TD-SCDMA系统简介.ppt

1、TD-SCDMA系统 简介,概述 TD-SCDMA系统的物理层主要技术与WCDMA基本类似，而网络结构与后者是一样的，都采用了UMTS网络结构。两者之间的主要区别在于空中接口：TD-SCDMA采用了TDD的时分双工方式，另外在物理层运用了一些有特色的技术，比如智能天线、联合检测、低码片速率与软件无线电，以及同步CDMA的一系列新技术。在网络方面，TD-SCDMA后向兼容GSM系统，支持GSM/MAP核心网，使网络能够由GSM平滑演进到TD-SCDMA。,同时，它与WCDMA具有相同的网络结构和高层指令，两类制式可以使用同一核心网。而且，它们都支持核心网逐步向全IP方向发展。TD-SCDMA网络

2、层的主要特点是无线资源管理(RRM)中采用了先进的接力切换技术和动态信道分配DCA技术。本节将分别从物理层和网络层对TD-SCDMA予以简介。,14.5.2 TD-SCDMA物理层的主要特色 1. TDD/CDMA的基本概念与主要特点 移动通信一般都需要支持双向通信，这种双向功能可以通过两种不同的方式来实现。一种是通过频分方式，称它为频率双向、双工，即FDD(Frequency Division Duplex)。2G的GSM、IS95系统，3G的WCDMA、CDMA2000系统均采用FDD方案。另一种是通过时分方式，称为时隙双向、双工，即TDD(Time Division Duplex)，无线

3、个人通信系统CT-2、CT-3、DECT、PHS等均采用TDD，3G标准中，我国提出的TD-SCDMA和欧洲提出的UTRA TDD均采用了TDD/CDMA技术。,对于FDD，发/收(或称上/下行)两个方向采用两个不同的频段，并采用频段间距来隔离两个方向的干扰。比如在2G的800-900MHz频段，发/收(上/下)频段相差45MHz，在3G的2GHz频段发/收(上/下)频段最少相差90MHz。在FDD中，一般发/收(上/下)频段带宽相等，它比较适合于对称的话音信道。 对于TDD，发/收(上/下)两个方向采用同一频段，不同时隙，并利用时隙的不同来隔离两个方向的干扰。,TDD在实现时不仅由于比FDD

4、少一个射频频率双工隔离器而简化，而且由于发/收(上/下)双向采用同一频段更有利于智能天线、功率控制、发分集等新技术的实现。TDD方式的最大特色是更适合于传输不对称型业务，比如移动因特网等数据业务，另外由于TDD不需要成对的频率资源，使频段分配与划分更加简单灵活，有利于提高频谱利用率。 当然，TDD技术也是一分为二的，有上述诸多优点，也存在一些主要缺点，比如在移动速率与覆盖距离方面不及FDD。ITU-R要求FDD移动速率为500Km/h，覆盖达到几十公里，而仅要求TDD移动速率为120Km/h和几公里的较小覆盖范围。,在发射功率方面，由于TDD/CDMA是间隙式发射，FDD/CDMA为全部时隙连

5、续发射，导致TDD/CDMA脉冲功率大，对其他用户的干扰也就大。由于CDMA为自干扰系统，在不同步或同步不良时，TDD/CDMA可能存在多种(小区内，小区不同制式间)干扰，为了降低干扰，TDD/CDMA对同步要求比较高，比如基站间要采用高精度的GPS实现定时同步等。,2. 两种3G标准TDD方式的主要参数和工作频段 UTRA TDD与TD-SCDMA都属于3G标准的TDD制式，它们的主要参数如下：,表14.12 两类TDD/CDMA的主要参数表,根据我国对无线频谱的规划，TD-SCDMA可使用频段为： 19001920MHz，上/下行共用； 20102025MHz，上/下行共用。,185019

6、10MHz，上/下行共用；19301990MHz，上/下行共用。 19101930MHz，上/下行共用。 18801900MHz，上/下行共用；23002400MHz，上/下行共用。 3. TD-SCDMA的帧结构 TD-SCDMA的物理信道采用四层帧结构：系统帧，无线帧，子帧和时隙/码。时隙用于在时域上区分不同用户信号，具有TDMA的特性。其结构图如下所示。,图14.58 TD-SCDMA的帧结构,由图14.58可知，TD-SCDMA帧结构分四个层次：系统帧、无线帧、无线子帧和时隙。一个系统帧长为720ms，由72个无线TDMA帧组成，每个无线TDMA帧又可分为两个5ms的无线子帧，它们的结

7、构完全相同。 每个无线子帧长5ms，又可分为长度为675us的7个常规时隙和3个特殊时隙：下行导频时隙DWPTS(75us)，主保护时隙GP(75us)和上行导频时隙UPPTS(125us)共同组成。 在TD-SCDMA系统中，每个5ms的无线TDMA子帧又可分为上/下行对称分配与上/下行不对称分配两类，这两类中的7个常规时隙的0时隙用于下行小区广播，其余6个时隙在对称型中上/下比例为3：3，不对称型中上/下比例为2：4，上/下行转换时通过转换点实现，控制转换点还可以灵活分配上/下行时隙的个数，以适应不同业务的需求。,4. TD-SCDMA系统中在物理层采用的其他关键技术 TD-SCDMA除了

8、采用时分双工TDD技术外，在物理层还采用了智能天线、联合检测、低码片速率接入等关键技术，下面予以简介。 (1) 智能天线技术 智能天线原理不再赘述，这里重点介绍TD-SCDMA系统中的智能天线技术。 首先，由于TD-SCDMA是TDD/CDMA，其上/下行的互易性使智能天线能产生最大的载干比(C/I)增益。下列图形给出了TD-SCDMA系统中采用智能天线而得到的效益。,图14.59 宏小区中采用智能天线的效率,由图14.59可见，采用智能天线(8元阵列)后，其天线方向性增益约为8dB，相当于 载干比C/I提高8dB，等效于小区内干扰降低了8dB。由于CDMA为干扰受限系统，干扰的降低就等效于容

9、量的增加。另外，智能天线在扩大覆盖范围，特别是对人口稀疏地区也大有好处。,(2) 联合检测 CDMA系统(包括TDD/CDMA)由于采用正交码性能不理想，使得它通过时变信道以后会产生两种主要干扰。同一用户数据的符号间干扰ISI和不同用户数据之间的多址干扰MAI。在TD-SCDMA中影响信号的这两类干扰有三种相关性：不同用户码间相关性、不同用户符号间相关性以及同一用户符号间的相关性，克服这两类干扰的主要手段是采用联合检测。联合检测技术属于多用户检测理论。这里仅结合TD-SCDMA的TDD和智能天线的特色说明两点。,对于TDD/CDMA方式，由于上/下行采用同一频段，因而在时变信道中它便于实现较精

10、确的信道估计，改善多用户联合检测的性能。 将智能天线与多用户联合检测结合起来，可以大为简化多用户检测实现的复杂度，还可以进一步改善多用户检测的性能。,(3) 低码片速率的接入技术 TD-SCDMA 的多址接入方式为直扩码分多址DS-CDMA，扩频后的带宽为1.6MHz，因此被称为低码片速率(LCR)，其双工方式采用TDD方式。TD-SCDMA低码片速率接入方式如下图所示。,图14.60 TD-SCDMA多址接入方式,由图14.60，在TD-SCDMA低码片速率接入方式中，除了直扩码分多址方式以外，还包括了时分多址方式的部分，它可看成TDMA/CDMA相结合的产物。而且还可以进一步作FDMA划分

11、。正由于这一特点，它比同样采用TDD方式的UTRA TDD占用带宽窄，而且效率更高。,14.5.3 TD-SCDMA网络层的主要特色 本节概述已指出TD-SCDMA系统的网络结构与WCDMA的网络结构是一样的。这里介绍的是TD-SCDMA在网络运营时的主要特色。 TD-SCDMA系统的无线资源管理RRM设计比较灵活，其中最具有代表性的是RRM算法采用的接力切换和动态信道分配DCA(Dynamic Channel Allocation)技术。下面分别对接力切换、动态信道分配以及TD-SCDMA的组网方式予以简介。,1. 接力切换： 接力切换是TD-SCDMA中一项重要的网络层核心技术，主要解决小

12、区间切换，其原理是利用动态用户的位置信息作为辅助信息来决定用户是否需要进行切换与向何处切换，其过程类似于田径比赛中的接力，故形象的称为“接力切换”。下面简要介绍实现接力切换的必要技术条件、接力切换过程和接力切换的主要特色。,(1) 实现接力切换的必要技术条件 TD-SCDMA系统网络如何能获得动态用户的准确位置信息是实现接力切换的关键。动态用户的准确位置信息包含用户信号的到达方向DoA和它与基站之间的距离两个主要信息。 TD-SCDMA中的智能天线及其基带数字信号处理技术，使其能较精确计算用户的DoA，从而获得动态用户的方向信息。 TD-SCDMA中的精确上行同步技术，使得系统可以获得动态用户

13、信号传输的时间偏移，进而可计算出动态用户与基站之间的距离。,(2) 接力切换的主要过程 接力切换的主要过程可分为三步：测量、判决与执行。切换的基础是对用户当前服务小区和其周围可能被切换的目标小区位置及相应QoS性能的及时监测与评估，并将其结果及时报告所属无线网络控制器RNC。 RNC根据由动态用户或Node B传送来的监测报告，进行分析、处理与评估，并决定动态用户是否要进行切换，若动态用户在当前的服务小区的信号服务质量低于业务需求门限，立即选择RNC中一个信号最强的小区作为切换的目标小区。,确定目标小区后，则RNC立即执行切换控制算法判断目标小区基站是否可以接受该切换申请。如果允许接入，则RN

14、C通知目标小区对动态用户实时检测以确定信号最强方向，做好建立新信道的准备，并反馈给RNC，再通过原基站通知动态用户转入新信道，拆除原信道，最后与目标小区建立正常通信。,(3) 接力切换的主要特色 接力切换是介于软切换与硬切换之间的一类新切换技术。与软切换相比，两者均具有较高的切换成功率、较低掉话率以及较小的上行干扰，而不同之处在于接力切换并不需要多个基站为一个移动台用户提供服务，因而提高了对资源的利用率，改善了软切换信令复杂、下行干扰大的缺点。与硬切换比较，两者均具有较高的资源利用率、较简单的算法和较轻的信令负荷，不同之处在于硬切换是先断后切，而接力切换则是断开与切换几乎是同时进行，从而降低了

15、切换掉话率，提高了切换成功率。 综上所述，接力切换吸收了软/硬切换的主要优点，因此是一种性能良好的切换技术。,2. 动态信道分配DCA技术 动态信道分配(DCA)是TD-SCDMA系统中的另一项网络层核心技术。通过DCA能够灵活的分配时隙资源，动态地调整上/下行时隙分配，从而灵活地支持对称和非对称型业务的需求。DCA的主要目标是优化系统资源，在保证QoS的前提下提高信道利用率。 DCA具有频带利用率高，无需信道预规划，并可自动适应网络负载和干扰变化的优点。其缺点是DCA算法相对于固定信道分配要复杂、相应的系统开销也要大得多。这里，仅简介DCA原理、慢速DCA和快速DCA。,(1) DCA原理

16、在DCA技术中，信道不是按传统方式固定地分配给某个小区，而是被集中在一起按一定规则和方式进行分配。只要能提供满足一定质量要求的足够多的链路，任何小区都可以将空闲信道分配给呼叫用户。在实际运行中，无线网络控制器RNC集中管理一些小区的可用资源，根据各小区的网络性能参数、系统负荷和业务的QoS参数，动态地将信道分配给用户。动态信道分配DCA一般又可以分为两大类型：一类是将资源分配到小区，称为慢速DCA；另一类是将资源分配给承载业务，称为快速DCA，下面分别予以简介。,(2) 慢速DCA 慢速DCA包含对各小区进行资源分配以及小区内上/下行之间的资源分配。它遵循下列原则： 在频域内，可进行频率再用，

17、可以采用大于1的频率复用系数。 在TDD帧结构中，上/下行时隙可适应不同类型的不对称业务。 对不同小区、不同业务，小区的时隙分配可由干扰情况来决定。 可利用发/收数据的不连续空隙进行干扰测量，为DCA提供客观依据。 综上所述，慢速DCA可以看作TD-SCDMA系统宏观范围的资源动态分配。,(3) 快速DCA 相对于慢速的宏观范围资源动态分配，快速DCA则是在小区范围内对可承载业务的资源动态分配。它一般包含信道分配和信道调整两部分。快速DCA一般遵循下列原则 在TD-SCDMA中，信道分配的基本资源单元RU是一个物理层中码字/时隙/载频/波束的组合。 多速率业务通过对RU的集中分配获得，可以在码

18、域/时域/空域中实现。 上/下行时隙中最大可用码字的数目，依赖于信道特性、环境、智能天线等。,对于实时与非实时业务信道分配有所不同，实时业务可根据可变速率业务占用相应的信道资源，而非实时业务信道分配遵循最有效策略。 对于小区内切换的信道重新分配可以有下列三个主要原因引起：时变信道的干扰变化；网络为接纳实时高速业务而进行的资源整合，以避免此类业务的码字被分散至过多的时隙中；采用智能天线时，DCA可保证在同一时隙不同用户在空间上实现隔离。 快速DCA算法大致可以分成三类：随机分配、排序分配与重用最佳分配。,3. TD-SCDMA的组网 TD-SCDMA作为3G三大制式之一，具有较灵活的组网方式，不仅能够用于建设大区制的宏蜂窝网络系统，而且特别适合于高密度业务区组建微蜂窝和微微蜂窝网络，另外还可以与其它移动蜂窝网络实现网络资源共享。 TD-SCDMA系统支持对称和不对称业务：话音、数据、各类IP业务、移动因特网业务、多媒体业务等。它具有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强、设备成本低等优点。下面分别介绍TD-SCDMA系统近期和将来组网的基本结构与配置。,(1) TD-SCDMA近期组网的基本结构与配置 TD-SCDMA近期组网是按照3GPP R4版本，即R4网络支持的电路交换(CS)和分组交换(