基于TD-SCDMA技术的研究

基于TD－SCDMA技术的研究

报告人：张亚斌1移动通信的发展第一代移动通信（1G）:发展于70年代，模拟通信，利用FDMA技术实现语音通信第二代移动通信(2G)：80年代末开发，数字蜂窝通信系统，是包括语音在内的全数字化系统，通话质量和系统容量比1G有所提提升GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)是第一个商业运营的2G系统，GSM采用TDMA技术。另外,2.5G(GPRS)在2G基础上提供增强业务，如WAP。第三代移动通信(3G)：NTT和爱立信最早于1996年开始开发3G，是移动多媒体通信系统，提供的业务包括语音，传真，数据，多媒体娱乐和全球无缝漫游等。3G技术提供2MBPS标准用户速率（高速移动下提供144KBPS速率）。包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。第四代移动通信(4G)：用户速率可达20Mbps。4G支持交互多媒体业务，高质量影像，3D动画和宽带互联网接入，是宽带大容量的高速蜂窝系统。2TD-SCDMA概述TD-SCDMA是英文TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess（时分同步码分多址）的简称，中国提出的第三代移动通信标准(简称3G)，，也是ITU批准的三个3G标准中的一个，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。是我国电信史上重要的里程碑。但相对于另两个主要3G标准CDMA2000和WCDMA，它的起步较晚，技术不够成熟。它集CDMA、TDMA、FDMA、SDMA等技术于一体。系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强，且采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、动态信道分配等技术。3TDMA:在时间轴上，上行和下行分开，实现了TDD模式。FDMA:FDD模式反映在频率上，是上行下行共用一个频点，节省了带宽。在频率轴上，不同频点的载波可以共存。CDMA:在能量轴上，每个频点的每个时隙可以容纳16个码道。SDMA:通过使用智能天线技术，针对不同的用户使用不同的赋形波束覆盖。智能天线由于采用了波束赋形技术，可以有效的降低干扰，提高系统的容量。4TD-SCDMA网络结构组成

TD系统网络结构主要分为三部分:用户设备(UE)、无线接入网、核心网。

为实现2G向3G的平滑过渡，3G系统的核心网结构依然采用了GSM/GPRS第二代的定义，所以我们认为3G系统的区分主要是接入网和空中接口的无线传输这些部分。5TD网络组成图示6UTRAN结构描述7UTRAN通用协议模型8TD系统网络接口空中接口Uu：无线接口从协议结构上可以划分为三层：物理层（L1），数据链路层（L2），网络层（L3）。L2和L3划分为控制平面和用户平面。RLC和MAC之间的业务接入点（SAP）提供逻辑信道，物理层和MAC之间的SAP提供传输信道。RRC与下层的PDCP、BMC、RLC和物理层之间都有连接，用以对这些实体的内部控制和参数配置。Iu口：Iu接口是连接UTRAN和CN的接口，也可以把它看成是RNS和核心网之间的一个参考点。它将系统分成用于无线通信的UTRAN和负责处理交换、路由和业务控制的核心网两部分。结构：一个CN可以和几个RNC相连，而任何一个RNC和CN之间的Iu接口可以分成三个域：电路交换域（Iu-CS）、分组交换域（Iu-PS）和广播域（Iu-BC），它们有各自的协议模型。功能：Iu接口主要负责传递非接入层的控制信息、用户信息、广播信息及控制Iu接口上的数据传递等。9Iub口：Iub接口是RNC和NodeB之间的接口，完成RNC和NodeB之间的用户数据传送、用户数据及信令的处理和NodeB逻辑上的O&M等。它是一个标准接口，允许不同厂家的互联。功能：管理Iub接口的传输资源、NodeB逻辑操作维护、传输操作维护信令、系统信息管理、专用信道控制、公共信道控制和定时以及同步管理。Iur：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。它是一个标准接口，允许不同厂家的互联。功能：Iur口是Iub口的延伸。它支持基本的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。10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（TS0~TS6），每个时隙长度为864chips，占675us）。11DwPTS（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。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。12TD-SCDMA的关键技术智能天线（S.A.）联合检测(J.D.)接力切换动态信道分配（DCA）13智能天线（S.A.）

智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线可减少小区间干扰也可减少小区内干扰。智能天线的这些特性可显著提高移动通信系统的频谱效率。具体而言，TD－SCDMA系统的智能天线是由8个天线单元的同心阵列组成的,直径为25cm。同全方向天线相比，它可获得8dB的增益。其原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图，使用DSP方法使主瓣自适应地指向移动台方向，就可达到提高信号的载干比，降低发射功率等目的。14联合检测(J.D.)

联合检测是多用户检测（Ｍｕｌｔｉ－ｕｓｅｒＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）的一种。ＣＤＭＡ系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。CDMA系统中多址干扰（M.A.I.）是主要干扰;小区间的干扰在最恶劣的情况下也不超过小区内部干扰的６０％。传统的CDMA系统信号分离方法把MAI看作热噪声。J.D.充分利用MAI中的先验信息。联合检测作用：避免多址联扰；相对扩大检测动态范围，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（帧结构）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

15接力切换

接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。与软切换相比，都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。不同之处在于接力切换不需要同时有多个基站为一个移动台提供服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源多、信令复杂、增加下行链路干扰等缺点。与硬切换相比，两者具有较高的资源利用率，简单的算法、以及较轻的信令负荷等优点。不同之处在于接力切换断开原基站和与目标基站建立通信链路几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换掉话率高、切换成功率低的缺点。传统的软切换、硬切换都是在不知道UE的准确位置下进行的，因而需要对所有邻小区进行测量，而接力切换只对UE移动方向的少数小区测量。16动态信道分配（DCA）

信道分配有固定信道分配（FCA）、动态信道分配（DCA）和混合信道分配（HCA）3种。TD-SCDMA系统采用RNC集中控制的DCA技术，在一定区域内，将几个小区的可用信道资源集中起来，由RNC统一管理，按小区呼叫阻塞率、候选信道使用频率、信道再用距离等诸多因素，将信道动态分配给呼叫用户。信道动态分配分为2个阶段：第1阶段是呼叫接入的信道选择，采用慢速DCA；第2阶段是呼叫接入后为保证业务传输质量而进行的信道重选，采用快速DCA。RNC根据各相邻小区占用的时隙，计算或测量时隙的干扰情况，动态地在RNC所管辖的各小区间、工作载波间及上下行链路之间进行时隙分配。17TD-S