大唐電信的TDSCDMA物理層關鍵技術資料ppt課件

1、TD-SCDMA物理層關鍵技術引見大唐挪動通訊設備TD-SCDMA簡介簡介TD-SCDMA關鍵技術關鍵技術 TDSCDMA Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access 是ITU正式發(fā)布的第三代挪動通訊空間接口技術規(guī)范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持 是中國電信百年來第一個完好的通訊技術規(guī)范，是UTRA FDD可替代的方案 是集CDMA、TDMA等技術優(yōu)勢于一體、系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、抗干擾才干強的挪動通訊技術 它采用了智能天線、結合檢測、同步CDMA、多時隙、可變擴頻系統(tǒng)、自順應功率調整等技術最多可達最多

2、可達16個碼道個碼道1.6 MHz下行下行下行下行上行TD-SCDMA TD-SCDMA 特性特性n對同一無線信道的多用戶同時訪問對同一無線信道的多用戶同時訪問n根據用戶需求進展容量分配根據用戶需求進展容量分配n每個每個CDMACDMA用戶和一切運用同一無線信道和時用戶和一切運用同一無線信道和時隙的用戶都發(fā)生干擾多址干擾隙的用戶都發(fā)生干擾多址干擾每個用戶經過暫時分配到的每個用戶經過暫時分配到的CDMA碼來被識別碼來被識別時隙時隙第三代挪動通訊系統(tǒng)的多址方式第三代挪動通訊系統(tǒng)的多址方式 多址方式：多址方式：CDMA成為主流成為主流 根本定型的技術：基于直接擴頻根本定型的技術：基于直接擴頻CDMA

3、技術技術fPwr/CodetTDMAftPwr/CodeTDMA/CDMAfCDMA第三代挪動通訊系統(tǒng)的雙工方式第三代挪動通訊系統(tǒng)的雙工方式 雙工方式：雙工方式： 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的FDD仍是主要的雙工方式仍是主要的雙工方式 TDD方式遭到更大關注方式遭到更大關注fPwr/CodeftPwr/CodeFDDTDDFDD+TDDtf多址接入方式：多址接入方式：DS-CDMA/TDMADS-CDMA/TDMA碼片速率碼片速率:1.28Mcps(WCDMA:1.28Mcps(WCDMA的的1/3)1/3)雙工方式：雙工方式：TDDTDD載頻寬度：載頻寬度：1.6M Hz1.6M Hz擴頻技術：擴頻技術：O

4、VSFOVSF調制方式：調制方式：QPSK,8PSKQPSK,8PSK編碼方式：編碼方式：1/21/31/21/3的卷積編碼，的卷積編碼，TurboTurbo編碼編碼頻譜靈敏性：不需求成對的頻譜。在2GHz以下已很難找到成對的頻譜上下行運用一樣頻率，上下行鏈路的傳播特性一樣，利于運用智能天線等新技術支持不對稱數(shù)據業(yè)務：根據上下行業(yè)務量來自順應調整上下行時隙個數(shù)FDD系一致建立通訊就將分配到一對頻率以分別支持上下行業(yè)務。在不對稱業(yè)務中，頻率利用率顯著降低FDD系統(tǒng)也可以用不同寬度的頻段來支持不對稱業(yè)務，但：頻段相對固定，不能夠靈敏運用(例如下行頻段比上行頻段寬一倍)本錢低：無收發(fā)隔離的要求，可以

5、運用單片IC來實現(xiàn)RF收發(fā)信機oTD-SCDMA簡介簡介oTD-SCDMA關鍵技術關鍵技術n智能天線：降低多徑、多址智能天線：降低多徑、多址干擾干擾n結合檢測：降低多址干擾結合檢測：降低多址干擾n上行同步：減少碼間串擾上行同步：減少碼間串擾n動態(tài)信道分配：在時域、頻動態(tài)信道分配：在時域、頻域、碼域實現(xiàn)以降低干擾域、碼域實現(xiàn)以降低干擾n. (.)542136 n運用智能天線運用智能天線 .n能量僅指向小區(qū)內處于能量僅指向小區(qū)內處于激活形狀的挪動終端激活形狀的挪動終端n正在通訊的挪動終端在正在通訊的挪動終端在整個小區(qū)內處于受跟蹤整個小區(qū)內處于受跟蹤形狀形狀n不運用智能天線不運用智能天線 .n能量分

6、布于整個小區(qū)內能量分布于整個小區(qū)內n一切小區(qū)內的挪動終端一切小區(qū)內的挪動終端均相互關擾，此干擾是均相互關擾，此干擾是CDMA容量限制的主要容量限制的主要緣由緣由智能天線的優(yōu)勢智能天線的優(yōu)勢減少小區(qū)間干擾減少小區(qū)間干擾降低多徑干擾降低多徑干擾基于每一用戶的信基于每一用戶的信噪比得以添加噪比得以添加降低發(fā)射功率降低發(fā)射功率提高接納靈敏度提高接納靈敏度添加了容量及小區(qū)添加了容量及小區(qū)覆蓋半徑覆蓋半徑智能天線智能天線 FDD方式：由于上、下行鏈路信號傳播的無線環(huán)境受頻率選擇性衰落影響不一樣，所以根據上行鏈路計算得到的權值不能直接運用于下行鏈路 TDD方式：上、下行鏈路運用一樣頻率傳輸信號，且間隔時間短

7、，鏈路無線傳播環(huán)境差別不大，可以運用一樣權值 TDD方式更可以表達智能天線的優(yōu)勢 TDD方式FDD方式智能天線的根本原理智能天線的根本原理 智能天線的陣元通常是按直線等距、圓周或平面等距陳列。每個陣元為全向天線 當挪動臺距天線足夠遠，實踐信號入射角的均值和方差滿足一定條件時，可以近似地以為信號來自一個方向智能天線的根本原理續(xù)智能天線的根本原理續(xù)以M元直線等距天線陣列為例：第m個陣元空域上入射波間隔相差 d=m x cos時域上入射波相位相差x陣元1陣元M-2.d陣元M-1陣元0u0(t)u1(t)uM-1(t)uM-2(t)xd2 可見，空間上間隔的差別導致了各個陣元上接納信號相位的不同。經過

8、加權后陣列輸出端的信號為 其中，A增益常數(shù)，s(t)是復包絡信號，wm是陣列的權因子。智能天線的根本原理續(xù)智能天線的根本原理續(xù) 10cos210)()()(MmxmjmmMmmewtAstuwtz 正如正弦波疊加的效果，假設第m個陣元的權因子0cos2xmjmew10)cos(cos20)()(MmxmjetAstz智能天線的根本原理續(xù)智能天線的根本原理續(xù) 選擇不同的0，將改動波束的所對的角度，所以可以經過改動權值來選擇適宜的方向兩種賦形波束得到小區(qū)覆蓋的全向波束針對用戶終端的賦形波束BCH/DwPTS必需運用全向波束，覆蓋整個小區(qū)，在幀構造中運用專門時隙業(yè)務碼道通常運用賦形波束，只覆蓋個別用

9、戶GDwPTSUpPTSBCHTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6 n結合檢測作用n防止多址干擾n相對擴展檢測動態(tài)范圍，n小區(qū)內干擾最小化n結合檢測原理n特定的空中接口“突發(fā)構造允許收信機對無線信道進展信道估計 n根據估計的無線信道，對一切信號同時進展檢測多用戶檢測多用戶檢測 由于無線挪動信道的時變性和多徑效應影響，使得數(shù)據之間存在干擾 符號間干擾ISI 碼間干擾MAI 經過數(shù)據符號間、碼間的相關性在多個用戶中檢測、提取出所需的信號，消除ISI和MAI多用戶檢測續(xù)多用戶檢測續(xù) 根據對MAI處置方法的不同，次優(yōu)多用戶檢測技術可以分為干擾抵消和結合檢測兩種 干擾抵消技術的根本思想是判決反響，

10、首先從總的接納信號中判決出其中部分的數(shù)據，根據數(shù)據和用戶擴頻碼重構出數(shù)據對應的信號，再從總接納信號中減去重構信號，如此循環(huán)迭代 結合檢測技術是利用一切和MAI相關的先驗信息，在一步之內就將一切用戶的信號分別出來 結合檢測根本原理結合檢測根本原理c c(1)(1)c c(k)(k)c c(K)(K). . . .h h(1)(1)h h(k)(k)h h(K)(K). . . . . . . . . .n ne ed d(1)(1)d d(k)(k)d d(K)(K)濾濾波波器器. . . . . . .d d(1)(1) d d(k)(k) d d(K)(K)b b(1)(1)b b(k)(k

11、)b b(K)(K)ndAe d是發(fā)射的數(shù)據符號序列，e是接納的數(shù)據序列，n是噪聲 A是與擴頻碼c和信道脈沖呼應h有關的矩陣結合檢測根本原理續(xù)結合檢測根本原理續(xù) 只需接納端知道A(擴頻碼c和信道脈沖呼應h)，就可以估計出符號序列 擴頻碼c知 信道脈沖呼應h可以利用突發(fā)構造中的訓練序列midamble求解出DataMidambleGPDataDataMidambleGPDatad結合檢測續(xù)結合檢測續(xù) 結合檢測技術：迫零算法(ZF)、最小均方差算法(MMSE)、運用反響后的迫零算法和最小均方差算法 結合檢測的優(yōu)點：降低干擾，擴展容量，降低功控要求，減弱遠近效應 結合檢測的缺陷：大大添加系統(tǒng)復雜度、

12、添加系統(tǒng)處置時延、需求要耗費一定的資源智能天線結合檢測智能天線結合檢測 智能天線的主要作用： 降低多址干擾，提高CDMA系統(tǒng)容量 添加接納靈敏度和發(fā)射EIRP 智能天線所不能抑制的問題 時延超越碼片寬度的多徑干擾 多普勒效益(高速挪動) 因此，在挪動通訊系統(tǒng)中，智能天線必需和其它信號處置技術同時運用 結合檢測： 基于訓練序列的信道估值 同時處置多碼道的干擾抵消 實際上，結合檢測和智能天線相結合技術，可以完全抵消MAI的影響，大大提高系統(tǒng)的抗干擾才干和容量 n頻域頻域 DCAn頻域頻域DCA中每一小區(qū)運用多個無線信道中每一小區(qū)運用多個無線信道(頻道頻道)n在給定頻譜范圍內，與在給定頻譜范圍內，與

13、 5 MHz 的帶寬相比，的帶寬相比， TD-SCDMA 的的1.6 MHz 帶寬使其具有帶寬使其具有3倍以上的無線信道倍以上的無線信道數(shù)數(shù)(頻道數(shù)頻道數(shù))n時域時域 DCAn在一個在一個TD-SCDMA 載頻上，運用載頻上，運用7個時隙減少了每個個時隙減少了每個時隙中同時處于激活形狀的用戶數(shù)量時隙中同時處于激活形狀的用戶數(shù)量n每載頻多時隙，可以將受干擾最小的時隙動態(tài)分配給每載頻多時隙，可以將受干擾最小的時隙動態(tài)分配給處于激活形狀的用戶處于激活形狀的用戶n碼域碼域 DCAn在同一個時隙中，經過改動分配的碼道來防止偶爾出在同一個時隙中，經過改動分配的碼道來防止偶爾出現(xiàn)的碼道質量惡化現(xiàn)的碼道質量惡

14、化n空域空域 DCAn經過智能天線，可基于每一用戶進展定向空間去耦經過智能天線，可基于每一用戶進展定向空間去耦 (降低多址干擾降低多址干擾)下述幾種動態(tài)信道分配方法全面降低了相應的小區(qū)間干擾，從而使頻譜利用率得以優(yōu)化下述幾種動態(tài)信道分配方法全面降低了相應的小區(qū)間干擾，從而使頻譜利用率得以優(yōu)化動態(tài)信道分配動態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)續(xù)) GSM中的DCA 信道分配channel assignment：半固定 信道選擇channel selection TD-SCDMA中的DCA 根據TD-SCDMA系統(tǒng)中的特點，參考GSM系統(tǒng)的DCA并加以改良、開展。 信道分配channel assignment

15、：動態(tài) 接納控制admission control 信道選擇channel selection動態(tài)信道分配動態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)續(xù)) 根本概念TD-SCDMA系統(tǒng)中： 信道channel：頻率、時隙、碼 RUresource unit：頻率、時隙、碼 根本RUbasic RU：SF16的RU動態(tài)信道分配動態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)續(xù)) DCA與TD-SCDMA其他技術的交融 TD-SCDMA系統(tǒng)中DCA的方法有如下幾種： 時域動態(tài)信道分配 由于TD-SCDMA系統(tǒng)采用了TDMA技術，所以經過選擇接入時隙來減小激活用戶之間的干擾。 頻域動態(tài)信道分配 由于TD-SCDMA系統(tǒng)中每個小區(qū)可以有多個

16、載波一到三個，所以把激活用戶分配在不同的載波上，從而減小小區(qū)內用戶之間的干擾。 空域動態(tài)信道分配 由于TD-SCDMA系統(tǒng)采用智能天線的技術，可以經過用戶定位、波束賦形來減小小區(qū)內用戶之間的干擾、添加系統(tǒng)容量。動態(tài)信道分配動態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)續(xù)) 算法假設 單載波小區(qū)； 上下行時隙采用固定的對稱分布； 一切實時業(yè)務不支持多時隙方式； 上行、下行的SF固定為16動態(tài)信道分配動態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)續(xù)) 動態(tài)信道分配的組成 慢速DCA把資源分配到小區(qū) 根據小區(qū)中各個時隙當前的負荷情況對各個時隙的優(yōu)先級進展排隊，為接入控制提供選擇時隙的根據。 接納控制AC 當一個新的呼叫到來時，DCA首先選

17、擇一個優(yōu)先級最高的時隙，能否在該時隙為新呼叫分配資源。在選擇時隙的過程中，假設沒有單獨的時隙可以提供新呼叫所需求的資源，DCA將試圖進展資源整合，從而為新呼叫騰出一定的資源包括碼資源、功率資源。 快速DCA為業(yè)務分配資源 當系統(tǒng)負荷出現(xiàn)擁塞或鏈路質量發(fā)生惡化時，RRM中的其他模塊如LCC、RLS會觸發(fā)DCA進展信道調整。它的功能主要是有選擇的把一些用戶從負荷較重或鏈路質量較差的時隙調整到負荷較輕或鏈路質量較好的時隙。 動態(tài)信道分配動態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)續(xù)) DCA SF動態(tài)分配 用戶可以運用不同的SF。 上行、下行時隙動態(tài)分配 經過動態(tài)改動時隙轉換點來實現(xiàn) 小區(qū)之間頻率動態(tài)分配小區(qū)中存在多

18、載波的情況 定義 上行鏈路各終端信號在基站解調器完全同步 優(yōu)點 CDMA碼道正交， 降低碼道間干擾， 提高CDMA容量 簡化硬件，降低本錢t基站解調器碼道1碼道2碼道N同步的建立在隨機接入時建立依托BTS接納到的SYNC_UL立刻在對應的F-PACH進展控制同步的堅持在每一上行幀檢測Midamble立刻在下一個下行幀SS位置進展閉環(huán)控制出現(xiàn)失步的能夠性有限小區(qū)半徑(取決于G的寬度，能夠超越10km)失步后執(zhí)行鏈路重建SS上行業(yè)務時隙Midamble隨機接入SYNC-ULssUpPTSUE的上行突發(fā)網絡同步: 系統(tǒng)內各基站的運轉采用一樣的幀同步定時同步的目的：防止相鄰基站的收發(fā)時隙交叉，減小干擾

19、同步精度要求：幾微秒同步方法：GPS：網絡主從同步空中主從同步BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTS Tx RxG切換概念與接力切換切換概念與接力切換越區(qū)切換的概念硬切換軟切換接力切換越區(qū)切換的概念越區(qū)切換的概念在現(xiàn)代無線通訊系統(tǒng)中，為了在有限的頻率范圍內為盡能夠多的用戶終端提供效力，將系統(tǒng)效力的地域劃分為多個小區(qū)或扇區(qū)，在不同的小區(qū)或扇區(qū)內放置一個或多個無線基站，各個基站運用不同或一樣的載頻或碼，這樣在小區(qū)之間或扇區(qū)之間進展頻率和碼的復用可以到達添加系統(tǒng)容量和頻譜利用率的目的。任務在挪動通訊系統(tǒng)中的用戶終端經常要在運用過程中不停的挪動，當從一個小區(qū)或扇區(qū)的覆蓋區(qū)域挪動到另一個小區(qū)或扇區(qū)的

20、覆蓋區(qū)域時，要求用戶終端的通訊不能中斷，這個過程稱為越區(qū)切換。 注：這里的通訊不中斷可以了解為能夠喪失部分信息但不致影響通訊。硬切換硬切換 在早期的頻分多址FDMA和時分多址TDMA挪動通訊系統(tǒng)中采用這種越區(qū)切換方法 當用戶終端從一個小區(qū)或扇區(qū)切換到另一個小區(qū)或扇區(qū)時，先中斷與原基站的通訊，然后再改動載波頻率與新的基站建立通訊。 硬切換技術在其切換過程中有能夠喪失信息。N No od de e B Bs so ou ur rc ce eN No od de e B Bt ta ar rg ge et tU UE ER RN NC CUE搜索鄰小區(qū)中的所有基站切切換換判判決決切換指令無線鏈路失敗

21、無線鏈路同步建立建立業(yè)務連接，恢復數(shù)據傳輸刪除無線鏈路無線鏈路業(yè)務連接停停止止發(fā)發(fā)射射和和接接收收信信號號發(fā)現(xiàn)目標基站，測量報告，切換請求硬切換流程硬切換流程軟切換軟切換 在美國Qualcomm公司九十年代發(fā)明的碼分多址CDMA挪動通訊系統(tǒng)中采用這種越區(qū)切換方法 當用戶終端從一個小區(qū)或扇區(qū)挪動到另一個具有一樣載頻的小區(qū)或扇區(qū)時，在堅持與原基站通訊的同時，和新基站也建立起通訊銜接，與兩個基站之間傳輸一樣的信息，完成切換之后才中斷與原基站的通訊。 優(yōu)點：軟切換過程不喪失信息，不中斷通訊，還可添加系統(tǒng)容量。 缺陷：其一處理了終端在一樣頻率的小區(qū)或扇區(qū)間切換的問題；其二軟切換的根底是宏分集，但在IS-

22、95中宏分集占用了50的下行容量，因此軟切換實現(xiàn)的添加系統(tǒng)容量被它本身所占用的系統(tǒng)容量所抵消。軟切換流程軟切換流程Node BNode BactiveactiveNode BNode BmonitoredmonitoredUEUERNCRNCUE搜索本小區(qū)和鄰UE搜索本小區(qū)和鄰小區(qū)中所有基站小區(qū)中所有基站切換判決切換判決激活集更新指令激活集更新指令刪除無線鏈路刪除無線鏈路無線鏈路同步建立無線鏈路同步建立建立無線鏈路業(yè)務連接建立無線鏈路業(yè)務連接無線鏈路業(yè)務連接無線鏈路業(yè)務連接激活集更新完畢激活集更新完畢停止發(fā)射和接停止發(fā)射和接收信號收信號測量報告測量報告接力切換的概念接力切換的概念接力切換適用于

23、同步CDMA挪動通訊系統(tǒng)，是TD-SCDMA挪動通訊系統(tǒng)的中心技術之一。設計思想：當用戶終端從一個小區(qū)或扇區(qū)挪動到另一個小區(qū)或扇區(qū)時，利用智能天線和上行同步等技術對UE的間隔和方位進展定位，根據UE方位和間隔信息作為切換的輔助信息，假設UE進入切換區(qū)，那么RNC通知另一基站做好切換的預備，從而到達快速、可靠和高效切換的目的。這個過程就象是田徑競賽中的接力賽跑傳送接力棒一樣，因此我們籠統(tǒng)地稱之為接力切換。 優(yōu)點：將軟切換的高勝利率和硬切換的高信道利用率綜合到接力切換中 ，運用該方法可以在運用不同載頻的SCDMA基站之間，甚至在SCDMA系統(tǒng)與其他挪動通訊系統(tǒng)如GSM、IS95的基站之間實現(xiàn)不中斷

24、通訊、不喪失信息的越區(qū)切換。Node BNode BsourcesourceNode BNode BtargettargetUEUERNCRNCUE定位信息UE定位信息鄰小區(qū)列表，所有基站信息鄰小區(qū)列表，所有基站信息UE搜索鄰小區(qū)中的所有UE搜索鄰小區(qū)中的所有基站基站建立同步建立同步切換判決切換判決切換指令切換指令發(fā)現(xiàn)目標基站，測量報告，切換請求發(fā)現(xiàn)目標基站，測量報告，切換請求確認切換完成確認切換完成刪除無線鏈路刪除無線鏈路停止發(fā)射和接收停止發(fā)射和接收信號信號無線鏈路業(yè)務連接無線鏈路業(yè)務連接無線鏈路業(yè)務連接無線鏈路業(yè)務連接無線鏈路業(yè)務連接無線鏈路業(yè)務連接同步保持同步保持接力切換實現(xiàn)步驟接力切換實現(xiàn)步驟右圖表示無