烽火TD-SCDMA培训讲义

北京北方烽火科技有限公司1TD-SCDMA系统特征与RRM肖登坤博士烽火移动通信设备有限公司2005年1月10日北京北方烽火科技有限公司2目录Part1:TD-SCDMA物理层特征Part2:TD-SCDMA关键新技术Part3:TDDRRMvs.FDDRRMPart4:新技术与RRM北京北方烽火科技有限公司3第一部分：TD-SCDMA物理层特征一般描述物理层帧结构简单物理层过程TDDvs.FDD北京北方烽火科技有限公司4TD-SCDMA描述TDD-SCDMA???TDD:TimeDivisionDuplex时分双工S?：Synchronization,Spacedivision,Softradio3S技术：同步、空分、软件无线电CDMA?:CodeDivisionMultipleAccess码分多址接入：用不同的码字区分用户北京北方烽火科技有限公司5TD-SCDMA物理层帧结构(一)Radioframe10msSupperframe720msSub-frame5msGDwPTSUpPTSDataMidambleData675usg144chipsCPTFCI北京北方烽火科技有限公司6TD-SCDMA帧结构(二)TS0(a)DL/UL对称分配TS0(b)DL/UL不对称分配转折点转折点DwPTSGUpPTSUpPTSGDwPTS北京北方烽火科技有限公司7物理层控制命令结构dataMidambledatadataMidambledataTFCI1TFCI2TFCI3TFCI45ms5msDataMidambleDataDatamidambledataTFCI1TFCI2ssTPCTFC3TFCI4SSTPC5ms5ms不发送SS和TPC时的物理层控制命令结构发送SS和TPC时的物理层控制命令结构北京北方烽火科技有限公司8DwPTS/UpPTS的时隙结构GP(32chip)SYNC-DL(64chips)75usDwPTS的时隙结构SYNC-UL(128chip)GP(32chip)125usUpPTS的时隙结构北京北方烽火科技有限公司9TD-SCDMA物理层过程小区搜索Tdn-1TdnTd0Tu2Tu1GTu3DwPTSUpPTS搜索过程包括：搜索DwPTS、识别扰码和基本中间码、控制复帧同步、读BCH信息。TDD系统的小区搜索和FDD系统的主要区别（1）上下行信号工作于相同频率，可能接收到附近用户的强上行信号（如规划合理则不存在这种情况）。（2）DwPTS同时起Pilot和SCH的作用，处于没有其它本小区多址干扰的独立时隙。当DwPTS搜索到，下行同步便获得了。（3）BTS之间同步，所有同频小区的DwPTS将出现在重叠的时隙，但相互正交，便于切换中进行测量。5ms北京北方烽火科技有限公司10TD-SCDMA物理层过程随机接入Tdn-1TdnTd0Tu1Tu0GTumDwPTSUpPTS随机接入必须完成的工作：上行同步、功率控制、系统获得接入要求、用户鉴权、分配业务码道等随机接入必须考虑的问题：RACH/FACH的高效率工作；防止碰撞的策略；加快接入速度。随机接入过程：UE：开环功率控制和开环同步控制，发射UpPTS，等待BTS回答。BTS：控制UE的发射功率和时延，获得UE接入要求RNC：接入控制CN：鉴权北京北方烽火科技有限公司11TD-SCDMA物理层特点低码片速率:1.28Mcps(WCDMA的1/3)适合智能天线和同步CDMA的帧结构SA＋JD+DCA＋同步技术使资源利用率非常高。采用和3GPP相同的调制、信道编码、交织和复接技术提供不对称上下行业务功率控制和上行同步控制:控制频率:0-200次/秒功率控制步长:1-3dB同步控制精度:1码片宽度开环和闭环控制北京北方烽火科技有限公司12TDDvs.FDD双工方式比较TDD和FDD是第三代移动通信中两种必要的双工方式传统的FDD仍被重视适合于大区制的全国系统适合于对称业务，如话音、交互式实时数据业务等TDD方式受到更大关注适合于高密度用户地区：城市及近郊区的局部覆盖适合于对称及不对称的数据业务，如话音、实时数据业务、特别是互联网方式的业务能提供成本低廉的设备TDD方式的突出优势在于：上下行传输信道互易，利于使用智能天线、多用户检测等新技术；可高效率地满足不对称业务需要可能降低产品成本、价格、体积、重量等便于利用不成对的频谱资源北京北方烽火科技有限公司13TDDvs.FDD双工方式比较未来可能的组网方式：使用移动卫星实现全球覆盖，使用FDD提供大区制对称业务，在城市及近郊区使用TDD系统，目前的试验证明TD-SCDMA可以单独组网。用多模终端实现系统间无缝漫游北京北方烽火科技有限公司14TDDvs.FDD物理层比较无线传输系统无线传输技术参数W-CDMAUTRATD-CDMATD-SCDMA信道带宽（MHz）5/10/20/5/10/201.6/5信道要求特点上下对称上下可调上下可调多址接入方式DS-CDMATD-CDMATD-SCDMA频段U:1920-1980,d:2110-21701900-1920,2010-20251900-1920,2010-2025核心网兼容性GSMMAPGSMMAPGSMMAP帧长（ms）10105*2数据QPSK/BPSKQPSKDQPSK/8PSK调制方式扩频QPSKQPSKQPSK最高移动速度500km/h120km/h（240）110km/h（240）纠错编码方式卷积码RS码（数据）卷积码Turbo码卷积码Turbo码、RS码扩频方式前向：Walsh（信道码）+Gold序列218（区分小区）；反向：Walsh（信道码）+Gold序列241（区分用户）；前向：Walsh（信道码）+PN序列（区分小区）；反向：Walsh（信道码）+PN序列（区分用户）；前向：Walsh（信道码）+PN序列（区分小区）；反向：Walsh（信道码）+PN序列（区分用户）；交织方式卷积码：帧内交织；RS码：帧间交织卷积码：帧内交织；RS码：帧间交织，交织深度{10，20，40，80}卷积码：帧内交织；RS码：帧间交织，交织深度{10，20，40，80}多速率业务可变扩频因子和多码RI检测，高速率业务盲检测，低速率业务可变扩频因子，多时隙，多码RI检测可变扩频因子，多时隙，多码RI检测功率控制开环+快速闭环（1.6kHz）开环+快速闭环（200Hz）开环+快速闭环（200Hz）码片速率(Mcps)N*4.096,N=1,2,4N*3.84,N=1,2,4N*1.28,N=1,3,6,9北京北方烽火科技有限公司15IMT2000的CDMATDD标准简概两种CDMATDDRTT：TD-SCDMA和UTRATDD两种TDD方案的异同：项目TD-SCDMAUTRATDD带宽和码片速率1.6MHz/1.28Mcps5MHz/3.84Mcps帧结构7时隙/5ms15时隙/10ms智能天线使用难使用同步CDMA1chip2chips多用户检测使用使用(暂选)软件无线电全面使用部分使用切换接力切换硬切换相同技术：信道编码和交织、调制(QPSK)、DCA、DTX等等北京北方烽火科技有限公司16第二部分：TD-SCDMA关键新技术TD-SCDMA采用的新技术及目的智能天线多用户联合检测上行同步软件无线电接力切换北京北方烽火科技有限公司17TD-SCDMA的关键新技术智能天线多用户检测多时隙的TDMA＋DS_CDMA(帧结构)同步CDMA用软件无线电技术实现接力切换预期达到的目标高频谱利用率低设备成本满足IMT2000基本要求北京北方烽火科技有限公司18TD-SCDMA新技术智能天线概念利用信号传输的空间特性实现抑制干扰提取信号的目的。接收端可以利用信号与干扰的来波方向的不同来区分它们。所形成的波束可实现空间的滤波作用，它对期望的信号方向具有很高的增益，而对不希望的干扰信号实现近似零陷的滤波作用，以达到抑制和减少干扰的目的。一般情况下，波束随着每个用户发出的期望信号的到达方向，不断地随着时间在动态地改变。在移动通信中至少要求智能天线跟踪变化的速率要大于用户的移动及信道快衰落的变化率，才能起到自适应跟踪用户的目的。北京北方烽火科技有限公司19智能天线的两种形式波束切换方式的智能天线在接收断，预先设置了一组N个不同入射角方向的窄波束，在根据期望信号的来波方向（DOA)和相关的信号误差准则，在N个波束中选择一个最合适的，并在该波束上接收信号。自动跟踪用户的智能天线在接收端，利用一组阵列天线，通过不断地调整自适应的加权值，达到若干个自适应波束同时跟踪若干个用户的目的。北京北方烽火科技有限公司20TD-SCDMA新技术智能天线空间波束示意图空分多址大大增加系统容量•降低发射功率•波束赋形时可以克服多径传播问题基带数字信号处理为每条信道提供一条赋形天线发射波束北京北方烽火科技有限公司21智能天线原理结构图天线阵模数转换波束形成网络自适应数字信号处理器－y(t)本地参考信号z(t)e(t)北京北方烽火科技有限公司22ArraySignalModelPointSources,NarrowbandplaneWaveform.UniformLinearArray(forsimplicityinpresentation).Wavefrontofthekthsignalkcdkk/sind)(tsk)(kktsk)()()(111tntstxkKk)()()(212tntsetxkjKkk)()()()1(1tntsetxMkMjKkMk)()()(tttnAsx])()([1kaaATKtstst])()([)(1sTMttt])()([)(1nnn北京北方烽火科技有限公司23TheArrayProcessingGainSINRforSingleAntennaandArrayProcessingArrayProcessingGainForexample:SinglesignalwithKkkKkkInOutPPtsEtsESINRSINR22122221,1,1})({})({21,1PSINROutOutHHHOutArraySINRMPMPSINR,1212111,*)()()(1awOutOutArrayInOutInArrayOutarrayarraySINRSINRSINRSINRSINRSINRGain,1,,1,1,,//)()()()(KkkInArrayPPSINR221,MGainarray北京北方烽火科技有限公司24TD-SCDMA新技术智能天线基站示意图RFTRx1RFTRxNLOClockTxProcModulationBeamformingCombinationL1ProcChannelcodingInterleavingMux/DemuxRxProcSyncSA+JDDemodulationMODEMDSPAntarray北京北方烽火科技有限公司25智能天线性能度量准则最小均方误差准则（MMSE)使阵列输出信号和本地参考信号的误差最小，以此求出最佳的权值矩阵W。信噪比（SNR)准则在使信号输出信噪比最大的前提下求出最佳的权值矩阵W。似然性能准则在输入信号似然函数最大时求出最佳的权值矩阵W。dik北京北方烽火科技有限公司26DOA-basedBeamformingAnexampleforDOA-basedBeamforming-40-30-20-10010203040-60-50-40-30-20-100DOA(deg.)BeampatternClassicalBeamformingMRC北京北方烽火科技有限公司27BeamforminginT