大唐：TDSCDMA技术简介

1、中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 1 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 2 第一部分：CDMA TDD概述 n CDMA TDD 标准概况 n 两种TDD技术简单比较 n TD-SCDMA主要技术优势 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 3 TDD双工方式的优点 n频谱灵活性：不需要成对的频谱。 n在2GHz以下已很难找到成对的频谱 n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 n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 nFDD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

2、务中，频率利用率显著降低 nFDD系统也可以用不同宽度的频段来支持不对称业务，但： n频段相对固定，不可能灵活使用(例如下行频段比上行频段宽一倍) n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 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 4 TDD双工方式问题及解决方法 n峰值/平均发射功率之比随时隙数增加而增加(低速/话音业务) nTDD系统对峰值/平均发射功率比有要求,此比值随时隙数增加而增加，例 如TD-SCDMA可能再增加7dB；而UTRA-TDD则可能增加12dB(单时隙业务) n因CDMA要求线性工作，对发射功率和功率放大器要求较高 nTD-SCDMA使用

3、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 n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 n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。 nITU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。 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 5 TDD和FDD n在第三代移动通信中必要的两种双工方式

4、nFDD n适合于大区制的全国系统 n适合于对称业务，如话音、交互式实时数据业务等 nTD-SCDMA n尤其适合于高密度用户地区：城市及近郊区的局部覆盖 n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 n能提供成本低廉的设备 n预计在预计在3G3G中，使用移动卫星实现全球覆盖，使用中，使用移动卫星实现全球覆盖，使用FDDFDD提供大区制对称提供大区制对称 业务，全国网，特别在城市及近郊区使用业务，全国网，特别在城市及近郊区使用TD-SCDMATD-SCDMA系统，用多模终系统，用多模终 端实现漫游端实现漫游 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 6

5、 IMT2000的CDMA TDD标准概况 n两种CDMA TDD：TD-SCDMA和UTRA TDD n两种TDD方案的异同： n项目TD-SCDMAUTRA TDD n带宽和码片速率1.6MHz/1.28Mcps 5MHz/3.84Mcps n帧结构7时隙/5ms15时隙/10ms n智能天线使用选项 n同步CDMA1/8chip1/4chips n多用户检测使用使用 n切换接力切换硬切换 n设计思想全面满足IMT2000要求与WCDMA配合使用 n相同技术：信道编码和交织、调制(QPSK)、DCA、DTX、ODMA等等 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 7 TD-SCDM

6、A网络同步 n网络同步: 系统内各基站的运行 采用相同的帧同步定时 n同步的目的：避免相邻基站的收 发时隙交叉，减小干扰 n同步精度要求：几微秒 n同步方法： nGPS： n网络主从同步 n空中主从同步 BS0 BS1 BS2 BS0 BS1 BS2 BTS Tx Rx G 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 8 3G 业务与功能 n未来的未来的“承载业务承载业务” z电路交换（对称）用于诸如语音、视频会议、. 等实时 业务 z包交换（非对称）用于诸如电子邮件、因特网及内部网 访问、 视频点播、 . 等非实时业务 z实时业务与非实时业务的混和 n无线多媒体的数据业务无线多媒体的数

7、据业务 z移动速度为最高240km/h时，数据速率为 8 . 64/144 kbit/s z手持机环境(速度30km/h),数据速率为 8 . 384 kbit/s z室内环境(速度3 km/h)，数据速率可达2Mbit/s 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 9 TDD小区搜索和接入问题 n小区搜索基本要求 n以每200KHz步长在全部带宽内搜索基站 n在短时间内完成母网搜索 nTDD系统小区搜索的困难 n上下行链路使用相同载波频率，用户离基站的距离可能远远大 于离一个终端的距离 n用户不可能预先知道那一部分信号是来自基站 n随机接入的问题 n防止碰撞 n建立上行同步 中国移动

8、中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 10 动态信道分配 (DCA) z频域频域 DCA z频域DCA中每一小区使用多个无线信道(频道) z在给定频谱范围内，与 5 MHz 的带宽相比， TD-SCDMA 的1.6 MHz 带宽使 其具有3倍以上的无线信道数(频道数) z时域时域 DCA z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 z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 z码域码域 DCA z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 z空域空域 DCA z通过智能天线，可基于每一用户进行定向空

9、间去耦 (降低多址干扰) 下述几种动态信道分配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下述几种动态信道分配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 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 11 第二部分： TD-SCDMA技术 n TD-SCDMA关键技术 n TD-SCDMA物理层简介 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 12 TD-SCDMA的关键技术 n智能天线+多用户检测 n多时隙的TDMA多码 道DS_CDMA n同步CDMA n信道编码和交织(和 3GPP相同) n接力切换 预期达到的目标预期达到的目标 n高频谱利用率 n低设

10、备成本 n满足IMT2000基本要求 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 13 TD-SCDMA简介 帧结构 Radio frame 10ms Multi frame Sub-frame 5ms TS5TS4TS0TS2TS1 G TS3TS6 DwPTS UpPTS DataMidambleData 675us g L1 144chips 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 14 n TD-SCDMA技术基础：智能天线智能天线 z使用智能天线使用智能天线 . z能量仅指向小区内处于 激活状态的移动终端 z正在通信的移动终端在 整个小区内处于受跟踪 状态 z不使用智

11、能天线不使用智能天线 . z能量分布于整个小区内 z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 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 15 联合检测 (JD) z联合检测作用 z避免多址干扰 z检测动态范围急剧增大，无需软切换 z小区内干扰最小化 z联合检测原理 z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 z根据估计的无线信道，对所有信号同时进行检测 中国移动中国移动3G3G高级培训之六

12、高级培训之六 16 TD-SCDMA全向码道和赋形码道 G DwPTS UpPTS n两种赋形波束 n得到小区覆盖的全向波束 n针对用户终端的赋形波束 nBCH/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 n业务码道通常使用赋形波束，只覆盖个别用户 BCH TS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 17 TD-SCDMA技术基础:同步CDMA n定义 n上行链路各终端信 号在基站解调器完 全同步 n优点 nCDMA码道正交， n降低码道间干扰， n提高CDMA容量 n简化硬件，降低成本 t 基站解调器 码道1 码道2

13、码道N 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 18 上行同步 n同步的建立 n在随机接入时建立 n依靠BTS接收到的SYNC1 n立即在下一个下行帧SS位置进行闭环控制 n同步的保持 n在每一上行帧检测Midamble n立即在下一个下行帧SS位置进行闭环控制 n出现失步的可能性 n有限小区半径(取决于G的宽度，可能超过 10km) n比较宽的容许范围(+/- 4 chips) n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 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 19 TD-SCDMA技术：

14、 接力切换 nMS和BS0通信 nBS0通知邻近基站信息,并提 供用户位置信息 n基站类型、载频、定时等 n切换准备 nMS搜索基站，建立同步 nMS或BS发起切换请求 n系统决定切换执行 nMS同时和两个基站建立通信 n完成切换 n不使用宏分集 BS0 BS1 BS2 MS 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 20 TD-SCDMA与WCDMA及GSM的切换 nTD-SCDMA(1.28Mcps TDD)与3GPP内其他模式之 间的测量和切换已经在3GPP内进行讨论并正在完 善之中 nTD-SCDMA -GSM: 测量和切换与UTRA 3.84Mcps TDD相同 nGSM -

15、 TD-SCDMA: 在GSM以后的版本中, 将会 考虑向3G系统的切换问题, 包括向TD-SCDMA的测 量和切换(在3GPP GERAN讨论) 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 21 TD-SCDMA简介 小区搜索 TS5TS4TS0TS2TS1 G TS3TS6 DwPTS UpPTS nTDD系统的小区搜索和FDD系统的主要区别： n上下行信号工作于相同频率，可能接收到附近用户的强上行信号 nDwPTS同时起Pilot和SCH的作用，处于没有其它本小区多址干扰的独立时 隙。当DwPTS搜索到，下行同步便获得了。 nBTS之间同步，所有小区的DwPTS将出现在重叠的时隙，

16、便于切换中进行 测量 n搜索过程：设定载波频率；搜索DwPTS；获得BCH(在TS0时隙) n搜索DwPTS的方法：接收并记录任意5ms的数据，用已知正交码序列在一 个个窗口内求相关。 TS5TS4 5ms TS6 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 22 TD-SCDMA随机接入 n随机接入必须完成的工作： n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 n随机接入必须考虑的问题： nRACH/FACH的高效率工作； n防止碰撞的策略； n加快接入速度。 n随机接入过程： nUE：开环功率控制和开环同步控制，发射UpPTS，等待BTS回答 nBTS：控制UE

17、的发射功率和时延，获得UE接入要求 n系统：鉴权和分配码道 G DwPTS UpPTS TS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 23 随机接入过程 UENode B UpPTS终端选择SYNC1,以估 算的时间和功率发送 基站检测到SYNC1,并 回送定时和功率调整 FPACH RACH 调整定时和功率, 发送 随机接入请求 FACH 指配信道, 继续完成接 入过程和鉴权 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 24 信道及映射关系 Transport channels Physical channels DCHDedicated

18、 Physical Channel (DPCH) BCHPrimary Common Control Physical Channels (P-CCPCH) PCHSecondary Common Control Physical Channels(S-CCPCH) FACHSecondary Common Control Physical Channels(S-CCPCH) PICH RACHPhysical Random Access Channel (PRACH) USCHPhysical Uplink Shared Channel (PUSCH) DSCHPhysical Downli

19、nk Shared Channel (PDSCH) Down link Pilot Channel (DwPCH) Up link Pilot Channel (UpPCH) FPACH 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 25 TD-SCDMA简介 物理层总结 n低码片速率:1.28Mcps(WCDMA的1/3) n适合智能天线和同步CDMA TDD的帧结构 n用智能天线+多用户检测联合算法达到全部资源同时工 作的效果 n采用和3GPP相同的调制、信道编码、交织和复接技术 n提供不对称上下行业务 n功率控制和上行同步控制: n控制频率:0-200次/秒 n功率控制步长:1-3d

20、B n同步控制精度:1/8码片宽度 n开环和闭环控制 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 26 结论：结论：TD-SCDMA主要优主要优 势势 n完全满足对3G 业务与功能的需求 z能在现有稳定的GSM网络上迅速而直接部署 z能实现从第二代到第三代的平滑演进 z完全满足第三代业务的要求 n突出的频谱利用率：比其它3G标准的现有设备高一倍 n无需使用成对的频段 n支持蜂窝组网，可以形成宏小区、微小区及微微小区，每个小区 可支持不同的不对称业务 n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) n系统成本低 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之

21、六 27 第三部分 TD-SCDMA高层信令流程 n 无线接口协议结构 n 高层信令流程 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 28 无线接口协议结构 n 无线接口协议结构 n 无线接口高层各（子）层的主要 n 功能 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 29 无线接口协议层结构 L3 control control control control Logical Channels Transport Channels C-plane signalling U-plane information PHY L2/MAC L1 RLC DC Nt GC L2/RLC MAC

22、 RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC Duplication avoidance UuS boundary BMC L2/BMC RRC control PDCP PDCPL2/PDCP DC Nt GC 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 30 无线接口协议层结构 无线接口主要分为三层： nL1层-物理层 nL2层-数据链路层，包括MAC层、RLC层、BMC层、 PDCP层 nL3层-网络层，包括RRC层等子层 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 31 无线接口高层各（子）层的主要功能 nMAC层-完成逻辑信道和传输信道的映射 nRLC层-保证

23、数据的正确有效传输 nBMC层-小区广播消息和分配等BMC消息的保存和传 送 nPDCP层- IP数据流的头部压缩与解压缩(如： TCP/IP 和RTP/UDP/IP头部)以及将非接入层送来的 PDCP-SDU转发到RLC层 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 32 高层信令流程 n 随机接入过程 n 小区更新过程 n 切换过程 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 33 (一) 随机接入过程 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 34 U E -M A CU E -P H YN ode B -P H YR N C -M A C U u Iu b S Y

24、N C 1 transm ission P H Y -A ccess-R E Q R A C H D ata M A C -D ata-IN D E valuation of the M A C header U E -R LC C P H Y -T rC H -C onfig-R E Q S Y N C 1 transm ission P H Y -A ccess-R E Q F P A C H “A C K ” U E -R R C Initial backoff tim e M A C -D ata-R E Q C M A C -C onfig-R E Q subsequent back

25、off tim e P H Y -D ata-R E Q P H Y -A ccess-C N F T im er expires (collision) subsequent backoff tim e T im er is set to w ait for A C K on F P A C H Increm ent synchronization transm ission counter T im er is set to w ait for A C K on F P A C H Increm ent synchronization transm ission counter 中国移动中

26、国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 35 I n c r e m e n t s y n c h r o n is a tio n tr a n s m is s io n c o u n te r M S e n d P H Y - A C C E S S - R E Q ( s ta r t o fL 1P R A C H tr a n s m is s io n p r o c e d u r e ) M M m a x ? N Y L 1 a c c e s s in f o ? A c k ( P R A C H m e s s a g e p a r t tr a n s m

27、itte d ) N oA c k E n d D r a w r a n d o m n u m b e r0 R i 1 R P i? N Y W a it e x p ir y T i m e r T 2 ( n e x t T T I ) M := 0 S ta r t G e t R A C Htx c o n tr o l p a r a m e te r s f r o m R R C :M m a x, s e t o f A S C p a r a m e te r s N A n y d a ta to b e tr a n s m itte d ? Y N O T E :

28、 M A C - c /s h r e c e iv e s R A C H tx c o n tr o l p a r a m e te r s f r o m R R C w ith C M A C C o n f ig - R E Q p r im itiv e w h e n e v e r o n e o f th e p a r a m e te r s is u p d a te d U p d a te R A C Htx c o n tr o l p a r a m e te r s W a it e x p ir y T i m e r T 2 ( n e x t T T

29、I ) S e t T i m e r T 2 ( 1 T T I ) S e n d P H Y - D A T A - R E Q A S C s e le c tio n : ( P R A C H p a r titio n i, P i) 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 36 （二）小区更新过程 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 37 小区选择（重选）过程 1 Initial Cell Selection Camped normally Cell Reselection Camped on Any Cell Any Cell Reselection

30、no cell information stored for the PLMN cell information stored for the PLMN go here whenever a new PLMN is selected no suitable cell found suitable cell found suitable cell found Connected Mode suitable cell found no suitable cell found no suitab le cell found Stored Information Cell Selection Any

31、Cell Selection Connected Mode (Emergency calls only) return to idle mode go here when no USIM in the UE USIM inserted 1 Immediate Cell Evaluation trigge r suitable cell selected Immediate Cell Evaluation no suitable cell found no acceptable cell found leave idle mode no acceptable cell found Cell Se

32、lection when leaving connected mode leave idle mode return to idle mode an acceptable cell found Cell Selection when leaving connected mode acceptabl e cell found trigge r acceptable cell selected NAS registrat ion rejected best suitable cell selected best acceptable cell selected suitable cell foun

33、d 1 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 38 CPHY-RL-Release-REQ (Stop RX and TX) Cell Update CCCH: RACH: CCCH Message Cell Update Confirm MAC-C/SH-Data-REQ UE-RRCUE-MACUE-L1Node B-MACRNC-L1CRNC-MACSRNC-RRC UuIub Cell reselection triggered SRNC-MAC CPHY-RL-Setup-REQ (Start RX) CPHY-Sync-IND BCCH: BCH: Message Sy

34、stem info MAC-B-Data-IND New system info CPHY-RL-Setup-REQ (Start TX) Register change of cell MAC-D-Data-REQ Cell Update Confirm DCCH: FACH: DCCH Message Cell Update Confirm RLC-Tr-Data-IND Cell Update Confirm MAC-C/SH-Data-REQ Cell Update Iur UE-RLCSRNC-RLC RLC-Tr-Data-REQ Cell Update RLC-Tr-Data-R

35、EQ Cell Update Confirm MAC-D-Data-IND Cell Update Confirm 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 39 （三）切换过程 n 硬切换 n GSM到UMTS的切换 n UMTS到GSM的切换 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 40 硬切换（FDD and TDD) UE-RRCUE-L1NodeB -L1RNC-L1SRNC-RRC UuIub CPHY-RL-Setup-REQ HANDOVER COMPLETE (acknowledged on L2) Inter-frequency handover trig

36、gered CPHY-RL-Setup-REQ CPHY-RL-Setup-CNF Start new rx / tx HANDOVER COMMAND CPHY-RL-Release-REQ Stop rx / tx Start rx / tx CPHY-RL-Release-REQ Stop old rx / tx CPHY-RL-Release-CNF Layer 1 synchronisation CPHY-Sync-IND CPHY-RL-Setup-REQ Layer 2 link established CPHY-RL-Release-REQ 中国移动中国移动3G3G高级培训之六

37、高级培训之六 41 GSM到UMTS的切换 DCCH: Acknowledged Data Handover Complete UE-RRCUE-RLCUE-MACUE-L1Node B-L1RNC-L1CRNC-MACSRNC-RLCSRNC-RRC UuIub Admission control -49dBm(4.8MHz) 带外:-44dBm(1);-30dBm(2);-15dBm(3) nBS的阻塞特性:在下列干扰情况下,UE的性能不 会受到影响 带内:-40dBm(3.2MHz);带外:-15dBm 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 56 TD-SCDMA的交调特性 nUE的交调特性:在下列干扰情况下,UE的性能不 会受到影响 CW干扰: -46dBm (3.2MHz) TD-SCDMA干扰:-46dBm (6.4MHz) nUE的交调特性:在下列干扰情况下,UE的性能不 会受到影响 CW干扰: -48dBm (3.2MHz) TD-SCDMA干扰:-48dBm (6.4MHz) 中国移动中国移动3G3G高级培训之六高级培训之六 57 TD-SCDMA的共存分析 n