TD-SCDMA系统原理与关键技术

0 TS0
DL
GP
TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 UL UL UL DL DL DL
Time
DwPTS UpPTS
4
TD-SCDMA帧结构
10ms 无线帧 5ms 无线子帧 DwPTS TS0 GP 5ms 无线子帧 UpPTS TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6
上下行固定转换点
下行
上行
保护间隔
6
TD-SCDMA突发结构
TFCI 1 Data 352 chips TFCI 2 GP(16 chips) Midamble 144 chips SS 时隙i 5ms无线子帧 10ms无线帧 Data 352 chips TPC TFCI 3 Data 352 chips TFCI 4 GP(16 chips) Midamble 144 chips SS 时隙i 5ms无线子帧 Data 352 chips TPC
定时提前量TA = 2 △t
13
上行同步
初始同步
UE选择SYNC-UL 并发起同步请求
UE
UpPCH
Node B UE报到
FPACH
Node B检测SYNC_UL，发 送定时调整与功率调整指示
同步保持 UE
UE发送DCH UE根据SS指令 调整发射时间 UE发送DCH DCH DCH
Node B
Node B根据Midamble检 测同步状况 Node B发送DCH，含SS指令
Energy
Detected Signal
MAI eliminated Signal
Correlator
MAI
Detected Signal with MAI
联合检测: 去除多用户干扰 增加可接收的信号抖动的范围 抗远近效应 降低功率要求
25
接力切换
接力切换的概念: • 接力切换充分利用同步网络优势，在切 换操作前使用预同步技术，使移动台在 与原小区通信保持不变的情况下与目标 小区建立同步关系。 • 在切换操作中大大减少因失步造成的丢 包，这样在不损失容量的前提下，极大 的提升了通信质量。 接力切换的过程: • 测量过程（含预同步过程）、判决过程 和执行过程。
TD-SCDMA系统原理及关键技术
------- 广东电信设计规划院TD-SCDMA汇报
大唐移动通信设备有限公司 2006年01月
1
提纲
TD-SCDMA物理层
TD-SCDMA关键技术
TD-SCDMA技术与标准演进
2
TD-SCDMA物理层
• 帧结构 • 物理层过程
3
TD-SCDMA主要参数
载频宽度：1.6MHz 码片速率: 1.28Mcps 扩频技术：SF=16,OVSF 调制方式：QPSK/8PSK/16QAM 编码方式：1/2-1/3的卷积编码，Turbo编码 无线帧长：10ms（2子帧）
3. Carrier (optional)
5 ms
Power density
2. Carrier (optional)
15
DL
Frequency
(CDMA codes)
: 1.6 MHz
available RU used RU GP Guard Period DwPTS Downlink Pilot Time Slot UpPTS Uplink Pilot Time Slot
接收 数据 Y
K个用户 信道估计
用户1 用户2 用户 K个用户 数据 联合检测 用户K X
Y = AX + N
24
联合检测vs单用户检测
Energy
Spread Signal
Energy
Joint Detection
Admissible Signal Fluctuation
Received Signal
抑制多用户干扰 增加信号检测范围，降低远近效应影响 最小化小区间干扰
23
联合检测工作原理
• 通过对突发结构中的训练序列进 行信道估计，可得到K个用户信道 冲击响应h • 由h加上这K个用户的扩频码可以 得到系统矩阵A，从而利用相应的 数学算法得到用户发送的数据符 号 • JD可以同时消除多址干扰MAI和 符号间干扰ISI
37
定位方式增强
• AOA – AOA测量定义一个用户相对与正北方向，顺时针的估 计角度，测量精度分八个等级，最小等级为+/-1度 • 基于IPDL的OTDOA – UE监听服务 Node B和相邻 Node B DwPCH，将接收 到的观测时间差发给UTRAN，UTRAN通过观测时间差 估算UE的位置
基站A
基站B
软切换
+
硬切换
26
上行预同步
基站A
基站B
与基站B预先取得上行同步
接力赛：步伐同步调整
wenku.baidu.com
Δt = tB - tA
27
三种切换技术比较
接力切换
基站A 基站B
硬切换容易掉话！ 硬切换
基站A 基站B
软切换 （长期保持）
基站A 基站B
软切换浪费资源！
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动态信道分配（DCA）
定义
在终端接入和链路持续期间，对信道进行动态地分配和调整 DCA是一种采用多元化手段，最小化系统自身干扰的方法
上下行非固定转换点
下行
上行
上/下行
保护间隔
5
TD-SCDMA特殊时隙
DwPTS 96 chips
32 chips 64 chips
Main GP 96 chips
UpPTS 160 chips
128 chips 32 chips
GP SYNC_DL
SYNC_UL
GP
DwPTS： 下行同步与小区搜索，75μs Main GP：上/下行保护间隔， 75μs UpPTS： 上行同步、随机接入，125μs
CODE1 CODE2
Uu
NodeB
优势
最大限度的克服MAI 简化基站解调设计方 案，降低基站成本
CODEN
t
22
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） 联合检测为多用户检测技术，通过数据符号间、码间的 相关性，同时对多个用户检测、提取出所需的信号 联合检测带来的好处
8
TD-SCDMA信道映射
传输信道 DCH BCH PCH FACH RACH 物理信道 DPCH P-CCPCH S-CCPCH FPACH PRACH DwPCH UpPCH PUSCH PDSCH PICH HS-PDSCH HS-SCCH HS-SICH
9
USCH DSCH HS-DSCH
32
提纲
TD-SCDMA物理层
TD-SCDMA关键技术
TD-SCDMA技术与标准演进
33
TD-SCDMA标准发展
• Rel 4 版本 • Rel 5 版本 • Rel 6 版本 • CCSA行标
34
Rel 4特性
• 核心网 • Iur/Iub接口 • 物理层
35
Rel 5新特性
• • • •
Smart antenna advantage
减少小区间和小区内干扰 降低多径干扰 提高等效发射功率 提高接收灵敏度 增加了容量及小区覆盖半径 降低功放功率，基站成本降 低
不使用智能天线 Without Smart Antenna 全向发射，全向接收
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上行同步
基本原理
同一时隙不同用户的信 号同步到达基站接收机 充分利用Walsh码的正 交性
所有码道可用
资源整合提高服务接入率
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TD-SCDMA的“呼吸效应”
• 当小区业务负载增加时小区覆盖半径减小，这就是CDMA 系统中著名的小区呼吸效应 • TD-SCDMA不受呼吸效应影响 – TD-SCDMA为时分系统，每时隙用户数小，自干扰小 – JD能够有效解决多址干扰和有效对抗多径 – SA能够降低旁瓣电平，从而进一步降低用户间干扰 – 仿真表明，TD-SCDMA为码道受限系统，而非干扰受 限系统 • TD-SCDMA在网络规划优化和基站投资上具有优势
应用
信道选择 信道调整 资源整合
频域调整 频域调整 调调 整整 要要 素素 时域调整 时域调整 码域调整 码域调整 空域调整 空域调整
TD-SCDMA DCA可做到精细调整
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信道调整
听不清楚，信 号质量太差
好了，现在没 问题了
信道调整降低掉话率，改善通话质量
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资源整合
???
部分码道可用
码道全部占用
码组 TD-SCDMA码字 SYNC_DL ID SYNC_UL ID 扰码ID 0 1 0 0...7 1 2 3 4 2 1 8...15 5 6 7 … 124 32 31 248...255 125 126 127 124 125 126 127 基本Midamble ID 0 1 2 3 4 5 6 7
FDD D U Resource U UL D DL Unused DDDDDD
17
智能天线技术概述
• 什么是智能天线:
智能天线的基本原理是通过改变各天线单元的权重在空间形成方向性波 束，主波束对期望用户的信号进行跟踪，而在干扰用户的方向形成零陷。 它由2个天线以上的阵列天线和软件控制算法两部分来实现。
TD-SCDMA物理层
• 帧结构 • 物理层过程
小区搜索 小区搜索
随机接入 随机接入
上行同步 上行同步
10
小区搜索
1
搜索DwPCH
• DwPCH对应于4个基本Midamble 2 扰码与基本midamble鉴别 • 扰码与基本Midamble一一对应
3
控制复帧同步
• 比较DwPTS与PCCPCH Midamble 的相对相位
4
读取BCH
11
随机接入
UE
UE选择SYNC-UL 并发起同步请求 UpPCH
Node B UE报到
FPACH
Node B检测SYNC_UL，发 送定时调整与功率调整指示
UE调整发射功率与发 射定时，发起随机接入
RACH
FACH
信道分配
12
时间提前
Node B发射 △t UE接收 2△t UE发射 △t
天线阵列 水平传播模式
90 120 6 150 4 2 30 8 60
180
0
210
330
240 270
300
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智能天线数学原理
无波束赋形
S(t) = AejφΣejkΔφ
Δ d
波束赋形
Δd = a*cosθ Δφ= 2πΔd/λ 对每个天线阵元信号相位加权， 对第k根阵元加权相位e-jkΔφ S(t) = K*Aejφ
DCH
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提纲
TD-SCDMA帧结构
TD-SCDMA关键技术
TD-SCDMA技术与标准演进
15
TD-SCDMA关键技术
∫Σ(..)
1 2 3 4 5 6
时分双工 智能天线 上行同步 联合检测 接力切换 动态信道分配 ...
TDD Smart Antenna Uplink Synchronization Joint Detection Beacon Handover Dynamic Channel Allocation
TFCI、TPC（功控）、SS（同步偏移） TFCI 每10ms帧发送 TPC每5ms子帧发送；200次每秒，步长1、2、3dB SS每5ms子帧发送；每m帧调整，步长(k/8)Tc秒 训练序列：信道估计、测量，如上行同步保持，功率测量等。 GP：保护间隔，发射机关闭时延保护
7
TD-SCDMA码字
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基于空中接口的基站间同步
• 基于DwPCH检测同步 – 基站在DwPCH发送SYNC_DL序列，相邻基站 将自己的DwPCH置空，并在自己的DwPCH测 量此序列 – 发送和置空的分配由RNC控制
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Rel 6新特性
θ
a
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智能天线波束赋型
智能天线只对业务信道进行赋型，广播信 道和下行导频信道不赋型 智能天线波束赋型算法 TD-SCDMA中，将智能天线和联合检测算 法有效的结合起来，实现系统整体性能最 优 智能天线波束赋型能力与用户数量没有直 接关系 波束赋型能够支持对快速移动用户的跟踪
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智能天线的优势
使用智能天线 With Smart Antenna 正在通信的移动终端在整个 小区处于受跟踪状态 智能天线的优势
IMS HSDPA 定位方式增强 基于空口的基站间同步
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HSDPA
• 传输信道HS-DSCH • 物理信道HS-PDSCH, HS-SICH (uplink), HS-SCCH (downlink) • AMC + HARQ + 16QAM • 增加MAC-hs实体 • 2.8 Mbps for (5 TSs, 16 codes/TS) • 传输信道向物理信道的映射采用不同于R4业务信道的编 码链
16
时分双工
TDD
TDD 的优势 TDD advantage
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
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