[精品]TD-SCDMA_基础理论培训_PART1

1、TD-SCDMA基础理论_Part1,张第部分：TD-SCDMA概述,Part III: TD-SCDMA 扩频,Part I: TD-SCDMA 概述,Part IV: TD-SCDMA 关键技术介绍,Part II: TD-SCDMA 网络结构,移动通信发展历程,AMPS,TACS,NMT,其它,第一代 80年代,模拟,第部分：TD-SCDMA概述,第一部分 TD-SCDMA概述,AMPS: American mobile Phone system NMT: Nordic mobile telephone System TACS: Total Access Com

2、munication System,890 915 935 960MHz,1对信道,上行 下行,带宽 25kHz/每载波,蜂窝的概念 每载波带宽: 25kHz 基本物理层技术 复用方式: FDMA 模拟调制 (FM) 数字信号 网络功能 电路交换 硬切换,FDMA 频分多址接入技术,第部分：TD-SCDMA概述,1.2: 第二代移动通信系统GSM,蜂窝的概念 每载波带宽: 200kHz 基本物理层技术 复用方式: TDMA + FDMA 每载波8个时隙 数字调制（GMSK） 数字信号 网络功能 电路交换 硬切换 国际间漫游 9.6kbps 数据（电路交换） 2.5G: GPRS 2.75G :

3、 EDGE / EGPRS,一对信道 200kHz 带宽/每载波,时间,频率,上行 下行,890 915 935 960MHz,1.2.1: TDMAFDMA 时分频分多址接入,TD-SCDMA与其他3G制式技术比较,第部分：TD-SCDMA概述,1.3: 第三代移动通信 FDD（WCDMA）,蜂窝的概念 每载波带宽: 5Mhz 相邻小区可以使用相同频率 基本物理层技术 复用方式: CDMA + FDMA 数字调制 (QPSK) 数字信号 网络功能 电路、包交换 硬，软，更软切换 国际漫游 高速数据,一对信道， 5MHz 带宽/每载波,上行 下行,f,Q3,Q4,Q3,Q4,Q1,Q2,Q1,

4、Q2,Q3,2000,2001,2002,Q1,Q2,Q3,2004,Q1,Q2,2007,3GPP R4 LCR TDD,3GPP R5 HSDPA,3GPP R6 MBMS,3GPP R7 HSUPA,TD-SCDMA 标准进展3GPP,3GPP R8 LTE TDD,2010,1.3.1: CDMAFDMA 码分频分多址接入,码1,码2,码3,码4,2.3: 扩频码 CDMA方式WalshCode(1),5：码树：code tree,1.3.1: CDMAFDMA 码分频分多址接入,2.3: WCDMA/TD-SCDMA扩频码 OVSF(2),Qk，也就是SF，为1,2,4,8,16 。

5、 在同一时隙上的不同扩频因子的扩频码而保持正交。 当一个码已经在一个时隙中采用，则其父系上的码和下级码树路径上的码就不能在同一时隙中被使用。,相关性与正交性,相关性反映两个二进制数列的相似程度,Code #3 0110100101101001100101101001011001101001011010011001011010010110 (Code #3) 1001011010010110011010010110100110010110100101100110100101101001 Code #17 0110011010011001100110010110011010011001011001

6、100110011010011001,2.4: OVSF码特性 (1)-完全正交性,1.4: 第三代移动通信 TDD (TD-SCDMA),蜂窝的概念 每载波带宽: 1.6MHz 相邻小区可以使用相同频率 基本物理层技术 复用方式: TDMA+CDMA+FDMASDMA 每时隙有16个码道 数字调制 (QPSK) 数字信号 网络功能 电路，包交换 硬，接力切换 国际漫游 高速数据,一对信道 1,6MHz /每载波,f,t,下行,上行,1.4.1: TDD与FDD的对比,1.6Mhz,FDD,TDD,1.4.2: TDMACDMAFDMASDMA,0,上行+下行 频点 F1,时隙 16,TDMA

7、 CDMA FDMA SDMA,FDD,Dw,GP,Up,1,2,3,4,5,6,码树,1.6: 3G要实现的目标,电路交换 (对称) 对语音 包交换 (非对称) 对多媒体,8 . 384 kbit/s 对于高速移动用户 up to 2 Mbit/s 对于低速移动用户 组合业务（语音数据）,（时时业务非时时业务）,3G提供的服务,3G的性能,高频谱利用率 高质量（业务基于 QoS）,1.7: TDSCDMA的特点和优点（1）,TD-SCDMA 在 5 or 10MHz 频带内更灵活的资源分配,1：频谱效率高,1.7: TDSCDMA的特点和优点（2）,2：适于用于非对称业务,Symmetric

8、 traffic Asymmetric traffic,UL,UL,DL,UL,DL,DL,DL,UL,DL,DL,DL,DL,DL,DL,1.7: TDSCDMA的特点和优点（3）,4：技术优势总结,TD-SCDMA 技术优势,满足非成对频率 不需要具有特定间隔的成对的频率 通过动态的业务调整使得频谱效率得到了优化 上下行业务使用相同的载频，所以上下行无线传播特性是对称的 非常适于采用智能天线技术 不需要笨重的大的射频发射机 小型的低功耗的基站设备,Resources:,1900,1920,1980,2010,2025,60MHz,60MHz,20MHz,15 MHz,FDD (up lin

9、k),FDD (down link),TDD,TDD,2110,2170,DCS (down link),1880,1805,100MHz,TDD,2400,2300,20 MHz,ISM,2483,5,Industrial Scientific Medical (WLAN, oven, bluetooth) 83,5 MHz,2500,IMT-2000 Extension Band,2690,Not allocated yet! 190 MHz,FDD (down link),PHS 1900 1915,1.8: 中国3G频谱分配,第部分：TD-SCDMA概述,Part III: TD-SC

10、DMA 扩频,Part I: TD-SCDMA 概述,Part IV: TD-SCDMA 关键技术介绍,Part II: TD-SCDMA 网络结构,Um,NodeB,Uu,Iub,UE,RNC,Uu,NodeB,BSC,BTS,Um,MS,BTS,Abis,CS-MGW,A,SGSN,IuPS,MSC/VLR,GGSN,Gn,Gb,IuCS,Mc,Gs,signaling,traffic,RAN,CN,1.5: 3G 移动通信网络架构,HLR,UTRAN网络结构,SRNS,RNC,DRNS,RNC,Core Network,Node B,Node B,Node B,Node B,Iu,Iu,

11、Iur,Iub,Iub,Iub,Iub,无线网络子系统RAN,RNS,Iu,Uu,Iur,Iub,RNC,NodeB,NodeB,RNC,NodeB,NodeB,接入层和非接入层,举一个例子: 在AMR语音电话（主叫）的信令流程中，有下列几条信令，是UE与核心网之间的信令，也就是非接入层的控制面信令。这些信令先封装在RRC协议中透明传输到RNC，RNC将这些信令从RRC消息中解开，再封装到RANAP协议中，通过RANAP透明传输到核心网侧： UERNCCM Service Request UERNCAuthentication Request UERNC Authentication Resp

12、onse UERNC CM Service Accept UERNC SETUP UERNC Call Processing UERNC Alerting UERNC Connect UERNC Connect Acknowledge,非接入层协议可参考3GPP TS 24.008; TS 23.060,非接入层作用是在UE与核心网之间传递消息或用户数据,接入层和非接入层,NAS（非接入层）,UE,UE,RNC,RNC,SGSN,HLR,MSC,通用协议结构名词解释,RRC,MAC,物理层,BMC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,PDCP,PDCP,传输信道,逻

13、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,Uu接口协议结构,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,UTRAN接口通用协议模型,Iub接口信令协议,Iub接口信令协议,Iu-CS协议结构,Iu-CS接口协议,Iu-CS接口协议,R4,R5,Iu-CS接口协议,Iu-PS接口协议,Iur接口信令协议,第部分：TD-SCD

14、MA概述,Part III: TD-SCDMA 扩频,Part I: TD-SCDMA 概述,Part IV: TD-SCDMA 关键技术介绍,Part II: TD-SCDMA 网络结构,2 .1 : 扩频的基本概念 (1),Shannon 在1948年生成了下面的信道容 量公式 W 为带宽 单位Hz S 为信号功率 N 为总的噪声功率 C 为信道容量,1：扩频的基本概念 2.扩频的作用,2.1 : 扩频基本概念 (2),Bit:原始的基带信息 Symbol: 一比特基带数字信号 (实际信息) 叫做符号 采用调制技术8PSK,QPSK,16QAM调制技术 Chip:用于和符号相乘的一比特码信

15、号叫做码片。 (扩频后称为码片) Chip rate: 码信号速率. 对于 TD-SCDMA 来说，码片速率为1.28 Mchips/s,2：码片, 符号和码片速率 Symbol ,Chip, Chip rate,C=f或 =CT, =C/f, =3*108/(1.28*106)=234m,每Chip码片传输对应的距离,发端数据流与一扩频序列结合到一起 在终接端，只要具备正确的定时和扩频序列，合成信号可以被压缩并恢复出原始数据 压缩频谱后，恢复出的原始数据流仍然保持完整。,2.2 : 扩频与解扩 (1),2.2 : 扩频与解扩(2),可以采用连续多个扩频序列进行扩频，然后以相反的顺序进行频谱压

16、缩，恢复出原始数据 这些扩频序列可以具有所需的不同特征 发端所用的扩频序列必须与终接端所用序列保持同步。,2.2 : 扩频原理及实现 (2),2.2 : 扩频与解扩 (3),Spectrum,3：扩频，扩频因子,CDMA实现原理：码序列的相关性,CDMA实现原理：扩频,UE1: 11 1 UE2:11 c1:1 1 1 1 1 1 1 1 c2:1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1：1 1 1 1 1 1 1 1 UE2c2：1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1UE2c2：0 2 0 2 0 2 0 2,CDMA实现原理：频域解释,功率谱,Echip,Eb / No = Ec /

17、Io 增益,2.4: OVSF码特性 (2),CDMA系统所使用的扩频码和扰码具有以下特征：,扩频码:(Spreading code) 码长是2的整数次幂 长度相同的不同码子之间相互正交，其互相关值为0。,扰码：（Scrambling code ) 尖锐的自相关特性 近可能小的互相关值 足够大的序列数 尽可能大的序列复杂度,2.5: TDSCDMA 扩频因子(1),Downlink :SF=1, 16,Uplink : SF=1,2,4,8,16,TD-SCDMA SF=1,16,2.6: TDSCDMA 扩频码和扰码,扰码0,OVSF1 OVSF2,扰码0,OVSF3 OVSF4,扰码0,O

18、VSF7 OVSF8,对于TD系统上行链路，由于系统采用上行同步，接收机将来自不同UE的信号作为同源信号处理，故而TD不再在上行链路针对UE分配不同扰码。 可见，TDD系统上行链路采用相同小区扰码，与此同时，各UE分配的OVSF码必须不同,第部分：TD-SCDMA概述,Part III: TD-SCDMA 扩频,Part I: TD-SCDMA 概述,Part IV: TD-SCDMA 关键技术介绍,Part II: TD-SCDMA 网络结构,3: TD-SCDMA 关键技术介绍,智能天线 联合检测 同步控制 功率控制 接力切换 软件无线电,智能天线 . 进一步减小小区内和小区间干扰 联合检

19、测 . 小区内干扰最小化 上行同步 .降低小区内干扰 功率控制 . 改善系统性能 切换 . 保证终端业务无间断的移动 动态信道分配 . 减少小区间干扰 基站同步 . 提高系统抗干扰能力,Rake Receiver,IS-95 CDMA 关键技术-Rake 接收,3.1: 智能天线的引入,ISI干扰定义:(Inter Symbol Interference),在一个数字传输系统中所接收的信号的失真，该失真是表现在单个信号的暂时分散和随后的重叠，直到接收器无法准确地区分状态之间改变 在一个或多个电键间隔中的额外信号能量，该能量干扰了在另外一个电键间隔的信号的接收 由于来自一个或多个电键间隔中的额外

20、信号能量所造成的干扰，它妨碍了在另外一个电键间隔内的信号接收,ISI干扰定义(符号间干扰),TD-SCDMA系统的智能天线的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，通过改变各天线单元的激励的权重（相位和幅度），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技术使主波束指向期望用户并且波束自适应地 跟踪移动台方向，这样在干扰用户的方向形成零陷。 基站对上行信道估计的信道参数可以用于智能天线的下行波束 成形。,圆阵 天线,线阵 天线,3.1: 智能天线的定义,智能天线天线阵,在TDSCDMA系统中用到了圆阵和线阵两种：,圆阵 天线,线阵 天线,3.1: 智能天线的原理,3

21、.1: 智能天线的目标, 最大的降低各用户间的干扰 向期望的用户传送最大的能量,无智能天线 发射功率全向分布于整个小区，各用户间干扰未被减少。,使用智能天线 发射功率指向特定的激活用户，并随着用户的移动而动态的调整发射方向,智能天线,不使用智能天线： 信号均匀分布 终端相互干扰 限制系统容量,使用智能天线： 能量仅指向小区内处于激活 状态的终端 消除干扰 扩大小区半径 提高系统容量 提高系统信躁比 有利于精确定位,智能天线抑制小区间干扰,在没有智能天线的情况下 小区间用户的干扰严重,在使用智能天线的情况下 小区间用户的干扰得到极大改善,智能天线抑制小区间干扰,在没有智能天线的情况下 小区间用户

22、的干扰严重,在使用智能天线的情况下 小区间用户的干扰得到极大改善,智能天线天线校准(功率校准),智能天线演示 多个用户波束赋形,关闭第 8 根天线的发送通路,关闭第 6-8 根天线的发送通路,关闭第 3-8 根天线的发送通路,关闭第 2-8 根天线的发送通路,关闭第 8 根天线的接收通路,关闭第 6-8 根天线的接收通路,关闭第 3-8 根天线的接收通路,关闭第 2-8 根天线的接收通路,提高了基站接收机的灵敏度,提高了基站发射机的等效发射功率,降低了系统的干扰,增加了CDMA系统的容量,改进了小区的覆盖,降低了无线基站的成本,优 势,智能天线优势,联合检测的定义,综合考虑同时占用某个信道的所有用户或某些用户，消除或减 弱其他用户对任一用户的影响，并同时检测出所有用户或某些 用户的信息的一种方法。 它的基本思想是通过挖掘有关干扰用户信息（信号到达时间、 使用的扩频序列、信号幅度等）来消除多址干扰，进而提高信 号检测的稳定性。不再像传统的检测器那样忽略系统中其他用 户的存在。,3.2 ：单小