TD基础理论介绍

1、广州市宜通世纪科技有限公司 务实创新 精诚智和 广州市宜通世纪科技有限公司目录 TD系统基础系统基础1 TD网络结构网络结构 物理层物理层 切换过程及参数介绍切换过程及参数介绍 2 3 4 关键技术关键技术 5 广州市宜通世纪科技有限公司 TD系统基础系统基础1 1.1 TD基本概念基本概念 1.2 2G到到3G的演进的演进 1.3中国中国3G频谱分配情况频谱分配情况 广州市宜通世纪科技有限公司1.1 TD基本概念基本概念 TD-SCDMA(Time Division Duplex Synchronous Code Division Multiplex Access) 时分双工同步码分多址接入

2、。 TD时分双工时分双工 特点：系统无须对称上下行频段 灵活调整上下行时隙转换点 便于提供非对称业务 S- Synchronous 同步CDMA（Synchronous CDMA） 智能天线（Smart Antenna） 软件无线电（Software Radio） CDMA- Code Division Multiplex Access码分多址 在一个宽带的无线载波上，利用一组正交码将载波分成一组信道。 理想情况下，各个信道两两正交，互不干扰，用不同的编码来区分不同的用 户。 广州市宜通世纪科技有限公司 TD-SCDMA集CDMA、TDMA、FDMA、SDMA技术优势于一体、系统容量大、频 谱

3、利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。 它采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片 速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术。 1.1 TD基本概念基本概念 广州市宜通世纪科技有限公司1.2 2G到到3G的演进的演进 广州市宜通世纪科技有限公司1.2 2G到到3G的演进的演进 5种第三代移动通信无线传输技术和三大主流：种第三代移动通信无线传输技术和三大主流： CDMA的技术有三种：的技术有三种： MC-CDMA (CDMA 2000 MC) DS-CDMA (UTRA / WCDMA 和CDMA 2000 DS) TDD CDMA (TD-SCDMA 和UT

4、RA TDD) TDMA 的技术有两种：的技术有两种： SC-TDMA (UWC-136) 多载波CDMA MC-TDMA(EP-DECT) 三大主流：三大主流： TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000 广州市宜通世纪科技有限公司1.2 2G到到3G的演进的演进 三种主流三种主流3G标准技术性能比较标准技术性能比较 广州市宜通世纪科技有限公司1.3中国中国3G频谱分配情况频谱分配情况 工作频段：工作频段： A频段 1880MHz 1920MHz B频段 2010MHz 2025MHz C频段 2300MHz 2400MHz 目前广州使用的是B频段，即2010-2025MHZ，共15MH

5、Z，能提供9个频点； 广州市宜通世纪科技有限公司 2.1 UMTS系统网络结构系统网络结构 2.2 TD-SCDMA网络结构网络结构 2.3接口通用协议模型接口通用协议模型 TD网络结构网络结构 2 广州市宜通世纪科技有限公司2.1 UMTS系统网络结构系统网络结构 CN-核心网：核心网：主要处理UMTS内部所有的语音呼叫、数据连接和交换以及和外部其它网络 的连接和路由选择。 UTRAN：陆地无线接入网，用于处理所有和无线有关的功能。 RNC（无线网络控制器）：（无线网络控制器）：主要负责接入网无线资源的管理，包括接纳控制、功率控制、 负载控制、切换和分组调度等。 Node B主要是进行空中接

6、口的物理层处理，如信道交织和编码、速率匹配和扩频等等。 同时它也执行无线资源管理部分的内环功控。 UE：用户设备，可分为移动设备（ME）域和用户业务识别单元（USIM）域。 广州市宜通世纪科技有限公司2.2 TD-SCDMA网络结构网络结构 TD-SCDMA 3GPP R4 网络结构网络结构 PS域实体域实体 CS域实体域实体 广州市宜通世纪科技有限公司2.2 TD-SCDMA网络结构网络结构 Iu接口是连接UTRAN和核心网之间的接口，同GSM 的A接口一样，Iu接口 也是一个开放的接口，这也使通过Iu接口相连接的UTRAN与CN可以分别由 不同的设备制造商提供。Iu接口可以分为电路域的Iu

7、-CS接口和分组域的Iu- PS 接口。 Iub接口是RNC与NodeB之间的接口，用来传输RNC和NodeB之间的信令及 无线接口的数据。 Iur 接口是两个RNC之间的逻辑接口，用来传送RNC之间的控制信令和用户 数据。同Iu接口一样，Iur接口也是一个开放的接口。Iur接口最初设计是为了 支持RNC之间的软切换，但是后来也加入了其他的有关特性，现在Iur接口 的主要功能是支持基本的RNC之间的移动性，支持公共信道业务，支持专用 信道业务和支持系统管理过程。空中接口（无线接口）主要用来建立，重配 置和释放各种无线承载业务。 Uu 接口：和Iu接口一样，空中接口也是一个完全开放的接口。 广州

8、市宜通世纪科技有限公司2.2 TD-SCDMA网络结构网络结构 R5版本网络结构核心网CN部分 广州市宜通世纪科技有限公司2.2 TD-SCDMA网络结构网络结构 R5版本的目标是构造全IP移动网络，在研究过程中分化为R5、R6两个版本。 R5主要定义了全IP网络的架构，R6的重点则集中于业务增强及与其他网络的 互通方面。 R5在无线接入网方面提出了高速下行分组技术（HSDPA），最大的变化是在 R4版本上增加了IP多媒体子网络（IMS），它与分组域一起实现实时和非实 时的多媒体业务，并可实现与电路域的互操作，可在分组域提供增强型话音 业务，代替传统的话音业务，实现话音从窄带到宽带迁移的目标。

9、 MRF：多媒体资源功能； CSCF：呼叫状态控制； MGCF：媒体网关控制功能； T-GSW：信令传输网管功能； R-GSW：漫游信令网关功能； IMS：IP多媒体子系统； 广州市宜通世纪科技有限公司2.3接口通用协议模型接口通用协议模型 广州市宜通世纪科技有限公司2.3接口通用协议模型接口通用协议模型 空中接口协议模型空中接口协议模型 广州市宜通世纪科技有限公司 物理层物理层 3 3.1 CDMA系统通信模型系统通信模型 3.2 信道及映射信道及映射 3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 3.4 物理层过程物理层过程 3.5 无线连接监控算法无线连接监控算法 广州市宜通世纪科技有限公司3.

10、1 CDMA系统通信模型系统通信模型 广州市宜通世纪科技有限公司 扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication) ，是一种信息传输方式，其信 号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独 立的码序列来完成，用编码同样的码进行及调制的方法来实现的，与所传信息数 据无关；在接收端则用相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。 扩频技术优点：扩频技术优点： 抗干扰能力强 保密性好 实现码分多址接入 抗衰落、抗多径干扰 能精确定时和测距 3.1 CDMA系统通信模型系统通信模型 广州市宜通世纪科技有限公司 扩频码扩频码是一种正交可变扩频因子(OVSF)

11、码，保证在同一时隙上的不同扩频因子 的扩频码保持正交。扩频码用于区分同一个小区相同时隙内的不同用户。OVSF 码可以用码树的方法来定义。 Qk = 1 Qk = 2 Qk = 4 ) 1 ( ) 1 ( 1 k Q a ) 1 , 1 ( ) 1 ( 2 k Q a ) 1 , 1 ( ) 2 ( 2 k Q a ) 1 , 1 , 1 , 1 ( ) 1 ( 4 k Q a ) 1 , 1 , 1 , 1 ( ) 2 ( 4 k Q a ) 1 , 1 , 1 , 1 ( ) 3 ( 4 k Q a ) 1 , 1 , 1 , 1 ( ) 4 ( 4 k Q a 3.1 CDMA系统通信模型

12、系统通信模型 广州市宜通世纪科技有限公司 扩频过程扩频过程： 3.1 CDMA系统通信模型系统通信模型 广州市宜通世纪科技有限公司 逻辑信道：（逻辑信道的类型是由传输信息的类型定义的）逻辑信道：（逻辑信道的类型是由传输信息的类型定义的） 控制信道 广播控制信道（BCCH） 寻呼控制信道（PCCH） 专用控制信道（DCCH） 公共控制信道（CCCH） 共享信道控制信道（SHCCH） 业务信道 专用业务信道（DTCH） 公共业务信道（CTCH） 传输信道：（传输信道的定义根据是数据通过空中接口的传递方式及其特点）传输信道：（传输信道的定义根据是数据通过空中接口的传递方式及其特点） 公共传输信道 随

13、机接入信道（RACH） 上行共享信道（USCH） 广播信道（BCH） 前向接入信道（FACH） 寻呼信道（PCH） 下行共享信道（DSCH） 专用传输信道 专用信道（DCH） 3.2 信道及映射信道及映射 广州市宜通世纪科技有限公司 物理信道：（是由频率、时隙、信道码和无线帧分配来定义的）物理信道：（是由频率、时隙、信道码和无线帧分配来定义的） 专用物理信道（DPCH）：与NodeB间传输用户专用数据 主公共控制物理信道（P-CCPCH）： 广播小区信息 辅助公共控制物理信道（S-CCPCH）：向UE传输控制信息与分组数据 寻呼指示信道（PICH）：通过UE是否应该监听寻呼信道 物理随机接入信

14、道（PRACH）：UE通过它发起对网络的接入 物理上行共享信道（PUSCH）：一组UE通过它向网络进行数据传输 物理下行共享信道（PDSCH）：网络通过它向一组UE进行数据传输 快速物理接入信道（FPACH）：NodeB通过它对UE单一突发承载接入的响应 下行导频信道（DwPCH）：用于下行同步、导频 上行导频信道（UpPCH）：用于上行同步 3.2 信道及映射信道及映射 广州市宜通世纪科技有限公司3.2 信道及映射信道及映射 信道映射关系信道映射关系 广州市宜通世纪科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 广州市宜通世纪科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 广州市宜通世纪

15、科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 DwPTS下行导频时隙结构下行导频时隙结构 用于下行同步和小区初搜： 该时隙由96 Chips组成: 32用于保护；64用于导频序列； 32个不同的SYNC-DL码，用于区分相邻小区； 为全向或扇区传输，不进行波束赋形； SYNC-DL不加扰 GP保护时隙 广州市宜通世纪科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 GP保护时隙保护时隙 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 AC信道估计,计算天线补偿因子. 广州市

16、宜通世纪科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 UpPTS上行导频时隙 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； 160 Chips：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。 广州市宜通世纪科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 常规时隙（常规时隙（TS0-TS6) TS0总是用于下行，TS1总是用于上行，其他时隙可变 业务和信令数据由两个数

17、据块组成，每个数据块352 chips 训练序列(Midamble)由144 chips组成，用于估计信道的冲激响应 可以进行波束赋形，只覆盖指定用户 广州市宜通世纪科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 Midamble码码 在同一小区同一时隙上的不同用户所采用的midamble码由同一个基本的 midamble 码经循环移位后而产生。 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，基站决定本小区将采用这4个基 本midamble中的哪一个。 一个载波上的所有业务时隙必须采用相同的基本

18、midamble码。 midamble的发射功率与同一个突发中的数据符号的发射功率相同。 广州市宜通世纪科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 每个小区使用一个码组实现小区间的区分 Midamble部分通过基本的Midamble码移位区分小区内用户 数据部分通过不同的扩频码/时隙区分小区内用户 广州市宜通世纪科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 物理信道毛速率计算物理信道毛速率计算 广州市宜通世纪科技有限公司3.3 TD时隙及帧结构时隙及帧结构 物理信道毛速率计算物理信道毛速率计算 广州市宜通世纪科技有限公司3.4 物理层过程物理层过程 手机开机流程：手机开机流程： 手机

19、开机 网络选择 小区选择 位置登记 驻留网络 空闲模式 广州市宜通世纪科技有限公司3.4 物理层过程物理层过程 小区搜索过程：小区搜索过程： 初始小区搜索中，UE 搜索到一个小区，并检测其所发射的DwPTS，建立下行同 步，获得小区扰码和基本midamble 码，控制复帧同步，然后读取BCH 信息。 广州市宜通世纪科技有限公司3.4 物理层过程物理层过程 搜索搜索DwPCH 首先利用特征窗法确定SYNC_DL的大致位置和频率，接着利用SYNC_DL做 相关匹配，识别小区所使用的SYNC_DL序列，从而达到chip级同步。 识别扰码和基本识别扰码和基本midamble码码 进行频率粗调，使原先的

20、6KHz的频率误差降低到1KHz以下。 由于SYNC_ DL和midamble 码组是一一对应的，利用冲击响应识别midamble 码。 控制复帧同步控制复帧同步 解P-CCPCH，做频率精调，使1KHz的频率误差降低到200Hz以下，即达 到1/8chip级同步。 读读BCH信息信息 确定相位信息，读取BCH信道信息，完成小区搜索。 TD-SCDMA系统共有32个码组，一个SYNC-DL唯一标识一个基站和一个码 组，每个码组包含4个特定扰码，每个扰码对应一个特定的基本madamble码， 该PN码集在蜂窝网络中可以重复使用。 广州市宜通世纪科技有限公司3.4 物理层过程物理层过程 随机接入过

21、程随机接入过程 随机接入过程可用于起呼、寻呼响应、位置更新/登记、注册、短消息等。步骤 如下： a.在空闲状态下，UE保持下行同步并读取小区广播信息； b.根据SYNC_DL码，随机选择一个SYNC_UL码； c.对关于随机接入的BCH信息进行解码（PRACH、FPACH和S-CCPCH等信 道的描述）。 广州市宜通世纪科技有限公司3.4 物理层过程物理层过程 随机接入 UENodeBRNCCN 完成上行同步 RRC建立请求向RNC发起建立请求 RL建立请求无线链路建立请求 RL建立响应 基站响应 RRC建立中RNC响应RRC建立 RL恢复指示无线链路恢复 SRB建立完成RRC连接建立完成 l

22、u信令建立 lu信令连接请求 lu信令连接确认 鉴权加密 RAB建立 lu承载建立 RB承载建立 进入业务状态 UE呼叫流程：呼叫流程： 广州市宜通世纪科技有限公司3.4 物理层过程物理层过程 功率控制功率控制 功率控制的目的：功率控制的目的： 最小化网络干扰，包括小区内干扰小区间干扰，最终提高系统容量和性能 通过控制，保证上下行链路的质量 对抗阴影衰落和快速衰落 克服远近效应 省电，减少UE和基站的发射功率 开环功控开环功控 接收机测量接收到的宽带导频信号的功率，并估计传播路径损耗，根据路径损耗 计算得到需要发射的功率。 开环功控只能在决定接入初期发射功率和切换时决定切换后初期发射功率的时候

23、 使用。 闭环功率控制 内环控制内环控制 测量信噪比和目标信躁比比较，并向移动台发送指令调整它的发射功 率；若测定SIR目标SIR， 降低移动台发射功率,若测定SIR目标SIR， 增加移 动台发射功率； 外环控制外环控制 测量误帧率（误块率），调整目标信噪比 广州市宜通世纪科技有限公司3.4 物理层过程物理层过程 RNCNodeB UE 帧质量信息帧质量信息 新新SIR目标值目标值 开环功控开环功控 UE依据下行路损估算上行初依据下行路损估算上行初 始发射功率始发射功率 内环功控内环功控 快速功率控制快速功率控制 If SIR SIR目标值，发送功率目标值，发送功率 上升命令上升命令 外环功控

24、外环功控 慢速功率控制慢速功率控制 If 帧质量帧质量 target，增加内环，增加内环 SIR目标值目标值 广州市宜通世纪科技有限公司3.4 物理层过程物理层过程 UE的五种状态的五种状态 广州市宜通世纪科技有限公司3.4 物理层过程物理层过程 UE五种状态跃迁五种状态跃迁 广州市宜通世纪科技有限公司3.5 无线连接监控算法无线连接监控算法 无线连接监控算法监控 RAN和连接模式中的UE之间的无线连接。 无线连接监控功能通过两个不同的算法来提供：无线链路集监控算法（在Nobe B 中）和无线连接监控评估算法（在RNC中）。 RNC RCS评估评估 Node B RLS监控监控 L1测量测量

25、UE 无线链路故障或恢复无线链路故障或恢复 广州市宜通世纪科技有限公司3.5 无线连接监控算法无线连接监控算法 开始 不同步状态不同步状态 同步状态同步状态 等待状态等待状态 RLS SYN RLS UNSYN RLS SYN 计时器到时 RCS评估原理 给每个RLS分配一个标签，在创建一个新的RLS，标签为Fail 表明处于不同步状 态；收到RL恢复指示后，标签为OK 处于同步状态，收到RL故障指示时，再转为 Fail ；如果在定时器内还不能无线链路恢复，那么当计时器到时，触发全面释放 连接。 广州市宜通世纪科技有限公司 切换过程及参数介绍切换过程及参数介绍 4 4.1 切换流程切换流程 4

26、.2 切换信令流程切换信令流程 4.3 触发事件触发事件 广州市宜通世纪科技有限公司4.1 切换流程切换流程 系统内切换流程系统内切换流程 UE UE开始测量 测量事件触发 切换到目标小区 配置测量控制和邻区消息 RNC 切换判决 测量控制更新 UTRAN 专用信道建立过程 硬：需要先上行同步 在目标小区RL建立 在原小区RL删除 测量控制 测量报告 物理信道重配置 物理信道重配置完成 广州市宜通世纪科技有限公司4.1 切换流程切换流程 系统间切换系统间切换 U EU E SourceSource N ode BN ode B R N CR N C Measurement Control Pr

27、ocedure (Measurement control and report) handover decision and target cell is GSM cell RELOCATION REQUIRED RANAP RELOCATION COMMAND RANAP 2G M SC2G M SC TargetTarget B SCB SC 3G M SC3G M SC RANAP RANAP MAP/EMAP/E MAP/EMAP/E PREPARE HANDOVER RESPONSE PREPARE HANDOVER BSSMAP BSSMAP BSSMAP BSSMAP HANDO

28、VER REQUEST ACKNOWLEDGE HANDOVER REQUEST Call Setup Procedure (RRC connection setup,security mode control,RAB setup, etc.) RRCRRC HANDOVER FROM UTRAN COMMAND (Including HANDOVER COMMAND) TargetTarget B TSB TS synchronization procedure, etc. with target BTS BSSMAPBSSMAP HANDOVER DETECT RR RR HANDOVER

29、 COMPLETE BSSMAPBSSMAP HANDOVER COMPLETE MAP/EMAP/E MAP/EMAP/E SEND END SIGNAL RESPONSE SEND END SIGNAL REQUEST Iu release Procedure(Iu release、RRC connection release) 广州市宜通世纪科技有限公司4.2 切换信令流程切换信令流程 同一同一NodeB不同小区切换不同小区切换 广州市宜通世纪科技有限公司4.2 切换信令流程切换信令流程 同同RNC不同不同NodeB小区切换小区切换 广州市宜通世纪科技有限公司4.2 切换信令流程切换信令

30、流程 不同不同RNC间切换间切换 服务小区 目标小区 广州市宜通世纪科技有限公司4.2 切换信令流程切换信令流程 系统间切换系统间切换 广州市宜通世纪科技有限公司4.2 切换信令流程切换信令流程 切换类型的判定：切换类型的判定： UE接到切换命令（PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION消息）后， 首先判断切换类型：若携带IE“Synchronization Parameters”，则判断为 硬切换，否则判断为接力切换。 例如硬切换携带的同步信息如下： 广州市宜通世纪科技有限公司4.3 触发事件触发事件 Event 1G ：最好小区发生改变。一个小区测到的PCCPCH

31、RSCP值持续一段时间高于某 一门限时，触发Event 1G； Event 2A ：最好频率发生改变。一个频率测到的PCCPCH RSCP值持续一段时间高于某 一门限时，触发Event 2A； UE Tx 功率监视（事件功率监视（事件6d/6b） 如果UE 发射功率达到最大值，在不少于 time Trigg6d的时间内该情况一直保持，则发生 event 6d，需要UE执行频间或GSM测量。 如果UE发射功率低于ueTxpowersh6b门限值，在不少于time Trigg6b的时间内该情况一直 保持，则发生 event 6b，要求UE停止在频间或GSM小区的测量。 事件事件2d/2f (质量监

32、视）质量监视） 当系统切换根据质量出发的时候，当测量数据的预测质量低于 usedFreqThresh2dEcno时， 则发生event 2d，在timeToTrigger2dEcno之后向RNC发送报告。相反如果预测质量高于 usedFreqThresh2fEcno门限，则触发event 2f，在一段时间后则要求UE停止系统间测量 当UE已经在GSM上执行测量时，在event 3a 发生之前可能发生 event 2f 或event 6b，如 果接收到event 2f 或event 6b的第一条测量报告，而未满足event 2d或event 6d的标准准 则，那么event 3a 的测量模式会被设为 释放并发送到UE。 Event3a Event3a 切换准则基于两个不同的测量： 当前无线链路的预测质量低于标准门限 另外GSM小区的预测质量高于 某一个门限值，两 个准则都满足时，发生 event 3a ，在timeToTrigger3a之后UE发送测量报告，RNC执行切 换评估。 广州市宜通世纪科技有限公司 关键技术关键技术 5 5.1 联合检测联合检测 5.2智能天线智能天线 5.3上行同步上行同步 5.4 接力切换接力切换 5.5 功率控制功率控制 广州市宜通世纪科技有限公司5.1 联合检测联合检测 在CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上