工程科技TDSCDMA基本原理及技術發(fā)展趨勢課件

1、TD-SCDMA技術簡介1第1頁，共62頁。第一部分：CDMA TDD概述 CDMA TDD 標準概況 兩種TDD技術簡單比較 TD-SCDMA主要技術優(yōu)勢2第2頁，共62頁。TDD雙工方式的優(yōu)點頻譜靈活性：不需要成對的頻譜。在2GHz以下已很難找到成對的頻譜上下行使用相同頻率，上下行鏈路的傳播特性相同，利于使用智能天線等新技術支持不對稱數(shù)據(jù)業(yè)務：根據(jù)上下行業(yè)務量來自適應調(diào)整上下行時隙個數(shù)FDD系統(tǒng)一建立通信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，不可能靈活使用(例如下行頻段比上行頻段寬一倍)

2、成本低：無收發(fā)隔離的要求，可以使用單片IC來實現(xiàn)RF收發(fā)信機3第3頁，共62頁。TDD雙工方式問題及解決方法峰值/平均發(fā)射功率之比隨時隙數(shù)增加而增加(低速/話音業(yè)務)TDD系統(tǒng)對峰值/平均發(fā)射功率比有要求,此比值隨時隙數(shù)增加而增加，例如TD-SCDMA可能再增加7dB；而UTRA-TDD則可能增加12dB(單時隙業(yè)務)因CDMA要求線性工作，對發(fā)射功率和功率放大器要求較高TD-SCDMA使用智能天線，基站接受靈敏度增加9dB，故仍然可能使用低發(fā)射功率達到較遠通信距離總的說來，在使用相同發(fā)射功率級別的手持機條件下，TD-SCDMA的通信距離比WCDMA要大通信距離(小區(qū)半徑)主要受電波傳播的時延

3、所限制。對于TD-SCDMA系統(tǒng)，典型小區(qū)半徑設置在11公里，這主要出于人口密集地區(qū)設置考慮。如果允許犧牲15%的容量，小區(qū)半徑可達到40-50公里。ITU要求TDD系統(tǒng)支持終端移動速度為120km/h。但仿真試驗結果表明在目前的芯片及算法條件下，可高于該值。4第4頁，共62頁。TDD和FDD在第三代移動通信中必要的兩種雙工方式FDD適合于大區(qū)制的全國系統(tǒng)適合于對稱業(yè)務，如話音、交互式實時數(shù)據(jù)業(yè)務等TD-SCDMA尤其適合于高密度用戶地區(qū)：城市及近郊區(qū)的局部覆蓋適合于對稱及不對稱的數(shù)據(jù)業(yè)務，如話音、實時數(shù)據(jù)業(yè)務、特別是互聯(lián)網(wǎng)方式的業(yè)務能提供成本低廉的設備預計在3G中，使用移動衛(wèi)星實現(xiàn)全球覆蓋，

4、使用FDD提供大區(qū)制對稱業(yè)務，全國網(wǎng)，特別在城市及近郊區(qū)使用TD-SCDMA系統(tǒng)，用多模終端實現(xiàn)漫游5第5頁，共62頁。IMT2000的CDMA TDD標準概況兩種CDMA TDD：TD-SCDMA和UTRA TDD兩種TDD方案的異同：項目TD-SCDMAUTRA TDD帶寬和碼片速率1.6MHz/1.28Mcps 5MHz/3.84Mcps幀結構7時隙/5ms15時隙/10ms智能天線使用選項同步CDMA1/8chip1/4chips多用戶檢測使用使用切換接力切換硬切換設計思想全面滿足IMT2000要求與WCDMA配合使用相同技術：信道編碼和交織、調(diào)制(QPSK)、DCA、DTX、ODMA

5、等等6第6頁，共62頁。TD-SCDMA網(wǎng)絡同步網(wǎng)絡同步: 系統(tǒng)內(nèi)各基站的運行采用相同的幀同步定時同步的目的：避免相鄰基站的收發(fā)時隙交叉，減小干擾同步精度要求：幾微秒同步方法：GPS：網(wǎng)絡主從同步空中主從同步BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTS Tx RxG7第7頁，共62頁。3G 業(yè)務與功能未來的“承載業(yè)務”電路交換（對稱）用于諸如語音、視頻會議、. 等實時 業(yè)務包交換（非對稱）用于諸如電子郵件、因特網(wǎng)及內(nèi)部網(wǎng) 訪問、 視頻點播、 . 等非實時業(yè)務 實時業(yè)務與非實時業(yè)務的混和無線多媒體的數(shù)據(jù)業(yè)務移動速度為最高240km/h時，數(shù)據(jù)速率為 8 . 64/144 kbit/s手持機環(huán)境(速

6、度30km/h),數(shù)據(jù)速率為 8 . 384 kbit/s 室內(nèi)環(huán)境(速度3 km/h)，數(shù)據(jù)速率可達2Mbit/s 8第8頁，共62頁。TDD小區(qū)搜索和接入問題小區(qū)搜索基本要求以每200KHz步長在全部帶寬內(nèi)搜索基站在短時間內(nèi)完成母網(wǎng)搜索TDD系統(tǒng)小區(qū)搜索的困難上下行鏈路使用相同載波頻率，用戶離基站的距離可能遠遠大于離一個終端的距離用戶不可能預先知道那一部分信號是來自基站隨機接入的問題防止碰撞建立上行同步9第9頁，共62頁。 動態(tài)信道分配 (DCA)頻域 DCA頻域DCA中每一小區(qū)使用多個無線信道(頻道)在給定頻譜范圍內(nèi)，與 5 MHz 的帶寬相比， TD-SCDMA 的1.6 MHz 帶寬

7、使其具有3倍以上的無線信道數(shù)(頻道數(shù))時域 DCA在一個TD-SCDMA 載頻上，使用7個時隙減少了每個時隙中同時處于激活狀態(tài)的用戶數(shù)量每載頻多時隙，可以將受干擾最小的時隙動態(tài)分配給處于激活狀態(tài)的用戶碼域 DCA在同一個時隙中，通過改變分配的碼道來避免偶然出現(xiàn)的碼道質(zhì)量惡化空域 DCA通過智能天線，可基于每一用戶進行定向空間去耦 (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10第10頁，共62頁。第二部分： TD-SCDMA技術 TD-SCDMA關鍵技術 TD-SCDMA物理層簡介11第11頁，共62頁。TD-SCDMA的關鍵技術智能天線+多用戶

8、檢測多時隙的TDMA多碼道DS_CDMA同步CDMA信道編碼和交織(和3GPP相同)接力切換預期達到的目標高頻譜利用率低設備成本滿足IMT2000基本要求12第12頁，共62頁。TD-SCDMA簡介 幀結構Radio frame10msMulti frame Sub-frame5msTS5TS4TS0TS2TS1GTS3TS6DwPTSUpPTSDataMidambleData675usgL1144chips13第13頁，共62頁。 TD-SCDMA技術基礎：智能天線使用智能天線 .能量僅指向小區(qū)內(nèi)處于激活狀態(tài)的移動終端正在通信的移動終端在整個小區(qū)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài)不使用智能天線 .能量分布于整

9、個小區(qū)內(nèi)所有小區(qū)內(nèi)的移動終端均相互干擾，此干擾是CDMA容量限制的主要原因智能天線的優(yōu)勢減少小區(qū)間干擾降低多徑干擾基于每一用戶的信噪比得以增加降低發(fā)射功率提高接收靈敏度增加了容量及小區(qū)覆蓋半徑14第14頁，共62頁。 聯(lián)合檢測 (JD)聯(lián)合檢測作用避免多址干擾檢測動態(tài)范圍急劇增大，無需軟切換小區(qū)內(nèi)干擾最小化聯(lián)合檢測原理特定的空中接口“突發(fā)”結構允許收信機對無線信道進行信道估計 根據(jù)估計的無線信道，對所有信號同時進行檢測15第15頁，共62頁。TD-SCDMA全向碼道和賦形碼道GDwPTSUpPTS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必須使用全向波束，覆蓋整

10、個小區(qū)，在幀結構中使用專門時隙業(yè)務碼道通常使用賦形波束，只覆蓋個別用戶BCHTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS616第16頁，共62頁。TD-SCDMA技術基礎:同步CDMA定義上行鏈路各終端信號在基站解調(diào)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，降低成本t基站解調(diào)器碼道1碼道2碼道N17第17頁，共62頁。上行同步同步的建立在隨機接入時建立依靠BTS接收到的SYNC1立即在下一個下行幀SS位置進行閉環(huán)控制同步的保持在每一上行幀檢測Midamble立即在下一個下行幀SS位置進行閉環(huán)控制出現(xiàn)失步的可能性有限小區(qū)半徑(取決于G的寬度，可能超過10km)比較寬的

11、容許范圍(+/- 4 chips)失步后執(zhí)行鏈路重建SS上行業(yè)務時隙(BTS要求)Midamble隨機接入SYNC1ssUpPTSUE的上行突發(fā)18第18頁，共62頁。TD-SCDMA技術： 接力切換MS和BS0通信BS0通知鄰近基站信息,并提供用戶位置信息基站類型、載頻、定時等切換準備MS搜索基站，建立同步MS或BS發(fā)起切換請求系統(tǒng)決定切換執(zhí)行MS同時和兩個基站建立通信完成切換不使用宏分集BS0BS1BS2MS19第19頁，共62頁。TD-SCDMA與WCDMA及GSM的切換TD-SCDMA(1.28Mcps TDD)與3GPP內(nèi)其他模式之間的測量和切換已經(jīng)在3GPP內(nèi)進行討論并正在完善之中

12、TD-SCDMA -GSM: 測量和切換與UTRA 3.84Mcps TDD相同GSM - TD-SCDMA: 在GSM以后的版本中, 將會考慮向3G系統(tǒng)的切換問題, 包括向TD-SCDMA的測量和切換(在3GPP GERAN討論)20第20頁，共62頁。TD-SCDMA簡介 小區(qū)搜索TS5TS4TS0TS2TS1GTS3TS6DwPTSUpPTSTDD系統(tǒng)的小區(qū)搜索和FDD系統(tǒng)的主要區(qū)別：上下行信號工作于相同頻率，可能接收到附近用戶的強上行信號DwPTS同時起Pilot和SCH的作用，處于沒有其它本小區(qū)多址干擾的獨立時隙。當DwPTS搜索到，下行同步便獲得了。BTS之間同步，所有小區(qū)的DwP

13、TS將出現(xiàn)在重疊的時隙，便于切換中進行測量搜索過程：設定載波頻率；搜索DwPTS；獲得BCH(在TS0時隙)搜索DwPTS的方法：接收并記錄任意5ms的數(shù)據(jù)，用已知正交碼序列在一個個窗口內(nèi)求相關。TS5TS45msTS621第21頁，共62頁。TD-SCDMA隨機接入隨機接入必須完成的工作：上行同步、功率控制、系統(tǒng)獲得接入要求、用戶鑒權、分配業(yè)務碼道等隨機接入必須考慮的問題：RACH/FACH的高效率工作；防止碰撞的策略；加快接入速度。隨機接入過程：UE：開環(huán)功率控制和開環(huán)同步控制，發(fā)射UpPTS，等待BTS回答B(yǎng)TS：控制UE的發(fā)射功率和時延，獲得UE接入要求系統(tǒng)：鑒權和分配碼道GDwPTS

14、UpPTSTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS622第22頁，共62頁。隨機接入過程UENode BUpPTS終端選擇SYNC1,以估算的時間和功率發(fā)送基站檢測到SYNC1,并回送定時和功率調(diào)整FPACHRACH調(diào)整定時和功率, 發(fā)送隨機接入請求FACH指配信道, 繼續(xù)完成接入過程和鑒權23第23頁，共62頁。信道及映射關系24第24頁，共62頁。TD-SCDMA簡介 物理層總結低碼片速率:1.28Mcps(WCDMA的1/3)適合智能天線和同步CDMA TDD的幀結構用智能天線+多用戶檢測聯(lián)合算法達到全部資源同時工作的效果采用和3GPP相同的調(diào)制、信道編碼、交織和復接技術提供不對稱上下行

15、業(yè)務功率控制和上行同步控制:控制頻率:0-200次/秒功率控制步長:1-3dB同步控制精度:1/8碼片寬度開環(huán)和閉環(huán)控制25第25頁，共62頁。結論：TD-SCDMA主要優(yōu)勢完全滿足對3G 業(yè)務與功能的需求能在現(xiàn)有穩(wěn)定的GSM網(wǎng)絡上迅速而直接部署能實現(xiàn)從第二代到第三代的平滑演進完全滿足第三代業(yè)務的要求突出的頻譜利用率：比其它3G標準的現(xiàn)有設備高一倍無需使用成對的頻段支持蜂窩組網(wǎng)，可以形成宏小區(qū)、微小區(qū)及微微小區(qū)，每個小區(qū)可支持不同的不對稱業(yè)務靈活、自適應的上下行業(yè)務分配，特別適合各種變化的不對稱業(yè)務(如無線因特網(wǎng))系統(tǒng)成本低26第26頁，共62頁。第三部分 TD-SCDMA高層信令流程 無線接

16、口協(xié)議結構 高層信令流程27第27頁，共62頁。無線接口協(xié)議結構 無線接口協(xié)議結構 無線接口高層各（子）層的主要 功能28第28頁，共62頁。無線接口協(xié)議層結構29第29頁，共62頁。無線接口協(xié)議層結構無線接口主要分為三層：L1層-物理層L2層-數(shù)據(jù)鏈路層，包括MAC層、RLC層、BMC層、PDCP層L3層-網(wǎng)絡層，包括RRC層等子層30第30頁，共62頁。無線接口高層各（子）層的主要功能MAC層-完成邏輯信道和傳輸信道的映射RLC層-保證數(shù)據(jù)的正確有效傳輸BMC層-小區(qū)廣播消息和分配等BMC消息的保存和傳送PDCP層- IP數(shù)據(jù)流的頭部壓縮與解壓縮(如：TCP/IP 和RTP/UDP/IP頭

17、部)以及將非接入層送來的PDCP-SDU轉(zhuǎn)發(fā)到RLC層31第31頁，共62頁。高層信令流程 隨機接入過程 小區(qū)更新過程 切換過程32第32頁，共62頁。(一) 隨機接入過程33第33頁，共62頁。34第34頁，共62頁。35第35頁，共62頁。（二）小區(qū)更新過程36第36頁，共62頁。小區(qū)選擇（重選）過程37第37頁，共62頁。38第38頁，共62頁。（三）切換過程 硬切換 GSM到UMTS的切換 UMTS到GSM的切換39第39頁，共62頁。硬切換（FDD and TDD)40第40頁，共62頁。GSM到UMTS的切換41第41頁，共62頁。UMTS到GSM的切換42第42頁，共62頁。第四

18、部分 TD-SCDMA射頻特性 頻帶與信道安排 發(fā)射特性 接收特性 共存分析43第43頁，共62頁。TD-SCDMA的頻帶與信道安排 ITU建議的3G移動通信頻譜方案 TD-SCDMA的信道安排44第44頁，共62頁。ITU建議的3G移動通信頻譜方案 TDD TDD 1900 1920 2010 2025 ITU的核心分配建議(MHz) TDD & FDD (UL) TDD TDD & FDD (DL) 1850 1910 1930 1990 ITU的補充分配建議(MHz)注：TD-SCDMA除ITU的建議外，不排斥對其他頻譜的利用45第45頁，共62頁。TD-SCDMA的信道安排帶 寬：1.

19、6MHz掃描間隔：0.2MHz 信 道 號：Nt=5*F (0.0F3276.6MHz）46第46頁，共62頁。TD-SCDMA的發(fā)射特性 發(fā)射功率特性 發(fā)射頻譜特性 發(fā)射交調(diào)抑制 調(diào)制特性47第47頁，共62頁。TD-SCDMA的發(fā)射功率特性 項目 UE BS最大輸出功率 21dBm 34dBm最小輸出功率 -49dBm 4dBm空閑模式功率 -65dBm -82dBm功率控制步長 1,2,3dB 1,2,3dB48第48頁，共62頁。TD-SCDMA的發(fā)射頻譜特性 項目 UE BS所占帶寬 1.6MHz 1.6MHz頻率穩(wěn)定性 0.1PPM 0.05PPM鄰道泄漏 33dB(1) 40dB

20、(1) 比(大于) 43dB(2) 50dB(2)雜散輻射 符合ITU-R SM.32949第49頁，共62頁。TD-SCDMA的發(fā)射交調(diào)抑制UE的交調(diào)抑制:在1.6MHz或3.2MHz鄰道存在TD-SCDMA干擾信號時，交調(diào)產(chǎn)品分別不高于-31dBc或-41dBcBS的交調(diào)抑制:當在鄰道1.6MHz、3.2MHz、4.8MHz存在低于有用信號30dB的TD-SCDMA干擾信號時，所產(chǎn)生的交調(diào)產(chǎn)品不會高于帶外輻射或雜散功率50第50頁，共62頁。TD-SCDMA的調(diào)制特性 項目 UE BS發(fā)射濾波器 RRC RRCEVM(小于) 17.5% 12.5%PCDE(小于) -21dB -28dB51第51頁，共62頁。TD-SCDMA的接收特性 參考靈敏度電平 鄰道選擇性 阻塞特性 交調(diào)特性52第52頁，共62頁。TD-SCDMA的參考靈敏度電平UE的參考靈敏度電平 -108dBm BS的參考靈敏度電平 -110dBm