先级计算 公平性 调度优先级 QoS 其他因素 重传 空口质量 优先级排序 最优资源组合分配 调度用户选择 91 调度算法考虑的因素 公平性 公平资源每个用户获得同等的调度频度 每个用户获得同等的码道资源 公平吞吐量每个用户获得同等的吞吐量 92 调度算法考虑的因素 空口质量 不同UE 无线信道质量不同 多UE调度 可产生多用户分集增益 选择信道质量好的UE调度 可提高系统容量 93 调度算法考虑的因素 QoS 最低保证速率 GBR 统计数据速率 以最低保证速率GBR为目标 优先调度队列 最大时延 DT 统计数据延时 以不超过最大时延DT为目标 优先调度队列 94 调度算法考虑的因素 调度优先级 调度优先级指示SPIRNC根据业务类型 保留优先级 业务处理优先级 为每个用户的每个队列生成调度优先级指示 SPI较高的用户队列 将得到优先调度 TrafficClass ARP THP SPI 95 调度算法考虑的因素 重传 立即重传策略重传队列将立即得到优先调度 优点 时延小 UE资源利用率高 延时重传策略重传队列在一定延时后得到调度 优点 顺应深衰落无线环境 合理利用空口资源 混合重传策略结合上述两种策略 第二 三次重传 第一次发送和第一次重传 t 96 调度算法考虑的因素 其他因素 UE能力载波接入能力 时隙接入能力 MAC hs缓冲区大小 DOA信息利用UE的DOA测量信息 选择合适的用户调度 减少用户间干扰 缓冲区数据量根据用户的MAC hs缓冲队列是否接近门限 采用不同的调度措施 业务类型不同业务 配置不同的算法参数 97 多载波捆绑系统架构 98 多载波捆绑实现 MAC hs调度和流控功能独立于载波 每载波独立进行HARQ AMC及物理层传输 UE侧完成多个载波传输包的重排序 并上报高层 每载波至少配置一对HS SCCH HS SICH 控制该载波的共享资源 UE的伴随DPCH可以配置在其支持的任意一个载波上 N频点业务 多载波HSDPA业务 6 23G互操作原理及关键参数 如果系统间小区变更是由终端决定的 则称为重选主要场景 空闲态 PS连接状态 2G 3G UE根据网络侧下发参数进行异系统小区测量 自行判决并执行是否进行异系统小区变更 如果系统间小区变更是由网络决定的 则称为切换主要场景 UE电话过程中 PS连接状态 3G 2G UE根据网络侧下发参数进行异系统小区测量 将测量结果上报给网络后 网络判决是否进行异系统小区变更网络判决后指示终端执行 重选 重选与切换均由系统下发参数指导终端测量进行 区别在于最后决定权是终端还是网络 2 3G互操作的重要概念 重选与切换 覆盖触发的互操作弥补TD覆盖不足的重要手段可通过重选 切换参数设置实现主要应用于TD覆盖不完善期或将来GSM退网期 改进方案重点考虑基于覆盖的互操作 业务类型触发的互操作实现两网重点承载不同类型业务的重要手段可通过连接状态 起呼 通话时 的切换方式实现 无法在空闲模式的重选实现 负荷分担触发的互操作平衡两网话务的重要手段主要通过连接状态的切换实现 负荷分担主要方式 在空闲状态可考虑通过调整小区重选参数设置 使两网驻留用户相对均衡 互操作触发类型 3G 2