TD基础知识培训

TD-SCDMATD-SCDMA系统概述系统概述TD-SCDMATD-SCDMA无线根本原理无线根本原理TD-SCDMTD-SCDMA A关键技术关键技术TD-SCDMATD-SCDMA物理层构造物理层构造TD-SCDMTD-SCDMA A增强型技术及未来演进增强型技术及未来演进TD-SCDMTD-SCDMA A优化流程优化流程课程目的完成该课程后，您将会：了解TD-SCDMA制式的根底知识 了解TD_SCDMA系统关键技术和物理层构造了解TD-SCDMA制式的未来演进方向了解TD-SCDMA的网络优化流程4TD-SCDMATD-SCDMA标准概述标准概述1 3G技术简介2 TD-SCDMA开展概述5移动通信开展历程移动通信开展历程模拟通信数字通信多媒体业务 数字调制技术 数据压缩 软切换 过失控制 短信息 高质量语音业务 模拟调制技术 小区制 硬切换 网络规划IMT-2000技术 多媒体业务 100kbps 分组数据业务 动态无线资源管理 随时随地的无线接入 无缝业务提供 网络融合与重用 多媒体终端 10Mbps 数据速率 基于全IP核心网无处不在的业务环境1G2G3G4G63G3G主流技术的演进主流技术的演进73G3G主流技术的演进主流技术的演进各类型通信制式移动性及速率特点：8组织、标准、专利是平衡利益、促进技术产业化的工具。“The total revenue earned from global telecom industry is 3 percent of the gross world products and is aiming at attaining more. GLOBAL INDUSTRY WEBWCDMA TD-SCDMAcdma20003G3G组织和标准组织和标准93G3G主流三大技术标准介绍主流三大技术标准介绍WCDMAcdma2000TD-SCDMA双工方式FDDFDDTDDTDD多址方式FDMACDMAFDMACDMAFDMATDMACDMASDMA(SDMA(智能智能天线天线) )载波带宽5MHz1.25MHz1.6MHz码片速率3.84Mcps1.2288Mcps1.28Mcps同步方式异步同步同步接收检测相干解调相干解调联合检测103G3G主流三大技术标准介绍主流三大技术标准介绍三种3G制式应用范围分布：113G3G频谱资源分配频谱资源分配60 MHz30 MHz FDDTDD100 MHz15MHz Satellite 1785185017551880192019802021 20252110217023002400 Satellite 40 MHz 12n 第三代公众移动通信系统的工作频段： n 一主要工作频段： n 频分双工 (FDD) 方式：n1920-1980MHz / 2110-2170MHzn 时分双工 (TDD) 方式：n1880-1920MHz、2021-2025MHz n 二补充工作频率： n 频分双工 (FDD) 方式：n1755-1785MHz / 1850-1880MHz n 时分双工 (TDD) 方式：2300-2400MHzn 三卫星移动通信系统工作频段：n 1980-2021MHz / 2170-2200MHz F1 2011F2 2012.6F3 2014.2F4 2016F5 2017.6F6 2019.2F7 2020.8F8 2022.4F9 2024.020102015202020253G3G频谱资源分配频谱资源分配3G3G的业务应用会话型业务的业务应用会话型业务3G3G的业务应用后台类业务的业务应用后台类业务3G3G的业务应用流媒体业务的业务应用流媒体业务3G3G的业务应用交互类业务的业务应用交互类业务17TD-SCDMATD-SCDMA根底理论根底理论1 3G技术开展概述2 TD-SCDMA开展概述18TD-SCDMATD-SCDMA开展历程开展历程 1995年11月，CATT电信科学技术研究院和美国Cwill公司合资成立信威公司，开发SCDMA大灵通无线通信系统 1998年6月，CATT代表中国向国际电联ITU提交TD-SCDMA技术提案，1999年参加3GPP 1999年10月，CATT和西门子公司组建联合团队，合作开发TD-SCDMA系统 2001年3月16日，TD-SCDMA 写入3GPP R4 系列标准，成为了真正意义上的可商用国际标准 2002年10月，中国为TDD分配155MHz频率资源19TD-SCDMATD-SCDMA开展历程开展历程 2002年10月30日，TD-SCDMA 产业联盟正式成立20 2003年8月29日，华为和西门子成立了合资公司：鼎桥 (TD-TECH)，研发TD-SCDMA技术 2004 年12月8 日，芯原、凯明、中芯国际三方合力推出国产3G手机芯片 2004 年12 月9 日，温家宝总理在荷兰接通了来自北京的全球第一个TD-SCDMA 商用手机国际长途 2005 年3 月，TD-SCDMA 试验网在北京建成 2006年1月20日信息产业部正式公布，3G三大国际标准之一的“中国标准 TD-SCDMA为我国通信行业标准TD-SCDMATD-SCDMA开展历程开展历程21 2006年建立青岛中兴+大唐、厦门鼎桥+中兴、保定鼎桥+大唐三个中等城市TD-SCDMA试验网。 20072021年建立和扩容规模试验网，在北京、上海、天津、沈阳、广州、秦皇岛、深圳、厦门等奥运城市提供3G效劳。 20212021年对全国范围内的大、中城市进展TD-SCDMA网络建立。 2021年4月1日，TD-SCDMA试商用。TD-SCDMATD-SCDMA开展历程开展历程22TD-SCDMATD-SCDMA的标准演进的标准演进 Q3 Q4 Q3 Q4 Q1 Q2 Q1 Q2 Q3 200020012002Q1 Q2 Q3 2004 Q1 Q2 20073GPP R4LCR TDD3GPP R5HSDPA单载波单载波3GPP R6MBMS3GPP R6 or R7HSUPA 在在3GPP R83GPP R8版本中出现版本中出现LTE(Long Term Evolution)LTE(Long Term Evolution)23TD-SCDMA的工作频段：主要工作频段A频段：1880-1920MHzB频段：2021-2025MHz补充工作频率C频段：2300-2400MHz10055 202120212021 2025202110080 202110120 2024目前现网主用的B频段 频点号 频率值 TD-SCDMATD-SCDMA频谱资源分配及可用频谱资源频谱资源分配及可用频谱资源24TD-SCDMATD-SCDMA网络构造网络构造-R99-R99固定网络分组交换域MSCGMSC电路交换域SS7Node BRNCNode BRNCIurIubIubIu-CSIu-PSR99网络架构下的组网形态25TD-SCDMATD-SCDMA网络构造网络构造-R99-R99R99主要变化表达在无线侧：一个全新的无线接入网络-UTRAN，提高了频谱利用率和数据传送能力；支持AMR语音编解码技术，提高话音质量和系统容量;Iub, Iur和Iu接口基于ATM技术，Iub开放;R99核心网侧的主要特点和变化：核心网络逻辑上划分为CS电路域和PS分组域，核心网网络架构和GSM/GPRS保持一致，核心网和接入网之间的Iu接口引入ATM;核心网络电路域基于TDM承载技术，信令是RANAP,MAP,ISUP/TUP, 并引入电路域基于64K UDI的视频业务;核心网络分组域基于GPRS技术，GTP隧道延伸到接入网;TC单元放置在核心网侧;UMTS/GSM系统间切换和漫游的考虑;系统平安性的增强;26TD-SCDMATD-SCDMA网络构造网络构造-R4-R4固定网络分组交换域电路交换域Node BRNCNode BRNCIurIubIubIu-CSIu-PS GMGW GMSC Server MGW ServerSS7/TDMSS7/IPNcNbMcMcR4网络架构下的组网形态27TD-SCDMATD-SCDMA网络构造网络构造-R4-R4R4标准是R99标准的超集，反向兼容R99网络； R4更多在网络构造层面发生变化：电路域引入基于软交换的控制和承载别离构架；R4电路域支持多种方式的核心网络承载技术：TDM /ATM /IP，标准的多样性使运营商可以根据自身的特点选择其3G核心网络的承载模式, 在不损失业务能力的前提下，充分发挥运营商已有网络资源的优势R4的信令增加可选类型：基于IP承载的SS7信令 ； 基于BICC的电路域呼叫信令;R4承载和控制别离模型下，可以引入TrFO功能，通过带外信令建立免编解码器的话路连接，TC单元被延伸到网关侧，节省网络建立投资；R4标准引入新的业务与网络构造根本无关，R4对MMS、LCS、 OSA、STREAM等业务做了增强，但其业务架构同样适用于R99的网络构造；28TD-SCDMATD-SCDMA网络构造网络构造-R5-R5固定网络分组交换域电路交换域Node BRNCNode BRNCIurIubIubIu-CSIu-PS GMGW GMSC Server MGW ServerSS7/TDMSS7/IPNcNbMcMcMGCFCSCFIMS域R5网络架构下的组网形态29R5引入IP多媒体域IMS，在IMS域实现全业务的融合思路。 IMS域为叠加域，在R99、R4的网络架构下均可以叠加；引入基于SIP的多媒体呼叫信令协议，实现端到端的IP多媒体业务；为了解决用户IP地址的问题，IPv6成为网络必选，IPv4成为网络可选；HLR演进为HSS系统，同 HLR 不同的是，其除原先的用户数据存储外，还要存储用户的Profile信息，甚至包括用户的业务逻辑，支持Diameter， XML 协议 等。R5之后WCDMA的核心网主架构根本稳定，R6/R7以后主要是业务功能的增强和完善，包括：Iu-flex、WLAN和3G的融合、MBMS、Presence、DRM、GUP等等。TD-SCDMATD-SCDMA网络构造网络构造-R5-R530TD-SCDMATD-SCDMA网元构造网元构造UE： UE是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等。UE通过Uu接口与网络设备进展数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、宽带话音、移动多媒体、Internet应用如E-mail、WWW浏览、FTP等。NodeB： Node B是系统的基站即无线收发信机，包括无线收发信机和基带处理部件。通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。31TD-SCDMATD-SCDMA网元构造网元构造RNC： RNC(Radio Network Controller)是无线网络控制系统信息播送、准入控制等系统接入控制功能；切换、寻呼、定位等移动性管理功能；RRC连接建立和释放、无线环境勘测(测量无线信道，估计信道质量) 、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能；平安功能NAS消息的CN分发功能业务量上报用于计帐CN： VMSC/VLR是核心网CS域功能节点，提供CS域的呼叫接续、移动性管理、鉴权和加密等功能。GMSC是移动网CS域与外部网络之间的网关节点，完成VMSC功能中的呼入呼叫的路由功能。SGSN是核心网PS域功能节点，提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。GGSN是网关GPRS支持节点，提供数据包在移动网和外部数据网之间的路由和封装32核心无线终端芯片测试 仪表直放站大唐鼎桥中兴普天天线三星英华达迪比特LG联想海尔TCL苏高宇龙多普达联芯天碁ADI展迅重邮信科泰克安捷伦R&S中创信测湖北众友安立星河亮点西安海天中山通宇电子14所安德鲁邮科京信虹信汉铭嘉载贝卡华为中兴诺基亚北电爱立信大唐华立中兴新邮通海信夏新波导Moto龙旗德信希姆通TD-SCDMATD-SCDMA产业链状况产业链状况3333 现阶段上海移动TD无线网设备主要采用华为、大唐和新邮通三家通信厂商的RAN设备，其中华为设备主要覆盖市区全部、除青浦、嘉定、崇明等区县以外的绝大局部郊区，大唐设备主要覆盖青浦、嘉定及宝山、松江、闵行局部区域，新邮通设备主要覆盖崇明三岛区域。 市区全部郊区大部除青浦、嘉定和崇明青浦、嘉定宝山、松江、闵行局部区域崇明三岛上海上海TD-SCDMATD-SCDMA RANRAN网络概况网络概况34TD-SCDMATD-SCDMA无线根本原理无线根本原理1 TD-SCDMA无线根本原理35双工间隔: 190 MHzFDD时间频率功率5 MHz5 MHzULDLUMTS 用户1UMTS 用户2时间频率功率TDD5 MHzDLULDLDL675 msULUMTS 用户2UMTS 用户1双工间隔: 190 MHzFDD时间频率功率5 MHz5 码分多址 & 频分双工ULDLUMTS 用户 1 UMTS 用户 2 时间频率功率TDD1.28 MHzDLULDL码分多址 & 时分双工DLmsULUMTS 用户 2UMTS 用户 1 频分双工 Vs 时分双工 双工接入技术双工接入技术36 频分双工频分双工FDDFDD：以不同频率区分上行和下行：以不同频率区分上行和下行 优点：实现简单优点：实现简单 缺点：上下行业务不对称时主要是数据业务频谱利用效率低缺点：上下行业务不对称时主要是数据业务频谱利用效率低 时分双工时分双工TDDTDD：以不同时隙区分上行和下行：以不同时隙区分上行和下行 优点优点 在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时隙，频在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时隙，频谱效率高谱效率高 上行和下行使用一样频率载频，便于引入智能天线、联合检测等新上行和下行使用一样频率载频，便于引入智能天线、联合检测等新技术技术 缺点缺点 实现较复杂，需要实现较复杂，需要GPSGPS同步同步 和和CDMACDMA技术一起使用时，上下行之间的干扰控制难度较大技术一起使用时，上下行之间的干扰控制难度较大双工接入技术双工接入技术37n 用户通过被分配的频率、时隙和码字来区分多址接入技术多址接入技术38多址接入技术多址接入技术0上行+下行频点 F1Dwpts GP Uppts1 2 3 4 5 6SF = 1SF = 2SF = 4c1,1 = (1)c2,1 = (1,1)c2,2 = (1,-1)c4,1 = (1,1,1,1)c4,2 = (1,1,-1,-1)c4,3 = (1,-1,1,-1)c4,4 = (1,-1,-1,1)C8,1C8,2C8,3C8,4SF = 1SF = 2SF = 4c1,1 = (1)c2,1 = (1,1)c2,2 = (1,-1)c4,1 = (1,1,1,1)c4,2 = (1,1,-1,-1)c4,3 = (1,-1,1,-1)c4,4 = (1,-1,-1,1)C8,1C8,2C8,3C8,4上行：F1F1TS1TS1下行：F1F1TS6TS6C16.1&2C16.1&2码分复用39CDMACDMA扩频技术扩频技术40CDMACDMA扩频技术扩频技术41CDMACDMA实现原理码序列的相关性实现原理码序列的相关性CDMA实现原理：码序列的相关性相关（相关性100 ）不相关（0相关） (a)(b)+1-1+1-1+1-1+142CDMACDMA扩频原理扩频扩频原理扩频UE1: 11 1UE2:11 c1:1 1 1 1 1 1 1 1 c2:1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1：1 1 1 1 1 1 1 1 UE2c2：1 1 1 1 1 1 1 1 UE1c1UE2c2：0 2 0 2 0 2 0 2 用户扩频过程43CDMACDMA扩频原理解扩扩频原理解扩UE1c1 UE2c2：0 2 0 2 0 2 0 2 UE1使用使用c1解扩：解扩：c11 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果：解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2积分判决：积分判决：4表示表示1 4表示表示1UE2使用使用c2解扩：解扩：c21 1 1 1 1 1 1 1 解扩结果：解扩结果： 0 2 0 2 0 2 0 2积分判决：积分判决：4表示表示1 4表示表示1用户解扩过程44系统所允许的最大干扰电平系统所允许的最大干扰电平解调门限解调门限 功率谱功率谱可以给所有用户共享的功率可以给所有用户共享的功率a2Tbit = Ebit解扩用户增益增益其他用户干扰信号其他用户干扰信号EchipEb / No = Ec / Io 增益CDMACDMA实现原理频域解释实现原理频域解释45TD-SCDMATD-SCDMA通信模型通信模型信源信源解码解码信源信源编码编码Interleavingdeinterleaving信道信道编码编码交织交织去交织去交织信道信道解码解码调制调制解调解调射频射频发射发射射频射频接收接收无线信道无线信道加扰加扰解扰解扰扩频扩频解扩解扩时隙时隙突发突发脉冲脉冲时隙时隙信息信息提取提取46Bit比特：经过信源编码的，含有信息的数据Symbol符号：经过信道编码、交织后的数据Chip码片：经过最终扩频得到的数据Chip Rate (cps)：码片速率，CDMA系统的根底参数Spreading FactorSF，扩频因子：扩频码的长度符号速率SF码片速率常用术语常用术语47TD-SCDMATD-SCDMA信源编码信源编码TD-SCDMA与WCDMA系统均采用AMR(Adaptive Multi-Rate)语音编码n编码共有8种，速率从，与目前各种主流移动通信系统使用的编码方式兼容，有利于涉及多模终端12.2Kbps(GSM-EFR)12.2Kbps(GSM-EFR)，7.40Kbps(IS-6417.40Kbps(IS-641，US-TDMA speech US-TDMA speech codec)codec)，6.70kbps(PDC-EFR)6.70kbps(PDC-EFR)，48TD-SCDMATD-SCDMA信道编码信道编码l信道编码的作用：增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 191 20 21 22l编码类型n语音编码：卷积码(1/2、1/3)n数据业务：卷积码或Turbo码编码效率将直接影响用户对数据业务的体验根据信道质量情况，动态调整编码方式(AMC技术)，可以极大地提高有效数据速率 49TD-SCDMATD-SCDMA无线帧构造无线帧构造Frame # iFrame # i+1Radio Frame 10msSub Frame # 1Sub Frame # 2Sub Frame 5msTS0TS5TS6TS1TS2TS3TS450子帧构造子帧构造TS0TS5TS6TS1TS2TS3TS4Sub Frame 5ms (6400Chip)DwPTS(96Chips)GP(96Chinps)UpPTS(160Chips)Switching PointSwitching Point(864Chips)TD-SCDMATD-SCDMA无线帧构造无线帧构造Sub Frame # 151 定时时间提前量TA (Time Advanced)2 t TA最大值：GP (96chips)TS3TS2TS5TS4TS6TS1基站发射TS0GTS3TS2TS5TS4TS6TS1UE接收TS0tGTS3TS2TS5TS4TS6TS12tUE发射TS0GTD-SCDMATD-SCDMA系统覆盖范围系统覆盖范围52TD-SCDMATD-SCDMA常规时隙构造常规时隙构造 Midamble码：又称为训练序列，用于信道估计，估计结果用于联合检测算法 物理层控制信息：物理层过程如功率控制、上行同步等的控制信号MidambleGP16业务数据675 ms业务数据物理层控制信息53TD-SCDMATD-SCDMA使用的扩频码：使用的扩频码：OVSFOVSFn OVSF：正交可变扩频因子，由Walsh矩阵生成l码道定义：Cch SF, k, SF为扩频因子，k 为码道号, 0 k SF-1SF = 1SF = 2SF = 4Cch 1,0 = (1)Cch 4,0 =(1,1,1,1)Cch 4,1 = (1,1,-1,-1) Cch 4,2 = (1,-1,1,-1)Cch 4,3 = (1,-1,-1,1)Cch 2,1 = (1,-1)Cch 2,0 = (1,1)54典型业务典型业务数据速率数据速率(Kbps)下行码道资下行码道资源源上行码道资源上行码道资源AMR12.2K语音业务下行：12.2+3.4上行：12.2+3.42个SF16的码道1个SF8的码道可视电话 (Video Phone)下行：64+3.4上行：64+3.48个SF16的码道1个SF2的码道PS 128k下行：128+3.4上行：16+3.41个SF1的码道即整个时隙1个SF8的码道 TD-SCDMA使用的上行扩频因子为1/2/4/8/16，下行为1或16TD-SCDMATD-SCDMA典型业务需要的扩频码资源典型业务需要的扩频码资源55用户业务在时隙中的分配用户业务在时隙中的分配PCCPCHPCCPCHSCCPCHSCCPCHSCCPCHSCCPCHPICHFPACHTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6PICHPRACHUser A语音User AUser AUser C可视电话可视电话User CUser CUser CUser CUser CUser CUser CUser CUser DUser DPS 128KUser B语音语音User BUser B56TD-SCDMATD-SCDMA系统扩频码、扰码的区别系统扩频码、扰码的区别区别1：作用不同扩频码用于区分同一个小区一样时隙内的不同用户扰码用于区分不同小区，相邻小区需要分配不同的扰码区别2：对码序列的相关性的要求不同扩频码只需要关注码间互相关特性扰码不但关注码间互相关特性，还要考虑码本身的自相关特性57TD-SCDMA使用Gold序列Gold序列：由m序列的不同相位异或而成比m序列数量多： 2n-1个n为移位存放器长度 码间干扰比m序列稍大大10左右TD-SCDMA的扰码长度固定为16chips，共有128个TD-SCDMATD-SCDMA使用扰码序列使用扰码序列58TD-SCDMATD-SCDMA调制技术调制技术调制是指把需要传递的消息送上射频信道不同的调制方式可以极大地影响空中接口提供数据业务的能力QPSK：定义4个相位，每个相位需要2个比特表示0o0090o01 180o10 270o1116QAM：定义16个相位，每个相位由4个比特表示 0oo0001 45oo001190oo0101 135oo0111 180oo0001 235oo0011270oo0101 315oo011159QPSK4 相移键控相移键控16QAM16 正交幅度调整正交幅度调整用于HSDPATD-SCDMATD-SCDMA调制技术调制技术60TD-SCDMATD-SCDMA关键技术关键技术1 TD-SCDMA关键技术61时分双工方式时分双工方式联合检测联合检测智能天线智能天线上行同步上行同步软件无线电软件无线电接力切换接力切换功率控制功率控制.TS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6动态信道分配动态信道分配 TD-SCDMATD-SCDMA关键技术关键技术62 联合检测联合检测 (Joint Detection)(Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切换 (Baton Handover)63多址干扰多址干扰 (MAI)多径干扰多径干扰 (ISI)扩频信号功率MAI有用信号acb+=移动通信系统中的干扰移动通信系统中的干扰64传统接收机解调技术传统接收机解调技术 每个用户的信号“分别进展扩频码匹配处理 只有在理想正交的情况下，才能完全消除多址干扰的影响能量频率MAIISI热噪声传统接收机解调传统接收机解调能量频率MAIISI热噪声CDMA信号在空中传输信号在空中传输65联合检测的设计思想联合检测的设计思想对多个用户的信号的多径分量进展“联合处理，充分利用用户信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息，大幅度降低多径和多址干扰能量频率MAIISI热噪声CDMA信号在空中传输信号在空中传输使用联合检测使用联合检测能量热噪声66联合检测的数学模型联合检测的数学模型K个用户信道估计AK个用户联合检测用户1用户2用户K接收接收数据数据E用户用户数据数据X甲卷：甲卷：e1 = a11*x1 + a21*x2其中其中e1, a11, a21，求解，求解x1合卷：合卷：e1 = a11*x1 + a21*x2 e2 = a12*x1 + a22*x2 其中其中e1, e2, a11, a12 , a21, a22求解求解x1 , x2 e = AX，确定性计算，确定性计算乙卷：乙卷：e2 = a12*x1 + a22*x2 其中其中e2, a12, a22，求解，求解x267联合检测的信道模型联合检测的信道模型数据估计器n d：用户要传输的数据c：用户使用的扩频码n h：信道冲激响应n：高斯白噪声n e：基站接收到的数据68联合检测的信道估计联合检测的信道估计 只要接收端知道A (扩频码c和信道脉冲响应h)，就可以估计出符号序列d 扩频码c，信道脉冲响应h可以利用突发构造中的训练序列Midamble求解nAdeh MM*h = Mh = M* */ M/ M69联合检测算法联合检测算法线性检测算法匹配滤波算法：MF迫零块均衡算法：ZF-BLE最小均方误差块均衡算法：MMSE-BLE非线性检测算法迫零反响算法：ZF-DF最小均方误差反响算法：MMSE-DF70各算法性能比较各算法性能比较0510152010-210-1100 Eb0/N0*Ka (dB) raw BER UpLink-81Q16 Ka=1 case33 vector0 v=120ch0-mf ch0-zf ch0-mmsech1-mf ch1-zf ch1-mmseCH0 理想信道无噪声理想信道无噪声CH1 噪声噪声+多用户多用户71联合检测的效果联合检测的效果 减少多址干扰和多径干扰，提高系统容量 减少噪声上升，提高覆盖 抑制CDMA特有的“远近效应，降低对功率控制的要求72联合检测的后续开展联合检测的后续开展 更快 加快计算速度，支持更多用户数，提高系统容量 更准 改进算法，支持对同频小区间用户的联合检测，进一步降低干扰 改进信道估计方法，尽量防止由于信道估计不准确影响干扰消除效果73 联合检测 (Joint Detection) 智能天线智能天线 (Smart Antenna)(Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切换 (Baton Handover)74智能天线的设计思想智能天线的设计思想l没有智能天线的情况下，小区间用户干扰严重l使用智能天线的情况下，小区间用户干扰得到极大改善75智能天线系统的组成智能天线系统的组成天线阵列圆阵或线阵收发信机一个阵元一套射频收发单元智能天线算法PAPAPAS(t)w1w2w8合分路器件加权76智能天线算法根本原理智能天线算法根本原理上行：基站根据各个阵元接收信号的相位差估计UE的方向下行：根据UE的方向，调整各个阵元上的振幅和相位，形成指向该UE的指向波束aka1.deka1ka0eka077智能天线算法实现模型智能天线算法实现模型天线阵列下行赋形下行数据信道估计赋形参数估计空域滤波联合检测上行用户数据78智能天线的天线阵智能天线的天线阵圆阵天线线阵天线79智能天线应用演示：多个用户波束赋形智能天线应用演示：多个用户波束赋形80关闭第关闭第 8 8 根天线的发送通路根天线的发送通路81关闭第关闭第 7-8 7-8 根天线的发送通路根天线的发送通路82关闭第关闭第 3-8 3-8 根天线的发送通路根天线的发送通路83关闭第关闭第 2-8 2-8 根天线的发送通路根天线的发送通路84智能天线的效果智能天线的效果 对用户起到空间隔离、消除干扰的作用 最大化对期望用户的能量 最小化对其他用户的干扰用户间干扰用户间干扰被有效抑制被有效抑制85智能天线的效果智能天线的效果 ( (续续) ) 阵列天线和赋型算法可以提供15dB以上的额外增益，从而： 增加覆盖范围，减少站点数量基站数目平均降低50% 减少发射功率，延长移动台电池寿命 提高信号接收质量，增加系统容量86智能天线的效果智能天线的效果 ( (续续) ) 智能天线的发射增益比接收增益大仿真结果大约相差23dB，对于下行流量较大的非对称数据业务非常适合681012141618202210-310-210-1100Comparision in CASE3 channel on performance of Smart AntennaEb/N0*Ka(dB)BLERSA OFFSA ON 上行链路智能天线增益 下行链路智能天线增益8910111213141516171810-310-210-1100Comparision in CASE3 channel on performance of Smart AntennaEb/N0*Ka(dB)BLERSA OFFSA ON 87智能天线技术的后续开展智能天线技术的后续开展 开发双极化智能天线，减小天线尺寸和重量 采用光纤射频拉远单元 (RRU)，以光纤代替馈线，进一步降低天馈本钱88 联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步上行同步 (Uplink Synchronization)(Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切换 (Baton Handover)89上行同步的根本概念上行同步的根本概念ABCD时隙2A同一时隙同一时隙不同用户不同用户到达基站时间点对齐到达基站时间点对齐BCD90上行同步的目的上行同步的目的 减小小区内用户间的上行多址干扰和多径干扰，增加小区容量和小区半径 使TD-SCDMA具有区别于cdma2000和WCDMA的专利，拥有自主知识产权SF = 4Cch 4,0 = (1,1,1,1)Cch 4,1 = (1,1,-1,-1) Cch 4,2 = (1,-1,1,-1)Cch 4,3 = (1,-1,-1,1)1,1,-1,-11,-1,-1,1理想无时延理想无时延1,1,-1,-11,-1,-1,1延时延时1chip1,1,-1,-11,-1,-1,191上行同步建立上行同步建立UENode BUpPCH UpPTSFPACHPRACHRACHSCCPCHFACH终端选择SYNC-UL，以估算的时间和功率发送基站检测到SYNC-UL，并回送定时和功率调整调整定时和功率，发送随机接入请求发送随机接入响应后，进展后续的信令接续92上行同步保持上行同步保持SS BitsSS 命令命令含义含义00Down减小k/8 chip个同步偏移11Up增加k/8 chip个同步偏移01 Do nothing保持不变业务数据GP16业务数据SSMidamble144chips93 联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电软件无线电 (Soft Defined Radio)(Soft Defined Radio) TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切换 (Baton Handover)94软件无线电软件无线电SDRSDR的由来的由来 解决多制式系统的“互通性 军事上：“沙漠风暴行动中，各种通信设备的不兼容性暴露无疑，不得不借助许多额外的无线电台，才能保障高效的通信联络 民用方面：多种移动通信系统，各国制式、频率各不一样，不能互通、兼容，对于跨国漫游的人们带来了极大的不便 减少技术演进过程中的投资浪费 技术的演进需要更换硬件，极大地增加了设备投资的本钱：基站要全部更换95软件无线电软件无线电SDRSDR的设计思想的设计思想尽可能以软件算法实现射频硬件局部的功能构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成使A/D和D/A转换器尽可能靠近天线新一代无线通信系统具有高度灵活性、开放性96软件无线电软件无线电SDRSDR实现模型实现模型模拟前端模拟前端宽带宽带A/D数字数字下变频器下变频器高速高速DSP处理器处理器数字数字上变频器上变频器宽带宽带D/A97软件无线电软件无线电SDRSDR实现的难点实现的难点 高速数字信号采样技术 根据“奈奎斯特第一定律，要想无失真地传递某一频率的信号，需要以不低于该信号最高频率2倍的采样速率进展采样！ 例如：对于工作在2GHz的系统，采样频率要到达4GHz，目前的器件无法到达此要求 目前能够实现中频采样100MHz左右，射频前端采用模拟技术实现 随着技术的开展，采样点逐渐向射频前端推进，最终到达射频局部完全数字化的目标98采用采用SDRSDR技术的基站设备技术的基站设备MTRUMTRUMTRU基带处理单元基带处理单元FANPWRPWRMBBPMBBPMBBPMBBPUTRPGMPTTMPTTD-SCDMA维护单元维护单元传输子系统传输子系统多模、多制式基多模、多制式基带信号处理单元带信号处理单元GSM维护单元维护单元MTRUMTRUMTRU多模、多载波多模、多载波射频单元射频单元900M频段频段多模、多载波多模、多载波射频单元射频单元频段频段99SDRSDR基站设备的后续演进基站设备的后续演进MBBPMBBPLTELTEFANPWRPWRMBBPMBBPMBBPMBBPUTRPGMPTTMPT多模、宽带多模、宽带射频单元射频单元MTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUFANPWRPWRMBBPMBBPMBBPMBBPUTRPGMPTTMPTMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUMTRUFANPWRPWRMBBPMBBPUTRPGMPTTMPT100采用软件无线电后的效果采用软件无线电后的效果多种通信制式的设备共享硬件平台，节省机房，降低投资技术演进时只需要进展软件升级，新技术、新制式网络建立速度大大加快101 联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMATD-SCDMA无线资源管理无线资源管理5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切换 (Baton Handover)102无线资源管理无线资源管理RRMRRM的目的的目的RRM：Radio Resource ManagementRRM的目的保证CN所请求的QoS增强系统的覆盖提高系统的容量小区覆盖小区覆盖链路质量链路质量小区容量小区容量103RRMRRM的主要任务的主要任务贯穿整个贯穿整个RRM过程的主线：保证过程的主线：保证QoS，节约功率，减小干扰，节约功率，减小干扰 为了保证CN所请求的QoS，需要将QoS映射成接入层的一些特性，从而利用接入层的资源为本条连接效劳信道配置 在保证CN所请求的QoS的前提下，使用户的发射功率最小，从而减少该UE对于整个系统的干扰，提高系统的容量和覆盖功率控制 确保UE移动到其他小区系统后，能够继续得到效劳，以保证QoS切换控制104RRMRRM的根本流程的根本流程 Step1：上层发送测量控制命令 Step2：开场测量 测量的执行者：UE，NodeB，RNC Step3：生成测量报告 Step4：通过算法进展判决，决策 Step5：资源的控制和执行105CNCN所请求信道资源的所请求信道资源的QoSQoS特性特性业务类型Traffic Classes会话类业务Conversational流类业务Streaming交互类业务Interactive背景类业务Background质量要求BLER速率要求：VIP用户和普通用户可以不一样106 联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMATD-SCDMA无线资源管理无线资源管理5.1 5.1 动态信道分配动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation)(Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 接力切换 (Baton Handover)107动态信道分配动态信道分配DCADCA的效果的效果1 1：干扰最小化：干扰最小化频域频域 DCA (FDMA)业务动态地分配到干扰最小的频率上EnergyTimeFDMAFrequencyCDMATDMA时域时域DCA (TDMA)业务分配到干扰最小的时隙空域空域DCA (SDMA)自适应的智能天线技术选择最正确的自适应的智能天线技术选择最正确的解解耦方向耦方向码域码域DCA (CDMA)改变分配的码道来降低干扰108动态信道分配动态信道分配DCADCA的效果的效果2 2：带宽：带宽“按需分配按需分配系统容量传统信道配置业务源速率动态信道配置109带宽调整的判决带宽调整的判决MAC-dTransportChannelTraffic VolumeThresholdConfiguration in L2RLCSignaling bearerDCH1RLCTFC SelectDCH2Channel SwitchingDCCHDTCH对Buffer中Traffic Volume进展测量根据测量结果判决是否需要动态改变该UE所使用的带宽在判决过程中，需要考虑空中接口是否受限110慢速和快速慢速和快速DCADCA Slow DCA：小区载频优先级动态调整，载频上下行时隙分配与调整，各时隙优先级的动态调整 一般情况下，主载波优先级最高 时隙优先级有两种设置方式： TS2, TS5 TS3, TS6 TS1, TS4，适用于建网初期，容量小的场景 各时隙按照负荷均衡的原那么分配业务，适用于容量比较大的场景 FAST DCA：针对每个UE的信道资源的分配，主要是载频、时隙、信道码资源与Midamble码资源的分配管理111 联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMATD-SCDMA无线资源管理无线资源管理5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 5.2 功率控制功率控制 (Power Control)(Power Control)5.3 接力切换 (Baton Handover)112功控的目的功控的目的抑制远近效应抑制阴影衰落和快衰落降低网络干扰，提高业务质量提高系统容量113远近效应远近效应 CDMA自从被提出以来，一直没有得到大规模应用的主要问题就是无法抑制“远近效应弱信号被离基站近的弱信号被离基站近的UE的信号的信号“淹没，无法通淹没，无法通信信114无线通信的大敌：衰落无线通信的大敌：衰落020406080100120140160-100-80-60-40-20020406080距离接收信号阴影衰落路径损耗快衰落115采用功率控制后的效果采用功率控制后的效果0200400600800-20-15-10-505101520Relative power (dB)衰落衰落发射功率发射功率接收信号接收信号 116功率控制的类型功率控制的类型开环功率控制：用于初始接入过程闭环功率控制：用于业务进展过程上行、下行内环功率控制上行、下行外环功率控制117为什么使用开环功率控制？为什么使用开环功率控制？没有开环功控，造成没有开环功控，造成初始干扰大，而且闭初始干扰大，而且闭环功控收敛慢环功控收敛慢timepowertimepower使用开环功控后，初使用开环功控后，初始干扰变小，而且闭始干扰变小，而且闭环功控收敛很快环功控收敛很快118开环功率控制开环功率控制 UE通过测量导频信道的接收功率，计算上行初始发射功率 TD-SCDMA采用TDD方式，上行、下行频率一样，因此对于上行初始功率的估计更准确，开环功率控制效果好于FDD方式NodeBUERACHBCH: CPICH channel power UL interference level119闭环功率控制上行内环功率控制闭环功率控制上行内环功率控制NodeB控制UE的发射功率NodeBUE发送发送TPC200次次/秒秒上行信号上行信号设置SIRtarSIRmea SIRtarSIRmea BLERtarBLERmea BLERtarBLERmea = BLERtar SIRtar SIRtar Do nothing123闭环功率控制下行外环功率控制闭环功率控制下行外环功率控制UE通过动态调整SIRtar，间接控制NodeB的发射功率NodeB内环功控内环功控L1UEUE的L3软件模块测量接收信号的BLER，并与BLERtar相比较设置SIRtar124 联合检测 (Joint Detection) 智能天线 (Smart Antenna) 上行同步 (Uplink Synchronization) 软件无线电 (Soft Defined Radio) TD-SCDMATD-SCDMA无线资源管理无线资源管理5.1 动态信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制 (Power Control)5.3 5.3 接力切换接力切换 (Baton Handover)(Baton Handover)125切换的分类切换的分类硬切换任何移动通信系统都能够支持软切换CDMA特有WCDMA，cdma2000接力切换TD-SCDMA特有126硬切换硬切换UE 移动方向移动方向目标小区目标小区源小区源小区time通话通话“缝隙缝隙”硬切换的特点先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路通话会产生“缝隙127软切换软切换 软切换特点 先建立目标小区链路，后中断源小区链路，可以防止通话“缝隙 CDMA系统所特有，而且只能发生在同频小区间 软切换比硬切换占用更多的系统资源UE 移动方向移动方向目标小区目标小区源小区源小区time没有通话没有通话“缝隙缝隙128接力切换接力切换接力切换的设计思想利用上行同步技术，在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而到达减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的接力切换的优势相对于软切换，占用系统资源少，提高了系统容量相对于硬切换，业务中断时间很短，且掉话率低129接力切换接力切换 ( (续续) )源小区源小区目标小区目标小区源小区源小区目标小区目标小区业务同步预 同 步源小区源小区目标小区目标小区切换前切换前切换中切换中切换后切换后130TD-SCDMATD-SCDMA关键技术关键技术信号强度 (RSCP)信号质量 (Ec/No)干扰电平 (ISCP)测量判决执行是否切换？向哪个小区切换？Step1：UE预同步Step2：RNC向目标小区下发切换请求Step3：RNC通过源小区向UE下发切换命令131TD-SCDMATD-SCDMA无线接口物理层无线接口物理层1 TD-SCDMA无线接口物理层132n 用户通过被分配的频率、时隙和码字来区分TD-SCDMATD-SCDMA无线资源构成无线资源构成133TD-SCDMATD-SCDMA无线帧构造无线帧构造Frame # iFrame # i+1Radio Frame 10msSub Frame # 1Sub Frame # 2Sub Frame 5msTS0TS5TS6TS1TS2TS3TS4134子帧构造子帧构造TS0TS5TS6TS1TS2TS3TS4Sub Frame 5ms (6400Chip)DwPTS(96Chips)GP(96Chinps)UpPTS(160Chips)Switching PointSwitching Point(864Chips)TD-SCDMATD-SCDMA无线帧构造无线帧构造Sub Frame # 1135DwPTSDwPTS：下行导频时隙：下行导频时隙GP (32chips)SYNC_DL(64chips)75 ms 96chipsn DwPTSn 用于下行同步和小区初搜；n 32组不同的SYNC_DL码，每个小区用1个SYNC_DL码，由网络规划确定；n 对SYNC_DL码DwPCH不进展扩频、加扰操作；n DwPCH需全小区覆盖，不进展波束赋形；n DwPCH以恒定功率发射，不进展功率控制；n DwPCH的发射功率由网络规划确定，由高层RRC层指示136GPGP：保护时隙：保护时隙GP75 ms 96chipsn GP 96 Chips保护时隙，时长75us 用于下行到上行转换的保护 在小区搜索时，确保DwPTS可靠接收，防止干扰UL工作 在随机接入时，确保UpPTS可以提前发射，防止干扰DL工作137UpPTSUpPTS：上行导频时隙：上行导频时隙n UpPTSn 用于建立上行初始同步和随机接入；n 整个系统共有256个不同的SYNC_UL码，分成32个码组，对应32个SYNC_DL码；n 对SYNC-UL码UpPCH不进展扩频、加扰操作；n UpPCH信道是否需波束赋形，由NodeB从UE上行信号中获得的初始波束赋形参数决定；n UpPCH信道的发射功率，在上行同步阶段，由UE按照开环功控算法计算初始发射功率；GP (32chips)SYNC_UL(128chips)125 ms 160chipsTD-SCDMATD-SCDMA常规时隙常规时隙TS0TS0TS6TS6构造构造 Midamble码：又称为训练序列，用于信道估计，估计结果用于联合检测和智能天线算法 物理层控制信息：物理层过程如TFCI、TPC、SS等的控制信号业务数据GP16业务数据675 ms，864chips物理层控制信息Midamble144chips352chips352chipsTD-SCDMATD-SCDMA物理层控制信息物理层控制信息 TPC：Transmission