北邮3G第6章

1第第66章章TDTD--SCDMASCDMA移动通信系统移动通信系统2北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院内容提要内容提要ƒTD-SCDMA关键技术ƒTD-SCDMA物理层3北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院简介简介ƒ工作在TDD方式下，在CDMA的基础上，引入了TDMA的性质，把一帧分成几个时隙，每个时隙可以用作上行或者下行，一个时隙内的用户用不同的码字来区分。ƒTDD系统特别适用于上下行不对称，具有不同数据传输速率的业务；ƒ此外其上下行链路由于工作于同一频率，使之便于使用诸如智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的4北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院系统的主要参数系统的主要参数多址技术时分CDMA信道带宽1.6MHz码片速率1.28Mcps双工方式TDD基站间同步方式同步话音编码AMR话音编码帧长10ms信道化码正交可变扩频因子（OVSF）码相干检测导频辅助的相干检测调制方式QPSK，高速率（2Mbps）采用8PSK功率控制上行为开环功率控制下行为闭环功率控制（1.4KHz）信道编码卷积码和Turbo码5北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院TDTD--SCDMASCDMA产业发展历程产业发展历程19951995年年核心技术创新核心技术创新开始预研开始预研TDTD--SCDMASCDMA技术技术20052005年产业链的持续完善年产业链的持续完善20022002，，0303年年技术方案的验证技术方案的验证信产部公布信产部公布3G3G频率规划频率规划20042004年年产业链的初步形成产业链的初步形成9898年提交提案，年提交提案，20002000，，0101年年标准的确立与完善标准的确立与完善第三代移动通信国际标准之一第三代移动通信国际标准之一20062006年年20072007年年TDTD--SCDMASCDMA44城市规模试验网城市规模试验网TDTD--SCDMASCDMA1010城市规模试验网城市规模试验网大唐移动承建的广州试验网率先开通TD业务66.1TD6.1TD--SCDMASCDMA关键技术关键技术7北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院什么是什么是TDTD－－SCDMASCDMA？？ƒTimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess－时分双工的同步码分多址技术ƒITU正式发布的3G空中接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持ƒ中国百年来第一个完整的通信技术标准，是UTRA－FDD可替代的方案ƒ集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术ƒ采用智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术8北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院TDTD--SCDMASCDMA的关键技术的关键技术„时分双工方式„智能天线：降低多径、多址干扰„联合检测：降低多址干扰„上行同步：减少码间串扰„接力切换：提高切换可靠性„软件无线电„低码片速率„...∫Σ(..)5421369北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院TDTD--SCDMASCDMA空中接口空中接口FrequencyTimePowerdensity(CDMAcodes)1.6MHz0:15TS02.Carrier(optional)3.Carrier(optional)TS1TS2TS3TS4TS5TS6DLDLDLDLULULUL5msDwPTSUpPTSGPDLusedRUavailableRUGP:GuardPeriodDwPTSDownlinkPilotTimeSlotUpPTSUplinkPilotTimeSlot10北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院智能天线智能天线(SmartAntenna)(SmartAntenna)原理原理降低来自其他方向的干扰，提高所需信号方向的接收灵敏度，扩大基站的覆盖范围，改善信号的传输质量11北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院空分多址空分多址ƒ使用定向波束天线服务不同用户ƒ自适应天线系统12北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院智能天线实现关键智能天线实现关键ƒ多波束形成技术ƒ自适应干扰抑制技术ƒ空时二维的RAKE接收技术ƒ多通道的信道估计和均衡技术13北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院智能天线的优点智能天线的优点ƒ高速率用户带来很大的干扰，动态调整的智能天线阵列的波束跟踪高速率用户，起到空间隔离、消除干扰的作用ƒ动态调整的智能天线阵列的性能优于固定的多波束天线ƒ增加系统容量ƒ增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质量ƒ提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量ƒ减少发射功率，延长移动台电池寿命ƒ提高系统设计时的灵活性14北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院使用智能天线„定向发射、定向接收„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„全向发射、全向接收„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„减少小区间小区间和小区内干扰小区内干扰„降低多径干扰多径干扰„等效发射功率提高„提高接收灵敏度„改进了小区覆盖（合成波束）„增加了容量及小区覆盖半径„降低发射功率，基站成本降低智能天线的优势智能天线的优势15北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院智能天线的小区配置智能天线的小区配置全向小区三扇区小区智能天线小区16北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院智能天线智能天线天线子系统ƒ圆形天线阵：全向小区ƒ扇形天线阵：120o小区ƒ射频前端集成在天线系统内以提高性能ƒ实时校准技术ƒ冗余设计，任何天线单元的失效都不会明显影响系统性能ƒ低成本天线阵天线罩射频前端电缆出口17北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院联合检测（联合检测（11））ƒCDMA系统中多址干扰MAI是主要干扰。小区间的干扰在最恶劣的情况下也不超过小区内部干扰的60%。ƒ传统的CDMA系统信号分离方法把多址干扰看作热噪声。ƒ联合检测（JointDetection）是把所有用户的信号都当作有用信号处理，充分利用各用户信号的用户码、幅度、定时、延迟等信息ƒ从而大幅度降低多径多址干扰，提高频谱效率显著提高18北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院联合检测（联合检测（22））ƒ联合检测作用‹避免多址干扰‹检测动态范围急剧增大‹小区内干扰最小化ƒ联合检测原理‹特定的空中接口（帧结构）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具有16个码的TD-SCDMA能容易实现联合检测19北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院智能天线和联合检测的结合智能天线和联合检测的结合ƒ智能天线的主要作用：‹降低多址干扰，提高CDMA系统容量‹提高接收灵敏度和发射EIRPƒ智能天线所不能克服的问题‹用户处于相同方向‹多普勒效应(高速移动)ƒ联合检测：利用训练序列作信道估值，同时处理多码道的干扰抵消。但存在多码道时处理复杂。ƒ在TD-SCDMA移动通信系统中，结合使用智能天线和联合检测，获得了理想的效果20北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院动态信道分配（动态信道分配（DCADCA））动态信道分配ƒ基站知道下行链路使用的时隙、码字和相应发射功率。如果移动台检测到干扰情况已完全不同于已有的，移动台可以请求启动一个快速小区内切换程序跳到干扰低的时隙ƒ上行链路是基于基站接收上行的干扰，分配最低干扰的时隙给移动台作发射信号用其目的是增加系统容量、减小干扰21北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院ƒ定义‹上行链路各终端信号在基站解调器完全同步‹消除了多址干扰，提高了系统容量，频谱利用率‹同步CDMA的缺点是系统对同步的要求非常严格，上行的同步要求为1/8码片宽度，网络同步要求为5μs‹系统同步要求在基站有GPS接收机或公共的分布式时钟ƒ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上行上行同步技术同步技术22北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院ƒ载波频带窄...ƒ在1.6MHz带宽内可实现2Mbps的数据业务低码片速率低码片速率低码片速率的优势9频谱利用率高9频率使用灵活9系统设备成本低23北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院ƒMS和BS0通信ƒBS0通知MS邻近基站信息‹基站类型、工作载频、定时偏差、忙闲等等ƒMS搜索基站,建立同步ƒBS或MS发起切换请求ƒ系统决定切换执行ƒMS同时接收来自两个基站的相同信号ƒ完成切换ƒ优点‹节省系统资源，提高系统容量，降低设备成本BS0BS1BS2MS接力切换接力切换24北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院ƒTD-SCDMA的优势„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„上行和下行使用同一个载频，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，降低成本时分双工(TD-SCDMA):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下行未使用资源:时分双工时分双工((TDD)TDD)25北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院TDDTDD双工方式的特点双工方式的特点ƒ频谱使用灵活性：不需要成对频谱ƒ上下行链路使用相同载波频率，便于使用新技术ƒ用时间来自适应上下行业务量，支持不对称数据业务，适应无线互联网的需求，这是比FDD方式最突出的优点ƒ发射机根据接收的信号，就能够知道无线信道的衰落情况。这在一定程度上降低了对功率控制的要求，TD-SCDMA系统上行链路上，可以只采用开环功率控制ƒTD-SCDMA还有频谱利用率最高的优点266.2TD6.2TD--SCDMASCDMA帧结构帧结构27北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院TDTD--SCDMASCDMA物理层物理层ƒ低码片速率:1.28Mcps(WCDMA的1/3)，带宽为1.6MHzƒ适合智能天线和同步CDMA的帧结构ƒ所有码道可以同时工作ƒ采用与3GPP相同的调制、信道编码、交织和复接技术ƒ提供不对称上下行业务ƒ功率调整和同步控制:‹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28北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院Radioframe10msSystemFrameNumberSub-frame5msTS5TS4TS0TS2TS1GPTS3TS6DwPTSUpPTSDataMidambleData675usgL1144chipsTD-SCDMA帧结构„每帧有两个上/下行转换点„TS0为下行时隙„TS1为上行时隙„三个特殊时隙GP、DwPTS和UpPTS„其余时隙可根据根据用户需要进行灵活UL/DL配置TDTD--SCDMASCDMA系统独特的帧结构系统独特的帧结构29北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学计算机科学与技术学院ƒ每时隙由704Chips组成，时长675us；ƒ业务和信令数据由两块组成，每个数据块分别由352Chips组成；ƒ训练序列(Midamble)由144Chips组成；ƒ16Chips