TD-SCDMA网络知识

TD SCDMA网络知识 3G手机和现在使用的手机有什么不同 功能有哪些 3G手机完全是通信业和计算机工业相融合的产物 是智能3G网络的手机 和我们日常生活中的手机相比差别也较大 因此越来越多的人开始称呼这类新的移动通信产品为 个人通信终端 很多人认为3G手机就是智能手机 其实不然 智能手机一般是指带PDA功能的手机 不要把二者混淆了 即使是对通信业最外行的人也可从外形上轻易地判断出一台手机是否是 第三代 1 第三代手机都有一个超大的彩色显示屏 往往还是触摸式的 2 3G手机除了能完成高质量的日常通信外 还能进行多媒体通信 用户可以在3G手机的触摸显示屏上直接写字 绘图 并将其传送给另一台手机 而所需时间可能不到一秒 当然 也可以将这些信息传送给一台电脑 或从电脑中下载某些信息 用户可以用3G手机直接上网 查看电子邮件或浏览网页 将有不少型号的3G手机自带摄像头 这将使用户可以利用手机进行电脑会议 甚至使数字相机成为一种 多余 使用3G手机 用户可以处理图像 音乐 视频流等多种媒体形式 提供包括网页浏览 电话会议 电子商务等多种信息服务 支持视频通话 支持移动电视 视频点播 MP3下载 在线游戏 位置服务 无线上网 移动存储和视频会议等功能 为了提供这些服务 无线网络必须能够支持不同的数据传输速度 也就是说在室内 室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps 兆字节 每秒 384kbps 千字节 每秒 以及144kbps的传输速度大部分的3G手机都可以兼容现在我们正在使用的2G和2 5G的网络 大部分的3G手机都可以兼容现在我们正在使用的2G和2 5G的网络 提要 1 概述2 TD SCDMA网络技术特点3 TD SCDMA的信道4 系统组网结构5 移动用户随机接入过程6 TD SCDMAWCDMACDMA2000对比 一 概述 TD SCDMA TimeDivision SynchronousCDMA 是一个时分同步CDMA系统 该系统设计综合了SCDMA TDMA FDMA等多种多址方式 同时通过智能天线的应用 可以达到空分多址的目的 该系统采用时分双工 TDD 的工作方式 即上下行使用同一载频 利用不同的时隙进行用户信息的交互 采用的3G移动通信技术 主要体现在 智能天线 SmartAntenna 同步CDMA SynchronousCDMA 软件无线电 SoftwareRadio 信道的动态分配 接力切换技术 多用户检测等技术 工作频段 可使用的工作频段 1900MHz 1920MHz 2010MHz 2025MHz TDD扩展频段 1880 1900MHz 2300 2400MHz 根据ITU的规定 TD SCDMA使用2010MHz 2025MHz频率范围 信道号为 10050 10125 工作带宽 15MHz 共9个载波 每5MHz含3个载波 信道号 信道号和载波中心频率的对应关系 系统基本参数和特点1 系统基本参数和特点2 载波中心频率 2010 8MHz 2012 4MHz 2014 0MHz 2015 8MHz 2017 4MHz 2019 0MHz 2020 8MHz 2022 4MHz 2024 0MHz 信道带宽 1 6MHz 信道速率 1 28M s 扩频方式 直接扩频码分多址DS CDMA 扩频因子 1 16可变 上行SF可取1 2 4 8 16 下行仅取1 16 业务信息速率 最高2Mbit s 速率可变 无线帧长 10ms 每帧含2子帧 各5ms 时隙数 每子帧含10时隙 其中7个业务时隙 3个特殊时隙 系统基本参数和特点3 天线阵 8个圆柱形振子均匀排列 振子间距离 2 约7 5cm 调制解调方式 QPSK 功率控制 开环 闭环控制 控制速率200次 s 基站间需要同步 具有测距功能 测距精度29 1m 覆盖区半径 0 1 12km 最大覆盖半径 11 25km 按目前子帧设计 允许的用户移动速度可达250km h以上 TD SCDMA系统优点 TD SCDMA系统优点1 是目前商用通信系统中频谱利用率最高的通信系统之一 在同一时间 同一频段 同一空间多用户可同时工作 实际用户量大 每载波可允许48对用户同时工作 对称业务 2 在相同通信距离和误码率的情况下发射功率最低 3 较好的抗干扰性 特别是抑制码间干扰 4 覆盖范围大 5 良好的性能价格比 二 系统技术特点 3G的主要目标 3G是多无线接入技术 RAT 共存的移动通信系统 因此3G的主要目标是 1 完成全球漫游 2 适应多种环境 微微小区 微小区 宏小区等 同时达到地面和卫星移动相结合 3 提供多种业务 支持高速运动 4 具有较高的频谱利用率和较大的系统容量 5 在全球范围内系统设计必须保持高度的一致 主要体现无线接入的空中接口协议的兼容和统一 6 具有良好的经济性 3G系统技术特点 3G的主要技术要求为了达到第三代移动通信的目标 对无线传输提出的主要技术要求是 1 支持高速数据和多媒体业务 室内环境 数据业务速率至少达到2Mbit s 3km h 室内外步行环境至少满足384kbit s 30km h 室外车载移动环境至少满足144kbit s TDD120km h FDD500km h 2 传输速率能够按需分配 3 上下行链路能适应于传输不对称业务的需要 4 能向后兼容第二代移动通信系统 使第二代移动通信系统能平滑过渡 TD SCDMA主要技术和特点 为了达到第三代移动通信系统的目标和要求 TD SCDMA系统采用了以下技术 同步CDMA SynchronousCDMA 智能天线 SmartAntenna 软件无线电 SoftwareRadio 多用户检测 MUD Multi userDetection 包括联合检测 jointdetection 和干扰抵消 IC Turbo编译码等技术 TD SCDMA主要技术 同步CDMA 1 同步码分多址技术 SynchronousCDMA 所谓同步CDMA是指来自每个用户终端的上行信号在到达基站系统天线口时或解调器时是完全同步的 这样使用正交扩频码的各个码道在解扩时就可以完全正交 相互间不致产生多址干扰 大大提高了CDMA系统的实际容量 为实现同步CDMA 必须解决同步的检测 建立和保持等主要问题 这也是本系统的关键技术之一 TD SCDMA主要技术 同步CDMA 2 1 信道容量的三个要素 信道带宽 信号功率 单边带噪声功率谱密度 2 信噪比一定的情况下 扩大信道带宽可以获得较低的误码率 有一定限制 3 S N下降可以扩大信道带宽保证信道容量 有一定限制 4 信道容量一定时 信道误码率一定 扩大信道带宽可以获得较低的信号噪声比 在扩频系统中 正是利用信道容量一定时 扩大信道带宽可以获得较低的信噪比 换句话说在保证一定的误码率的情况下扩大信道带宽可以降低信号发射功率这一特征 TD SCDMA主要技术 同步CDMA 3 正交地址码所谓同步CDMA是指来自每个用户终端的上行信号在到达基站系统天线口时或解调器时是完全同步的 这样使用正交扩频码的各个码道在解扩时就可以完全正交 相互间不致产生多址干扰 大大提高了CDMA系统的实际容量 为实现同步CDMA 必须解决同步的检测 建立和保持等主要问题 这也是本系统的关键技术之一 在SCDMA系统中 一个小区使用的地址码采用的是正交地址码函数 所谓正交码是指任何两个不同的地址码函数相乘 并在给定的区间内积分 其值为0 即互相关值趋于0 因此避免了一般非同步码分系统中两个码序列相位差在一个子码宽度内的码间干扰 任意两码序列的互相关特性值不是理想的 1 M 而是大于0的一个值 TD SCDMA主要技术 同步CDMA 4 但是 由于个人移动通信系统的特点是终端位置的随机性 终端在通信进行过程中 由于用户位置的变化 电波在基站到和终端之间的传播时间也在不断变化 这就要求终端不断地调整其信号发射的时间点 来保证各个终端的信号到达基站的时间是同步的 特别是 在城市复杂环境情况下 由于多径传播的影响 同步的保持是提高系统性能的关键技术 测距功能 通过获得终端发射信号的同步偏差 可以计算出终端与基站之间的距离 本系统的距离测定精度为29 3m TD SCDMA主要技术 智能天线技术 1 智能天线 SmartAntenna 组成 智能天线阵是由8个圆柱形振子均匀排列 振子间距离 2 约7 5cm 组成的圆形天线阵或扇形天线阵 TD SCDMA主要技术 智能天线技术 2 智能天线 SmartAntenna 连接高增益全向天线 8 环状 TD SCDMA主要技术 智能天线技术 3 智能天线 SmartAntenna 优点 1 使用智能天线 能够以较低的代价换得天线覆盖范围 系统容量 业务质量 抗阻塞和抗掉话性能的提高 同时可以消除干扰 降低系统成本 2 使用智能天线 等效增大天线增益 提高系统接收灵敏度 最大可能达到10logNdB 其中N为天线阵中天线元的数目 10log8 9dB 增大天线的等效EIRP 最大增加20logNdB 例如N 8 理论上天线的等效EIRP可增加18dB 3 提供了解决多径传播干扰等问题的途径 同时通过多经分集接收 增加信号强度 TD SCDMA主要技术 智能天线技术 4 智能天线 SmartAntenna 优点 1 波束赋形使基站天线的信号接收和发射具有定向特性 可以大大减小多用户干扰 减小小区间干扰 2 DOA提供了用户终端的方位角信息 用以实现用户定位和终端跟踪 从而可以可以根据小区的业务 实现信道的动态分配 3 空分多址大大增加系统容量 4 天线阵系统要使用多只发射机 由于智能天线的贡献 可以用多只小功率放大器来代替大功率线性功率放大器 可以降低无线基站的成本 提高设备的可靠性 TD SCDMA主要技术 智能天线技术 5 智能天线 SmartAntenna 优点 1 通过智能天线获得的用户终端的位置信息 可以实现接力切换 避免软切换中占有的大量无线资源和频繁的切换 从而提高系统容量和效率 2 使用智能天线可以承受更大的功率衰减量 增加覆盖距离和范围 TD SCDMA主要技术 软件无线电技术 1 软件无线电 SoftwareRadio 定义软件无线电的原理是将宽带高速A D D A转换器尽可能地靠近天线处 从而以软件方式来代替硬件 实施信号处理 3G是一个多无线接入技术共存的系统 不可能有统一的网络技术标准和空中接口标准 而需要的是制定统一的网络接口标准和互通方案 软件无线电技术是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 TD SCDMA主要技术 软件无线电技术 2 软件无线电 SoftwareRadio 使用软件无线电的三个基本条件1 覆盖通信系统全部频段的宽带天线 2 宽带和高速 符合奎奈斯特定理 的A D D A变换器 3 数字信号处理技术 其核心是高速信号处理器DSP TD SCDMA主要技术 软件无线电技术 3 软件无线电 SoftwareRadio 实现的基本功能 1 智能天线的实现 空间特征矢量 包括DOA的获得和每射频通道的权重 的计算和天线波束赋形 2 基站收发信机的校准 3 射频信道的参数估计 4 同步的检测 建立和保持 5 用户终端D QPSK解调器中的载波恢复 频率校准和跟踪 6 每码道功率测量和发射功率的控制 7 接收通道的电平检测和接收增益控制 8 扩频调制和解调 扩频和扰码的产生 TD SCDMA主要技术 软件无线电技术 4 软件无线电 SoftwareRadio 软件无线电实现的基本功能 1 话音编译码 2 信道编 译码 复接和分接 3 发射脉冲成形和滤波 数字滤波器 4 SWAP信令物理层的处理及至链路层的接口 5 接收到的信令的差错检测 6 发射通道的数字预失真 7 DTMF MFC及各种信号音的产生和检测 TD SCDMA主要技术 多用户检测技术 在TD SCDMA系统中 基站和用户都是采用多用户联合检测技术来消除小区内多址干扰 MAI 和符号间干扰 ISI 1 联合检测 jointdetection 其基本思想是利用所有用户的相关先验信息 将所有用户的信号分离处来 2 干扰抵消 IC 其基本思想是判决反馈 即从总信号中解调和判决出部分用户数据 并构出这些数据的对应信号 再从总信号中减去重构信号 从而抵消了这些干扰信号的影响 这个过程经过多次反复 直到满足要求为止 TD SCDMA主要技术 Turbo编译码技术 Turbo编译码技术1 Turbo码在低信噪比条件下传输 表现出近Shannon的极限性能 即在保证一定的误码率和工作频率带宽的情况下 可以在较低的信噪比条件下传输信号 保证系统容量 2 Turbo码采用软输出迭代译码算法 充分利用译码输出的软信息 同时通过改变码的重量分布和控制距离 提高了Turbo码的抗突发错误能力和整体纠错能力 TD SCDMA主要技术 接力切换技术 接力切换技术 接力切换的前提是知道用户的准确位置 1 用户方向 智能天线DOA2 测距 用户距离接力切换分三个过程 测量 判决和执行过程 Base1 Base2 Base3 基站 1 基站 3 基站 2 下行 上行 TD SCDMA主要技术 信道的动态分配 1 在TD SCDMA系统中 由于采用了CDMA TDMA FDMA SCDMA多种多址方式 因此系统资源包括地址码 时隙和频率和空间方向四个方面 其物理信道就由频率 时隙 码道的组合决定 信道的动态分配就是根据实际需要和业务状况 根据系统链路资源和系统负荷 对信道参数进行实时配置和调整 先了解一下什么是信道 信道就是你打电话时占用的通信链路 线路 资源 如同你开车在马路上行驶时 你所使用的车道 交通标志 红绿灯信号等 这些资源对于你行车是必不可少的 在TD SCDMA通信时 信道使用频率 时隙 时间 码字等表征所使用的无线资源 动态信道分配 就是根据用户的需要进行实时动态的资源 频率 时隙 码字等 分配 TD SCDMA主要技术 信道的动态分配 2 信道的动态分配 动态分配的优势1 能够较好地避免干扰 使信道重用距离最小化 从而高效率利用有限的无线资源 提高系统容量 2 适应3G通信业务的需要 尤其是高速率的上下行不对称业务和多媒体业务 TD SCDMA主要技术 信道的动态分配 3 动态分配的策略 1 频率分配采用固定频率分配 FCA 便于独立组网 在该系统中频率资源不是所有用户共享的 2 动态调整上 下行时隙转换点 分配上下行的时隙数 时隙分配先于码道分配之前 目前采用预配 3 同一时隙内的地址码最好采用相同的扩频因子 避免资源的浪费 4 利用智能天线的波束成形和定位能力 进行空间距离比较 将同一方向的用户分配到不同的时隙里 避免用户间的干扰 TD SCDMA主要技术 信道的动态分配 4 在智能天线波束成形效果好 通信质量满足要求的情况下 可以为不同方向的用户分配相同的频率 时隙和地址码 使系统容量成倍增加 1 在用户接入请求的接纳控制 CAC 中 将用户分配在系统可形成的波束数最小的时隙 然后对该用户进行波束成形 使波束最大功率点对准该用户 2 系统子帧为5ms 系统参数的测量以子帧的周期来进行 信道动态分配的技术是一个综合的复杂技术 因此在系统建立的初期 部分信道分配仍采用固定分配的方式 例如时隙上下行的转换点和频率分配 以保证系统工作的稳定 三 TD SCDMA的传输信道 概述 1 物理层功能1 传输信道错误检测和上报 2 传输信道的前向纠错编译码 3 传输信道和编码组合传输信道的复用 解复用 4 物理信道的调制 解调和扩频 解扩 5 频率和时钟 码片 比特 时隙和子帧 同步 6 功率控制 TD SCDMA的物理层 概述 2 物理层功能 1 物理信道的功率加权和合并 2 射频处理 3 无线特性测量 FER SIR 干扰功率 4 上行同步控制 5 上行同步控制 6 移动终端 UE 定位 智能天线 物理层特性 1 TD SCDMA的基本物理信道特性是由频率 码和时隙决定 2 TD SCDMA系统的多址接入属于DS CDMA 直接扩频码分多址 方式 码片速率为1 28Mchip s 扩频带宽约为1 6MHz 3 采用TDD工作方式 上 下行是在同一载频的不同时隙上进行传送 而不需要配对频率 4 不同的用户信息可以利用不同的时隙进行传输 是CDMA TDMA的体制 5 上下行的SF取值可变 在1 16之间 因此 符号速率范围在80k符号 s 1 28M符号 s之间 三 TD SCDMA的 传输信道 1 传输信道通常分为两大类公共传输信道 利用该信道向所有用户或一组用户发送信息 1 广播信道 BCH 用于下行 发送广播系统和小区的特有信息 2 寻呼信道 PCH 用于下行 发送当基站不知道用户所在小区时 发给用户的控制信息 3 前向接入信道 FACH 用于下行 用于已知用户所在小区时发送给用户的控制信息 也可承载一些短的信息数据 4 随机接入信道 RACH 用于上行 承载来自用户的信息 5 上行共享信道 USCH 几个用户共享的上行传输信道 用于承载专用控制数据或业务数据 6 上行同步控制 7 移动终端 UE 定位 智能天线 三 TD SCDMA的 传输信道 2 传输信道通常分为两大类 专用信道 在某一时刻 只向某一用户发送信息 用于上 下行链路作为承载网络和特定用户 US 之间的用户信息或控制信息 三 TD SCDMA 物理信道 1 物理信道 TD SCDMA的物理信道采用四层结构 系统帧 无线帧 子帧时隙 码 依据资源分配方案的不同 子帧和时隙 码的配置可以不同 系统使用时隙和扩频码分别在时域和码域上区分用户 无线子帧结构TD SCDMA的一个无线帧长10ms 分两个子帧 每个子帧5ms TD SCDMA子帧结构 每个子帧又分10个时隙 其中7个常规业务时隙 TS0 TS1 TS6和3个特殊时隙 DwPTS GP UpTPS 其中TS0总是分配给下行 TS1总是分配给上行 TS2 TS6可以根据业务需要分配给上行和下行 DwPTS用于下行同步 UpTPS用于上行同步 GP用于上行同步建立过程中的传播时延保护 每子帧有两个下行到上行和上行到下行的转换点 下行到上行的转换点固定设置在DwPTS结束时刻 上行到下行的转换点 根据上下行时隙分配 置于TS1 TS6中间上行最后一个时隙的结束时刻 数据 中间码 扩频码 扰码1 数据 在业务时隙里有两个352chip长的数据域 2 中间码 midamble 用于区分小区和不同的运营商 数量 128个 分32组 每组4个基本序列 长度 144chip 一个时隙里不同的用户使用同一基本序列的不同移位 3 扩频码 采用可变扩频因子 OVSF orthogonalvariablespreadingfactor 的码序列4 扰码 固定长度16 共128个 每个扰码和中间码一一对应 同步码 1 下行同步码SYNC DL 长为64位的PN序列 共32个序列 用于区分相邻的小区和进行小区测量 2 上行同步码SYNC UL 256个不同的序列码 SYNC UL的序列号除以8 就是本小区使用SYNC DL的序列号 保护时隙GP 75 s 用于下行和上行的转换的保护时隙 通时确定了基站覆盖的最大半径 物理信道分类 专用物理信道 公共物理信道 1 主公共控制物理信道 P CCPCH PrimaryCommonPhysicalChannel 2 辅公共控制物理信道3 快速物理接入信道4 物理随机接入信道5 物理上行共享信道6 物理下行共享信道7 寻呼指示信道 四 TD SCDMA系统组网结构 基站类型 1 单载波基站2 5MHz 3载波基站3 9载波扇区基站4 多载波基站是由中频变频合成技术产生的三个射频载波 四 TD SCDMA系统组网结构 五 移动用户随机接入过程 1 载波搜索2 下行同步捕获3 读取系统信息 1 识别码解出无线信道参数 2 确定扰码 3