TD-SCDMA技术培训.ppt

1、TD-SCDMA技术培训,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 TD-SCDMA关键技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,第三代,IMT-2000,UMTS,WCDMA,CDMA,2000,需求驱动,宽,带,业,务,TD- SCDMA,移动通信技术发展,第三代移动通信标准化格局,ITU,优势,3G无线传输技术RTT标准,3G三种主要技术的比较,什么是TD-SCDMA,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标准发展

2、历程,1998年6月30日TD-SCDMA提交到ITU,1999年12月TD-SCDMA开始与UTRA TDD在3GPP融合,2001年3月TD-SCDMA写入3GPP R4系列规范,2002年10月中国为TDD分配155MHz频率,1999年11月TD-SCDMA写入ITU-R M.1457,2000年5月被WARC正式采纳,1999 2000 2001 2002,全球3G频谱分配,ITU,欧洲/日本,美国TDD,中国,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 概述 信道映射 复用及信道编码 扩频和调制 物理层过程 TD-SCDMA关键技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,UTRAN总

3、体结构图,UTRAN Iux接口通用协议模型,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,空中接口协议模型,RRC,MAC,物理层,BMC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,PDCP,PDCP,传输信道,逻辑信道,无线承载,Control,Control,Control,Control,Control,控制面信令,用户面消息,Uu接口边界,L1,L2/MAC,L2/RLC,L2/BMC,L2/PDCP,L3,物理层向上层提供数据传输服务以及完成其他一些基

4、本过程，如物理层测量、小区选择、随机接入和同步建立等。,实体协议模型分析,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 概述 信道映射 复用及信道编码 扩频和调制 物理层过程 TD-SCDMA关键技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,物理信道,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,下行导频时隙（DwPTS）：用于下行导频和下行同步,物理信道,SYNC_DL是一组PN码，为了便于小区测量，设计PN码集用于区分 相邻小区 TD-SCDMA系统有32组长度为64chip的基本SYNC_DL码 一个SYNC_DL唯一标识一个基站和一个码组，每个码组包含4个特 定的扰码，每个

5、扰码对应一个基本的Midamble码,下行同步码,标识小区的码称为同步码SYNC_DL，在下行导频时隙(DwPTS)发射。SYNC_DL用来区分相邻小区以便于进行小区测量。与SYNC_DL有关的过程是下行同步、码识别和P-CCPCH交织时间的确定。每一子帧中的DwPTS的设计目的既是为了下行导频，同时也是为了下行同步，基站将在小区的全方向或在固定波束方向以满功率发送。 整个系统有32组长度为64的基本SYNC_DL码一个SYNC_DL唯一标识一个基站和一个码组，一个每个码组包含4个特定的扰码，每个扰码对应一个特定的基本midamble码。 DwPTS是一个QPSK调制信号，所有DwPTS的相位

6、用来指示复帧中P-CCPCH上的BCH的MIB位置。,上行导频时隙：在随机接入和切换过程中建立UE和基站之间的初始同步,物理信道,SYNC_UL是一组PN，设计该PN码集用于在接入过程中区分不同的UE 当UE处于空中登记和随机接入状态时，将发射UpPTS TD-SCDMA系统有256个长为128的基本SYNC_UL码，分为32组，每 组8个 码组是由基站确定，对于已下行同步的UE和基站8个SYNC_UL是已知 的,上行同步码,随机接入的特征信号称为SYNC_UL，在上行导频时隙发射。与SYNC_UL有关的过程有上行同步的建立和初始波束成形测量。 每一子帧中的UpPTS在随机接入和切换过程中用于

7、建立UE和基站之间的初始同步，当UE处于空中登记和随机接入状态时，将发射UpPTS。 整个系统有256个不同的基本SYNC_UL，分成32组，每组8个。码组是由基站确定，因此，8个SYNC_UL对基站和已下行同步的UE来说都是已知的。当UE要建立上行同步时，将从8个已知的SYNC_UL中随机选择1个，并根据估计的定时和功率值在UpPTS中发射。,扰码,128个扰码分成32组，每组4个 扰码码组由基站使用的SYNC_DL序列确定 扰码长度为16,码分配,常规时隙结构,Data symbols,352 chips,Midamble,144 chips,Data symbols,352 chips,

8、GP,16,CP,864*T,c,Midamble码,在同一小区同一时隙上的不同用户所采用的midamble码由同一个基本的midamble码经循环移位后而产生 整个系统有128个长度为128chips的基本midamble码，分成32个码组，每组4个。 一个小区采用哪组基本midamble码由基站决定，基站决定本小区将采用这4个基本midamble中的哪一个。 一个载波上的所有业务时隙必须采用相同的基本midamble码。 midamble的发射功率与同一个突发中的数据符号的发射功率相同。,物理层控制信令,物理信道,传输信道,传输信道是由L1提供给高层的服务，根据在空中接口上如何传输及传输什

9、么特性的数据来定义的。传输信道一般可分为两组： 公共信道(在这类信道中，当消息是发给某一特定的UE时，需要有内识别信息)； 专用信道DCH(在这类信道中，UE是通过物理信道来识别)。,编码复合传输信道CCTrCH,专用CCTrCH：对应于一个或多个DCH的编码和复用结果 共用CCTrCH：对应于一个共用信道的编码和复用结果，这些共用信道分别包括上行链路的RACH和USCH信道及下行链路的DSCH、BCH、FACH和PCH信道。 对于每个专用型的CCTrCH和上行/下行同步CCTrCH，可能有一个TFCI。,基本概念,编码和复用,MAC与层1间数据格式说明（一）,传输块对应于RLC-PDU（协议

10、数据单元），是MAC和层1之间数据传输的基本单元。每个传输块添加了用于层1的误码检测的循环冗余计算结果。一系列传输块在相同传输信道里同时在MAC层和层1间传输，称为一个传输块集。传输块的大小是以比特定义传输块长度。在一个传输块集中，每个块的大小是统一的，并且是固定值。一个传输块集的比特数称为传输块集的大小。传输块集在MAC层和L1层的到达时间间隔称为传输时间间隔（TTI），它等于信道交织长度。传输格式是一个传输块集每TTI内在MAC层和L1层之间的传输格式。传输格式有两个属性：动态属性（传输块大小、传输块集大小）；半静态属性（TTI、信道编码、编码速率、静态速率匹配参数RM、CRC长度）。,M

11、AC与层1间数据格式说明（二）,传输格式集（TFS）是一系列用于传输信道的传输格式，为一条传输信道上允许的传输格式集合，其中所有传输信道的半静态部分是相同的。为了实现可变速率传输，每个TTI动态部分可以变化。L1层把从一条或多条传输信道接收到的数据组合构成一条或多条CCTrCH。每个TTI中被传送到相同层1的所有传输信道的可能传输格式的组合被定义为传输格式组合（TFC）。一系列用于CCTrCH的TFC被称为传输格式组合集（TFCS）。TFC的指示符称为传输格式组合指示（TFCI）。TFCS的配置由层3信令完成，但由MAC子层负责具体的执行。MAC每次从集合中取出一种组合格式送到物理层。MAC在

12、每个传输时间间隔与物理层通信时，用TFI指示传输信道的传输块集。物理层根据从所有的并行传输信道上收到的TFI值来生成物理层的控制信令TFCI。,MAC与层1数据交换实例,TF：传输信道3在第一个TTI的传输格式 动态部分：460bit，920bit; 半静态部分：20ms、1/3卷积编码，RM=1，CRC=16bit,TFS：传输信道2的一个TFS 动态部分：640bit，1280bit、960bit，1920bit、 320bit，640bit; 半静态部分：40ms、1/3卷积编码，RM=1，CRC=16bit,TFC：物理层配置3条专用传输信道DCH1、DCH2、DCH3 DCH1：12

13、80bit，1280bit，40ms、1/3卷积编码，RM=2，CRC=16bit; DCH2：640bit，1280bit，40ms、Turbo编码，RM=3，CRC=16bit; DCH3：460bit，920bit，20ms、 1/3卷积编码，RM=2，CRC=16bit。,信道映射,专用信道映射,一个专用传输信道映射到一个或几个物理信道上，每一次分配都有一个确定的交织周期。将一帧分成几个可用于上下行信息传输的时隙,公共信道映射,Code ch 0 Code ch 1 Code ch 2 Code ch 3 Code ch 4 Code ch 5 Code ch 6 Code ch 7

14、Code ch 8 Code ch 9 Code ch A Code ch B Code ch C Code ch D Code ch E Code ch F,Ts0 DwPTS UpPTS Ts1 Ts6,BCH/PCH/FACH,P-CCPCH1,P-CCPCH2,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 概述 信道映射 复用和信道编码 扩频和调制 物理层过程 TD-SCDMA关键技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,TD-SCDMA数据收发过程,手机数据,编码&复用,扩频,调制,射频发送,射频接收,解调,解扩,解码解交织,基站数据,d a t a,Coded data,Data b

15、efore 1st interleaving,Data after 1st interleaved,Rate matched data,CCTrCH,Data before 2st interleaved,Data after 2st interleaved,TFCI,SS,TPC,基本过程,编码和复用,信道编码方案,信道编码技术是通过给原数 据添加冗余信息，从而获得 纠错能力 适合纠正非连续的少量错误 目前使用较多的是卷积编码 和Turbo编码（1/2，1/3）,无纠错编码： BER10-1 10-2,不能满足通信需要,卷积编码： BER10-3,满足语音通信需要,Turbo 码： BER1

16、0-6,满足数据通信需要,原理和目的,信道编码技术,作用和效果,编码和复用,床前明月光 春眠不觉晓 白发三千丈 红豆生南国,床床前前明明月月光光 春春眠眠不不觉觉晓晓 白白发发三三千千丈丈 红红豆豆生生南南国国,床？前前明明月月光光 春春眠眠？不觉觉晓晓 白白发发三三？千丈？ 红红豆豆生生南？国国,信道编码技术举例,编码和复用,时延小 信道误码率在 103数量级 适合实时业务,TD-SCDMA采用卷积编码的传输信道：BCH、PCH、RACH，编码速率为1/2和1/3,卷积码的应用,信道编码：卷积码,卷积码的特点,编码和复用,译码复杂 信道误码率可以达到106 非常适合对误码率敏感而对时延不敏感

17、的非实时分组业务,Turbo编码结构基于两个或多个弱差错控制码组合，信息比特在两个编码交织器之间交织，产生两个相同的信息流，然后这些信息流复用并有可能打孔 TD-SCDMA系统中使用Turbo码的传输信道有DCH、DSCH、FACH、USCH 编码速率为1/3,交织器,卷积编码器1,卷积编码器2,复用,输入,输出,Turbo码的应用,信道编码：Turbo码,Turbo码的特点,编码和复用,交织的优点,帧内交织:一个帧内部的数据比特位置的变换操作 帧间交织:不同帧之间数据的位置变换 Turbo编码的内部交织: Turbo编码的内部交织比较复杂，它不属于上面两种简单的交织模式，它的算法可以看作是帧

18、内交织和帧间交织的复杂嵌套。,交织分类,交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。提高纠错编码的有效性 提高纠错编码的有效性,交织技术,交织的缺点,由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错，加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求有不同的选择 特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错,编码和复用,交织技术举例,编码和复用,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 概述 信道映射 复用和信道编码 扩频和调制 物理层过程 TD-SCDMA关键技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,数据调制,所谓数据调制就是把2个（QPSK调制）或3个（8PSK调

19、制）连续的二进制比特映射成一个复数值的数据符号,TD-SCDMA中，上行信道码的SF为：1、2、4、8、16 下行信道码的SF为：1、16,数据 比特,扩频后 码片,扩频过程,扩频调制,正交可变扩频因子(OVSF)码,扩频的基本方式,抗干扰 抗噪音 抗多径衰落 功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率,优点,信息的频谱扩展后形成宽带传输 相关处理后恢复成窄带信息数据,扩频概述,f,S（f）,f0,扩频前的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,扩频后的信号频谱,信号,扩频调制,调制概述,扩频调制,TD-SCDMA系统解扩,扩频调制,扩频,解扩,1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1,码片,

20、信息数据,扩频码,扩频数据,扩频码,还原信息,举例,扩频调制,实部 与 虚部 分离,脉冲 成型,脉冲 成型,串 并 转 换,串 并 转 换,下行物理 信道1,Cch,SF,m,j,I+jQ,Sdl,n,G1,Cch,SF,m,j,I+jQ,Sdl,n,G2,下行物理 信道2,cos(wt),-sin(wt),T,Re(T),Im(T),扩频调制原理,扩频调制,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 概述 信道映射 复用和信道编码 扩频和调制 物理层过程 TD-SCDMA关键技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,与下行导频时隙相关的物理过程：小区搜索过程,物理层过程,搜索DwPTS,UE

21、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。 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。,识别扰码和基本Midamble码,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,控制复帧同步,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,读BCH信息,UE读取被搜索小区的一个或多个BCH上的广播信息，完

22、成小区搜索过程,小区搜索过程,在初始小区搜索中，UE搜索到一个小区，建立DwPTS同步，获得扰码和基本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。 第一步：搜索DwPTS UE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,小区搜索过程,第二步: 识别扰码和基本mida

23、mble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个不同的基本midamble码，因此共有128个midamble码且互不重叠。基本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-CCPCH 32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基本midamble码。由于每

24、个基本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。,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（Master Indication Block），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：

25、读BCH信息 UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的（全）广播信息，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。,与上行导频时隙相关的物理过程：上行同步过程,物理层过程,上行同步的准备,UE首先与小区建立下行同步,上行同步的建立,UE从8个已知的SYNC_UL中随机选择一个，根据估计的定时和功率发射，Node B根据检测到的SYNC_UL系列，在FPACH信道向UE发送反馈信息,上行同步的保持,Node B通过测量同一时隙不同UE的Midamble码估计UE的发射功率和发射时间偏移，在下一个下行时隙中发射SS和PC命令，使UE进行调整,上行同步的作用：使正交扩频码的各个

26、码道在解扩时正交，减小干扰,上行同步目的,定义：上行链路各终端信号在基站解调器完全同步。 目的： CDMA码道正交； 降低码道间干扰； 提高CDMA容量； 简化硬件、降低成本。,基站解调器,码道1,码道2,码道N,上行同步过程,下行同步 上行同步的建立 上行信道的首次发送在UpPTS这个特殊时隙进行，SYNC_UL突发的发射时刻可通过对接收到的DwPTS和/或P-CCPCH的功率估计来确定。在搜索窗内通过对SYNC_UL序列的检测， Node B可估计出接收功率和时间，然后向UE发送反馈信息,调整下次发射的发射功率和发射时间，以便建立上行同步。在以后的4个子帧内，Node B将向UE发射调整信

27、息（用F-PACH里的一个单一子帧消息）。 同步的保持 在每一上行时隙检测Midamble，估计UE的发射功率和发射时间偏移 在下一个下行时隙发送SS命令和TPC命令进行闭环控制 上行同步过程，通常用于系统的随机接入，也可以用于当系统失 去上行同步时的再同步,基站间同步,同步的目的：相邻基站的收发时隙不能交叉，否则，将出现严重干扰。TDD系统各基站之间必须实现同步 同步精度要求：几微秒 同步方法： GPS：简单 基站同步通过空中接口中的特定突发时隙，即网络同步突发来实现 基站通过接收其他小区的下行导频DwPTS来实现同步 RNC通过Iub接口向基站发布同步信息,BS0,BS1,BS2,BS0

28、BS1 BS2,BTS Tx Rx,G,与上行导频时隙相关的物理过程：随机接入过程,物理层过程,下行同步建立和维持,读取小区广播信息，得到UE为接入而分配的8个SYNC_UL,上行同步建立,以具有较高同步精度的定时和功率发射RRC连接请求,随机接入完成,UE收到来自网络的RRC连接建立响应，指示UE发出的随机接入是否被接受,随机接入必须完成的工作： 上行同步、功率控制、系统获得接入要求、用户鉴权、分配业务码道等 随机接入必须考虑的问题： RACH/FACH的高效率工作； 防止碰撞的策略； 加快接入速度。 随机接入过程： UE：开环功率控制和开环同步控制，发射UpPTS，等待BTS回答 Node

29、 B：控制UE的发射功率和时延，获得UE接入要求 系统：鉴权和分配码道,随机接入过程,随机接入过程,概述,功率控制技术是CDMA系统的基础，没有功率控制就没有CDMA系统。 功率控制可以补偿衰落，接收功率不够时要求发射方增大发射功率 功率控制可以克服远近效应，对上行功控而言，功率控制的目标即为所有的信号到达基站的功率够用即可 由于移动信道是一个衰落信道，快速闭环功控可以随着信号的起伏进行快速改变发射功率，使接收电平由起伏变得平坦,功率控制,功率控制的种类,开环,接收机测量接收到的宽带导频信号的功率，并估计传播路径损耗，根据路径损耗计算得到需要发射的功率。,闭环,测量信噪比和目标信躁比比较，并向

30、移动台发送指令调整它的发射功率,内环控制,外环控制,测量误帧率（误块率），调整目标信噪比,接收到的功率越强，说明收发双方距离较近或有非常好的传播路径，发射的功率就越小,开环功控只能在决定接入初期发射功率和切换时决定切换后初期发射功率的时候使用。,开环功率控制,若测定SIR目标SIR， 降低移动台发射功率,若测定SIR目标SIR， 增加移动台发射功率,闭环功率控制,功率控制,NodeB,UE,进行功率估计,接收机测量接收到的宽带导频 信号的功率，并估计传播路径 损耗，根据路径损耗计算得需 要发射的功率,开环控制,开环控制原理,功率控制,功率控制的目的：使基站处接收到的每个UE信号的bit能量相等

31、,NodeB,UE,下发TPC,测量接收信号 SIR并比较,内环,设置SIRtar,200Hz,每一个UE都有一个自己的控制环路,闭环内环功率控制,功率控制,NodeB,UE,下发TPC,测量接收信号 SIR并比较,内环,设置SIRtar,测量传输信道上的BLER,外环,RNC,测量接收数据 BLER并比较,设置BLERtar,10-100Hz,闭环外环功率控制,功率控制,开环功率控制：UpPTS、PRACH 闭环功率控制：DPCH,功率控制参数,功率控制,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 TD-SCDMA关键技术 TDD技术 智能天线 联合检测 接力切换 动态信道分配 预研技术

32、 TD-SCDMA产业化,提 纲,TDD技术,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,TD-SCDMA更适合不对称数据业务,时分双工 (TDD):上行频带和下行频带相同,三上三下,两上四下,一上五下,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 TD-SCDMA关键技术 TDD技术 智能天线 联合检测 接力切换 动态信道分配 预研技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,使用智能天线： 能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端

33、 正在通信的移动终端在整个小区内处于受跟踪状态,不使用智能天线： 能量分布于整个小区内 所有小区内的移动终端均相互干扰，此干扰是CDMA容量限制的主要原因,智能天线（S.A.）,基本概念,智能天线,天线阵：是一列取向相同、同极化、低增益的天线按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理产生强方向性的方向图,天线阵的排列：一般等距，主要有等距直线排列、等距圆周排列、等距平面排列,智能天线的分类：线阵、圆阵；全向阵、定向阵,智能天线的原理,智能天线,利用信号在传输方向上的差别，将不同天线阵元的信号相位经过加权后进行叠加，实空分，最大限度地利用有限的信道资源,利用了空间上距离方位的差别导致了各个阵元上

34、接收信号相位不同,智能天线的处理过程,智能天线,智能天线是采用自适应天线阵，天线各阵元通过自适应网络，自适应调整加权 值，达到自适应改变天线方向图，从而自适应跟踪多个用户 从上行来说：基站利用智能天线对来自移动台的多径电波进行波达估计，进行 空间滤波，与联合检测结合进行上行波束成型 从下行来说：基站利用智能天线对发射信号进行下行波束成型，使基站发射信 号能够沿着移动台来波方向发送回移动台,智能天线,智能天线的处理过程图示,智能天线,自适应权值生成框图,Z(t),自适应权值生成原理,智能天线,经过加权后阵列输出端的信号：,正如正弦波叠加的效果，第m个阵元 的权因子,选择不同的0，将改变波束的所对

35、 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,直接矩阵求逆算法（DMI） 最小均方算法（LMS） 递归最小平方算法（RLS）,非盲算法MMSE,盲算法,最小二乘解扩重扩算法（LS-DRMTA） 最小二乘解扩重扩恒模算法（LS-DRMTCMA）,自适应权值生成算法,TD-SCDMA覆盖分析,智能天线的采用,额外的系统增益,覆盖半径增加,在TD-SCDMA系统的发射电平及接收灵敏度与FDD相同时，,TD-SCDMA覆盖半径主要取决于避免UpPTS（UL）和DwPTS（DL）间干扰的Gp保护时隙，折合半径11.25km。如果允许牺牲15%的容量，小区半径可达到40-50公里。,TD-

36、SCDMA可以支持远距离覆盖,TD-SCDMA移动性分析,先进技术（智能天线、多用户联合检测等）的采用，使得TD-SCDMA在终 端移动速度上的性能并不亚于其他三代标准。TD-SCDMA系统目前的现场 演示实验的终端移动速度为125km/h。,TD-SCDMA可以支持高速移动,TD-SCDMA容量分析,智能天线、多用户联合检测的采用，使TD-SCDMA基本可以克服多址干扰与码间干扰。表现为在系统负载变化时，系统性能基本没有影响，可以在满码道环境下工作，把一个“干扰受限”系统转变为一个“码道受限”系统,TD-SCDMA是一个码道受限系统,10%,单用户,用户数和负载对应关系,2用户,3用户,4用

37、户,5用户,6用户,7用户,8用户,25%,37%,50%,60%,75%,90%,100%,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 TD-SCDMA关键技术 TDD技术 智能天线 联合检测 接力切换 动态信道分配 预研技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,联合检测的作用：可以有效减少MAI,联合检测,频率,MAI,检测到信号,能量,接收到的信号刚刚大于MAI，信噪比很差,Frequency,允许的信号波动,能量,采用了联合检测技术解扩后，接收到的信号有效减少MAI，信号比较“干净”，其它无用的信号都被过滤掉了。,联合检测,联合检测的介绍,联合检测,多用户检测： 为了提高CDMA系统的

38、容量，将其它用户的信息联合加以利用，多用户检测包括联合检测和干扰抵消。 联合检测： 利用所有用户的相关先验信息，在一步之内将所有用户的信号分离出来。 使用联合检测的原因： 快速的进行信道估计和相对简单的运算复杂度,联合检测的原理,联合检测,联合检测的目的就是根据上式中的A和e估计用户发送的d,e = Ad n,d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声,TD-SCDMA如何实现联合检测,联合检测,A是系统矩阵，由扩频码c和信道脉冲响应h 决定 扩频码c已知 信道脉冲响应h利用突发结构中的训练序列 midamble求解出：emid = Gh + nmid , 其中： G由Midambl

39、e码构造的矩阵 emid 接收机接收到总信号中的Midamble部分 nmid 噪声,关键是突发序列中的训练序列,联合检测,解相关匹配滤波器法（DFM） 迫零线性块均衡法（ZF-BLE） 最小均方误差线性块均衡法（MMSE-BLE）,线性联合检测算法,非线性联合检测算法,最小均方误差判决反馈块均衡法（MMSE-BDFE） 迫零判决反馈块均衡法（ZF-BDFE）,联合检测算法,智能天线 联合检测,智能天线联合检测,智能天线的主要作用：降低多 址干扰，提高系统容量 智能天线所不能克服的问题 时延不超过码片宽度的多径干 扰和多普勒效应(高速移动),联合检测：基于训练序列的信 道估值，同时处理多码道的

40、干 扰抵消,联合检测和智能天线相结合技术，可以基本抵消MAI的影响，大大提高系统的抗干扰能力和容量,智能天线+联合检测,系统模型,随天线数的增加，误码率的性能呈明显改善趋势， 达到相同的误码率，8天线比4天线提高23dB的增益； 4天线比单天线提高610dB的增益；,智能天线联合检测,上行链路仿真研究,智能天线联合检测,随天线数的增加，误码率的性能呈明显改善趋势， 达到相同的误码率，8天线比4天线提高23dB的增益； 4天线比单天线提高610dB的增益；,下行链路仿真研究,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 TD-SCDMA关键技术 TDD技术 智能天线 联合检测 接力切换 动态信

41、道分配 预研技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,切换是指当移动台处于移动状态中通讯从一个基站或信道转移到另一个基站或信道的过程,上、下行链路质量，上、下行链路信号的测量，距离或业务的变化，更优的蜂窝出现，操作和管理的干涉，业务流量情况等,切换原因,切换概念,切换概念,在蜂窝结构的无线移动通信系统中， 当移动台从一个小区移动到另一个 小区时，为保持移动用电话不中断 通信需要进行的信道切换称为越区 切换,越区切换,无线测量、网络判决和系统执行,切换步骤,切换控制,不同载频间的硬切换 同一载频下的硬切换（强制性硬切换） 系统间硬切换（如与GSM之间） 不同模式间硬切换（如FDD与TDD之间）,硬切

42、换,切换控制,接力切换,切换控制,基站控制器根据用户的方位和距离信息经过判断是否进入切换区，通过一个信令交换过程，手机从一个小区切换到另一个小区,接力切换原理图,切换控制,接力切换示意图,UE收到切换命令前的场景 （上下行均与源小区连接）,UE收到切换命令后执行接力切换的场景 （利用开环预计同步和功率控制，首先只将上行链转移到目标小区，而下行链路仍与源小区通信。基站B（目标小区）和基站A（源小区）在各自的下行链路上发送相同的数据，但是此时UE只在基站A的下行链路上接收数据。 ）,UE执行接力切换完毕后的场景（经过N个TTI后，下行链路转移到目标小区，完成接力切换）,与硬切换对比,接收到切换命令

43、前,接收到切换命令后（在激活时间点，上下行链路同时转移到目标小区，并且首先要进行同步和接入过程）,基于接收信号强度的接力切换判决,RSCP_DL_DROP：切换测量启动门限，当UE接收到当前服务小区的PCCPCH RSCP低于RSCP_DL _DROP的时候，这时指示当前服务小区服务质量下降，需要启动切换测量。 RSCP_DL_ADD：候选小区PCCPCH RSCP检测门限，候选小区的PCCPCH RSCP必须大于RSCP_DL_ADD才有可能成为切换目标小区。RSCP_DL_COMP：切换当中使用的滞后量，避免产生由于信号的随机起伏产生不必要的切换，并且保证切换后的信道质量。当候选小区的PC

44、CPCH RSCP大于RSCP_DL_ADD之后，然后判断该候选小区的PCCPCH RSCP与当前服务小区的PCCPCH RSCP相比较是否大于RSCP_DL_COMP，大于则切换，并且该候选小区作为切换目标小区，小于则该候选小区不能保证切换后的信道质量，不能作为切换目标小区。 T1：用于切换的计时器，保证测量结果的可靠性。 T2：用于切换的计时器，避免由于信号随机起伏引起不必要的切换操作。,RNC根据UE的测量报告进行分析判决，当UE测量上报的当前服务小区的PCCPCH RSCP在一段时间T1内持续低于一个预先给定的门限值RSCP_DL_DROP时， RNC指配UE对相邻小区的PCCPCH

45、RSCP进行测量，按如下准则判决是否切换并选择目标小区： PCCPCH_RSCP candidate RSCP_DL_ADD 并且PCCPCH_RSCP candidate PCCPCH_RSCP serving RSCP_DL_COMP（持续时间T2）,接力切换,Node B,source,Node B,target,UE,RNC,UE定位信息,邻小区列表，所有基站信息,UE搜索邻小区中 的所有基站,建立同步,切换判决,切换指令,发现目标基站，测量报告，切换请求,确认切换完成,删除无线链路,停止发射和接收,信号,无线链路业务连接,无线链路业务连接,无线链路业务连接,同步保持,接力切换总结,接

46、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。,TD

47、-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 TD-SCDMA关键技术 TDD技术 智能天线 联合检测 接力切换 动态信道分配 预研技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,动态信道分配分类,频域DCA 频域DCA中每一小区使用的无线信道（频道）,在给定频谱范围内，与5MHz的带宽相比，TD-SCDMA的1.6MHz带宽使其具有3倍以上的无线信道数（频道数）,时域DCA 在一个TD-SCDMA载频上，使用7个时隙减少了每个时隙中同时处于激活状态的用户数量,每载频多时隙，可以将受干扰最小的时隙动态地分配给处于激活状态的用户,码域DCA 在同一个时隙中，通过改变分配的码道来避免偶然出现的码道质量恶化,每

48、个时隙16个码道，实现多用户在相同载频并行传输，有效提升频谱利用率,空域DCA 通过智能天线，可基于每一用户进行定向空间去耦（降低多址干扰）,智能天线和联合检测技术相结合，有效降低系统干扰,动态信道分配,动态信道分配算法,慢速DCA,资源分配到小区,根据小区的业务情况， 确定上下行时隙转换点,TD-SCDMA系统子帧结构,固定的上下行时隙转换点,可根据业务需求动态调整的上下行时隙转换点,快速DCA,为业务分配资源,根据系统负荷和链路 质量触发信道调整,包括码资源管理和信道动态调整 完成时隙的优先级排队、交叉时隙干 扰的消除、码资源的分配和回收以及信道资源调整整合功能等,动态信道分配,CDMA码

49、分多址技术的目的是实现多用户在相同载频并行传输，有效提升频谱利用率。 信道码分配的目标是为每个用户分配自己的信道码（OVSF码），在同一个载频上标识并区分不同用户的连接（信源-信宿），从而实现了多用户在相同载频并行传输,在TD-SCDMA系统中，用扰码区分小区，物理信道靠OVSF码区分。 Midamble码的分配也采用一定的策略 由于正交可变扩频因子码是稀有资源，一个小区对应一张码表，为了使得系统既能接入尽量多的用户，提高系统的容量，就必须考虑码资源的合理使用问题，所以对于信道化码资源的规化和管理就非常重要。,快速DCA 码资源种类,动态信道分配,区分不同小区的扰码 区分不同用户的信道化码 区

50、分不同用户的Midamble码,一个小区有一个主扰码，一个主扰码下对应一个码树，信道化码的码树是一个典型的二叉树，对应于SF=116,TD-SCDMA系统中所用到的码的类型：,在RNC中主要需要规划的是信道化码和训练序列码,信道化码的产生：,快速DCA码资源分配,动态信道分配,码表利用率高：分配掉的码字所阻塞掉的码字越少，说明码表利用率越高 码表复杂度低：尽量用短码分配 分配码的前提：要保证其到树根路径上和其子树上没有其它码被分配 分配码的结果：会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码； 分配策略？,示例：,红色：已分配的码字； 绿色：由于低速扩频因子码字被分配而阻塞掉的高速

51、扩频因子码字； 蓝色：由于高速扩频因子码字被分配而阻塞掉的低速扩频因子码字； 黑色：根据申请的扩频因子而优化分配的码字。,动态信道分配,快速DCA码资源分配信道化码分配原则,信道调整和整合的目的:,通过进行资源调整，减少码资源碎片以便接纳更多的用户,信道调整和整合的触发原因:,1 负荷控制 各时隙负荷不均衡时 2 周期性触发 主要是为了防止分配在许多时隙槽中的物理信道碎片，在干扰容许的前提下，尽可能将所有所分配物理信道分配在一个时隙内 3 动态码资源分配 为了接纳用户需求，对把某些业务调整到其它时隙和码道,快速DCA动态信道调整,动态信道分配,无线资源是十分有限和宝贵的，在一定的无线调制解调技

52、术（RTT）下，频谱利用率是 固定的，比如TD-SCDMA系统的语音频谱利用率和数据频谱利用率分别为 15用户/MHz/cell和1.25Mb/s/MHz/cell 目前，频率资源不能满足日益增长的业务要求，尤其是高速无线上网的数据业务要 求。在无限要求和有限资源的情况下，必须要对各种业务的接入进行接纳控制（进入许 可控制）,接纳控制概述,接纳控制应当基于无线测量，在满足系统稳定的前提下尽量满足新呼叫的服务质量（QoS）请求，即通信速率、通信质量（信噪比或误码率）和时延要求。,接纳控制,接纳控制的过程：当用户（或业务）发起接入呼叫申请资源时，无线接入子系统 （RNS）中的RNC（无线网络控制器

53、）进行呼叫接纳（入）控制（CAC）。若业 务的负荷增量小于系统的剩余容量，则接纳，分配相应的资源给呼叫用户； 若负荷增量大于系统的剩余容量，则拒绝接纳此呼叫用户，或者 进行协商，协商成功后接纳此呼叫用户。,Itotal_old+I Ithreshold,上行接纳控制,Ptotal_old+P=Pthreshold,下行接纳控制,total_old 小区基站所接收到的总宽带功率 I 新业务接入后基站所接收到的干扰功率增量的预测值 Threshold 接入门限值,total_old 小区基站目前的总发射功率 P 新业务接入后基站总发射功率增量的预测值 Phreshold 接入门限值,接纳控制过程,

54、接纳控制,系统不断在实时测量系统小区的负荷，当负荷平均值在一个设定的时间内超越某一个门限值时，说明系统负荷较重，使负荷进入系统的不稳定运行区，此时就有必要进行负荷控制,负荷控制原理,下行快速负荷控制：拒绝从移动台来的增加功率的命令 上行快速负荷控制：减少上行用于上行快速功率控制的SIR目标值,减少分组业务的吞吐量（降低传输速率） 切换到其它的载频 减少实时业务的速率 执行掉话操作,负荷控制原理,负荷控制,负荷控制的种类,负荷控制的方法,负荷控制流程,负荷控制,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 TD-SCDMA关键技术 TDD技术 智能天线 联合检测 接力切换 动态信道分配 预研技

55、术 TD-SCDMA产业化,提 纲,为了达到提高下行分组数据速率和减少时延的目的，HSDPA主要采用了 自适应的编码和调制方案（AMC，Adaptive modulation and coding） 混合自动请求重传（HARQ， Hybrid Automatic Repeat Request） 快速小区选择技术（FCS，Fast Cell Selection） 替代了R99、R4中的可变扩频码和快速功率控制。,技术发展预研-无线上、下行增强技术（HSDPA）,HSDPA,HSDPA,技术特性： 16QAM（正交振幅调制） HARQ(混合重传) AMC(自适应调制编码) 快速调度,业务特性： 2

56、.8 Mbit/s每载波 5 TSs,HSDPA,HSPDA高速下行分组接入技术可以在不改变已经建设的网络结构的情况下，提高下行数据业务速率,传统的SISO天线系统：可提供时间分集（编码、RAKE）和频率分集处理（扩频）方式,传统,技术发展预研-无线上、下行增强技术（SISO）,技术发展预研-无线上、下行增强技术（MIMO）,具有空间分集增益的MIMO系统,具有发送天线分集的MISO系统,具有接收天线分集的SIMO系统,技术发展预研-无线上、下行增强技术（MISO或SIMO）,SISO、SIMO/MISO、MIMO的系统频谱效率对比,2005Q2,中兴通讯TD-SCDMA技术演进方案,圆阵/线

57、阵智能天线 联合检测,动态AMR 增强的定位业务 CBC,2Mbps,PTT,静态AMR 64k可视电话 PS 64/128/384k 基于小区的定位 混合业务,HSUPA,射频远端单元 补充频段基站,大容量宏蜂窝基站 微蜂窝基站 室外型基站,室内宏蜂窝基站,GSM切换/漫游 接力切换 加密 信道化STM-1,分布式基站 WCDMA切换/漫游 多频点小区 8PSK IMS,TD-SCDMA集群 HSDPA,MBMS MIMO TD-OFDM HSUPA,2006Q2,2006Q4,2005Q4,TD-SCDMA概述 TD-SCDMA基本原理 TD-SCDMA关键技术 TD-SCDMA产业化,提 纲,中国3G移动用户发展预测,全球3G市场状况,全球3G用户分布（总共1.32亿用户）,全球3G网络分布（总共118个商用网络，分布在48个国家）,全球3G网络建设开始启动 目前全球的3G