TD-SCDMA系统原理介绍【绝版好资料，看到就别错过】

TD-SCDMA系统原理介绍 一 . 系统概述 二 .关键技术 三 . TD-SCDMA网络结构 四 . TD-SCDMA物理层简介 什么是 TD-SCDMA TD SCDMA Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access 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可替代的方案 是集 CDMA、 TDMA等 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、同步 CDMA、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术 TD-SCDMA发展历程 1998年 6月正式向 ITU提交标准建议 1998年 11月赫尔辛基会议， TD成为ITU 3G候选方案 2000年 5月， TD成为国际第三代移动通信标准之一 2001年 3月， TD-SCDMA成为 3GPP标准 R4 2000年 12月， TD- SCDMA论坛成立 2002年 10月 23日，信产部公布 3G频率规划 2002年 10月， TD 产业联盟成立 2003年 12月，空中接 口测试阶段完成 2004年 3月，大唐发布了第一台 TD终端预商用版本 2004年 10月， TD产业峰会，多厂家供货环境形成 2004年 12月， TD国家专项试验网启动 2006年，规模试商用 第三代移动通信系统的多址方式 多址方式： CDMA成为主流 基本定型的技术：基于直接扩频 CDMA技术 f Pwr/ Code t TDMA f t Pwr/ Code TDMA/CDMA f CDMA 第三代移动通信系统的双工方式 双工方式： 传统的 FDD仍是主要的双工方 TDD方式受到更大关注 TDD和 FDD 在第三代移动通信中必要的两种双工方式 FDD 适合于大区制的全国系统 适合于对称业务，如话音、交互式实时数据业务等 TD-SCDMA 尤其适合于高密度用户地区：城市及近郊区的局部覆盖 适合于对称及不对称的数据业务，如话音、实时数据业务、特别是互联网方式的业务 能提供成本低廉的设备 TDD的优点 频谱灵活性：不需要成对的频谱 在 2GHz以下已很难找到成对的频谱 上下行使用相同频率，上下行链路的传播特性相同，利于使用智能天线等新技术 支持不对称数据业务：根据上下行业务量来自适应调整上下行时隙个数 FDD系统一建立通信就将分配到一对频率以分别支持上下行业务。在不对称业务中，频率利用率显著降低 FDD系统也可以用不同宽度的频段来支持不对称业务，但： 频段相对固定，不可能灵活使用 成本低：无收发隔离的要求，可以使用单片 IC来实现 RF收发信机 5ms 1上行时隙和 6下行时隙 用于文件 下载 ,internet浏览等 (适用于下行数据流量大 ) 可达 2Mbit/s传输速率 5ms 5ms 对称结构 (适用于语音呼叫 等 ) 6上行时隙 /1下行时隙 (文件 上传等 ) 灵活分配上下行话务信道 TDD双工方式问题及解决方法 峰值 /平均发射功率之比随时隙数增加而增加 TDD系统对峰值 /平均发射功率比有一定要求 ,此比值随时隙数增加而增加 因 CDMA要求线性工作，对发射功率和功率放大器要求较高 TD-SCDMA使用智能天线，基站接受灵敏度增加 9dB，故仍然可能使用低发射功率达到较远通信距离 总的说来， 在使用相同发射功率级别的手持机条件下 ， TD-SCDMA的通信距离比 WCDMA要大 通信距离 (小区半径 )主要受电波传播的时延所限制。对于 TD-SCDMA系统， 典型小区半径设置在 11公里，这主要出于人口密集地区设置考虑。如果允许牺牲 15%的容量，小区半径可达到 40-50公里 。 ITU要求 TDD系统支持终端移动 速度为 120km/h。但仿真试验结果表明在目前的芯片及算法条件下，可高于该值。 最多可达16个码道 对同一无线信道的多用户同时访问 根据用户需求进行容量分配 每个 CDMA用户和所有使用同一无线信道和时隙的用户都发生干扰（多址干扰） TD-SCDMA特性 TD-SCDMA W-CDMA/CDMA2000 空中接口 TDD FDD 模式 55 + 100 MHz （ 60 +30） 2 MHz 频段 1.6 MHz 5/1.25 MHz 射频带宽 无需使用成对的频段，任何频段都可用于 TD-SCDMA 中国频率资源分配 1920 1980 2010 2025 卫星 空 30 2110 2170 1880 85 2200 2300 2400 30 100 TDD 40 15 TDD 100 TDD 空 卫星 1785 1850 1805 1755 DCS SCDMA 60 60 FDD (上行 ) FDD (下行 ) FDD (下行 ) FDD (上行 ) 30 30 20 45 TD-SCDMA标准概况 多址接入方式： DS-CDMA/TDMA/SDMA 码片速率 :1.28Mcps(WCDMA的 1/3) 双工方式： TDD 载频宽度： 1.6M Hz 扩频技术： OVSF 调制方式： QPSK,8PSK 编码方式：卷积编码， Turbo编码 功率控制： 200次 /秒 TD-SCDMA主要优势 能在现有的 GSM网络上迅速而直接部署 突出的频谱利用率：比其它 3G标准的现有设备高一倍 无需使用成对的频段 较好的抗干扰性，特别是抑制码间干扰 灵活、自适应的上下行业务分配，特别适合各种变化的不对称业务 (如无线因特网 ) 系统成本低 TD-SCDMA的缺点 TD-SCDMA系统要精确定时，才能保持同步 TDD需要保护时隙，限制了小区覆盖半径 受功率控制和信道估计的限制， UE最高 120km/h 不支持软切换和更软切换，减少由此带来的处理增益 TD-SCDMA相对于其它两大 3G标准，发展滞后，尚未商用 一 . 系统概述 二 .关键技术 三 . TD-SCDMA网络结构 四 . TD-SCDMA物理层简介 TD-SCDMA 的关键技术 智能天线 软件无线电 上行同步 联合检测 动态信道分配 接力切换 (.) 5 4 2 1 3 6 智能天线 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 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 智能天线的优势 减少小区间干扰 降低多径干扰 基于每一用户的信噪比得以增加 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 定位用户位置 智能天线 FDD方式：由于上、下行链路信号传播的无线环境受频率选择性衰落影响不相同，所以根据上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链路 TDD方式：上、下行链路使用相同频率传输信号，且间隔时间短，链路无线传播环境差异不大，可以使用相同权值 TDD方式更能够体现智能天线的优势 TDD方式 FDD方式 智能天线 TD-SCDMA全向码道和赋形码道 两种赋形波束 得到小区覆盖的全向波束 针对用户终端的赋形波束 BCH/DwPTS必须使用全向波束，覆盖整个小区，在帧结构中使用专门时隙 业务码道通常使用赋形波束，只覆盖个别用户 GP DwPTS UpPTS BCH TS5 TS4 TS0 TS2 TS1 TS3 TS6 软件无线电 用软件处理基带信号 硬件平台：高速（ A/D）变换 数字信号处理（ DSP） RF 收 发 信 机 A/D D/A 基带 处理器 MCU 话音编 译码器 人机界面 DSP 软件无线电的优势 软件无线电技术利用统一的硬件平台，使用不同的软件，来适应不同的工作模式。它可以方便的通过软件编程改变算法，无需更新硬件，适应不同的业务要求。 系统增加功能通过软件升级来实现 减少设备费用支出 可支持多种通信体制并存 便于标准升级和新技术的运用 CDMA上行 同步 定义 上行链路各终端信号在基站解调器完全同步 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 t 基站解调器 码道 1 码道 2 码道 N CDMA上行 同步 上行同步技术 同步的建立 在随机接入时建立 依靠 BTS接收到的 SYNC1 立即在下一个下行帧 SS位置进行闭环控制 同步的保持 在每一上行帧检测 Midamble 立即在下一个下行帧 SS位置进行闭环控制 出现失步的可能性 有限小区半径 (取决于 G的宽度，可能超过10km) 比较宽的容许范围 (+/- 4 chips) 失步后执行链路重建 SS 上行业务时隙 (BTS要求 ) Midamble 随机接入 SYNC1 ss UpPTS UE的上行突发 联合检测 联合检测作用 避免多址干扰 相对扩大检测动态范围 小区内干扰最小化 联合检测原理 特定的空中接口“突发”结构允许收信机对无线信道进行信道估计 根据估计的无线信道，对所有信号同时进行检测 从复合信号中减去其他信道的信号来获得每一个信道的信号 联合检测 由于无线移动信道的时变性和多径效应影响，使得数据之间存在干扰 符号间干扰（ ISI） 码间干扰（ MAI） 通过数据符号间、码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 联合检测的实现 码间干扰（ MAI）是 CDMA系统中的主要干扰 在传统的 CDMA系统信号分离方法中，把 MAI看作热噪声 联合检测 充分利用 MAI中的先验信息，如： 已知的用户信道码 已知的训练序列 将非目标用户信息从 MAI中滤除，进而可有效地提取 目标用户信息。 如果每时隙只有 1 个用户信号 , 联合检测 (JD) 不是有效的 在同步 CDMA模式下 ,多个用户共享每个时隙 ,联合检测是有效的 通过联合检测的 MAI计算矩阵 , 去除多用户干扰 结论：通过去除 MAI增加了 CDMA的容量 通过去除 MAI, 对多用户信号检测动态范围达 20 dB，无需快速功率控制 实现机理 联合检测的优缺点 联合检测易于实现： 每时隙内码道少短扰码上行同步小运算量 联合检测的优点： 降低干扰，扩大容量，降低功控要求，削弱远近效应 联合检测的缺点： 大大增加系统复杂度、增加系统处理时延、需要要消耗一定的资源 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 CDMA系统容量 增加接收灵敏度和发射 EIRP 智能天线所不能克服的问题 时延超过码片宽度的多径干扰 多普勒效益 (高速移动 ) 因而，在移动通信系统中，智能天线必须和其它信号处理技术同时使用 联合检测： 基于训练序列的信道估值 同时处理多码道的干扰抵消 理论上 ， 联合检测和智能天线相结合技术，可以完全抵消 MAI的影响，大大提高系统的抗干扰能力和容量 动态信道分配（ DCA）：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，增 加了系统的总容量。 在 TD-SCDMA系统中，信道的定义包括： 载频 - 频域 扩频码 码域 时隙 - 时域 波束 - 空域 16code can be used time code frequency 动态信道分配 动态信道分配的方法 频域 DCA 频域 DCA中每一小区使用多个无线信道 (频道 )， 激活用户分配在不同的载波上，从而减小用户之间的干扰 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 空域 DCA 通过智能天线，可基于每一用户进行定向波束赋形 (降低多址干扰 ) 下述几种 DCA方法全面降低了相应的小区间干扰，从而使频谱利用率得以优化 动态信道分配的组成 慢速 DCA（把资源分配到小区） 根据小区中各个时隙当前的负荷情况对各个时隙的优先级进行排队，为接入控制提供选择时隙的依据。 接纳控制 当一个新的呼叫到来时， DCA首先选择一个优先级最高的时隙，能否在该时隙为新呼叫分配资源。在选择时隙的过程中，如果没有单独的时隙能够提供新呼叫所需要的资源， DCA将试图进行资源整合，从而为新呼叫腾出一定的资源（包括码资源、功率资源）。 快速 DCA（为业务分配资源） 当系统负荷出现拥塞或链路质量发生恶化时， RRM中的其他模块（如 LCC、 RLS）会触发 DCA进行信道调整。它的功能主要是有选择的把一些用户从负荷较重（或链路质量较差）的时隙调整到负荷较轻（或链路质量较好）的时隙。 硬切换 在早期的频分多址 （ FDMA） 和时分多址（ TDMA） 移动通信系统中采用这种越区切换方法 当用户终端从一个小区或扇区切换到另一个小区或扇区时 ， 先中断与原基站的通信 ， 然后再改变载波频率与新的基站建立通信 。 硬切换技术在其切换过程中有可能丢失信息 。 Node BsourceNode BtargetUE RNCU E 搜 索 邻 小 区中的所有基站切换判决切换指令无线链路失败无线链路同步建立建立业务连接，恢复数据传输删除无线链路无线链路业务连接停止发射和接收信号发现目标基站，测量报告，切换请求硬切换流程 软切换 在美国 Qualcomm公司九十年代发明的码分多址（ CDMA） 移动通信系统中采用这种越区切换方法 当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个具有相同载频的小区或扇区时，在保持与原基站通信的同时，和新基站也建立起通信连接，与两个基站之间传输相同的信息，完成切换之后才中断与原基站的通信。 优点：软切换过程不丢失信息，不中断通信。 缺点：其一解决了终端在相同频率的小区或扇区间切换的问题；其二软切换的基础是宏分集，但在 IS-95中宏分集占用了 50的下行容量，因此软切换实现的增加系统容量被它本身所占用的系统容量所抵消。 软切换流程 Node BactiveNode BmonitoredUE RNCU E 搜索本小区和邻小区中所有基站切换判决激活集更新指令删除无线链路无线链路同步建立建立无线链路业务连接无线链路业务连接激活集更新完毕停止发射和接收信号测量报告接力切换的概念 接力切换适用于同步 CDMA移动通信系统，是 TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。 设计思想： 当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时， 利用智能天线和上行同步等技术对 UE的方位和距离进行定位，根据 UE方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果 UE进入切换区，则 RNC通知另一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： 将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率综合到接力切换中 ，该方法可以在不同载频的基站之间使用，甚至在 TD-SCDMA系统与其他移动通信系统如 GSM、 IS95的基站之间实现不中断通信、不丢失信息的越区切换。 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 同步保持 接力切换流程 接力切换的实现 MS和 NB1通信 NB1通知邻近 NB2, 提供用户位置信息 基站类型、载频、定时等 切换准备 MS搜索 NB2 ， 建立同步 MS或 NB2发起切换请求 系统决定切换执行 MS与 NB1断开，与 NB2建立通信 完成切换 NB1 NB2 MS 三种切换技术比较 高切换成功率 高资源利用率 一 . 系统概述 二 .关键技术 三 . TD-SCDMA网络结构 四 . TD-SCDMA物理层简介 TD-SCDMA网络结构 UE UE Uu