TD-SCDMA基本原理和关键技术

TD SCDMA基本原理和关键技术滁州分公司何金海 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA关键技术 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA概念解释网络结构工作频段关键指标TD SCDMA关键技术 TD SCDMA概念解释 TD SCDMA TimeDivision SynchronizationCodeDivisionMultipleAccess 时分 同步码分多址 TD TDD TimeDivisionDuplex 时分双工 S Synchronization 同步 CDMA CodeDivisionMultipleAccess 码分多址 TD SCDMA概念解释 时分双工 TDD 以不同时隙区分上行和下行优点在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时隙 频谱效率高上行和下行使用相同频率载频 便于引入智能天线 联合检测等新技术缺点实现较复杂 需要GPS同步和CDMA技术一起使用时 上下行之间的干扰控制难度较大 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA概念解释网络结构工作频段关键指标TD SCDMA关键技术 TD SCDMA网络结构 TD SCDMA网络主要包括核心网和无线接入网两部分 TD SCDMA网络结构 TD SCDMA网络结构 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA概念解释网络结构工作频段关键指标TD SCDMA关键技术 TD SCDMA工作频段 TDDTDDTDD188019202010202523002400 TD SCDMA工作频段 单频点带宽1 6MHz A频段B频段C频段 TD SCDMA工作频段 TD SCDMA频率资源划分 TS5 TS4 TS0 TS2 TS1 TS3 TS6 1个固定下行时隙6个灵活配置时隙 2010TDD2025 9个载波 频点 15MHz带宽 频分时分码分 16个码道 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA概念解释网络结构工作频段关键指标TD SCDMA关键技术 TD SCDMA关键指标 TD SCDMA与其他两个标准主要技术指标对比 TD SCDMA关键指标 在10M频带下 等效TD SCDMA6载频 WCDMA的工程优化值为60个用户左右 TD SCDMA验证已达108个 还有进一步提升的余地 业务容量指标对比 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA关键技术CDMA扩频通信技术TDD时分双工技术智能天线技术上行同步技术接力切换技术联合检测技术 CDMA扩频通信 多址技术 区分不同用户 频分多址时分多址码分多址 CDMA扩频通信 信源 信源编码 信道编码 加扰 噪声 数字调制 扩频 脉冲成型滤波 D A转换 信宿 信源解码 信道解码 解扰 数字解调 解扩 脉冲成型滤波 A D转换 空中信道 Chip码片 Bit比特 Symbol符号 系统结构 CDMA扩频通信 1 1 1 1 1 1 1 1 码 序列 的相关性 1 1 1 1 1 1 1 1 相关 相关性100 不相关 相关性0 编码1 编码1 编码2 编码3 编码4 CDMA扩频通信 CDMA实现原理 扩频 UE1 1 1UE2 1 1c1 1 1 1 1 1 1 1 1c2 1 1 1 1 1 1 1 1UE1 c1 1 1 1 1 1 1 1 1UE2 c2 1 1 1 1 1 1 1 1UE1 c1 UE2 c20 20 20 20 2 CDMA扩频通信 CDMA实现原理 解扩 UE1 c1 UE2 c20 20 20 20 2UE1使用c1解扩 c1 1 1 1 1 1 1 1 1解扩结果0 20 20 20 2求和硬判决 4 表示 1 4 表示 1 UE2使用c2解扩 c2 1 1 1 1 1 1 1 1解扩结果0 20 20 20 2求和硬判决 4 表示 1 4 表示 1 CDMA扩频通信 CDMA实现原理 数学解释 空中发送数据 UE1 c1 UE2 c2用户1接收数据解扩 UE1 c1 UE2 c2 c1 UE1 c1 c1 UE2 c2 c1由于c1 c1 1 相关 c2 c1 0 不相关 因此上式 UE1 CDMA扩频通信 1 Bit经过信源编码的含有信息的数据称为 比特 2 Symbol经过信道编码 交织后和数字调制后的复值数据称为 符号 3 Chip用于和符号相乘的一比特码信号称为 码片 4 SpreadingFactor每个数据符号内的码片数称为 扩频因子 常用术语 TD SCDMA系统中的扩频码和扰码 在TD SCDMA系统中使用Walsh码做为扩频码 在系统同步时 码之间完全正交 正交的目的是减少用户之间的干扰 在TD SCDMA系统中 定义了SF 1 2 4 8 16共五种 其中 上行用到SF 1 2 4 8 16五种 下行用到SF 1和16两种 TD SCDMA系统中的扩频码和扰码 在TD SCDMA系统中 扩频码的作用是用来区分同一时隙中的不同用户 TD SCDMA系统中的扩频码和扰码 在TD SCDMA中 扰码长度固定为16bit 共有128个扰码序列 采用扰码来标识小区属性 CDMA扩频通信特点 抗干扰能力强 频率复用度高 频谱利用率大大提高保密性强 扩频后信号近似白噪声占用带宽较大 对功放要求高 耗电较高 自干扰系统 系统内用户相互干扰 干扰受限系统 需借助数字信号处理技术实现 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA关键技术CDMA扩频通信TDD时分双工技术智能天线技术上行同步接力切换技术联合检测技术 频分双工 FDD 上行频段和下行频段分开 TDD时分双工技术 时分双工 TDD 上行频段和下行频段一样 优点无需成对的频率无需双工器 简单的射频前端有利于非对称业务传输便于实现智能天线 缺点峰均比高传输距离受到时隙限制终端移动速度受限 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 TD SCDMA系统独特的帧结构 Sub frame Radioframe10ms Timeslot TD SCDMA常规时隙配置 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 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 特殊时隙 DwPTS下行导频时隙 用于下行同步和小区初搜 32个不同的SYNC DL码 小区搜索时用于区分不同的基站 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 普通时隙数据区 数据区对称的分布于Midamble码的两端 每个区域长度为352码片 所能承载的数据符号 Symbol 数取决于所用的扩频因子 每一数据区所容纳的数据符号数S与扩频因子SF的关系为 S SF 352 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 一个信道就是载频 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 SCDMA系统中的资源单元 基本资源单元BRU RUSF16 RU速率计算 如果扩频因子为SF 16 采用QPSK调制方式 则每码道承载的毛速率 即BRU毛速率 为17 6kbit s 计算公式如下 附 数字调制 QPSK数字调制就是把2个连续的二进制比特映射成一个复数值的数据符号 映射关系见下图 不同RU速率 考虑到实际中存在冗余 BRU纯速率 17 6 2 8 8kbit s 不同承载类型的无线资源分配 不同承载类型的无线资源分配 物理信道配置 不同承载类型的无线资源分配 AMR12 2k 对于AMR12 2k语音用户 上行占一个扩频因子等于8的码道 下行占两个扩频因子等于16的码道 不同承载类型的无线资源分配 PS或CS64K数据业务 对于64k数据业务的用户 上行占一个扩频因子等于2的码道 下行占八个扩频因子等于16的码道 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA关键技术CDMA扩频通信TDD时分双工技术智能天线技术上行同步接力切换技术联合检测技术 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 智能天线技术 基本原理 智能天线技术 基本原理 在没有智能天线时 系统会遇到什么问题呢 全向天线所发射的无线信号功率分布于整个小区 各用户间存在较大干扰 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 智能天线技术 基本原理 有智能天线时 系统又是什么情况呢 发射功率指向特定的激活用户 并随着用户的移动而动态的调整发射方向 用户间干扰得到有效抑制 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 智能天线系统的组成 智能天线的功能是由天线阵及与其相连接的基带数字信号处理部分共同完成的 天线的方向图由基带处理器控制 可同时产生多个波束 按照通信用户的分布 在360 圆阵 或120 线阵 的范围内任意赋形 智能天线阵列 TD SCDMA智能天线的波束赋形算法 1 GOB算法 GridofBeam 固定波束赋形 将波束空间均匀地划分成L个区域 每个区域的到达角预先定义为然后根据理想GOB赋形算法预先给定每个波束区域的权值 再计算每个区域的接收信号功率根据最大信号功率准则 我们找出所对应的权值 TD SCDMA智能天线的波束赋形算法 2 EBB算法最大功率特征分解赋形 EigenvalueBeamformingbasedonMaximumPower 算法的计算准则如下 通过对空间相关矩阵进行特征分解 找到最大特征值所对应的特征向量 即为所求的权值 EBB算法的方向图没有固定的方向 随着信号及干扰而变化 TD SCDMA智能天线的波束赋形算法 3 GOB算法和EBB算法的对比GOB方法在存在有直视路径时可以有很好的到达方向角估计 从而产生性能好的赋形系数 适合郊区环境 在城区环境中 由于很多情况下基本不存在直视路径 因此GOB方式就不能完全保证赋形准确度 EBB估计方法由于有效的利用了信道环境中的多径信息 从而能够有效地避免因为信道衰落引起的性能的下降 可以保证较高的赋形精度 因此更适合城区环境 相对于GOB算法而言 EBB算法由于该算法需要计算矩阵的特征值并求其对应的特征向量 因此计算量较大 目前各厂家均支持两种算法 TD SCDMA系统更适合采用智能天线 TDD的工作模式 便于权值的应用 上行波束赋形矩阵可直接使用于下行 子帧时间较短 5ms 便于智能天线支持高速移动 单时隙用户有限 目前最多8个 便于实时自适应权值的生成 两种赋形波束针对小区覆盖的广播波束针对用户终端的业务波束BCH DwPTS使用广播波束 覆盖整个小区 在帧结构中使用专门时隙业务码道使用赋形波束 只覆盖个别用户 TD SCDMA智能天线在不同时隙的应用 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA关键技术CDMA扩频通信TDD时分双工技术智能天线技术上行同步接力切换技术联合检测技术 上行同步的概念 上行同步是TD SCDMA系统必选的关键技术之一 在CDMA移动通信系统中 下行链路总是同步的 所以一般说同步都是指上行同步 所谓上行同步是指在同一小区中 同一时隙的不同位置的用户发送的上行信号同时到达基站接收天线 即同一时隙不同用户的信号到达基站接收天线时保持同步 上行同步分类 开环同步 用于上行同步建立 UE初始接入 Handover 位置更新 闭环同步 用与上行同步保持 通话过程中 上行同步的意义 保证CDMA码道正交降低码道间干扰消除时隙间干扰提高CDMA容量简化硬件 降低成本 目录 TD SCDMA基本原理TD SCDMA关键技术CDMA扩频通信TDD时分双工技术智能天线技术上行同步接力切换技术联合检测技术 接力切换概念 接力切换 BatonHandover 是TD SCDMA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 接力切换使用上行预同步技术 在切换过程中 UE从源小区接收下行数据 向目标小区发送上行数据 即上下行通信链路先后转移到目标小区 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 首先只将上行链路转移到目标小区 而下行链路仍与源小区