TDSCDMA基本原理及技术发展趋势

TD-SCDMA技术简介第一页，共六十三页。第一部分：CDMATDD概述CDMATDD标准概况两种TDD技术简单比较TD-SCDMA主要技术优势第二页，共六十三页。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收发信机第三页，共六十三页。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。第四页，共六十三页。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第五页，共六十三页。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等等第六页，共六十三页。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BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTSTxRxG第七页，共六十三页。3G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

第八页，共六十三页。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第九页，共六十三页。

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十页，共六十三页。第二部分：TD-SCDMA技术

TD-SCDMA关键技术TD-SCDMA物理层简介第十一页，共六十三页。TD-SCDMA的关键技术智能天线+多用户检测多时隙的TDMA＋多码道DS_CDMA同步CDMA信道编码和交织(和3GPP相同)接力切换预期达到的目标高频谱利用率低设备成本满足IMT2000基本要求第十二页，共六十三页。TD-SCDMA简介:帧结构Radioframe10msMultiframeSub-frame5msTS5TS4TS0TS2TS1GTS3TS6DwPTSUpPTSDataMidambleData675usgL1144chips第十三页，共六十三页。

TD-SCDMA技术基础: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第十四页，共六十三页。

联合检测(JD)联合检测作用避免多址干扰检测动态范围急剧增大，无需软切换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第十五页，共六十三页。TD-SCDMA全向码道和赋形码道GDwPTSUpPTS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BCHTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6第十六页，共六十三页。TD-SCDMA技术基础:同步CDMA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第十七页，共六十三页。上行同步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(+/-4chips)失步后执行链路重建SS上行业务时隙(BTS要求)Midamble随机接入SYNC1ssUpPTSUE的上行突发第十八页，共六十三页。TD-SCDMA技术:接力切换MS和BS0通信BS0通知邻近基站信息,并提供用户位置信息基站类型、载频、定时等切换准备MS搜索基站，建立同步MS或BS发起切换请求系统决定切换执行MS同时和两个基站建立通信完成切换不使用宏分集BS0BS1BS2MS第十九页，共六十三页。TD-SCDMA与WCDMA及GSM的切换TD-SCDMA(1.28McpsTDD)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TD-SCDMA-->GSM:测量和切换与UTRA3.84McpsTDD相同GSM-->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3GPPGERAN讨论)第二十页，共六十三页。TD-SCDMA简介:小区搜索TS5TS4TS0TS2TS1GTS3TS6DwPTSUpPTSTDD系统的小区搜索和FDD系统的主要区别：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DwPTS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。BTS之间同步，所有小区的DwPTS将出现在重叠的时隙，便于切换中进行测量搜索过程：设定载波频率；搜索DwPTS；获得BCH(在TS0时隙)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。TS5TS45msTS6第二十一页，共六十三页。TD-SCDMA随机接入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BTS：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GDwPTSUpPTSTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6第二十二页，共六十三页。随机接入过程UENodeBUpPTS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FPACHRACH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第二十三页，共六十三页。信道及映射关系第二十四页，共六十三页。TD-SCDMA简介:物理层总结低码片速率:1.28Mcps(WCDMA的1/3)适合智能天线和同步CDMATDD的帧结构用智能天线+多用户检测联合算法达到全部资源同时工作的效果采用和3GPP相同的调制、信道编码、交织和复接技术提供不对称上下行业务功率控制和上行同步控制:控制频率:0-200次/秒功率控制步长:1-3dB同步控制精度:1/8码片宽度开环和闭环控制第二十五页，共六十三页。结论：TD-SCDMA主要优势完全满足对3G业务与功能的需求能在现有稳定的GSM网络上迅速而直接部署能实现从第二代到第三代的平滑演进完全满足第三代业务的要求突出的频谱利用率：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)系统成本低第二十六页，共六十三页。第三部分TD-SCDMA高层信令流程

无线接口协议结构高层信令流程第二十七页，共六十三页。无线接口协议结构

无线接口协议结构无线接口高层各（子）层的主要功能第二十八页，共六十三页。无线接口协议层结构第二十九页，共六十三页。无线接口协议层结构无线接口主要分为三层：L1层--物理层L2层--数据链路层，包括MAC层、RLC层、BMC层、PDCP层L3层--网络层，包括RRC层等子层第三十页，共六十三页。无线接口高层各（子）层的主要功能MAC层--完成逻辑信道和传输信道的映射RLC层--保证数据的正确有效传输BMC层--小区广播消息和分配等BMC消息的保存和传送PDCP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层第三十一页，共六十三页。高层信令流程

随机接入过程小区更新过程切换过程第三十二页，共六十三页。(一)随机接入过程第三十三页，共六十三页。第三十四页，共六十三页。第三十五页，共六十三页。（二）小区更新过程第三十六页，共六十三页。小区选择（重选）过程第三十七页，共六十三页。第三十八页，共六十三页。（三）切换过程

硬切换GSM到UMTS的切换UMTS到GSM的切换第三十九页，共六十三页。硬切换（FDDandTDD)第四十页，共六十三页。GSM到UMTS的切换第四十一页，共六十三页。UMTS到GSM的切换第四十二页，共六十三页。第四部分TD-SCDMA射频特性频带与信道安排发射特性接收特性共存分析第四十三页，共六十三页。TD-SCDMA的频带与信道安排

ITU建议的3G移动通信频谱方案TD-SCDMA的信道安排第四十四页，共六十三页。ITU建议的3G移动通信频谱方案

TDDTDD1900192020102025ITU的核心分配建议(MHz)

TDD&FDD(UL)TDDTDD&FDD(DL)1850191019301990ITU的补充分配建议(MHz)注：TD-SCDMA除ITU的建议外，不排斥对其他频谱的利用第四十五页，共六十三页。TD-SCDMA的信道安排带宽：1.6MHz扫描间隔：0.2MHz

信道号：Nt=5*F(0.0<F<3276.6MHz）第四十六页，共六十三页。TD-SCDMA的发射特性

发射功率特性发射频谱特性发射交调抑制调制特性第四十七页，共六十三页。TD-SCDMA的发射功率特性

项目UE

BS最大输出功率21dBm34dBm最小输出功率-49dBm4dBm空闲模式功率-65dBm-82dBm功率控制步长1,2,3dB1,2,3dB第四十八页，共六十三页。TD-SCDMA的发射频谱特性

项目UE

BS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.329第四十九页，共六十三页。TD-SCDMA的发射交调抑制UE的交调抑制:在1.6MHz或3.2MHz邻道存在TD-SCDMA干扰信号时，交调产品分别不高于-31dBc或-41dBcBS的交调抑制:当在邻道1.6MHz、3.2MHz、4.8MHz存在低于有用信号30dB的TD-SCDMA干扰信号时，所产生的交调产品不会高于带外辐射或杂散功率第五十页，共六十三页。TD-SCDMA的调制特性

项目UE

BS发射滤波器

RRC

RRCEVM(小于)

17.5%12.5%PCDE(小于)

-21dB-28dB第五十一页，共六十三页。TD-SCDMA的接收特性

参考灵敏度电平邻道选择性阻塞特性交调特性第五十二页，共六十三页。TD-SCDMA的参考灵敏度电平UE的参考灵敏度电平-108dBm

BS的参考灵敏度电平-110dBm第五十三页，共六十三页。TD-SCDMA的邻道选择性UE的邻道选择性ACS=33dBBS的邻道选择性ACS=45dB第五十四页，共六十三页。TD-SCDMA的阻塞特性UE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:-61dBm(3.2MHz);-49dBm(4.8MHz)带外:-44dBm(1);-30dBm(2);-15dBm(3)BS的阻塞特性:在下列干扰情况