tdscdma工作原理

1、TD-SCDMA 原理介绍及关键技术7/11/20221AMPSTACSNMT其它第一代 80年代模拟模拟技术第二代 90年代数字需求驱动GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC数字技术语音业务第三代 IMT-2000WCDMACDMA2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA移动通信技术发展7/11/20222GSM系统7/11/20223FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA频分多址技术 FDMA 业务信道在不同频段分配给不同的用户。如TACS、AMPS。时分多址技术 TDMA业务信道在不

2、同的时间分配给不同的用户。如GSM、DAMPS。码分多址技术 CDMA 所有用户在同一时间、同一频段上，根据不同的编码获得业务信道。多址接入技术7/11/20224GSMTDMA+FDMA7/11/202257/11/20226GPRS概念7/11/202277/11/202287/11/20229TD-SCDMA标准发展历程TD-SCDMA提交到ITU98/06 99/12 00/05 01/03 06/01 TD-SCDMA在3GPP融合ITU正式通过3G标准TD-SCDMA写入3GPP R4TD-SCDMA成为中国通信行业标准7/11/202210TD-SCDMA频率规划19001920

3、19802010202560MHz60MHz20MHz 15 MHzFDD (up link)FDD (down link)TDDTDD21102170DCS (down linkHzTDD2400230020 MHzISM2483,5Industrial Scientific Medical(WLAN, oven, bluetooth)83,5 MHzPHS1900 19152500IMT-2000 Extension Band2690Not allocated yet!190 MHz中国区TD-SCDMA共有155 MHz频段可以使用。核心频段55M，补充100M

4、，可使用频点93个。每载波带宽1.6MHz3G是全球统一标准、统一频段、无缝覆盖SatvoidFDD (down link)support nowFor future useNext phase7/11/202211TDD（tine division）与FDD(frequency division)双工方式对比1FDDTDD上行5MHz下行5MHz190M上下行隔离1.6M带宽7/11/202212TDD与FDD双工方式对比2TDD上行频段和下行频段一样 DUDDDDDDFDD and GSM:上下行频段成对分配，上下行频率不一致DDDDDDDUUUUUUUUD7/11/202213TDD与F

5、DD双工方式对比3 TDD的优势：易于使用非对称频段, 无需具有特定双工间隔的成对频段上/下行工作于同一频点，信道环境具有互易性，有利于先进技术的应用（如智能天线和功率控制等）适合传输上下行不对称的数据业务（调整上/下行时隙切换点）上/下行工作于同一频点，使得射频单元制造简单（无需提供收发频率间的高度隔离）。这一点在FDD中尤为重要。手机可以在空闲时隙测量其他频率，这使得频率间切换更加容易。无需启用压缩模式。 TDD的不足：TDD在非连续/多个时隙上发射功率，这使得它对抗快速衰落和多普勒效应的能力不如FDD。7/11/202214Time Division-Synchronous Code D

6、ivision Multiple Access时分同步的码分多址 7/11/2022157/11/202216UTRAN总体结构图SRNSDRNSNodeBNodeBNodeBNodeBRNCCNRNCIuIuIurIubIubIubIubUEUu7/11/202217TD-SCDMA中的三种多址接入技术TD-SCDMA 包含三种主要的多址接入技术：TDMA、CDMA、FDMA。SDMA(space DMAsmart antenna)。有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强等特点。7/11/202218TD-SCDMA 帧结构Frame iFrame i+1TDMA Frame Sub-fr

7、ame 1Sub Frame 5msTS5TS4TS0TS2TS1 GP (75s)TS3TS6DwPTS (75s)UpPTS (125s)可变上/下行转换点Sub-frame 2Time slot(0.675ms)Sub Frame 5ms10ms 普通时隙:TSn (n 从 0 to 6): 第n个业务时隙, 864 chips长.TS0始终下行（公共信道），TS1始终上行特殊时隙:DwPTS: 下行导频时隙, 96 chips长UpPTS: 上行导频时隙, 160 chips长GP: 保护时隙, 96chips长Chiprate=1.28Mchip/s0.675ms=(1.28M/10

8、00)*0.675=864chips7/11/202219DwPTS结构TS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6 75sGP(32chips)SYNC-DL(64chips)SYNC-DL code(下行同步码）：用以手机下行同步及小区初搜每个小区使用不同的下行同步码区分全系统共有32个下行同步码由基站端在全小区发射（无波束赋形）7/11/202220UpPTS结构TS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6 125sGP(32chips)SYNC-UL(128chips)SYNC-UL code（上行同步码）：用以手机随机接入/切换/邻小区测量时的上行同步全系统共有32组上行同步码(8个一组

9、)。每个下行同步码对应一组上行上同码。手机从一个组中选取一个上行同步码以接入7/11/202221Guard Period（保护时隙）TS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6 75sGP(96chips)保护时隙位于基站收发时隙之间以隔离上下行间的干扰7/11/202222TS0-TS6 时隙结构TS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6 675sDataSymbols 1（352chips） Data Symbols 2（352chips） Midamble（144chips） GP16Midamble(训练序列码) 144chips长 : 用以估计信道冲击响应。它与数据符号功率一致，但不

10、扩频、不加扰Guard Period:16Chips每个时隙有16个码. 1 AMR 12.2Kbps使用2个码. 2个码=1个信道每个载波有24个信道（3:3切换点配置），1个信道留给控制信令每个载波可支持23个AMR用户. (16/2*3=24,24-1=23) N频点方案下: 每个非主载波支持24个AMR用户 SF=1,2,4,8,167/11/202223码资源TD-SCDMA突发的数据部分由信道码和 扰码 共同扩频。7/11/202224码资源对应关系7/11/202225可变上/下行转换点对称 UL:DL 3:3非对称 UL:DL 2:4非对称 UL:DL 1:523 AMR us

11、ers384K/384K UL/DL最大容量15 AMR users256K/512K UL/DL7 AMR users128K/640K UL/DL7/11/202226TD-SCDMA基站理论覆盖上限分析Guard Period 96chips允许的双程传播时延是96chips (75s)小区半径受限于300000*75*10-6/2= 11.25 km7/11/202227第二章 TDSCDMA 关键技术智能天线联合检测动态信道分配上行同步接力切换N频点7/11/202228一.智能天线(Smart Antenna)多根天线阵元组成天线阵列通过对各个天线阵元输出信号相位加权，使信号在某个

12、方向形成同相叠加(SDMA)智能天线波束赋形，形成方向性波束用户跟随能量集中低旁瓣泄漏7/11/202229最小化手机间干扰 最大化指向有需求的用户的能量智能天线的增益（分集及赋形增益），可以有效的提升业务覆盖能力并降低对单个功放的功率要求。不使用智能天线：功率在全小区发射 无手机活动的区域内充满了干扰使用智能天线：功率只指向小区内有手机活动的区域，手机在小区内移动时波束跟随手机（广播信道仍然全发射，接通后，在专用信道形成强波束。）智能天线7/11/2022307/11/202231用户跟随估计来波方向角，使波束指向来波方向单小区精确定位7/11/202232波束成型-智能天线在不同时间天线单

13、元的脉冲形状功率 天线的每个单元是全向的 波束成型是通过单天线单元的不同功率和脉冲形状而形成的7/11/202233智能天线只能克服一个码片间隔内的多径干扰；时延超过码片宽度时产生多径干扰（高速移动环境下的多径干扰）。智能天线必须和联合检测干扰抵消及RAKE接收机同时使用。无法克服高速移动环境造成的信道恶化；高速移动时，产生多普勒效应造成信道恶化。解决方案：多用户检测 - 超过一个码片间隔的多径/ 多址干扰（MAI）RAKE接收机 - 超过一个码片间隔的多径智能天线(S.A.)的局限性7/11/202234二、联合检测1、什么是联合检测Joint DetectionTD-SCDMA系统是干扰受

14、限系统，系统干扰包括多径干扰，小区内多用户干扰和小区间的干扰。这些干扰破坏了各信道的正交性，降低了CDMA系统的频谱利用率。传统的RAKE接收机技术把小区内的用户干扰当作噪声处理，而该干扰不同于噪声干扰的独有特性。联合监测技术即多用户干扰抑制技术是消除和减轻多用户干扰的主要技术，它把所有用户的信号都当作有用信号处理。7/11/202235联合检测传统的CDMA接收机中各个用户的接收是相互独立进行的，在多径衰落的条件下，各个用户之间很难保持正交，造成多用户之间相互干扰。多用户检测对抗接收信号中的多址干扰MAI收到较好的效果。但实际上由于多径传播产生符号间干扰ISI。联合检测技术是利用均衡技术，将

15、来自其它用户的ISI也当作MAI而一并消除。7/11/202236联合检测所有信道的信号被同时解码从复合信号中减去其他信道的信号来获得每一个信道的信号联合检测可获得小区内干扰为零7/11/2022372、联合检测 (JD)的作用和原理联合检测作用避免多址干扰检测动态范围急剧增大，无需软切换小区内干扰最小化 联合检测原理 特定的空中接口“突发”结构允许收信机对无线信道进 行信道估计 根据估计的无线信道，对所有信号同时进行检测7/11/2022383、JD的TD-SCDMA实现优势7/11/202239智能天线+联合检测的影响智能天线（本小区及邻小区）+ 联合检测（本小区及邻小区）的干扰抑制，可显

16、著减弱小区呼吸效应，同时可显著提升系统容量和频谱利用效率。频率S = 纠正增益扩频信号MAI检测到信号能量7/11/202240CDMA系统的小区呼吸效应 所谓小区呼吸效应是指随着用户的增加（或减小），小区覆盖半径收缩（或扩大）的动态平衡现象。 由于CDMA系统的每个用户信号能量被分配在整个频带范围内，一个用户对于其它用户而言就是宽带噪声。每增加一个用户，对于其它用户而言，干扰电平就会增加，为了保证各自呼叫继续进行，每个用户都适当的提高自己的发射功率，形成了一种功率攀升的恶性循环，直到新的用户无法使基站接收到符合解调门限的信号为止，此时系统达到容量极限。 小区呼吸效应在链路预算中就体现为当小区

17、用户数增多，负载增大，相应的干扰余量增大，因此小区允许的最大路损减小，覆盖范围收缩。7/11/202241TD-SCDMA系统的小区呼吸效应TD-SCDMA Node B12.2 kbps384 kbpsTD-SCDMA系统的小区呼吸效应不明显智能天线和联合检测技术最大限度的克服了小区呼吸效应。 联合检测技术给系统带来较大增益，使小区内干扰因子下降； 智能天线波束赋形进一步减少小区内和小区间干扰。TD-SCDMA各种业务的覆盖范围近似相同，对于实现各种业务的连续覆盖规划非常有利。7/11/202242覆盖规划的不同点呼吸效应WCDMA系统存在呼吸效应，TD系统中呼吸效应微弱TD-SCDMA各业

18、务覆盖半径近似相同，可实现各种业务的连续覆盖；WCDMA的上行覆盖随数据率的增加而减小。 WCDMA各业务覆盖不一致TD-SCDMA各业务覆盖基本一致7/11/202243容量规划两个系统做容量规划都要首先要进行容量需求的预测。进行容量需求的预测要先进行用户预测和业务预测。在TD-SCDMA和WCDMA网络中，数据业务的比重显著增加，且网络上下行的业务流量普遍呈现出不对称的特性，甚至有可能出现下行容量受限的情况。因此，TD-SCDMA和WCDMA容量估算需从上下行两个方向分别进行。7/11/202244关键技术比较-检测技术联合检测（多用户检测技术）Rake接收技术（单用户检测技术）TD-SC

19、DMAWCDMA7/11/202245TD-SCDMA每时隙最多8个语音用户；OVSF码长16位；Midamble长度144位，并且数量较少。WCDMA每载扇语音用户容量在60个左右；上行OVSF码长可达512位；没有Midamble做信道估计。关键技术比较检测技术联合检测在TD和WCDMA系统的适用度分析对于WCDMA系统，因算法过于复杂，采用联合检测技术难度很大7/11/202246三、动态信道分配1、什么是动态信道分配定义 在终端接入和链路持续期间，对信道进行动态的分配和调整应用信道调整资源整合调整要素频域调整时域调整码域调整空域调整7/11/2022472、信道调整7/11/20224

20、8动态信道分配(DCA)_1DCA算法:信道分配(慢速DCA)- 分配上/下行时隙转换点，把资源分配到小区信道选择(快速DCA)- 基于测量报告动态分配码池，时隙池（pool），或调整上/下行时隙转换点。把资源分配给承载业务7/11/202249动态信道分配(DCA)_27/11/202250动态信道分配(DCA)_3TD-SCDMA系统中,拥有了更小的资源单元信道，它由频率/时间/码/空间四维组成。所以需要用DCA来管理这些单元。优势:接收到的信号强度及干扰强度测量结果用以优化信道配置运营商对网络管理更加便利（没进行动态对网优的工程量更大。）尤其能灵活地适应网络流量的变化适合于3G网络带来的

21、多元服务7/11/202251四.上行同 步定义上行链路各终端信号在基站解调器完全同步优点CDMA码道正交，降低码道间干扰，提高CDMA容量简化基站解调设计方案，降低基站成本最大限度的克服MAI基本原理同一时隙不同用户的信号同步到达基站接收机充分利用Walsh码的正交性t基站解调器码道1码道2码道N7/11/202252上行同步Impulse responsesReal, Idealised by ULsync.Orthogonal Code 1Orthogonal Code 2=Less Interference for Detection*RealOrthogonal Code 1Orth

22、ogonal Code 2=Strong Interference for Detection*Orthogonal Code 1Orthogonal Code 2=No Interferencefor DetectionIdeal*优势:减少小区内干扰减少多址接入干扰7/11/202253同步的建立在随机接入时建立依靠BTS接收到的SYNC1立即在下一个下行帧SS位置进行闭环控制同步的保持在每一上行帧检测Midamble立即在下一个下行帧SS位置进行闭环控制出现失步的可能性有限小区半径(取决于G的宽度，可能超过10km)比较宽的容许范围(+/- 4 chips)失步后执行链路重建SS上行业务

23、时隙(BTS要求)Midamble随机接入SYNC1ssUpPTSUE的上行突发7/11/202254UpPCH shifting(上行同步信道漂移）本小区第3圈DnDwGPUpDnDwGPUpDnDwGPUpDnDwGPUp第2圈第1圈远端基站的DwPCH信号到达本地基站时经过一定的延时，将会干扰本地基站的UpPCH。在乡村开阔地这种情况尤为明显。这种干扰将会很大程度地影响本地基站的上行接通率。7/11/202255UpPCH shifting具体实现TS0TS1 DB1UpPCHTS0TS0MidambleTS1 DB2TS1 DB1MidambleTS1 DB2TS1 DB1Midamb

24、leTS1 DB2UpPCHUpPCHTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6 675usDataSymbols 1（352chips） Data Symbols 2（352chips） Midamble（144chips） GP16NUpPCH*16=UpPCH shifting offset(chips)Value Range of NUpPCH:0-127NUpPCH=0NUpPCH=22NUpPCH=537/11/202256UpPCH shifting的优缺点优点:解决UpPCH干扰解决远距离覆盖小区缺点:设备端改动较大减少了上行容量（RRM算法将不会向UpPCH漂移到的时隙分配用

25、户）并非所有 UpPCH shifting的改动都与3GPP标准相兼容!7/11/202257 Node B之间要求同步 同步精度要求：几微秒 同步方法：GPS空中主从同步 Node B不需要同步 可以是同步或者异步关键技术比较-同步方式BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTS Tx RxGTD-SCDMA是同步CDMA系统，可以降低干扰WCDMATD-SCDMA7/11/202258基站A基站B描述:应用了TDD的特性及上行同步使用预同步以取得上行信息应用及优势:业务不受干扰切换时间减短切换成功率上升切换掉话率下降对手机的要求不高五.接力切换7/11/202259接力切换7/11/2022

26、60接力切换前NodeB ANodeB BUE UL user dataUE DL user dataIub Radio link and AAL2UP7/11/202261预同步NodeB ANodeB BUE 与NodeB B实现上行同步7/11/202262接力切换_1NodeB ANodeB BRNC 做出接力切换决定。RNC 与NodeB B 建立新的无线链路及AAL2UP。UE收到RNC发来的 “Physical Channel Reconf”消息。这条消息中，含有 “active time”.在此计时器过期前，UE与NodeB A保持上/下行业务流。RNCPhysical Cha

27、nnel Reconf7/11/202263NodeB ANodeB B当“active time”过期后，UE开始向NodeB B发送上行数据。经过另一小段时间后(设定于UE芯片内)，UE开始从NodeB B接收下行数据。接力切换完成。UE向RNC发出“Physical Channel Reconf Complete”消息. RNC随后拆除与NodeB A间的Iub link 及AAL2UP。RNCPhysical Channel Reconf Ccomplete接力切换_27/11/202264接力切换在RNC启动切换命令前就已与目标NodeB取得了上行同步(UE可从源NodeB的广播信息

28、里取得目标NodeB的信息).而在硬切换中,UE只有在收到“Physical channel reconfig”消息后才与目标NodeB取得上行同步。“Physical channel reconfig” 消息中的不同点(3GPP25.331-10.2.22):接力切换时，这条消息不包含目标NodeB的上行同步信息硬切换时，这条消息包含目标NodeB的上行同步信息接力切换时有一小段时间内手机上/下行数据是与不同的NodeB交互的。硬切换与接力切换比较_17/11/202265硬切换与接力切换比较_27/11/202266接力切换的特点接力切换占用系统资源的比例近似于硬切换，而小于软切换“一小段

29、时间内手机上/下行数据与不同的NodeB交互”需要RNC的支持，以提供业务流无缝切换硬切换存在一定的失败可能性（如果与目标NodeB上行同步失败）而接力切换中，“Physical channel reconfig”命令是在与目标NodeB建立了上行同步后到达手机的。所以总体来讲，接力切换会有比硬切换更高的成功率。接力切换保障了数据的无缝传输。而使用硬切换时，会有一个短暂的数据流中断。7/11/202267关键技术比较-切换方式接力切换硬切换GSMTD-SCDMA7/11/202268关键技术比较-切换方式接力切换软切换WCDMATD-SCDMA7/11/202269若1个扇区有三个小区，所有公共信道都在同一个方向上发射，互相间干扰很强。这将使手机在小区搜索、测量时带来很大的困难。N频点技术在一个扇区内建立N个频点。在些N个频点中，只有一个主频点负责公共信道。其它载波只负荷业务。这消除了扇区内公共信道间的干扰不存在。TS0TS1TS6TS5TS4TS3TS2DwPTS(SYNC_DL)GPUpPTS(SYNC_UL)BCH/PCH etc.TS1TS6TS5TS4TS3TS2TS1TS6TS5TS4TS3TS