无线专业培训-第二阶段-03-TD-SCDMA无线接入网原理

1、0TD-SCDMA无线接入网原理无线接入网原理1培训目标l学完本课程后，您应该能：p了解TD-SCDMA系统的发展和演进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2目 录lTD-SCDMA系统概述l双工技术和多址技术lTD-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3目 录lTD-SCDMA系统概

2、述系统概述l双工技术和多址技术双工技术和多址技术lTD-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4移动通信发展历程AMPSTACSNMT其它第一代 80年代模拟模拟技术GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第二代 90年代数字技术驱动技术驱动数字技术语音业务第三代 IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动需求驱动宽带业务TD-SCDMA5TD-SCDMA与其他3G制式技术比较WCDMAcdma20

3、00TD-SCDMA双工方式FDDFDDTDD多址方式FDMACDMAFDMACDMAFDMATDMACDMASDMA(智能天线智能天线)载波带宽5MHz1.25MHz1.6MHz码片速率3.84Mcps1.2288Mcps1.28Mcps同步方式异步同步同步接收检测相干解调相干解调联合检测联合检测6l1995年11月，CATT（电信科学技术研究院）和美国Cwill公司合资成立信威公司，开发SCDMA（大灵通）无线通信系统l1998年年6月，月，CATT代表中国向国际电联（代表中国向国际电联（ITU）提交）提交TD-SCDMA技术技术提案提案l1999年10月，CATT和西门子公司组建联合团队

4、，合作开发TD-SCDMA系统l1999年11月5日，TD-SCDMA写入ITU-R M.1457规范l2001年年3月月16日，日，TD-SCDMA 写入写入3GPP R4 系列规范，成为了真正意系列规范，成为了真正意义上的可商用国际标准义上的可商用国际标准l2002年年10月，中国为月，中国为TDD分配分配155MHz频率资源频率资源TD-SCDMA发展历程7l第三代公众移动通信系统的工作频段： p（一）主要工作频段： n频分双工 (FDD) 方式：1920-1980MHz / 2110-2170MHzn时分双工时分双工 (TDD) 方式：方式：1880-1920MHz(F)、2010-2

5、025MHz(A) p（二）补充工作频率： n频分双工 (FDD) 方式：1755-1785MHz / 1850-1880MHz n时分双工时分双工 (TDD) 方式：方式：2300-2400MHz(E)p（三）卫星移动通信系统工作频段：n1980-2010MHz / 2170-2200MHz （四）（四）TD-LTE频段：频段：25002690MHz(D)中国3G频谱分配F1 2011F2 2012.6F3 2014.2F4 2016F5 2017.6F6 2019.2F7 2020.8F8 2022.4F9 2024.020102015202020258l2002年10月30日，TD-SC

6、DMA 产业联盟正式成立TD-SCDMA发展历程 (续)9l2003年8月29日，华为和西门子成立了合资公司：鼎桥 (TD-TECH)，研发TD-SCDMA技术l2004 年12 月9 日，温家宝总理在荷兰接通了来自北京的全球第一个TD-SCDMA 商用手机国际长途电话l2005 年3 月，TD-SCDMA 试验网在北京建成l2006年年1月月20日信息产业部正式颁布，日信息产业部正式颁布，3G三大国际标准之一的三大国际标准之一的“中中国标准国标准” TD-SCDMA为我国通信行业标准为我国通信行业标准l2007年年4月，中国移动月，中国移动TD-SCDMA网络建设揭开序幕网络建设揭开序幕l2

7、008年年4月月1日，中国移动日，中国移动TD-SCDMA网络放号，开始商用网络放号，开始商用TD-SCDMA发展历程 (续)10Node BRNCCN华为华为中兴中兴上海贝尔上海贝尔阿尔卡特阿尔卡特所有符合所有符合UMTS标准标准的核心网供的核心网供应商应商终端终端/芯片芯片 华为华为 中兴中兴 大唐移动大唐移动 重邮信科重邮信科 天碁天碁 联想联想 海信海信 华立华立 夏新夏新 凯明凯明测试仪器测试仪器华为华为大唐大唐中兴中兴普天普天华为华为大唐大唐中兴中兴普天普天 泰克泰克安捷伦安捷伦罗德罗德-施瓦茨施瓦茨TD-SCDMA系统产业链113G的业务应用会话型业务123G的业务应用后台类业务

8、133G的业务应用流媒体业务143G的业务应用交互类业务15GSM /GPRS BSSBTSBSCNodeBRNCPCUUMTS TD-SCDMA SS7SCPSMSSCEPSTNISDNInternet,IntranetHLR/AUCSGSNCGBGGGSNGPRSbackboneOther PLMNMGWMGWVMSC ServerGMSC ServerIP/ATM BackboneNcMcNbMSTD-SCDMA网络结构UE16 Q3 Q4 Q3 Q4 Q1 Q2 Q1 Q2 Q3 200020012002Q1 Q2 Q3 2004 Q1 Q2 20073GPP R4LCR TDD3GP

9、P R5HSDPA3GPP R6MBMS3GPP R7HSUPATD-SCDMA 标准进展3GPP3GPP R8LTE TDD201017目 录lTD-SCDMA系统概述l双工技术和多址技术lTD-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18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

10、分上行和下行p优点n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19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20CDMA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+11111111121CDMA实现原理：扩频UE1: 11 1UE2:11 c1:1 1 1 1 1 1 1 1 c2:1

11、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 2 0 2 0 2 0 2 22UE1c1 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实现原理：

12、解扩23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 Ebit增益增益其他用户干扰信号其他用户干扰信号EchipEb / No = Ec / Io 增益24码分多址（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25频率码时间FDMATD

13、MACDMAF3TS3码1F3TS2码2F2TS1码3F1TS1码4TD-SCDMA使用的多址接入技术：FDMATDMACDMASDMA（智能天线）26目 录lTD-SCDMA系统概述l双工技术和多址技术lTD-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27TD-SCDMA通信模型信源信源解码解码信源信源编码编码Interleavingdeinterleaving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

14、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28常用术语 lBit（比特）：经过信源编码的，含有信息的数据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1.28McpslSpreading Factor（SF，扩频因子）：扩频码的长度29TD-SCDMA通信模型信源信源解码解码信源信源编码编码Interleavingdeinterleaving信道信道编码编码交织交织

15、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30TD-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兼容，有利于设计多模终端12.2kbps (GSM-EFR), 10.2kbps, 7.95kbps7.40kbps (IS-641,US-TDMA speech codec), 6.70kbps (

16、PDC-EFR)5.90kbps, 5.15kbps, 4.75kbps31TD-SCDMA通信模型信源信源解码解码信源信源编码编码Interleavingdeinterleaving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32TD-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 22l编码类型

17、p语音业务：卷积码（1/2、1/3）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33TD-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1111333344441324132413241324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随机的错误2222222234TD-SCDMA通信模型信源信源解码解码信源信源编码编码Interleavingdeinterleavin

18、g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35无线帧10ms子帧5msTS5TS4TS0TS2TS1GPTS3TS6DwPTSUpPTSTD-SCDMA帧结构：73l7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36TD-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

19、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MidambleGP16业务数据675 s业务数据物理层控制信息37TD-SCDMA通信模型信源信源解码解码信源信源编码编码Interleavingdeinterleaving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38TD-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

20、扩频因子，k 为码道号, 0 k SF-1SF = 1SF = 2SF = 4Cch 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)39TD-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AMR12.2K语音业务下行：12.2+3.4上行：12.2+3.42个SF16的码道1个SF8的码道可视电话 (Video Call

21、)下行：64上行：648个SF16的码道1个SF2的码道PS 128k下行：128+3.4上行：16+3.41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1640上行上行公共信道公共信道TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6用户业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 AUser AUser DUser DPS 128KUser C可视电话可视电话User CUser CUser CUser CUser CUser CUser CUser CUser B语音语音User BUser B41TD-

22、SCDMA通信模型信源信源解码解码信源信源编码编码Interleavingdeinterleaving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42TD-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43TD-SCDMA使用的扰码序列：Gold序列lGold序列：由m序列的不同相位异或而成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44TD-SCDMA通信模型信源信源解码解码信源信源编码编码Interleavingdeinterleaving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