TD-SCDMA关键技术与NodeB.ppt

1、TD-SCDMA关键技术和 Node B介绍 产品与策略部：邱长斌 ,主 要 内 容,TD-SCDMA的关键技术 TD-SCDMA NodeB介绍,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切换 功率控制 软件无线电 总结,什么是TD-SCDMA,Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access (时分双工的同步码分多址) 是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持； 是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准，是UTRA-FDD可替

2、代的方案； 是集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、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、可变扩频系统等技术.,TD-SCDMA主要参数,多址接入方式： TDMA/DS-CDMA 双工方式：TDD 码片速率: 1.28Mbps(WCDMA的1/3) 载频宽度：1.6M Hz 扩频技术：OVSF 调制方式：QPSK,8PSK 编码方式：1/2-1/3的卷积编码，Turbo编码,TD-SCDMA的多址方式,FDMA、TDMA和CDMA的最优结合,1.6 MHz,最多可达16个码道,每个用户通过临时

3、分配 到的CDMA码来被识别,时隙,下行,下行,下行,上行,time,energy,frequency,TD-SCDMA的双工方式,TDD的优点 易于使用非对称频段, 无需具有特定双工间隔的成对频段 适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率 上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的,有利于智能天线技术的实现 无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本,低码片速率,1.6MHz带宽 可实现2Mbps的数据业务 低码片速率 频谱利用率高 频率使用灵活 系统设备成本低,5MHz,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切换 功率控制 软件

4、无线电 总结,帧结构,每帧有两个上/下行转换点 TS0为下行广播时隙 TS1为上行时隙 三个特殊时隙G, DwPTS, UpPTS 其余时隙可根据用户需要进行灵活UL/DL配置,SP,特殊时隙,DwPTS: 用于下行同步和小区初搜： 32用于保护；64用于导频序列；时长75us 32个不同的SYNC-DL码，用于区分不同的基站； UpPTS: 用于建立上行初始同步和随机接入； 160 Chips: 其中128用于SYNC-UL，32用于保护 G 96 Chips保护时隙，时长75us 用于下行到上行转换的保护,SYNC 64c,SYNC1 128c,GP 32c,GP 32c,G,TS0,TS

5、1,在TD-SCDMA系统中， P-CCPCH （ BCH）必须分配在TS0； P-CCPCH必须使用全向波束，覆盖整个小区/扇区； 因此，P-CCPCH不能采用波束赋型； TS0的突发结构同业务时隙（Traffic Timeslot）。,业务时隙TS0,业务时隙TS1TS6,业务时隙可以安排： 公共信道（包括共享信道）； 专用信道； 需要进行扩频、加扰操作； 可以波束赋型，对用户定向发射接收； 需要功率控制； 可以携带 L1层的控制命令（TFCI、TPC、SS Symbol）；,业务时隙结构,每时隙业务信息由704 Chips组成，时长675us； 业务和信令数据由两块组成，每个数据块分别由

6、352 Chips组成； 训练序列(Midamble)由144 Chips组成； 16 Chips为保护；,业务时隙训练序列 ：Midamble码,Midamble码的作用： 上、下行信道估计； 功率测量； 上行同步保持； Midamble码组成： 长 144Chips，112.5us； 由长度为 128Chips的基本Midamble码生成； 对Midamble码不进行扩频、加扰等操作。,业务时隙的L1层控制命令,Data symbols,Data symbols,TPC symbols,Time slot x (864 Chips),SS symbols,G,P,1,st,part of

7、TFCI code word,2,nd,part of TFCI code word,Data symbols,e,Data symbols,TPC symbols,Time slot x (864 Chips),SS symbols,G,P,3,rd,part of TFCI code word,4,th,part of TFCI code word,Radio Frame 10ms,Sub,-,frame 5ms,Sub,-,frame 5ms,L1层控制命令包括传输格式组合指示（TFCI）,发射功率控制（TPC）,同步偏移（SS）,Midamble,Midamble,TFCI code

8、word 用于指示信道的传输格式； 分四个部分，位于两个子帧内； 10ms无线帧内的两个（相同时隙的）5ms子帧内的TFCI code word组合起来，才能构成一个完整的TFCI code word； TFCI code word与TFC一一对应,业务时隙的L1层控制命令,TPC symbol 用于上行对下行（或下行对上行）的功率控制； 调整步长是1, 2或3dB（由RRC层指示）； 功控频率最高为200Hz，即每5ms子帧发送一次。 SS symbol 用于上行同步（上行同步过程、上行同步保持）； 调整步长1/8-1个Chip； 每5ms子帧发送一次，即上行同步频率最大为200Hz。 SS

9、 symbol个数与TPC symbol相同。,业务时隙的L1层控制命令,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切换 功率控制,智能天线的引入,目标 将目标用户的能量最大化 将其他用户的干扰最小化 思想 发展空分技术 静态的固定扇区-动态的天线波束,智能天线的基本原理,以M元直线等距天线阵列为例：（第m个阵元） 空域上入射波距离相差 d=m x cos 时域上入射波相位相差,智能天线的基本原理（续）,空间上距离的差别导致了各个阵元上接收信号相位的不同，经过加权后阵列输出端的信号为 其中，A增益常数，s(t)是复包络信号，wm是阵列的权因

10、子。,正如正弦波叠加的效果，假设第m个阵元的权因子,智能天线的基本原理（续）,选择不同的0，将改变波束的所对的角度，所以可以通过改变权值来选择合适的方向,智能天线的优点,优点: 减少小区间和小区内干扰 降低多径干扰 降低发射功率 提高接收灵敏度 增加了容量及小区覆盖半径 降低基站成本 增加基站的可靠性,智能天线的结构,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切换 功率控制 软件无线电 总结,联合检测的引入,问题： 由于无线移动信道的时变性和多径效应影响，使得系统中数据之间存在干扰: 多址干扰（MAI） 符号间干扰（ISI） 定义： 通过数

11、据符号间、码道间的相关性在多个用户中检测、提取出所需的信号，消除ISI和MAI.,联合检测基本原理,d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声 A是与扩频码c和信道脉冲响应h有关的矩阵,数 据 估 计,只要接收端知道A(扩频码c和信道脉冲响应h)，就可以估计出符号序列 扩频码c已知； 信道脉冲响应h可以利用突发结构中的训练序列midamble求解出；,联合检测基本原理（续）,联合检测的优点,可同时检测不同用户的数据； 可以抑制多址、多径干扰； 增加系统的容量；,智能天线+联合检测,TD-SCDMA使用的是TDD的方式，便于使用智能天线； TD-SCDMA每个时隙分为16个码道，便于使

12、用联合检测技术； 在TD-SCDMA移动通信系统中，结合使用联合检测和智能天线，可以更好地抵消ISI,MAI的影响，大大提高系统的抗干扰能力和容量。,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切换 功率控制 软件无线电 总结,上行同步,定义： 上行链路的各终端信号在到达基站解调器时同步 优点： CDMA码道正交， 降低码道间干扰， 提高CDMA容量 简化硬件，降低成本,上行同步（续）,同步的建立 在随机接入时建立 依靠BTS接收到的SYNC_UL 立即在对应的FPACH（快速物理接入信道）进行控制 同步的保持 在每一上行帧检测Midambl

13、e 立即在下一个下行帧SS位置进行闭环控制 若失步将执行链路重建,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切换 功率控制 软件无线电 总结,动态信道分配,定义： 载频 -频域 扩频码 -码域 时隙 -时域 波束 -空域 方法： 在终端接入和链路持续期间，根据多小区之间的干扰情况和本小区内的干扰情况，进行信道的分配和调整。 好处： 减小干扰 增加系统容量,动态信道分配,慢速DCA(把资源分配给小区) 主要任务是进行小区间的资源分配，在每个小区内分配和调整上下行链路资源、测量网络端和用户端的干扰，并根据本地干扰情况为信道分配优先级。 快速DC

14、A(把资源分配给承载业务) 信道分配：根据其需要的RU的多少为承载业务分配物理信道； 信道调整：RNC对小区负荷情况，终端移动情况，和信道质量的监测结果，动态对RU进行调配和切换,TD-SCDMA系统中DCA的方法有如下几种： 时域动态信道分配 因为TD-SCDMA系统采用了TDMA技术，所以通过选择接入时隙来减小激活用户之间的干扰。 频域动态信道分配 因为TD-SCDMA系统中每个小区可以有多个载波，所以把激活用户分配在不同的载波上，从而减小小区内用户之间的干扰。 码域动态分配 在同一个时隙中，通过改变分配的码道来避免可能出现的码道质量恶化 空域动态信道分配 因为TD-SCDMA系统采用智能

15、天线的技术，可以通过用户定位、波束赋形来减小小区内用户之间的干扰、增加系统容量。,动态信道分配,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切换 功率控制 软件无线电 总结,接力切换,定义： 利用智能天线和上行同步等技术，在对UE的距离和方位进行定位的基础上，根据UE方位和距离信息作为辅助信息来判断目前UE是否移动到了可进行切换的相邻基站的临近区域。如果UE进入切换区，则RNC通知该基站做好切换的准备，从而达到快速、可靠和高效切换的目的。 优点： 接力切换通过与智能天线和上行同步等技术有机结合，巧妙地将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率综

16、合起来，是一种具有较好系统性能的优化的切换方法，同时测量对象数目的减少使得终端的功耗降低。,接力切换,步骤： UE发送测量报告； UE位置信息交互； 返回临近测量小区； UE报告测量结果； 通知UE目标基站信息； UE与目标基站同步； 无线链路建立； 物理信道重配置； 无线链路释放； 优点： 节省系统资源； 提高系统容量； 降低设备成本；,Target NB UE Node_B RNC,Measurement report,Find target NB for handover Report,Initial sync,Target NBs information,Set up link,Loc

17、ation information,Measurement result,Release link,Reconfigure channels,接力切换,接力切换的核心思想： 在于TD-SCDMA系统上行同步的设计和智能天线的引入，从而达到既不浪费系统的无线资源，又能保证切换的成功率。 主要涉及两个概念： 预同步：在切入目标小区之前和目标小区建立预同步。 智能天线和上行同步：提供UE的位置信息，使得切换测量的范围减小，从而减少了切换所需要的时间。 对终端的优点： 由于相应的测量减少，可以降低功耗。,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切

18、换 功率控制 软件无线电 总结,功率控制的目的 通过调整功率，保证上下行链路的质量 减小远近效应 对抗阴影衰落和快速衰落 使网络干扰最小化，从而减少小区间干扰水平，提高网络容量和质量 减少UE和基站的发射功率 TD-SCDMA功控的特殊性 智能天线和联合检测的应用，对干扰信号有一定的抑制作用，同时在一定程度上缓解了远近效应的影响,功率控制,功率控制,上行链路功控 开环功率控制 内环功率控制 外环功率控制 下行链路功控 内环功率控制 外环功率控制,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切换 功率控制 软件无线电 总结,软件无线电基本原理,

19、问题： 移动通信系统工作在多频带，多标准情况下； 每种标准要求不同的设备设计； 定义： 通过在一般的DSP/FPGA中使用软件来代替ASICs 优点: 节省开发的时间与成本，降低风险； 容易进行技术升级； 适合使用新技术；,关 键 技 术,什么是TD-SCDMA 帧结构 智能天线 联合检测 上行同步 动态信道分配 接力切换 功率控制 软件无线电 总结,关键技术总结,TDD+TDMA/DS-CDMA 低码片速率:1.28Mcps(WCDMA的1/3) 智能天线+联合检测达到减小干扰、增加容量的效果 适合智能天线和同步CDMA的帧结构，以及相应的过程 采用和3GPP相同的调制、信道编码、交织和复接技术 功率控制和上行同步控制: 控制频率:0-200次/秒 功率控制步长:1-3dB 同步控制精度:1/8码片宽度 开环和闭环控制,主 要 内 容,TD-SCDMA的关键技术 TD-SCDMA NodeB介绍,Node B 设备结构,RFTRXU,SIPROC,COBA,GPS信号处理板,SA array,SWIPA,cable,功能模块介绍- SIPROC,基带处理单元（SIPROC）：一个基带处理单元包括SICAT和SIBASE两个模块; SIBASE:基带处理，呼叫处理，O,SICAT,SICAT,SIBA