DSCDMA基本原理及技术发展趋势

TD-SCDMA技术简介第一部分：CDMATDD概述CDMATDD标准概况两种TDD技术简单比较TD-SCDMA主要技术优势TDD双工方式的优点频谱灵活性：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(例如下行频段比上行频段宽一倍)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(低速/话音业务)TDD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)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。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预计在3G中，使用移动卫星实现全球覆盖，使用FDD提供大区制对称业务，全国网，特别在城市及近郊区使用TD-SCDMA系统，用多模终端实现漫游IMT2000的CDMATDD标准概况两种CDMATDD：TD-SCDMA和UTRATDD两种TDD方案的异同：项目 TD-SCDMA UTRATDD带宽和码片速率 1.6MHz/1.28Mcps 5MHz/3.84Mcps帧结构 7时隙/5ms 15时隙/10ms智能天线 使用 选项同步CDMA 1/8chip 1/4chips多用户检测 使用 使用切换 接力切换 硬切换设计思想 全面满足IMT2000要求 与WCDMA配合使用相同技术：信道编码和交织、调制(QPSK)、DCA、DTX、ODMA等等TD-SCDMA网络同步网络同步:系统内各基站的运行采用相同的帧同步定时同步的目的：避免相邻基站的收发时隙交叉，减小干扰同步精度要求：几微秒同步方法：GPS：网络主从同步空中主从同步BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTSTxRxG3G业务与功能未来的“承载业务”电路交换（对称）用于诸如语音、视频会议、...等实时业务包交换（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

实时业务与非实时业务的混和无线多媒体的数据业务移动速度为最高240km/h时，数据速率为8...64/144kbit/s手持机环境(速度30km/h),数据速率为8...384kbit/s室内环境(速度3km/h)，数据速率可达2Mbit/s

TDD小区搜索和接入问题小区搜索基本要求以每200KHz步长在全部带宽内搜索基站在短时间内完成母网搜索TDD系统小区搜索的困难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用户不可能预先知道那一部分信号是来自基站随机接入的问题防止碰撞建立上行同步

动态信道分配(DCA)频域DCA频域DCA中每一小区使用多个无线信道(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空间去耦(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第二部部分：：TD-SCDMA技技术TD-SCDMA关键技技术TD-SCDMA物物理层层简介介TD-SCDMA的的关键技技术智能天天线+多用用户检检测多时隙隙的TDMA＋＋多码码道DS_CDMA同步CDMA信道编编码和和交织织(和和3GPP相同同)接力切切换预期达达到的的目标标高频谱谱利用用率低设备备成本本满足IMT2000基本本要求求TD-SCDMA简简介:帧结构构Radioframe10msMultiframeSub-frame5msTS5TS4TS0TS2TS1GTS3TS6DwPTSUpPTSDataMidambleData675usgL1144chipsTD-SCDMA技术基础础:智能天线线使用智能能天线...能量仅指指向小区区内处于于激活状状态的移移动终端端正在通信信的移动动终端在在整个小小区内处处于受跟跟踪状态态不使用智智能天线线...能量分布布于整个个小区内内所有小区区内的移移动终端端均相互互干扰，，此干扰扰是CDMA容量限制制的主要要原因智能天线线的优势势减少小区区间干扰扰降低多径径干扰基于每一一用户的的信噪比比得以增增加降低发射功率率提高接收灵敏敏度增加了容量及及小区覆盖半半径联合检测(JD)联合检测作用用避免多址干扰扰检测动态范围围急剧增大，，无需软切换换小区内干扰最最小化联合检测原理理特定的空中接接口“突发””结构允许收收信机对无线线信道进行信信道估计根据估计的无无线信道，对对所有信号同同时进行检测测TD-SCDMA全向码道和赋赋形码道GDwPTSUpPTS两种赋形波束束得到小区覆盖盖的全向波束束针对用户终端端的赋形波束束BCH/DwPTS必须须使用全向波波束，覆盖整整个小区，在在帧结构中使使用专门时隙隙业务码道通常常使用赋形波波束，只覆盖盖个别用户BCHTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6TD-SCDMA技术基础:同同步CDMA定义上行链路各终终端信号在基基站解调器完完全同步优点CDMA码道道正交，降低码道间干干扰，提高CDMA容量简化硬件，降降低成本t基站解调器码道1码道2码道N上行同步同步的建立在随机接入时时建立依靠BTS接接收到的SYNC1立即在下一个个下行帧SS位置进行闭闭环控制同步的保持在每一上行帧帧检测Midamble立即在下一个个下行帧SS位置进行闭闭环控制出现失步的可可能性有限小区半径径(取决于G的的宽度，可能能超过10km)比较宽的容许许范围(+/-4chips)失步后执行链链路重建SS上行业务时隙隙(BTS要要求)Midamble随机接入SYNC1ssUpPTSUE的上行突突发TD-SCDMA技术:接力切换MS和BS0通信BS0通知邻邻近基站信息息,并提供用用户位置信息息基站类型、、载频、定定时等切换准备MS搜索基站，，建立同步步MS或BS发起切换请请求系统决定切切换执行MS同时和和两个基站站建立通信信完成切换不使用宏分分集BS0BS1BS2MSTD-SCDMA与WCDMA及GSM的切换换TD-SCDMA(1.28McpsTDD)与3GPP内其其他模式之之间的测量量和切换已已经在3GPP内进进行讨论并并正在完善善之中TD-SCDMA-->GSM:测测量和切切换与UTRA3.84McpsTDD相相同GSM-->TD-SCDMA:在GSM以后的的版本中,将会考考虑向3G系统的切切换问题,包括向向TD-SCDMA的测量和和切换(在在3GPPGERAN讨论论)TD-SCDMA简简介:小区搜索TS5TS4TS0TS2TS1GTS3TS6DwPTSUpPTSTDD系统统的小区搜搜索和FDD系统的的主要区别别：上下行信号号工作于相相同频率，，可能接收收到附近用用户的强上上行信号DwPTS同时起Pilot和SCH的作用，，处于没有有其它本小小区多址干干扰的独立立时隙。当当DwPTS搜索到到，下行同同步便获得得了。BTS之间间同步，所所有小区的的DwPTS将出现现在重叠的的时隙，便便于切换中中进行测量量搜索过程：：设定载波频频率；搜索索DwPTS；获得得BCH(在TS0时隙)搜索DwPTS的方方法：接收并记记录任意5ms的数数据，用已已知正交码码序列在一一个个窗口口内求相关关。TS5TS45msTS6TD-SCDMA随机接入随机接入入必须完完成的工工作：上行同步步、功率率控制、、系统获获得接入入要求、、用户鉴鉴权、分分配业务务码道等等随机接入入必须考考虑的问问题：RACH/FACH的的高效率率工作；；防止碰撞撞的策略略；加快接入入速度。。随机接入入过程：：UE：开开环功率率控制和和开环同同步控制制，发射射UpPTS，，等待BTS回回答BTS：：控制UE的发发射功率率和时延延，获得得UE接接入要求求系统：鉴鉴权和分分配码道道GDwPTSUpPTSTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6随机接入入过程UENodeBUpPTS终端选择择SYNC1,以估算算的时间间和功率率发送基站检测测到SYNC1,并回回送定时时和功率率调整FPACHRACH调整定定时和和功率率,发发送送随机机接入入请求求FACH指配信信道,继继续完完成接接入过过程和和鉴权权信道及映射射关系TD-SCDMA简简介:物理层总结结低码片速率率:1.28Mcps(WCDMA的1/3)适合智能天天线和同步步CDMATDD的帧结构构用智能天线线+多用户户检测联合合算法达到到全部资源源同时工作作的效果采用和3GPP相同同的调制、、信道编码码、交织和和复接技术术提供不对称称上下行业业务功率控制和和上行同步步控制:控制频率:0-200次/秒秒功率控制步步长:1-3dB同步控制精精度:1/8码片宽宽度开环和闭环环控制结论：TD-SCDMA主要优势完全满足对3G业业务与功能能的需求能在现有稳稳定的GSM网络上上迅速而直直接部署能实现从第第二代到第第三代的平平滑演进完全满足第第三代业务务的要求突出的频谱谱利用率：：比其它3G标准的现现有设备高高一倍无需使用成成对的频段段支持蜂窝组组网，可以以形成宏小小区、微小小区及微微微小区，每每个小区可可支持不同同的不对称称业务灵活、自适应应的上下行业业务分配，特特别适合各种种变化的不对对称业务(如如无线因特网网)系统成本低第三部分TD-SCDMA高层信信令流程无线接口协议议结构高层信令流程程无线接口协议议结构无线接口协议议结构无线接口高层层各（子）层层的主要功能无线接口协议议层结构无线接口协议议层结构无线接口主要要分为三层：：L1层--物理层层L2层--数数据链路层，，包括MAC层、RLC层、BMC层、PDCP层L3层层--网络络层，，包括括RRC层层等子子层无线接接口高高层各各（子子）层层的主主要功功能MAC层--完完成逻逻辑信信道和和传输输信道道的映映射RLC层--保保证数数据的的正确确有效效传输输BMC层--小小区广广播消消息和和分配配等BMC消息息的保保存和和传送送PDCP层层----IP数数据据流流的的头头部部压压缩缩与与解解压压缩缩(如如：：TCP/IP和和RTP/UDP/IP头头部部)以以及及将非非接接入入层层送送来来的的PDCP-SDU转发发到RLC层高层信令令流程随机接入入过程小区更新新过程切换过程程(一)随随机机接入过过程（二）小小区更新新过程小区选择择（重选选）过程程（三）切切换过程程硬切换GSM到到UMTS的切切换UMTS到GSM的切切换硬切换（（FDDandTDD)GSM到到UMTS的切切换UMTS到GSM的切切换第四部分分TD-SCDMA射频频特性频带与信信道安排排发射特性性接收特性性共存分析析TD-SCDMA的频带与与信道安安排ITU建建议的3G移动动通信频频谱方案案TD-SCDMA的信信道安排排ITU建建议的3G移动动通信频频谱方案案TDDTDD1900192020102025ITU的核心分分配建议议(MHz)TDD&FDD(UL)TDDTDD&FDD(DL)1850191019301990ITU的补充分分配建议议(MHz)注：TD-SCDMA除ITU的建建议外，，不排斥斥对其他他频谱的的利用TD-SCDMA的信信道安排排带宽宽：1.6MHz扫描间隔隔：0.2MHz信道号号：Nt=5*F(0.0<F<3276.6MHz）TD-SCDMA的发射射特性发射功率特性性发射频谱特性性发射交调抑制制调制特性TD-SCDMA的发射射功率特性项目UEBS最大输出功率率21dBm34dBm最小输出功率率-49dBm4dBm空闲模式功率率-65dBm-82dBm功率控制步长长1,2,3dB1,2,3dBTD-SCDMA的发射射频谱特性项目UEBS所占带宽1.6MHz1.6MHz频率稳定性0.1PPM0.05PPM邻道泄漏33dB(1)40dB(1)比(大于)43dB(2)50dB(2)杂散辐射符合ITU-RSM.329TD-SCDMA的发射射交调抑制UE的交调抑抑制:在1.6MHz或3.2MHz邻道存存在TD-SCDMA干扰信信号时，交调调产品分别不不高于-31dBc或或-41dBcBS的交调抑抑制:当在邻道1.6MHz、、3.2MHz、4.8MHz存在在低于有用信信号30dB的TD-SCDMA干干扰信号时，，所产生的交交调产品不会会高于带外辐辐射或杂散功功率TD-SCDMA的调制制特性项目UEBS发射滤波器RRCRRCEVM(小于)17.5%12.5%PCDE(小于)-21dB-28dBTD-SCDM