《DSCDMA物理层过程》PPT课件

TR-001-C1TD-SCDMA技术基础,TD-SCDMA物理层过程,课程目标,掌握TD-SCDMA系统物理层技术掌握TD-SCDMA系统物理层过程,课程内容,物理层结构信道映射信道编码及复用扩频与调制物理层过程,什么是TD-SCDMA,TimeDivisionDuplexSynchronousCodeDivisionMultiplexAccess,物理信道帧结构,所有的物理信道都采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙/码,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,物理信道帧结构,3GPP定义的一个TDMA帧长度为10ms。一个10ms的帧分成两个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长为5ms。这是考虑到了智能天线技术的运用，智能天线每隔5ms进行一次波束的赋形。子帧分成7个常规时隙（TS0TS6），每个时隙长度为864chips，占675us）。DwPTS（下行导频时隙，长度为96chips，占75us）GP（保护间隔，长度96chips，75us）UpPTS（上行导频时隙，长度160chips，125us）子帧总长度为6400chips，占5ms，得到码片速率为1.28Mcps。,物理信道帧结构,TS0总是固定地用作下行时隙来发送系统广播信息，是广播信道PCCPCH独自占用的时隙TS1总是固定地用作上行时隙。其它的常规时隙可以根据需要灵活地配置成上行或下行以实现不对称业务的传输，上下行的转换由一个转换点（SwitchPoint）分开。每个5ms的子帧有两个转换点（UL到DL和DL到UL），第一个转换点固定在TS0结束处，而第二个转换点则取决于小区上下行时隙的配置。,常规时隙,由864Chips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；,常规时隙,Midamble码整个系统有128个长度为128chips的基本midamble码，分成32个码组，每组4个。一个小区采用哪组基本midamble码由基站决定，当建立起下行同步之后，移动台就知道所使用的midamble码组。NodeB决定本小区将采用这4个基本midamble中的哪一个。同一时隙的不同用户将使用不同的训练序列位移。训练序列的作用：上下行信道估计；功率测量；上行同步保持。传输时Midamble码不进行基带处理和扩频，直接与经基带处理和扩频的数据一起发送，在信道解码时它被用作进行信道估计。,常规时隙物理层信令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,下行导频时隙DwPTS,用于下行同步和小区搜索；该时隙由96Chips组成:32用于保护；64用于导频序列；时长75us32个不同的SYNC-DL码，用于区分不同的基站；为全向或扇区传输，不进行波束赋形。,上行导频时隙UpPTS,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个SYNC-DL码，每组有8个不同的SYNC-UL码，即每一个基站对应于8个确定的SYNC-UL码NodeB从终端上行信号中获得初始波束赋形参数,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。,课程内容,TD-SCDMA发展概述网络结构和接口物理层结构信道映射信道编码及复用扩频与调制物理层过程,3种信道模式,逻辑信道：MAC子层向RLC子层提供的服务，它描述的是传送什么类型的信息传输信道：物理层向高层提供的服务，它描述的是信息如何在空中接口上传输物理信道：承载传输信道的信息,物理信道及其分类,物理信道根据其承载的信息不同被分成了不同的类别，有的物理信道用于承载传输信道的数据，而有些物理信道仅用于承载物理层自身的信息。专用物理信道DPCH公共物理信道CPCH主公共控制物理信道P-CCPCH辅公共控制物理信道S-CCPCH快速物理接入信道FPACH物理随机接入信道PRACH物理上行共享信道PUSCH物理下行共享信道PDSCH寻呼指示信道PICH,专用物理信道（DPCH）,专用物理信道DPCH（DedicatedPhysicalCHannel）用于承载来自专用传输信道DCH的数据，DPCH所使用的码和时隙等配置信息是通过信令消息配置给UE的；DPCH可以位于频带内的任意时隙和任意允许的信道码，一个UE可以在同一时刻被配置多条DPCH，若UE允许多时隙能力，这些物理信道还可以位于不同的时隙，但是，对于上行多码传输，UE在每个时隙最多可以同时使用两个物理信道；下行物理信道采用的扩频因子为16和1，上行物理信道的扩频因子可以从116之间选择；DPCH支持TPC，SS，和TFCI所有物理层信令。物理层将根据需要把来自一条或多条DCH组合在一条或多条编码组合传输信道CCTrCH（CodedCompositeTransportCHannel）内，然后再根据所配置物理信道的容量将CCTrCH数据映射到物理信道的数据域；同时，一个CCTrCH支持多个并行的物理信道，用于支持更高的数据速率，这些并行的物理信道可以采用不同的信道码同时发射。,主公共控制物理信道（P-CCPCH）,主公共控制物理信道（P-CCPCH，PrimaryCommonControlPhysicalCHannel）仅用于承载来自传输信道BCH的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播，UE上电后将搜索并解码该信道上的数据以获取小区系统信息。主公共控制物理信道是单向下行信道，帧格式中没有物理层信令TFCI、TPC或SS，为了满足信息容量的要求，P-CCPCH使用两个码分信道来承载BCH数据（P-CCPCH1和P-CCPCH2）。P-CCPCHs固定映射到时隙0（TS0）的扩频因子SF=16的两个码道；主公共控制物理信道作为信标信道（BeaconChannel）还具有以下特点以参照功率进行发送；发送时不进行beamforming；在其占用的时隙专用m(1)和m(2)两个训练码。对P-CCPCH信道的测量是UE物理层的一个重要测量。,辅公共控制物理信道（S-CCPCH）,辅公共控制物理信道（S-CCPCH，SecondaryCommonControlPhysicalCHannel）用于承载来自传输信道FACH和PCH的数据，S-CCPCH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。S-CCPCH是单向下行信道，固定使用SF=16的扩频因子，不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，信道的编码及交织周期为20ms。受容量限制，S-CCPCH也使用两个码分信道（S-CCPCH1和S-CCPCH2）来构成一个S-CCPCH信道对。该信道可位于任一个下行时隙，使用时隙中的任意一对码分信道和Midamble移位序列。在TS0，主、辅公共控制信道也可以进行时分复用。在一个小区中，可以使用一对以上的S-CCPCHs。物理层根据配置可以把来自一条或多条FACH和一条PCH得数据组合在一条编码组合传输信道CCTrCH（CodedCompositeTransportCHannel）上，然后再根据所配置将CCTrCH数据映射到一条或者多条S-CCPCH物理信道上。,物理随机接入信道（PRACH）,物理随机接入信道（PRACH，PhysiacalRandomAccessCHannel）用于承载来自传输信道RACH的数据，PRACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。PRACH为单向上行信道，它可以使用的扩频因子有16、8、4。受信道容量限制，对不同的扩频因子，信道的其它结构参数也相应发生变化：SF=16，持续时间为4个子帧（20ms）；SF=8，持续时间为2个子帧（10ms）；SF=4，持续时间为1个子帧（5ms）。PRACH信道可位于任一上行时隙，使用任意允许的信道化码和Midamble位移序列。小区中配置的PRACH信道（或SF=16时的信道对）数目与FPACH信道的数目有关，两者配对使用。传输信道RACH的数据不与来自其它传输信道的数据编码组合，因而PRACH信道上没有TFCI，也不使用SS和TPC控制符号。,快速物理接入信道（FPACH）,快速物理接入信道（FPACH，FastPhysicalAccessCHannel）不承载传输信道信息，FPACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。FPACH是单向下行信道，扩频因子SF=16，单子帧交织，信道的持续时间为5ms，数据域内不包含SS和TPC控制符号，因为FPACH不承载来自传输信道的数据，也就不需要使用TFCI。NodeB使用FPACH来响应在UpPTS时隙收到的UE接入请求，从而调整UE的发送功率和同步定时偏移。,上行导频信道（UpPCH）,上行导频信道（UpPCH）就是整个上行导频时隙（UpPTS）。UpPTS时隙被UE用来发送上行同步码（SYNC_UL），建立与NodeB的上行同步。NodeB可以在同一子帧的UpPTS时隙识别最多8个不同的上行同步码（SYNC_UL）。多个UE可同时发起上行同步建立，但必须有不同的上行同步码。可以理解为：一个小区最多可有8个用于上行同步建立的上行导频信道UpPCH同时存在。,下行导频信道（DwPCH）,下行导频信道（DwPCH）就是整个下行导频时隙（DwPTS）；DwPTS时隙被NodeB用来发送下行同步码（SYNC_DL），UE用来建立与NodeB的下行同步；NodeB必须在DwPTS发送唯一的下行同步码，具体值由配置决定，功率必须保证覆盖整个小区且保持不变；下行同步码作为TD-SCDMA系统中重要的资源只有32个，必须采用复用的方式在不同的小区中使用，一般而言，同频相邻小区将使用不同的下行同步码标识不同的小区。,寻呼指示信道（PICH）,寻呼指示信道（PICH：PagingIndicatorCHannel）不承载传输信道的数据，PICH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。PICH为单向下行信道，PICH固定使用扩频因子SF=16。一个完整的PICH信道由两条码分信道构成。信道的持续时间为两个子帧（10ms）。根据需要，也可将多个连续的PICH帧构成一个PICH块。PICH与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的PCH信道（映射在S-CCPCH上）。,共享物理信道（PUSCH&PDSCH）,物理上行共享信道（PUSCH，PhysicalUplinkSharedCHannel）用于承载来自传输信道USCH的数据。物理下行共享信道（PDSCH：PhysicalDownlinkSharedCHannel）用于承载来自传输信道DSCH的数据。物理上下行共享信道的物理层参数与专用物理信道相同。所谓共享指的是同一物理信道可由多个用户分时使用，或者说信道具有较短的持续时间。共享物理信道有系统预先建立，然后根据UE的业务需求，按照某种方式分配给某个UE使用。,传输信道,传输信道是由L1提供给高层的服务，根据在空中接口上如何传输及传输什么特性的数据来定义的。传输信道一般可分为两组：公共信道在这类信道中，当消息是发给某一特定的UE时，需要有内识别信息；专用信道DCH在这类信道中，UE是通过物理信道来识别。,传输信道到物理信道的映射,说明：左表中部分物理信道与传输信道并没有映射关系。按3GPP规定，只有映射到同一物理信道的传输信道才能够进行编码组合。由于PCH和FACH都映射到S-CCPCH，因此来自PCH和FACH的数据可以在物理层进行编码组合生成CCTrCH。其它的传输信道数据都只能自身组合成，而不能相互组合。另外，BCH和RACH由于自身性质的特殊性，也不可能进行组合。,课程内容,TD-SCDMA发展概述网络结构和接口物理层结构信道映射信道编码及复用扩频与调制物理层过程,TD-SCDMA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,编码和复用过程,Codeddata,Databefore1stinterleaving,Dataafter1stinterleaved,Ratematcheddata,CCTrCH,data,Databefore2stinterleaved,Dataafter2stinterleaved,TFCI,SS,TPC,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,CRC校验传送块级联和码块分割信道编码无线帧尺寸均衡第一次交织无线帧分段速率匹配TrCH复用物理信道的分段第二次交织子帧分割物理信道映射,编码和复用过程,信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力适合纠正非连续的少量错误目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）,无纠错编码：BER10-110-2,不能满足通信需要,卷积编码：BER10-3,满足语音通信需要,Turbo码：BER10-6,满足数据通信需要,原理和目的,作用和效果,信道编码技术,信道编码方案,信道编码举例,编码,解码,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？前前明明月月光光春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国,信道编码适合纠正非连续的少量错误,交织技术原理（1）,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,？春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国,？,编码,信道编码对连续的码元出错不能纠错,交织技术原理（2）,优点交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。提高纠错编码的有效性。缺点：由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错，加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求有不同的选择。在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。,信道编码和交织技术举例,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,课程内容,物理层结构信道映射信道编码及复用扩频与调制物理层过程,概述,数据调制比特流的数据到符号数据的形成过程扩频调制符号数据到高速码片数据的形成过程,调制和扩频的基本参数,QPSK,8PSK,数据调制,将连续的两个比特映射为信号空间的一个点,将连续的三个比特映射为信号空间的一个点,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。其理论解释为Shannon定理：C=Wlog2(1+S/N)。,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。,正交可变扩频因子(OVSF)码,扩频调制-扰码,一个数据符号经过长为Qk的扩频码扩频后，还要经过一个扰码=(1,2,QMAX)进行加扰。加扰前可以通过级联QMAX/Qk个扩频数据而实现长度匹配。可用的扰码共128个扰码，分成32组，每组4个，扰码码组由基站使用的SYNC_DL序列确定。加扰的目的是为了区分小区。,小区码组配置是指小区特有的码组，不同的邻近的小区将配置不同的码组。小区码组配置有：（1）下行同步码SYNC_DL（2）上行同步码SYNC_UL（3）基本Midamble码，共128个（4）小区扰码（ScramblingCode），共128个；TD-SCDMA系统中，有32个SYNC_DL码，256个SYNC_UL码，128个Midamble码和128个扰码，所有这些码被分成32个码组，每个码组包含1个SYNC_DL码，8个SYNC_UL码，4个Midamble码和4个扰码。,TD-SCDMA系统码组,TD-SCDMA系统码组,课程内容,物理层结构信道映射信道编码及复用扩频与调制物理层过程,物理层过程,小区搜索同步技术随机接入,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,UE利用DwPTS中SYNC_DL得到与某一小区的DwPTS同步，在这一步中，UE必须要识别出在该小区可能要使用的32个SYNC_DL中的哪一个SYNC_DL被使用,小区搜索过程（一）,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,UE通过试探法或排除法确定P-CCPCH采用的Midamble码，从而进一步确定扰码,小区搜索过程（二）,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,控制复帧由调制在DwPTS上的QPSK符号序列定位，UE通过n个连续DwPTS检测BCH主信息块的位置，实现控制复帧的同步,小区搜索过程（三）,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的（全）广播信息，根据读取的结果，UE可决定是回到以上的几步还是完成初始小区搜索。,小区搜索过程（四）,小区搜索过程,第一步：搜索DwPTSUE利用DwPTS中SYNC_DL得到与某一小区的DwPTS同步，这一步通常是通过一个或多个匹配滤波器(或类似的装置)与接收到的从PN序列中选出来的SYNC_DL进行匹配实现。为实现这一步，可使用一个或多个匹配滤波器（或类似装置）。在这一步中，UE必须要识别出在该小区可能要使用的32个SYNC_DL中的哪一个SYNC_DL被使用,在初始小区搜索中，UE搜索到一个小区，建立DwPTS同步，获得扰码和基本midamble码，控制复帧同步，然后读取BCH信息。初始小区搜索利用DwPTS和BCH进行。,小区搜索过程,第二步:识别扰码和基本midamble码UE接收到P-CCPCH上的midamble码，DwPTS紧随在P-CCPCH之后。在现在的TD-SCDMA系统中，每个DwPTS对应一组4个不同的基本midamble码，因此共有128个midamble码且互不重叠。基本midamble码的序号除以4就是SYNC_DL码的序号。因此说32个SYNC_DL和P-CCPCH32个midamble码组一一对应（也就是说，一旦SYNC_DL确定之后，UE也就知道了该小区采用了哪4个midamble码），这时UE可以采用试探法和错误排除法确定P-CCPCH到底采用了哪个midamble码。在一帧中使用相同的基本midamble码。由于每个基本midamble码与扰码是相对应的，知道了midamble码也就知道了扰码。根据确认的结果，UE可以进行下一步或返回到第一步。,小区搜索过程,第三步：控制复帧同步UE搜索在P-CCPCH里的BCH的复帧MIB（MasterIndicationBlock），它由经过QPSK调制的DwPTS的相位序列（相对于在P-CCPCH上的midamble码）来标识。控制复帧由调制在DwPTS上的QPSK符号序列来定位。n个连续的DwPTS足以可以检测出目前MIB在控制复帧中的位置。根据为了确定正确的midamble码所进行的控制复帧同步的结果，UE可决定是否执行下一步或回到第二步。第四步：读BCH信息UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的（全）广播信息，根据读取的结果，UE可决定是回到以上的几步还是完成初始小区搜索。,物理层过程,小区搜索同步技术随机接入,同步技术,TD-SCDMA系统中的同步技术主要由两部分组成基站间的同步（SynchronizationofNodeBs）基站与移动台间上行同步（UplinkSynchronization）,同步技术基站间同步,TD-SCDMA系统的TDD模式要求基站之间必须同步同步目的：避免相邻基站的收发时隙交叉，减小干扰基站间同步:系统内各基站的运行采用相同的帧同步定时同步精度要求