TD-SCDMA 无线接入网原理

1、 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. TD-SCDMA 无线接入网原理 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 1 培训目标 l学完本课程后，您应该能： p阐明TD-SCDMA的双工技术及多址技术特点 p描述TD-SCDMA采用的语音编码和信道编码 p理解扩频码和扰码在TD-SCDMA系统中的用途 p知道TD-SCDMA采用的调制方式 p了解TD-SCDMA联合检测和智能天线的基本原理 Copyri

2、ght 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 2 目 录 l 双工技术和多址技术 l TD-SCDMA无线基本原理 pTD-SCDMA的语音编码 pTD-SCDMA的信道编码 pTD-SCDMA的帧结构和时隙结构 pTD-SCDMA的扩频、加扰 pTD-SCDMA的调制方式 pTD-SCDMA的联合检测和智能天线 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 3 目 录 l 双工技术和多址技术双工技术和多址技术 l

3、TD-SCDMA无线基本原理 pTD-SCDMA的语音编码 pTD-SCDMA的信道编码 pTD-SCDMA的帧结构和时隙结构 pTD-SCDMA的扩频、加扰 pTD-SCDMA的调制方式 pTD-SCDMA的联合检测和智能天线 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 4 双工技术：区分用户的上行/下行信号 l频分双工（FDD）：以不同频率区分上行和下行 p优点：实现简单 p缺点：上下行业务不对称时（主要是数据业务）频谱利用效率低 l时分双工（TDD）：以不同时隙区分上行和下行 p优点 n在上

4、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 n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 p缺点 n实现较复杂，需要GPS同步 n和CDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制难度较大 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 5Page 5 频率频率 时间时间 功率功率 FDMA 频率频率 时间时间 功率功率 TDMA 多址技术：区分不同用户 功率功率 时间时间 CDMA 频率频率 Copyright 2006 Huawei Technologies C

5、o., Ltd. All rights reserved. Page 6 CDMA实现原理：码序列的相关性 相关（相关性100 ） 不相关（0相关） (a) (b) +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 7 CDMA实现原理：扩频 UE1: 11 1 UE2:11 c1:1 1 1 1 1 1 1 1 c2:1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1：1 1 1 1 1 1 1 1 UE2c2：1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1UE2c2：0

6、 2 0 2 0 2 0 2 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 8 UE1c1 UE2c2：0 2 0 2 0 2 0 2 UE1使用使用c1解扩：解扩：c11 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果：解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2 积分判决：积分判决：4（表示（表示1） 4（表示（表示1） UE2使用使用c2解扩：解扩：c21 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果：解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2 积分判决：积分判决：4（表示（表示1） 4（表示（表示1） CDMA

7、实现原理：解扩 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 9 系统所允许的最大干扰电平系统所允许的最大干扰电平 解调门限解调门限 CDMA实现原理：频域解释 功率谱功率谱 可以给所有用户共享的功率可以给所有用户共享的功率 a2Tbit = Ebit 增益增益 其他用户干扰信号其他用户干扰信号 Echip Eb / No = Ec / Io 增益 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 10 码分

8、多址（CDMA）的技术特点 l抗干扰能力强，频率复用度高，频谱利用率大大提高抗干扰能力强，频率复用度高，频谱利用率大大提高 l保密性强：扩频后的信号近似白噪声 l系统的用户容量是软容量，各有利弊系统的用户容量是软容量，各有利弊 l占用带宽较大：对功放要求高（耗电较大） l自干扰系统系统内用户互相干扰，技术实现难度大 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 11 频率 码 时间 FDMATDMACDMA F3TS3码1 F3TS3码2 F2TS2码4 F1TS1码3 TD-SCDMA使用的多址接

9、入技术： FDMATDMACDMASDMA（智能天线） Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 12 目 录 l 双工技术和多址技术 l TD-SCDMA无线基本原理无线基本原理 pTD-SCDMA的语音编码 pTD-SCDMA的信道编码 pTD-SCDMA的帧结构和时隙结构 pTD-SCDMA的扩频、加扰 pTD-SCDMA的调制方式 pTD-SCDMA的联合检测和智能天线 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights res

10、erved. Page 13 TD-SCDMA通信模型 信源信源 解码解码 信源信源 编码编码 Interleaving deinterleaving 信道信道 编码编码 交织交织 去交织去交织 信道信道 解码解码 调制调制 解调解调 射频射频 发射发射 射频射频 接收接收 无线信道无线信道 加扰加扰 解扰解扰 扩频扩频 解扩解扩 时隙时隙 突发突发 脉冲脉冲 时隙时隙 信息信息 提取提取 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 14 常用术语 lBit（比特）：经过信源编码的，含有信息的数据

11、 lSymbol（符号）：经过信道编码、交织后的数据 lChip（码片）：经过最终扩频得到的数据 lChip Rate (cps)：码片速率，CDMA系统的基础参数 pTD-SCDMA系统码片速率为1.28Mcps lSpreading Factor（SF，扩频因子）：扩频码的长度 p符号速率SF码片速率 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 15 TD-SCDMA通信模型 信源信源 解码解码 信源信源 编码编码 Interleaving deinterleaving 信道信道 编码编码 交

12、织交织 去交织去交织 信道信道 解码解码 调制调制 解调解调 射频射频 发射发射 射频射频 接收接收 无线信道无线信道 加扰加扰 解扰解扰 扩频扩频 解扩解扩 时隙时隙 突发突发 脉冲脉冲 时隙时隙 信息信息 提取提取 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 16 TD-SCDMA的信源编码 lTD-SCDMA与WCDMA系统都是采用AMR (Adaptive Multi- Rate) 语音编码 p编码共有8种，速率从12.2Kbps4.75Kbps，与目前各种主流移 动通信系统使用的编码方式

13、兼容，有利于设计多模终端 12.2kbps (GSM-EFR), 10.2kbps, 7.95kbps 7.40kbps (IS-641,US-TDMA speech codec), 6.70kbps (PDC-EFR) 5.90kbps, 5.15kbps, 4.75kbps Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 17 TD-SCDMA通信模型 信源信源 解码解码 信源信源 编码编码 Interleaving deinterleaving 信道信道 编码编码 交织交织 去交织去交织 信道信

14、道 解码解码 调制调制 解调解调 射频射频 发射发射 射频射频 接收接收 无线信道无线信道 加扰加扰 解扰解扰 扩频扩频 解扩解扩 时隙时隙 突发突发 脉冲脉冲 时隙时隙 信息信息 提取提取 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 18 TD-SCDMA的信道编码 l信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受到干扰的 情况下恢复信号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 l编码类型 p语音业务：卷积码（1/2、1/3

15、） p数据业务：卷积码或Turbo码 n编码效率将直接影响用户对数据业务的体验 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 19 TD-SCDMA的交织 l交织的作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和干扰 带来的影响 111133334444 1324132413241324 要发送的信息要发送的信息 发送端交织过程发送端交织过程 这段数据处于深衰落，或者有强干扰这段数据处于深衰落，或者有强干扰 1324132413241324 接收端解交织接收端解交织 连续的错误变成随机的错误连续的错误变成

16、随机的错误 22222222 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 20 1 2 3 4 5 6 7 8 . . 452 453 454 8 16 . . . 456 2 10 . . . 450 6 14 . . . 454 1 9 . . . 449 4 12 . . . 452 7 15 . . . 455 3 11 . . . 451 5 13 . . . 453 . . B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 A4,B0 A5,B1 A6,B2 A7,B3 B4,C0 B5

17、,C1 B6,C2 B7,C3 一次交织：一次交织： 二次交织：二次交织： TD-SCDMA交织的实现 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 21 TD-SCDMA通信模型 信源信源 解码解码 信源信源 编码编码 Interleaving deinterleaving 信道信道 编码编码 交织交织 去交织去交织 信道信道 解码解码 调制调制 解调解调 射频射频 发射发射 射频射频 接收接收 无线信道无线信道 加扰加扰 解扰解扰 扩频扩频 解扩解扩 时隙时隙 突发突发 脉冲脉冲 时隙时隙 信息

18、信息 提取提取 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 22 无线帧 10ms 子帧 5ms TS5TS4TS0TS2TS1 GP TS3TS6 DwPTS UpPTS TD-SCDMA帧结构：73 l7个常规时隙（TS0TS6）3个辅助时隙 pDwPTS：下行导频时隙，用于下行同步 pUpPTS：上行导频时隙，用于上行同步上行同步 pGP：上行、下行同步间的保护时隙 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserve

19、d. Page 23 TD-SCDMA常规时隙（TS0TS6）结构 lMidamble码：又称为训练序列，用于信道估计，估计结果用 于联合检测联合检测算法 l物理层控制信息：物理层过程（如功率控制、上行同步等） 的控制信号 Midamble GP 16 业务数据 675 s 业务数据 物理层控制信息 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 24 TD-SCDMA通信模型 信源信源 解码解码 信源信源 编码编码 Interleaving deinterleaving 信道信道 编码编码 交织交织

20、 去交织去交织 信道信道 解码解码 调制调制 解调解调 射频射频 发射发射 射频射频 接收接收 无线信道无线信道 加扰加扰 解扰解扰 扩频扩频 解扩解扩 时隙时隙 突发突发 脉冲脉冲 时隙时隙 信息信息 提取提取 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 25 TD-SCDMA使用的扩频码：OVSF (Walsh) lOVSF：正交可变扩频因子，由Walsh矩阵生成 p码道定义：Cch SF, k, SF为扩频因子，k 为码道号, 0 k SF-1 SF = 1SF = 2SF = 4 Cch

21、1,0 = (1) Cch 4,0 =(1,1,1,1) Cch 4,1 = (1,1,-1,-1) Cch 4,2 = (1,-1,1,-1) Cch 4,3 = (1,-1,-1,1) Cch 2,1 = (1,-1) Cch 2,0 = (1,1) Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 26 TD-SCDMA典型业务需要的扩频码资源 典型业务典型业务 数据速率数据速率 (Kbps) 下行码道资下行码道资 源源 上行码道资源上行码道资源 AMR 12.2K语音业务 下行：12.2+3.4

22、 上行：12.2+3.4 2个SF16的 码道 1个SF8的码 道 可视电话 (Video Phone) 下行：64+3.4 上行：64+3.4 8个SF16的 码道 1个SF2的码 道 PS 128k 下行：128+3.4 上行：16+3.4 1个SF1的码 道 即整个时隙 1个SF8的码 道 lTD-SCDMA使用的上行扩频因子为1/2/4/8/16，下行为1或16 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 27 上行上行 公共信道公共信道 TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6 用户业

23、务在时隙中的分配 下下 行行 公公 共共 信信 道道 User A 语音语音 User A User A User D User D PS 128K User C 可视电话可视电话 User C User C User C User C User C User C User C User C User B 语音语音User B User B Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 28 TD-SCDMA通信模型 信源信源 解码解码 信源信源 编码编码 Interleaving deinterl

24、eaving 信道信道 编码编码 交织交织 去交织去交织 信道信道 解码解码 调制调制 解调解调 射频射频 发射发射 射频射频 接收接收 无线信道无线信道 加扰加扰 解扰解扰 扩频扩频 解扩解扩 时隙时隙 突发突发 脉冲脉冲 时隙时隙 信息信息 提取提取 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 29 TD-SCDMA系统扩频码、扰码的区别 l区别1：作用不同 p扩频码扩频码用于区分同一个小区相同时隙内的不同用户用户 p扰码扰码用于区分不同小区小区，相邻小区需要分配不同的扰码 l区别2：对码序列

25、的相关性的要求不同 p扩频码只需要关注码间互相关特性 p扰码不但关注码间互相关特性，还要考虑码本身的自相关特性 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 30 码序列的自相关和互相关 l互相关函数 nV() = p互相关特性决定了多址干扰特性 p互相关特性理想的码序列很多，比如：OVSF码 l自相关函数 nR() = p自相关特性决定了多径干扰特性 p自相关特性理想的码序列非常难找！自相关特性理想的码序列非常难找！ Copyright 2006 Huawei Technologies Co.,

26、Ltd. All rights reserved. Page 31 扰码生成技术 l理想扰码序列：随机序列（贝努利序列） p0和1个数各一半 p1或者0连续个数的概率，连续一个为1/2，连续两个为1/4，连 续三个为1/8， lm序列 p由移位寄存器生成，是最大长度的线性移位寄存器序列，周期 是2n-1（n为移位寄存器长度） p其自相关函数只有一个最大值（延迟为零处），其他均为 - 1/(2n-1)，单值性 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 32 m序列的生成 lm序列的缺点：只有一个序

27、列，不同 用户用不同“节拍”（相位）区分， 对同步要求很高 移位节拍a0a1a2a3反馈值a4 010001 100010 200100 301001 410011 500110 601101 711010 810101 901011 1010111 1101111 1211100 1311110 1411000 1510001 DDDD + a1a0 a2a3 a4 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 33 TD-SCDMA使用的扰码序列：Gold序列 lGold序列：由m序列的不同相位

28、异或而成 p比m序列数量多： 2n-1个（n为移位寄存器长度） p码间干扰比m序列稍大（大10左右） lTD-SCDMA的扰码长度固定为的扰码长度固定为16chips，共有，共有128个个 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 34 TD-SCDMA通信模型 信源信源 解码解码 信源信源 编码编码 Interleaving deinterleaving 信道信道 编码编码 交织交织 去交织去交织 信道信道 解码解码 调制调制 解调解调 射频射频 发射发射 射频射频 接收接收 无线信道无线信道

29、 加扰加扰 解扰解扰 扩频扩频 解扩解扩 时隙时隙 突发突发 脉冲脉冲 时隙时隙 信息信息 提取提取 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 35 调制的作用 l把需要传递的信息送上射频信道 l不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务的能力不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务的能力 p2PSK（BPSK）：定义2个相位，每个相位需要1个比特表示 n00 1801 p4PSK（QPSK）：定义4个相位，每个相位需要2个比特表示 n00090011801027011 p8PSK

30、（EDGE采用）：定义8个相位，每个相位由3个比特表示 n 0000 45 001 90010135011 n180100225101270110315111 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 36 TD-SCDMA 调制方式 QPSK 4 相移键控相移键控 16QAM 16 正交幅度调整正交幅度调整 用于HSDPA Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 37 TD-SCDMA通信模型

31、 信源信源 解码解码 信源信源 编码编码 Interleaving deinterleaving 信道信道 编码编码 交织交织 去交织去交织 信道信道 解码解码 调制调制 解调解调 射频射频 发射发射 射频射频 接收接收 无线信道无线信道 加扰加扰 解扰解扰 扩频扩频 解扩解扩 时隙时隙 突发突发 脉冲脉冲 时隙时隙 信息信息 提取提取 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 38 复杂多变的无线传播环境 Distance(m) 接收功率接收功率(dBm) 102030 -20 -40 -60 慢衰落慢衰落 快衰落快衰落 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 39 克服干扰的利器：联合检测 l对多个用户的信号的多径分量进行联合处理，充分利用用户信号的 扩频码、幅度、定时、延迟等信息，大幅度降低多径和多址干扰 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 40 联合检测的效果 l减少多址干扰和多址干扰，提