TD-SCDMA第十一课-第十六课

解读TD-SCDMA关键技术子学习情境二情境引入

众所周知，第三代移动通信系统的性能要远远优于你知道为什么TD－SCDMA系统的抗干扰能力强、容量大、掉话率低、对人体辐射小吗？通过子学习情境二的学习，你就能找到答案。并对TD-SCDMA系统应用的新技术有全面的了解。本学习情境会向你全面介绍TDD技术、智能天线技术、联合检测技术、动态信道分配技术、接力切换技术和功率控制技术等关键技术在TD-SCDMA系统中的应用。这也是你要成为TD-SCDMA工程师必须掌握的理论知识。

子学习情境二：解读TD-SCDMA关键技术内容1：TD-SCDMA与其他移动通信系统的比较内容2:TD-SCDMA系统特有关键技术的应用

3G频谱比较60MHz30

MHzFDDTDD100

MHz15

MHz40

MHz155MHz178518501755188019201980201020252110217022002400

Satellite

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2300关键技术比较时分双工(TDD)上行频带和下行频带相同

DUDDDDD频分双工(FDD)

上行频带和下行频带不同

DUU上行D下行UTD-SCDMAPHSWCDMACDMA2000GSMTD-SCDMA，PHS使用智能天线；WCDMA,CDMA2000，GSM使用普通天线分集天线智能天线关键技术比较联合检测（多用户检测技术）Rake接收技术（单用户检测技术）TD-SCDMAWCDMACDMA2000关键技术比较ttd1d2d3联合检测技术最大处理16条多径，RAKE接收技术最大处理4条多径关键技术比较接力切换硬切换软切换TD-SCDMAWCDMACDMA2000GSMPHS关键技术比较BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTSTxRxGTD-SCDMA是同步CDMA系统，可以降低干扰关键技术比较NodeB之间要求同步同步精度要求：几微秒同步方法：GPS空中主从同步NodeB不需要同步可以是同步或者异步CDMA2000TD-SCDMAPHSWCDMAGSM关键技术比较物理信道上的差别决定了关键技术方面的不同：TD-SCDMA在宏蜂窝必须使用智能天线系统，而且能够发挥智能天线的性能。智能天线系统对于PHS则是可选项。WCDMA和CDMA2000一般采用分集天线技术；GSM不支持智能天线，一般采用分集技术。TD-SCDMA采用联合检测技术，算法复杂度不高；WCDMA可以采用联合检测技术，但是算法复杂度过高，一般采用RAKE接收技术。RAKE接收也是CDMA2000的关键技术。TD-SCDMA采用接力切换，WCDMA和CDMA2000采用软切换，GSM和PHS则采用硬切换。TD-SCDMA、CDMA2000和PHS系统在空中接口，基站和用户是同步的，而WCDMA和GSM则不要求同步。后续演进分析技术政府监管技术演进频率资源终端用户需求运营商动力终端,芯片结论WCDMA/HSPA有长期演进的路线全球统一3G频段高质量话音和中低速数据成熟2G运营商竞争需求产业链逐渐成熟TD-SCDMA决定因素进行中较多优势高质量话音和中低速数据GSM/EDGEEDGE-LTE较强优势话音和低速数据话音需求有上升空间的运营商成本低CDMA/EV-DO高通主导演进路线较强优势高质量话音和中低速数据CDMA运营商竞争需求WiMAX/移动宽带接入演进路线清晰劣势无线宽带数据后续演进分析在未来移动宽带/无线宽带技术特征趋同OFDMBased;MIMO,includeSpacemultiplex

andBeamforming无论在LTE,还是LTE(FDD),LTE(TDD)技术的本质是相同的.不同之处在于不同的利益集团的不同利益驱动Wimax/WCDMA/TDSDMAWimax网络侧的规范标准化工作尚在进行中全球频率没有标准化,由于利用问题,也很难标准化.最大的问题在于频率,存在很大的政策风险,大规模应用有困难没有体现中国利益WCDMA有严密的演进路径(R4->HSPA->HSPA+->LTE)全球漫游比较好LTE仍然还是设备制造商推进的标准,受NGMN影响.TD-SCDMA频率资源丰富,2300~2400MHz尚待开发国际标准LTE(TDD)与FDD同步进行中中国国内TDSCDMA下一代的技术和标准在蕴量制定中后续演进分析加大TDSCDMA的后续演进标准和系统的开发,实现跨越式发展未来几年移动宽带业务发展将渐入佳境WCDMAHSDPA定义为主打移动宽带市场,实现与GSM协同发展.在移动宽带数据发展顺利的情况下,基于投资保护的考虑,HSPA向HSPA+的渐进演进;对于这些运营商来说,LTE的商业应用会相对比较慢一些.Wimax在频率,核心网侧没有突破之前市场仍然比较局限.在中国明确TDSCDMA商用主体运营商之后,运营商主导,快速形成产业链,TDSCDMA下一代的标准和商用化的推进将加快,达到领先.TDSCDMA目前的核心频段是2010~2015MHz,在业务量达到饱和的时间远早于具有20M*2的FDD3G运营商(假设一个FDD3G运营商分配20M*2带宽).在新的频段商部署TDDLTE将更加有利于运营商建立未来的移动宽带市场的领先优势只有运营商和设备商紧密配合,才能达到战略和市场双赢.LTE演进中,TDD/FDD的主要技术特征趋同,应用场景相同,满足灵活使用频谱的需求.频谱决定一切,产品的实现形式上TDD/FDD统一.子学习情境二：解读TD-SCDMA关键技术内容1：TD-SCDMA与其他移动通信系统的比较内容2:

TD-SCDMA系统特有关键技术的应用

目录TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制时分双工(TDD):

上行频带和下行频带相同DUDDDDDD频分双工(FDD):

上行频带和下行频带分离

DDDDDDDUU上行D下行未使用

TDD技术易于使用非对称频段,无需具有特定双工间隔的成对频段适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的,有利于智能天线技术的实现无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本目录TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制Talk自适应阵列基站Talk普通基站智能天线的作用使用智能天线：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干扰智能天线智能天线基本原理智能天线是一个天线阵列：它由多个天线单元组成，不同天线单元对信号施以不同的权值，然后相加，产生一个输出信号。原理：使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。空分多址大大增加系统容量上行DOA估计上行DOA估计d:平行上行信号路程差；L:天线阵元间的距离；θ:来波信号方位角；cosθ

＝d/Lθ=arccos(d/L)智能天线技术实现上行波束赋形：借助有用信号和干扰信号在入射角度上的差异（DOA估计），选择恰当的合并权值（赋形权值计算），形成正确的天线接收模式，即将主瓣对准有用信号，低增益旁瓣对准干扰信号。上行方向，目的是将8路信号变成一路信号，一个用户对于八根天线所接收到的信号相位不同，即不同的相位角。将接收到的信号正弦波相位依次前移，通过提供自适应权值进行同向合并。数字信号处理器是用于信道估计，给自适应算法提供依据。智能天线的实现下行波束赋形：在TDD方式工用的系统中，由于其上下行电波传播条件相同，则可以直接将此上行波束赋形用于下行波束赋形，形成正确的天线发射模式，即将主瓣对准有用信号，低增益旁瓣对准干扰信号。对于下行来说，是根据上行的信道估计参数，将基带发射信号变成8路信号到8个阵元上，完成波束定向赋形过程。智能天线技术智能天线算法智能天线下行赋形算法准则：最大接收功率－DOA搜索法最大接收功率－特征值分解最大信干比－特征值分解中兴智能天线增强算法：阵元失效补偿：阵元失效时的应对措施增强性赋形方案：增强多径时的赋形性能智能天线性能分析阵元个数会影响对干扰的抑制能力，影响容量和覆盖8阵元阵列比单天线性能有9dB的增益TD-SCDMA系统更适合采用智能天线TDD的工作模式，上行下行的无线传播是对称的，上行的信道估计参数可直接应用于下行，相比FDD要准确。子帧时间较短（5ms），便于支持智能天线下的高速移动单时隙用户有限（目前最多8个），计算量小，便于实时自适应权值的生成TD-SCDMA系统是一个以智能天线为核心的第三代移动通信系统智能天线对TD-SCDMA系统性能改进分析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降低了系统的误码率增加了CDMA系统的容量改进了小区的覆盖降低了无线基站的成本普通天线智能天线目录TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制抗干扰技术分类抗干扰技术单用户检测多用户检测技术实现简单导致信噪比恶化，系统性能和容量不理想充分利用MAI中的先验信息而将所有用户信号的分离看作一个统一的过程的信号分离方法联合检测充分利用MAI，一步之内将所有用户的信号都分离开来的一种信号分离技术联合检测技术联合检测概念首先估计所有用户的信道冲激响应，然后利用已知的所有用户的扩频码、扰码和信道估计，对所有用户的信号同时检测，消除符号间干扰（ISI）和用户间干扰（MAI），从而达到提高用户信号质量的目的。d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声e=Ad＋n联合检测原理联合检测的目的就是根据上式中的A和e估计用户发送的dDataMidambleGPDataDataMidambleGPData关键是突发序列中的训练序列e=Ad＋nA是系统矩阵，由扩频码c和信道脉冲响应h决定扩频码c已知信道脉冲响应h利用突发结构中的训练序列

midamble求解出：emid=Gh+nmid,

其中：G由Midamble码构造的矩阵emid接收机接收到总信号中的Midamble部分nmid噪声联合检测在TD-SCDMA系统中的实现emid=Gh+nmid联合检测原理---算法线性联合检测算法解相关匹配滤波器法（DFM）迫零线性块均衡法（ZF-BLE）：已实现最小均方误差线性块均衡法（MMSE-BLE）：已实现多小区联合检测:消除邻小区强干扰非线性联合检测算法最小均方误差判决反馈块均衡法（MMSE-BDFE）迫零判决反馈块均衡法（ZF-BDFE）TD-SCDMA系统适合采用联合检测技术联合检测在TD-SCDMA系统实现的优势联合检测对TD-SCDMA系统性能改进提高系统容量增大覆盖范围减小呼吸效应缓解功率控制精度需求削弱远近效应频率MAI检测到信号能量Frequency允许的信号波动能量智能天线+联合检测智能天线技术的优劣1．智能天线的主要作用：（1）降低多址干扰，提高CDMA系统容量。（2）增加基站接收机的灵敏度和基站发射机的等效发射功率。2．单独采用智能天线也存在下列问题：（1）组成智能天线的阵元数有限，所形成的指向用户的波束有一定的宽度（副瓣），对其他用户而言仍然是干扰。（2）在TDD模式下，上、下行波束赋行采用同样的空间参数，由于用户的移动，其传播环境是随机变化的，从而使波束赋行产生偏差，特别在用户高速移动时更为显著。（3）当用户都在同一方向时，智能天线作用有限。（4）对时延超过一个码片宽度的多径干扰没有简单有效的办法。联合检测技术的优劣3．联合检测的主要作用：（1）基于训练序列的信道估值。（2）同时处理多码道的干扰抵消。4．单独采用联合检测会遇到以下问题：（1）对小区间的干扰没有办法解决。（2）信道估计的不准确性将影响到干扰消除的效果。（3）当用户增多或信道增多时，算法的计算量会非常大，难于实时实现。

关键技术论证

----智能天线+联合检测从左图可以看出，在下行满码道的配置下，8天线比4天线提高2～3dB的增益，4天线比单天线提高6～10dB的增益。即8天线上每根天线即使只发射1瓦，则相当于单天线需要发射16瓦，而根据功放成本，则可大大节约成本。与RAKE接收技术的比较RAKE接收技术是利用扩频码相关性抑制本小区其它用户的干扰，然而由于多径和扩频码之间的非正交性，本小区其它用户之间没有完全消除，留有残余干扰，作为噪声处理，随着用户数增加，残余干扰累加得越大。联合检测将参与干扰作为可知信号，从用户信号中消除，因此随着用户增加，干扰不会累加，信号质量更好。这带来的另一个好处是：TD-SCDMA系统呼吸效应不明显。联合检测技术信道分配技术信道分配指在采用信道复用技术的小区制蜂窝移动系统中，在多信道共用的情况下，以最有效的频谱利用方式为每个小区的通信设备提供尽可能多的可使用信道。信道分配过程一般包括呼叫接入控制、信道分配、信道调整三个步骤。不同的信道分配方案在这三个步骤中有所区别。固定信道分配（FCA）动态信道分配（DCA）目录TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制DCA的应用DCA是TD-SCDMA系统中RRM算法的核心内容之一TD-SCDMA系统中一条信道是由频率/时隙/扩频码的组合唯一确定DCA主要研究的是信道的分配和重分配的原则DCA通过系统负荷，干扰，用户空间方向角等测量信息来确定最优的资源分配方案，降低系统干扰，提高系统容量确定小区上下行时隙转换点，触发小区重配对小区上下行负荷进行统计分析获取小区平均负荷信息慢速DCA慢速DCA：根据小区业务情况，确定上下行时隙转换点快速DCA快速DCA的作用呼叫到达时，为业务分配合适的无线资源呼叫接入后，系统根据承载的业务要求、干扰受限条件及终端移动要求，由RNC进行频率、时隙和码道的动态调整及信道间的切换在TD-SCDMA系统中，由于采用了CDMA/TDMA/FDMA/SCDMA多种多址方式，因此系统资源包括地址码、时隙和频率和空间方向四个方面，其物理信道就由频率、时隙、码道的组合决定。信道的动态分配就是根据实际需要和业务状况，根据系统链路资源和系统负荷，对信道参数进行实时配置和调整。时域DCA码域DCA空域DCA频域DCAProcessOrchestration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域DCA可使用的无线信道数BusinessLogic将受干扰最小的时隙动态地分配给处于激活状态的用户时域DCA同一载频6个业务时隙MessageBrokering&Transformation实现多用户在相同载频并行传输，有效提升频谱利用率码域DCA同一时隙16个码道ApplicationConnectivity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）空域DCA空间波束定向赋形快速DCA频域DCA在N频点小区中为用户选择最佳的接入频点，提高系统的呼通率，降低系统的干扰。主要包括频率资源的分配与调整两部分频点选择触发原因用户接入或切换至N频点小区；用户由于业务发生重配置,原频点资源发生拥塞，迁移至其他频点；N频点小区中某频点过载，部分业务迁移至小区内其他频点；跨时隙承载业务质量发生恶化时，且未满足切换条件，迁移至其他频点频域DCA频点选择的原则根据各频点剩余码道资源情况，确定接入频点的优先级顺序根据各频点负荷状况，确定接入频点的优先级顺序根据各频点内码道碎片程度和呼叫用户的业务量确定接入频点的优先级异频切换优先原则，切换用户优先选择异频接入时域DCA主要研究的是如何对时隙资源进行分配与调整，达到提高系统呼通率，降低干扰的目的。包括时隙资源的分配与再调整两部分。时域DCA时隙选择的原则时隙的上下行的负荷情况NodeB测得的上行时隙的干扰和UE测得的下行时隙干扰各时隙剩余RU资源情况用户的方向角信息时域DCA时隙动态调整的触发原因无线链路质量恶化，功控失效，且未没有合适的切换小区时隙间负载严重不均衡高速业务接入时，需要将某一时隙的资源调整至另一时隙时域DCA动态调整前时隙间业务分布状况经过动态信道调整使不同时隙间的用户达到了均衡8个用户4个用户1个用户5个用户4个用户4个用户

经过动态信道调整，使各时隙的负载保持均衡有效降低了负荷较高时隙的各用户的干扰。快速DCA之码资源分配研究如何对码资源进行分配与调整，以达到降低干扰，提高系统的呼通率。包括码资源的分配与调整两部分内容；快速DCA中的码资源包括：OVSF码（信道化码）Midamble码（训练序列码）信道化码的特点1.分配码的前提：要保证其到树根路径上和其子树上没有其它码被分配；2.分配码的结果：会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码；动态信道分配信道化码分配策略1、码表利用率高分配掉的码字所阻塞掉的码字越少，说明码表利用率越高2、码表复杂度低尽量用短码分配C16,0C16,1C16,2C16,3C16,4C16,5C16,6C16,7C16,8C16,9C16,10C16,11C16,12C16,13C16,14C16,15C8,0C8,1C8,2C8,3C8,4C8,5C8,6C8,7C4,0C4,1C4,2C4,3C2,0C2,1C1,0信道化码分配－筛选分配法黑色的码道表示已经被其它用户作占用，而灰色的码道是黑色码道占用后根据码道使用原则被表示为公共占用或已占用状态，而图中白色的码道才可以进行分配。问题:在图基础上，分配一个SF=16,如何分配?分配2个SF=16码道,如何分配?信道化码分配示例SF=2SF=4SF=8SF=160123109876541514131211红色代表已分配的码字绿色代表由于低速扩频因子的码字被分配而屏蔽掉的高速扩频因子码字深蓝代表高速扩频因子的码字被分配而屏蔽掉的低速扩频因子码字宝石篮代表优化分配的码字（根据申请的扩频因子）此时有64K的用户申请接入4个12.2K的语音用户剩余8个分离的码道可以进行接纳调整语音用户占用码道减少了碎片用户1用户2用户3用户4用户4用户3用户2用户1码域DCA---码资源调整码资源调整触发时机----高优先级业务因码道碎片而被阻塞时触发调整----周期性检测码表的离散程度，当离散程度较高时及触发训练序列码(Midamble)分配训练序列码的作用：信道估计功率测量上行同步维持训练序列码的分配原则1UE特定midamble分配高层明确地为上行和下行分配UE一个特定的midamble码；2默认的midamble码分配上行和下行midamble码由层1根据相应信道化码来分配；3公共的midamble码分配下行的midamble码由层1根据当前下行时隙中使用的信道化码的个数来分配；快速DCA之信道调整信道调整和整合的触发原因包括：（1）负荷控制：各时隙负荷不均衡时（2）周期性触发：主要是为了防止分配在许多时隙槽中的物理信道碎片，在干扰允许的前提下，尽可能将所有所分配物理信道分配在一个时隙内（3）动态码资源分配：为了接纳用户需求，对把某些业务调整到其它时隙和码道空域DCA运用智能天线技术将空间彼此隔开的用户放入同一时隙；而落入同一波束区域内的用户放入不同的时隙，以减小干扰使智能天线能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端；处于不同波束的用户之间干扰较小UE4UE2UE3UE1通过对用户来波方向角的测量，UE1、UE2分配在不同时隙/频率UE3、UE4分配在相同时隙/频率DCA小结DCA充分体现了TD-SCDMA系统频分、时分、码分、空分的特点DCA从频域，时域，码域，空域这四维空间将用户彼此分隔，有效地降低了小区内用户间的干扰，小区与小区之间的干扰，提高整个系统的容量由于DCA技术的存在使得TD系统具备更高的频谱利用率信道动态分配的技术是一个综合的复杂技术，因此在系统建立的初期，部分信道分配仍采用固定分配的方式，例如时隙上下行的转换点和频率分配，以保证系统工作的稳定。目录TDD技术智能天线技术联合检测技术动态信道分配接力切换技术功率控制切换是指当移动台处于移动状态中通讯从一个基站或信道转移到另一个基站或信道的过程

上、下行链路质量，上、下行链路信号的测量，距离或业务的变化，更优的蜂窝出现，操作和管理的干涉，业务流量情况等切换原因切换概念在蜂窝结构的无线移动通信系统中，当移动台从一个小区移动到另一个小区时，为保持移动用电话不中断通信需要进行的信道切换称为切换切换无线测量、网络判决和系统执行切换步骤切换

硬切换硬切换：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。软切换而在软切换过程中，UE先建立与NodeB2的信令和业务连接之后，再断开与NodeB1的信令和业务连接，即UE在某一时刻与2个基站同时保持联系。软切换优点：软切换过程不丢失信息，不中断通信，由于减少了同频干扰，增加系统容量。解决了终端在相同频率的小区或扇区间切换的问题,减少了干扰。缺点：软切换的基础是宏分集，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。接力切换概念接力切换(BatonHandover)是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。其设计思想是利用智能天线获取UE的位置距离信息，同时使用上行预同步技术，在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。接力切换概念接力切换(BatonHandover)是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。其设计思想是利用智能天线获取UE的位置距离信息，同时使用上行预同步技术，在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。UE收到切换命令前的场景：上下行均与源小区连接UE收到切换命令后执行接力切换的场景：利用开环预计同步和功率控制，首先只将上行链转移到目标小区，而下行链路仍与源小区通信UE执行接力切换完毕后的场景：经过N个TTI后，下行链路转移到目标小区，完成接力切换接力切换工作流程接力切换工作流程----预同步预同步中移动台只是通过接收到的PCCPCH信息估算UE在源小区和目标小区上行定时偏差服务小区预同步小区DPCHPCCPCH接力切换优点接力切换优点：与通常的硬切换相比，接力切换除了要进行硬切换所进行的测量外，还要对符合切换条件的相邻小区的同步时间参数进行测量、计算和保持。接力切换使用上行预同步技术，在切换过程中，UE从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标小区。上行预同步的技术在移动台在与原小区通信保持不变的情况下与目标小区建立起开环同步关系，提前获取切换后的上行信道发送时间，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法。接力切换优点与软切换相比，都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。不同之处在于接力切换不需要同时有多个基站为一个移动台提供服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源多、信令复杂、增加下行链路干扰等缺点。与硬切换相比，两者具有较高的资源利用率，简单的算法、以及较轻的信令负荷等优点。不同之处在于接力切换断开原基站和与目标基站建立通信链路几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换掉话率高、切换成