TD-SCDMA基本原理(二)-鼎利培训

TD根本原理〔二〕培训讲师:龙新旺课程目标学习完本课程，您将能够：了解TD-SCDMA网络结构与接口了解TD-SCDMA无线信道结构与功能了解TD-SCDMA无线信道配置原那么了解TD通信的物理层过程目录TD-SCDMA网络结构与接口TD-SCDMA无线信道结构与功能TD-SCDMA无线信道配置原那么物理层过程LTE：每个10ms无线帧被分为10个子帧，每个子帧包含两个时隙，每时隙长0.5ms。帧长为1ms。TD：每个10ms被分为两个5ms的子帧。每个子帧分为7个常规时隙和三个特殊时隙。帧长为5ms。4UTRAN总体结构图SRNSDRNSNodeBNodeBNodeBNodeBRNCCNRNC

IuIuIur

IubIubIubIubUEUu5CN标准开展历程

R99

R4

R5

R6

n

引入Iu接口

n

最大速率2Mbps

n

商用版本2001.6+后续CR

2000.3

2001.3

2002.6

功能冻结时间点

n

控制与承载分离

n

增加TD-SCDMA

n

已经商用

n

引入多媒体域(IMS)

n

无线引入HSDPA

n

逐步商用

n

研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN的电路交换的互操作

n

MBMS

n

HSUPA

2004.126HLRGMSCMSC/VLRMSC/VLRAuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGSNBTSBTSNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbBSCAGsGrGnGcCDHEGGpIubAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubGiR99系统根本结构7AuCGGSNInternetPSTNOtherPLMNSGSNGGSNNodeBNodeBIu-CSRNCIu-PSGbAGsGrGnGcCDGpIubBTSBTSBSCAbisUmUuRNCIurCS域PS域NodeBIubNbNcMGWGMSCServerMcMSCServer/VLRMcHHLRMGWGiR4系统根本结构8MGWMSCServerMGWSGSNUTRAN

T-SGWMGCFR-SGWMRFPPSTNLegacy/ExternalGMSCServerHSSR-SGW

CSCFCxMsMwMgMrGiGi

IMS-MGWMcMcMcCDMhMhT-SGWPS域IP多媒体域CS域IuGrGi

HSS

CSCF

GGSNR5系统根本结构9UTRAN通用协议模型物理层信令承载ALCAP应用协议无线网络层传输网络层控制面传输网络控制面用户面数据流数据承载信令承载传输网络用户面传输网络用户面10UTRAN通用协议模型从水平方向上可以分为传输网络层和无线网络层；从垂直方向上那么包括以下四个平面：控制平面：包含应用层协议，如：RANAP、RNSAP、NBAP和传输层应用协议的信令承载。用户平面：包括数据流和相应的承载，每个数据流的特征都由一个和多个接口的帧协议来描述。传输网络层控制平面：包括为用户平面建立传输承载〔数据承载〕的ALCAP协议，以及ALCAP需要的信令承载。传输网络层用户平面：用户平面的数据承载和控制平面的信令承载都属于传输网络层的用户平面。11Iub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。12Iur口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。它支持根本的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。13Iu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局部。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〕和播送域〔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、播送信息及控制Iu接口上的数据传递等。14空中接口UuRRCMAC物理层BMCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCPDCPPDCP传输信道逻辑信道无线承载ControlControlControlControlControl控制面信令用户面消息Uu接口边界L1L2/MACL2/RLCL2/BMCL2/PDCPL315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〔C-平面〕和用户平面〔U-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。163GCoreBand1755178518501880190019201980202120252110217023002400DECTTDDFDD-UMBBTDDNULLFDD-D20206030158560NULLTDDFDD-USATTDDNULLFDD-D20206030158560FDD-DTDDTDDFDD-USATTDDNULLFDD-DTDDFDD-U202060301585601003030ITUEuro./JapanChina全球3G频谱分配TDD在全球拥有丰富的频谱资源目录TD-SCDMA网络结构与接口TD-SCDMA无线信道结构与功能TD-SCDMA无线信道配置原那么物理层过程TD-SCDMA系统中用到的信道逻辑信道：直接承载用户业务根据承载内容的不同，分为控制信道和业务信道传输信道：描述信息如何在无线接口上传输根据传输的信息属性，分为专用信道和公共信道物理信道：各种信息在无线接口传输时的物理通道〔频率、时隙、码〕粮仓药库衣物捐助点公路铁路水路航空各种物资以何种运输方式送往灾区？需要送多少？比例如何分配？专用业务信道 〔DTCH〕公共业务信道 〔CTCH〕播送控制信道 〔BCCH〕寻呼控制信道 〔PCCH〕专用控制信道 〔DCCH〕公共控制信道 〔CCCH〕逻辑业务信道逻辑控制信道逻辑信道分类播送信道 BCH寻呼信道 PCH前向接入信道FACH反向〔随机〕接入信道RACH专用信道 DCH

上行或下行公共传输信道专用传输信道传输信道分类物理信道的分类与功能基站NodeB

用户终端UE

业务连接DPCH –专用物理信道小区搜索与小区选择DwPCH –下行导频信道(DwPTS)PCCPCH –主公共控制物理信道寻呼PICH –寻呼指示信道SCCPCH –从公共控制物理信道随机接入UpPCH

–上行导频信道

(UpPTS)FPACH –快速物理接入信道PRACH

–物理随机接入信道SCCPCH –从公共控制物理信道TD-SCDMA物理层过程－小区搜索小区初搜(DwPTS)根本Midamble码和扰码识别(PCCPCH)系统消息识别(PCCPCH)UE搜索一个小区的DwPTS，识别该小区使用的SYNC-DLUE根据TD-SCDMA系统码表，通过屡次试探，识别该小区的根本Midamble码和扰码UE搜索到P-CCPCH里BCH的控制复帧后，读取BCH承载的系统消息5msDwPTS可能的位置由特征窗确定DwPCH利用相关法确定本小区所用的SYNC_DL码及SYNC_DL码的位置TD-SCDMA系统小区初搜主公共控制物理信道P-CCPCH承载传输信道BCH，用于发送系统消息(SystemInformation)SF＝16；固定配置在TS0的前两个码道：

Cch16,0和Cch16,1无波束赋型，以全小区覆盖模式发送系统消息数据GP系统消息数据Midamble864chips寻呼指示信道PICH用于发送寻呼指示(PageIndicator)SF＝16，一般配置在TS0寻呼指示(PI)的长度LPI＝2，4或8，以一个无线帧为周期如果某个PI对应的bits全为“1〞，表示该PI对应的UE需要对S-CCPCH传送的寻呼消息进行检测无波束赋型，以全小区覆盖模式发送PI0PI1……保留Midamble保留……PIk-1GP864chipsPI比特PI比特︷︷PIkPIk+1……保留Midamble保留……PIn-1GP864chipsPI比特PI比特︷︷从公共控制物理信道S-CCPCH承载传输信道PCH和FACH，用于发送寻呼消息和其他下行信令SF＝16，一般配置在TS0无波束赋型，以全小区覆盖模式发送下行信令数据GP下行信令数据864chipsTFCIMidambleTD-SCDMA物理层过程－随机接入UENodeBUpPCH〔UpPTS〕FPACHPRACH〔RACH〕SCCPCH〔FACH〕终端选择SYNC-UL，以估算的时间和功率发送基站检测到SYNC-UL，并回送定时和功率调整调整定时和功率，发送随机接入请求发送随机接入响应后，进行后续的信令接续快速物理接入信道FPACH用于发送定时调整和功率调整指示SF＝16，可配置在任意一个下行时隙无波束赋型，以全小区覆盖模式发送定时偏移功率偏移……Midamble……定时偏移功率偏移GP864chips用户1用户n…………︷︷物理随机接入信道PRACH承载传输信道RACH，用于发送上行信令SF＝8，一般配置在TS1的Cch8,0无波束赋型，以全小区覆盖模式发送上行信令数据GP上行信令数据864chipsTFCI，SS，TPCMidamble专用物理信道DPCH承载传输信道DCH，用于用户业务的收发上行SF＝1，2，4，8或16下行SF＝1或16有波束赋型，由智能天线算法确定波束方向用户数据GP用户数据864chipsTFCI，SS，TPCMidambleDPCH理论速率资源单元RU业务数据码片数/突发脉冲符号数/突发脉冲QPSK下的符号数/突发脉冲QPSK下的理论最大数据速率RUSF1352×2＝704704704×2＝14081408/5ms＝281.6KRUSF2352×2＝704352352×2＝704704/5ms＝140.8KRUSF4352×2＝704176176×2＝352352/5ms＝70.4KRUSF8352×2＝7048888×2＝176176/5ms＝35.2KRUSF16352×2＝7044444×2＝8888/5ms＝17.6K信道映射关系传输信道PCHBCHFACHRACHDCHSCCPCH物理信道PCCPCHDPCHPRACHPCCH逻辑信道BCCHDCCHCTCHDTCH寻呼用户数据及随路信令小区广播业务系统消息信令L3数据目录TD-SCDMA网络结构与接口TD-SCDMA无线信道结构与功能TD-SCDMA无线信道配置原那么物理层过程TD-SCDMA物理信道典型配置－1PCCPCHPCCPCHSCCPCHSCCPCHSCCPCHSCCPCHPICHFPACHTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6PICHPRACHTD-SCDMA物理信道典型配置－2PCCPCHPCCPCHSCCPCHSCCPCHSCCPCHSCCPCHPICHTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6PICHFPACHPRACH典型业务的资源分配PCCPCHPCCPCHSCCPCHSCCPCHSCCPCHSCCPCHPICHFPACHTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6PICHPRACHUserA语音UserAUserAUserC可视电话UserCUserCUserCUserCUserCUserCUserCUserCUserDUserDPS128KUserB语音UserBUserBTD-SCDMA单载波理论容量语音业务：单载波最多可以支持23个语音用户每个时隙承载8个用户，3:3时隙配置数据业务：单载波最大业务速率640kbps单时隙最大业务速率128kbps，1:5时隙配置UL:DL3:3ULULDLULDLDLDLUL:DL1:5ULDLDLDLDLDLDLN频点情况下的资源配置主载波和辅载波使用相同的扰码和根本Midamble码小区公共资源，如下行导频信道〔DwPTS〕、PCCPCH、PICH、PRACH等只在主载波配置SCCPCH目前只允许配置在主载波上行导频信道〔UpPTS〕和FPACH可以配置在任一载波建议配置在主载波上辅载波的TS0不使用N频点情况下的资源配置(续)主载波和辅载波的上下行转换点配置一致转换点不一致将导致系统干扰增大目前由于终端受限用户在任一个时刻只能工作在一个频点上多时隙配置应限定为在同一载波上同一用户的上下行配置在同一载波上目录TD-SCDMA网络结构与接口TD-SCDMA无线信道结构与功能TD-SCDMA无线信道配置原那么物理层过程42物理层过程43搜索DwPTS实现复帧同步读播送信道BCH扰码和基本训练序列码识别UE利用DwPTS中SYNC_DL得到与某一小区的DwPTS同步，在这一步中，UE必须要识别出在该小区可能要使用的32个SYNC_DL中的哪一个SYNC_DL被使用小区搜索过程〔一〕44搜索DwPTS实现复帧同步读播送信道BCH扰码和基本训练序列码识别UE通过试探法或排除法确定P-CCPCH采用的Midamble码，从而进一步确定扰码小区搜索过程〔二〕45搜索DwPTS实现复帧同步读播送信道BCH扰码和基本训练序列码识别控制复帧由调制在DwPTS上的QPSK符号序列定位，UE通过n个连续DwPTS检测BCH主信息块的位置，实现控制复帧的同步小区搜索过程〔三〕46搜索DwPTS实现复帧同步读播送信道BCH扰码和基本训练序列码识别UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的〔全〕播送信息，根据读取的结果，UE可决定是回到以上的几步还是完成初始小区搜索。小区搜索过程〔四〕47小区搜索过程第一步：搜索DwPTSUE利用DwPTS中SYNC_DL得到与某一小区的DwPTS同步，这一步通常是通过一个或多个匹配滤波器(或类似的装置)与接收到的从PN序列中选出来的SYNC_DL进行匹配实现。为实现这一步，可使用一个或多个匹配滤波器〔或类似装置〕。在这一步中，UE必须要识别出在该小区可能要使用的32个SYNC_DL中的哪一个SYNC_DL被使用在初始小区搜索中，UE搜索到一个小区，建立DwPTS同步，获得扰码和根本midamble码，控制复帧同步，然后读取BCH信息。初始小区搜索利用DwPTS和BCH进行。48小区搜索过程第二步:识别扰码和根本midamble码UE接收到P-CCPCH上的midamble码，DwPTS紧随在P-CCPCH之后。在现在的TD-SCDMA系统中，每个DwPTS对应一组4个不同的根本midamble码，因此共有128个midamble码且互不重叠。根本midamble码的序号除以4就是SYNC_DL码的序号。因此说32个SYNC_DL和P-CCPCH32个midamble码组一一对应〔也就是说，一旦SYNC_DL确定之后，UE也就知道了该小区采用了哪4个midamble码〕，这时UE可以采用试探法和错误排除法确定P-CCPCH到底采用了哪个midamble码。在一帧中使用相同的根本midamble码。由于每个根本midamble码与扰码是相对应的，知道了midamble码也就知道了扰码。根据确认的结果，UE可以进行下一步或返回到第一步。49小区搜索过程第三步：控制复帧同步UE搜索在P-CCPCH里的BCH的复帧MIB〔MasterIndicationBlock〕，它由经过QPSK调制的DwPTS的相位序列〔相对于在P-CCPCH上的midamble码〕来标识。控制复帧由调制在DwPTS上的QPSK符号序列来定位。[n]个连续的DwPTS足以可以检测出目前MIB在控制复帧中的位置。根据为了确定正确的midamble码所进行的控制复帧同步的结果，UE可决定是否执行下一步或回到第二步。第四步：读BCH信息UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的〔全〕播送信息，根据读取的结果，UE可决定是回到以上的几步还是完成初始小区搜索。50物理层过程5152TD-SCDMA系统的TDD模式要求基站之间必须同步同步目的：防止相邻基站的收发时隙交叉，减小干扰基站间同步:系统内各基站的运行采用相同的帧同步定时同步精度要求：几微秒同步方法：GPS：网络主从同步空中主从同步BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTSTxRxG53定义：上行链路各终端信号在基站解调器根本同步。目的：CDMA码道正交；降低码道间干扰；提高CDMA容量；简化硬件、降低本钱。上行同步过程主要用于随机接入过程和切换过程前，用于建立UE和基站之间的初始同步，也可以用于当系统失去上行同步时的再同步，同步的精度一般要求在1/8～1chip54上行同步实现同步的准备：建立下行同步同步的建立：UE通过对接收到的DwPTS和或P-CCPCH的功率估计来确定SYNC_UL的发射时刻，然后在UpPTS发送基站检测SYNC_UL序列，估计接收功率和时间，通过FPACH调整下次发射的功率和时间在以后的4个子帧内，基站用FPACH里的一个单一子帧消息向UE发射调整信息同步的保持：在每一上行帧检测Midamble，估计UE的发射功率和发射时间偏移立即在下一个可用的下行帧发射SS和TPC命令进行闭环控制SS上行业务时隙(BTS要求)Midamble随机接入SYNC1ssUpPTSUE的上行突发55手机发射信号发同步调整命令SSUE上行同步过程

Datasymbols

Midamble

Datasymbols

TPCsymbols

Timeslotx(864Chips)

SSsymbols

G

P

1

st