DSCDMA系統(tǒng)原理培訓

TD-SCDMA系統(tǒng)知識,TD-SCDMA 概 述,TD-SCDMA 關鍵技術,TD-SCDMA 系統(tǒng)特點,TD-SCDMA概述,移動通信的演進,TD-SCDMA的發(fā)展歷程,TD-SCDMA簡介,TD-SCDMA的業(yè)務,1G 80年代,模擬,2G 90年代,數(shù)字,3G,IMT-2000,AMPS,TACS,NMT,其它,模,擬,技,術,GSM,CDMA,IS95,TDMA,IS-136,PDC,需求驅動,數(shù),字,技,術,語,音,業(yè),務,UMTS,WCDMA,CDMA,2000,需求驅動,寬,帶,業(yè),務,TD-,,SCDMA,TD-SCDMA,概述,移動通信技術發(fā)展,TD-SCDMA,概述,TD-SCDMA支持的業(yè)務,,TD-SCDMA簡介,網(wǎng)頁瀏覽,可視電話,1.高帶寬,2.多媒體,電話會議,TD-SCDMA,概述,TD-SCDMA支持的業(yè)務,,TD-SCDMA簡介,3.流媒體業(yè)務,電子商務,內(nèi)容下載,......,在線觀看,1995年大唐通信開始預研TD-SCDMA技術,1998年11月赫爾辛基會議TD成為ITU/3G候選方案,2000年5月會議伊斯坦布爾會議TD成為國際第三代移動通信標準之一,2002年2月第一次TD現(xiàn)場網(wǎng)絡設備演示,TD-SCDMA,發(fā)展歷程,2002年10月23日信息產(chǎn)業(yè)部公布3G頻率規(guī)劃,TD-SCDMA,發(fā)展歷程,2003年12月國家下達TD專項資金,2004年12月TD國家專項試驗網(wǎng)啟動,2006年規(guī)模商用,TD-SCDMA系統(tǒng)特點,CDMA簡介,多址技術,雙工方式,同步技術,擴頻技術,物理信道,TD-SCDMA,概述,TD-SCDMA,（,Time Division,－,Synchronous Code Division Multiple Access,,）的簡寫。,,,是一個時分同步,CDMA,系統(tǒng)。,,,TD-SCDMA簡介,,時分？,,同步？,,CDMA？,CDMA是碼分多址（,Code Division Multiple Access）,的英文簡寫。,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,CDMA簡介,信號1,偽隨機二進制序列1,擴頻后信號1,偽隨機二進制序列1,(相關器),,接收機,信號1,信號2,偽隨機二進制序列2,擴頻后信號2,偽隨機二進制序列2,信號2,信號N,偽隨機二進制序列N,擴頻后信號N,偽隨機二進制序列N,信號N,相關概念：多址技術和擴頻技術,擴頻技術,:將信息的頻譜展寬后進行傳輸。,頻譜的展寬通過擴頻碼序列調制的方式實現(xiàn),,采用的擴頻碼序列與原信息無關,,擴頻碼序列隨機產(chǎn)生,,接收端相關解調來解擴,擴頻技術,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,擴頻方式,跳頻,(FH),,跳時,(TH),,直接擴頻,(DS),擴頻技術,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,直接擴頻,壓縮頻譜,提取有用信號,擴頻技術的影響,香農(nóng)公式： C = B × log,2,（1+ S/N ）,在頻帶寬度增加的情況下，可在較低的信噪比下，保持相當?shù)娜萘?。甚至頻寬足夠大時，在信號幾乎被噪聲淹沒的情況下，也能可靠地通信。,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,擴頻技術的影響,我們可以不斷增加用戶直到整個背景噪音限制了我們。如果能控制住用戶的信號強度，在保持高質量通話的同時，我們就可以容納更多的用戶。,德語,英語,漢語,法語,韓語,帶寬,編碼,載波,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,TD-SCDMA,GSM,使用直接擴頻技術,,抗干擾能力強,,保密性高,,容量大,使用跳頻技術,,抗干擾能力強,,,擴頻技術的影響,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,相關概念：多址技術和擴頻技術,多址技術,多址技術,:眾多用戶如何共享傳輸媒體,它是任何空中接口設計的基礎。,基本的多址技術有三種：,FDMA,FDMA,CDMA,TDMA,:每個用戶分在不同的頻率上,一個信道是一個頻率。,頻分多址,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,時分多址,多址技術,TDMA,：每個用戶在不同的時間窗口中(時隙),一個信道是一個在特定頻率上的特定的時隙,。,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,碼分多址,多址技術,CDMA,：每個用戶使用相同的頻率,使用碼子來區(qū)分彼此,一個信道是一個(一套)特別的碼子code pattern(s)。,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,TD-SCDMA,多址技術,：FDMA、CDMA、TDMA的最優(yōu)結合,。,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,1.6,MHz,16,code can be used,Each user are identified by each CDMA code,timeslot,,downlink,downlink,downlink,uplink,time,code,frequency,TD-SCDMA,多址技術,：FDMA、CDMA、TDMA的最優(yōu)結合,。,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,FDMA,CDMA,TDMA,TD-SCDMA,GSM,多址技術與GSM的比較,FDMA、CDMA、TDMA的最優(yōu)結合.,,頻譜利用率最高,單載波支持23個用戶使用,系統(tǒng)容量大.,FDMA、TDMA的結合.用戶在不同頻道上通信,每頻道分8個時隙,可供8個全速率用戶同時使用.有效利用頻譜資源,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,CDMA和WCDMA都有呼吸效應,呼吸效應：,,小區(qū)的覆蓋半徑隨著用戶數(shù)和業(yè)務情況的變化而變化，體現(xiàn)為“軟容量”，形成動態(tài)網(wǎng)絡。,呼吸效應是一般,CDMA,系統(tǒng)的一個天生缺陷。,,,CDMA,和,WCDMA,主要靠功率控制技術來降低自干擾，并沒有從根本上消除自干擾，所以呼吸效應現(xiàn)象明顯。,,多址技術與CDMA的比較,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,干擾受限系統(tǒng),TD-SCDMA基本沒有呼吸效應,,TD-SCDMA,的每個載波僅占,1.6MHz,帶寬，每個載波又進一步劃分出多個時隙,,通過低帶寬,FDMA,和,TDMA,時隙的劃分消除了系統(tǒng)的絕大部分干擾,每個時隙中采用,CDMA,技術來提高容量，產(chǎn)生呼吸效應的唯一原因是單時隙中多個用戶之間的自干擾,,單時隙最多只能支持,8,個,12.2k,的話音信道，單時隙用戶數(shù)量少使自干擾較少,碼道受限系統(tǒng),沒有呼吸效應,多址技術與CDMA的比較,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,FDD,雙工方式,：是將上行（發(fā)送）和下行（接收）的傳輸使用分離的兩個對稱頻帶的雙工模式。,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,TDD,雙工方式,：上行和下行的傳輸使用同一頻帶的雙工模式，根據(jù)時間來區(qū)分上、下行并進行切換。,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,TDD,FDD,雙工方式與GSM的比較,不需成對頻率,,上下行鏈路業(yè)務共享同一信道,,適于非對稱業(yè)務,GSM,TD-SCDMA,需成對的頻率,,適于語音等對稱業(yè)務,,對于非對稱業(yè)務頻譜利用率大大降低,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,TDD的影響,上下行鏈路按需分配,,特別適合非對稱業(yè)務（因特網(wǎng)業(yè)務）,TD-SCDMA采用TDD而優(yōu)勢明顯：,Internet,High data rate,Low data rate,D,D,D,U,U,U,3 up and 3 down,D,D,D,D,U,U,2 up and 4 down,1 up and 5 down,U,D,D,D,D,D,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,TDD的影響,,頻譜得到最大限度利用,不需要雙工器節(jié)省設備成本,,優(yōu)勢,劣勢,保持大容量前提下，覆蓋距離受限,支持移動速度難以與FDD模式相比,便于智能天線等新技術使用,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,網(wǎng)絡同步,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,TDD系統(tǒng)要求各個基站之間同步,,同步目的：相鄰基站的收發(fā)時隙不能交叉，否則將出現(xiàn)嚴重干擾。,,同步精度：微秒級,,同步方式：GPS同步,基站需要安裝GPS天線,項 目,參 數(shù),,工作頻段,可使用工作頻段,1900MHz～1920MHz,,2010MHz～2025MHz,,擴展頻段,1880～1900 MHz,,2300～2400 MHz,,ITU規(guī)定頻段,2010MHz～2025MHz,信道號,10050～10125,,工作帶寬,15MHz,,載波數(shù),9個（每5 MHz含3個載波）,,信道號和載波中心頻率的對應關系,N =5F（F為載波中心頻率，0.0≤F≤3276.6MHz）,,TD-SCDMA工作頻段,TDD工作頻段,基本參數(shù)和特點1,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,基本參數(shù)和特點2,項 目,參 數(shù),載波中心頻率,2010.8 MHz、2012.4 MHz、2014.0 MHz,,2015.8 MHz、2017.4 MHz、2019.0 MHz,,2020.8 MHz、2022.4 MHz、2024.0 MHz,信道帶寬,1.6MHz,信道速率,1.28Mchip/s,擴頻方式,直接擴頻碼分多址（DS-CDMA）,業(yè)務信息速率,最高2Mbit/s，速率可變,TD-SCDMA,系統(tǒng)特點,TD-SCDMA,的物理信道,無線幀長10ms，含2個子幀，各5ms，每個子幀由3個特殊時隙DwPTS、UpPTS、GP和7個常規(guī)時隙TS0—TS6組成。,TD-SCDMA的物理信道采用四層結構：,,系統(tǒng)幀號、無線幀、子幀、時隙/碼,下行導頻時隙DwPTS,每個子幀中 DwPTS(SYNC_DL)的設計目的是為下行導頻和下行同步。由 Node B以最大功率在全方向或在某一扇區(qū)上發(fā)射。,SYNC-DL(64chips,),GP(32chips),DwPTS的突發(fā)結構,TD-SCDMA,的物理信道,SYNC_DL碼：同步碼--標識小區(qū),,用于初始小區(qū)搜索過程中,UE,下行同步,,相鄰小區(qū)有不同的,SYNC_DL,碼，從而,UE,可以識別小區(qū),解決TDD系統(tǒng)的小區(qū)搜索問題。,上行導頻時隙UpPTS,每個子幀中的 UpPTS SYNC_UL 是為上行導頻和上行同步而設計的。當UE處于空中登記和隨機接入狀態(tài)時它將通過發(fā)射 UpPTS 發(fā)送接入請求。,SYNC-UL(128chips),GP(32chips),UpPTS的突發(fā)結構,TD-SCDMA,的物理信道,SYNC_UL碼：,,隨機接入和切換過程中，,UE,初始上行同步的建立,,初始波束賦形測量,防止接入信號和正在工作的碼道混在一起。,保護時隙GP,GP：由發(fā)射向接收轉換的保護間隔為 75us(96chips),,,用于上行同步建立過程中的傳播時延保護。,,避免上下行干擾。,TD-SCDMA,的物理信道,TD-SCDMA基站小區(qū)覆蓋半徑依賴于GP：,,,D = C×T,DP,/2 =11.25km,D：小區(qū)覆蓋半徑,,C：電波在自由空間的傳播速度，為300m/us,,業(yè)務時隙,7個常規(guī)時隙中：,,,Ts0,總是分配給下行鏈路。,,,Ts1,總是分配給上行鏈路。,,其余時隙根據(jù)業(yè)務類型按需分配。,TD-SCDMA,的物理信道,TD-SCDMA每一個子幀有兩個轉換點：,,、 各一個,UL轉DL,DL轉UL,上行鏈路的時隙和下行鏈路的時隙之間由轉換點分開。,TD-SCDMA,的物理信道,DL轉UL的時間點固定為DwPTS之后,TS5,TS4,TS2,TS1,TS3,TS6,TS1,,,,DwPTS,GP,UpPTS,第一轉換點,TD-SCDMA,的物理信道,UL轉DL時間點并不固定,第二轉換點,第二轉換點,第二轉換點,根據(jù)業(yè)務需求不同,進行上下行時隙分配，置于TS1～TS6中間上行最后一個時隙的結束時刻,TD-SCDMA,的物理信道,TD-SCDMA關鍵技術,智能天線,上行同步,動態(tài)信道分配技術,聯(lián)合檢測,接力切換,3G,的主要目標,完成全球漫游,,適應多種環(huán)境：微微小區(qū)、微小區(qū)、宏小區(qū)等，同時達到地面和衛(wèi)星移動相結合,,提供多種業(yè)務,,,支持高速運動,,具有較高的頻譜利用率和較大的系統(tǒng)容量,,具有良好的經(jīng)濟性,3G是多無線接入技術,共存的移動通信系統(tǒng)，因此,3G,的主要目標是：,室內(nèi)環(huán)境，數(shù)據(jù)業(yè)務速率至少達到,2Mbit/s(3km/h),,室內(nèi)外步行環(huán)境至少滿足,384kbit/s,（,30km/h,）,,室外車載移動環(huán)境至少滿足,144 kbit/s(TDD120km/h,，,FDD500km/h),,傳輸速率能夠按需分配,,上下行鏈路能適應于傳輸不對稱業(yè)務的需要,,能向后兼容第二代移動通信系統(tǒng)，使第二代移動通信系統(tǒng)能平滑過渡,為達到3G的目標,，對無線傳輸提出的技術要求是：,3G,的主要目標,TD-SCDMA,關鍵技術,為了達到第三代移動通信系統(tǒng)的目標和要求，TD-SCDMA系統(tǒng)采用了以下關鍵技術：,智能天線,上行同步,聯(lián)合檢測,動態(tài)信道分配,接力切換,智能天線,（Smart Antenna）,多根天線陣元組成天線陣列（一般,4-16,個陣元）,智能天線,天線陣,分布方式有直線型、圓環(huán)型和平面型,,1）,波束賦形—能同時形成多個窄波束。,,,,2）,用戶跟蹤—每個波束可以自動跟蹤每個用戶。,智能天線的技術優(yōu)勢,智能天線,（Smart Antenna）,,3）,能量集中。,,,,4）,低旁瓣泄漏。,,,,智能天線的技術優(yōu)勢,能量集中，增大覆蓋距離。,低旁瓣泄漏，減少對其他用戶的干擾，提高系統(tǒng)容量。,智能天線,（Smart Antenna）,智能天線的技術優(yōu)勢,,5）,對于干擾信號天線自動,,形成零陷點，使干擾信,,號不能被天線所接收。,,,,6）,每個獨立波束相互不相,,干，彼此正交。,,,消除MAI，降低系統(tǒng)干擾，,,提高陣列輸出信噪比,智能天線,（Smart Antenna）,智能算法是智能天線系統(tǒng)的核心部分。,,來波到達角估計,波束形成,數(shù)字信號處理技術,數(shù)字方法,智能天線實現(xiàn)機理,(1)自適應方向圖智能天線,,(2)多波束智能天線,它采用自適應算法，其方向圖沒有固定的形狀，隨著信號及干擾而變化。它的優(yōu)點是算法較為簡單，可以得到最大的信號干擾比。,智能天線,（Smart Antenna）,對比GSM系統(tǒng)，TD,使用智能天線將在以下幾個方面提高移動通信系統(tǒng),,的性能：,,,,1>,,提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用效率；,,,2>,,增大基站的覆蓋面積；,,,3>,,提高數(shù)據(jù)傳輸速率；,,,4>,,改善了信干比，改善了通信質量；,,,5>,,降低基站發(fā)射功率，減少了信號干擾與電磁環(huán)境污染。,,,6>,,減少了基站的數(shù)目，節(jié)省整個移動通信系統(tǒng)運營成本。,智能天線,（Smart Antenna）,上行同步,（Uplink Synchronization),同一時隙不同用戶的信號同步到達基站接收機,基本原理,上行同步的準備,接收來自基站的信號中,SYNC(,訓練系列,),的起點,,確定接收參考定時,,預計出發(fā)射起點時間和功率電平并發(fā)出接入請求,UE 開機之后必須首先與小區(qū)建立 ，只有建立了下行,,同步 UE 才能開始建立 。,上行同步,下行同步,上行同步,（Uplink Synchronization),上行同步的建立,在,隨機接入時建立,,依靠,Node B,接收到的SYNC1,,立即在下一個下行幀SS位置進行閉環(huán)控制,,此同步建立的過程在每個終端每次發(fā)起或響應呼叫時都要重復一次。,,上行同步,（Uplink Synchronization),上行同步的保持,依靠,SYNC,2,保持同步,,根據(jù)檢測,SYNC2,的同步偏差，并在下一幀發(fā)出此,SS,之值，,,終端糾正其同步偏差，使同步得到保持,上行同步,（Uplink Synchronization),上行同步的優(yōu)勢,最大限度的克服,MAI,,,簡化基站解調設計方案，降低成本,,,降低碼道間干擾，提高系統(tǒng)容量,上行同步,（Uplink Synchronization),聯(lián)合檢測,（Joint Detection）,聯(lián)合檢測簡介,,通過測量各個用戶擴頻碼之間的非正交性,,,用矩陣求逆的方法或迭代方法消除多用戶之間的相互干擾。,與傳統(tǒng)檢測的比較,傳統(tǒng)的,CDMA,系統(tǒng)的信號分離方法是用戶檢測（,Single-user Detection,）：把,MAI,看作熱噪聲一樣的干擾，導致信噪比嚴重惡化，系統(tǒng)容量也隨之下降。,,TD-SCDMA,系統(tǒng)采用多用戶檢測（,Multi-user Detection,）：充分利用,MAI,中的先驗信息而將所有用戶信號的分離看作一個統(tǒng)一的過程。,聯(lián)合檢測,（Joint Detection）,聯(lián)合檢測的優(yōu)勢,隨著用戶數(shù)的增加和無線信道環(huán)境的惡化 ,聯(lián)合檢測的性能也將變差 ,因此需將聯(lián)合檢測技術和智能天線等其它技術相結合以使誤碼率進一步降低。,抑制,MAI,和,ISI,。,,,提高了系統(tǒng)容量。,,,減少建站個數(shù)，降低網(wǎng)絡成本。,,,抑制遠近效應，降低功率控制要求。,聯(lián)合檢測,（Joint Detection）,接力切換,（Baton Handover),接力切換簡介,根據(jù)同步,CDMA,技術所具有的對終端精確定位的功能，在同步,CDMA,系統(tǒng)中實現(xiàn)的更有效的越區(qū)切換方式。,在切換之前，目標基站已經(jīng)獲得移動臺比較精確的位置信息,,,因此在切換過程中,UE,斷開與原基站的連接之后,,,能迅速切換到目標基站。,接力切換的過程,當,UE,需要切換并測量到目標小區(qū)時,,,與目標小區(qū)建立上行同步,,,然后,UE,在與,Node B1,保持信令和業(yè)務連接的同時,,,與,Node B2,建立信令連接。,,,UE,在與,Node B1,通信。,接力切換,（Baton Handover),接力切換的過程,UE,嘗試建立與,Node B2,建立業(yè)務連接，成功之后進行第五步。,,,UE,與,Node B2,的信令連接建 立之后，刪除與,Node B1,的業(yè)務連接。,,接力切換,（Baton Handover),接力切換的過程,,UE,,刪除與,Nod,e,B1,的,信令連接,，,只與,Node B2,保持了信令和業(yè)務的連接,,,切換完成。,接力切換,（Baton Handover),接力切換與傳統(tǒng)切換的比較,接力切換,（Baton Handover),切換類型,切換過程,資源占用,切換成功率,硬切換,先斷開、再連接,始終聯(lián)系一個基站,較高,軟切換,先連接、再斷開,始終聯(lián)系2--3個基站,高,接力切換,分步連接、分步斷開,始終聯(lián)系兩個基站,高,接力切換與傳統(tǒng)切換的比較,接力切換,（Baton Handover),接力切換的優(yōu)勢,高切換成功率。,,高資源利用率。,,切換時延小。,,接力切換關鍵技術,—,上行預同步。,硬切換UE需要反復調整才知道發(fā)射功率和定時,接力切換UE只需1—2次發(fā)送同步啟動消息就可確定,接力切換,（Baton Handover),動態(tài)信道分配技術,(Dynamic Channel Allocation),,動態(tài)信道分配定義,根據(jù)實際需要和業(yè)務狀況，根據(jù)系統(tǒng)鏈路資源和系統(tǒng)負荷，對信道參數(shù)進行實時配置和調整。,在TD-SCDMA系統(tǒng)中，信道的定義包括：,,載頻,-,頻域,,擴頻碼,-,碼域,,時隙,-,時域,,波束,-,空域,,（空間方向）,,動態(tài)信道分配技術,(Dynamic Channel Allocation),,動態(tài)信道分配原理,主要依靠智能天線的波束賦形來完成,,利用智能天線的波束成形和定位能力，進行空間距離比較，將同一方向的用戶分配到不同的時隙里,,避免用戶間的干擾,,DCA,分配的系統(tǒng)資源主要是載波、時隙、擴頻碼,,動態(tài)信道分配技術,(Dynamic Channel Allocation),,動態(tài)信道分配原理,采用固定頻率分配（,FCA,）,,,便于獨立組網(wǎng),,動態(tài)信道分配技術,(Dynamic Channel Allocation),,動態(tài)信道分配原理,,采用時隙優(yōu)先權算法,,干擾最小、能提供穩(wěn)定服務的時隙賦予高的權值,,選擇滿足業(yè)務要求且優(yōu)先權盡量高的時隙進行分配,,優(yōu)先權列表時時更新,排序依據(jù)：,,時隙所受干擾大小,,業(yè)務,QoS,要求 干擾容量 剩余干擾容量 排序,,動態(tài)信道分配技術,(Dynamic Channel Allocation),,動態(tài)信道分配原理,,在時隙分配完成后進行,,,同一時隙內(nèi)的地址碼采用相同的擴頻因子,,動態(tài)信道分配技術,(Dynamic Channel Allocation),,動態(tài)信道分配觸發(fā)原因,,已分配信道通信質量惡化，功控不能加以克服,,,根據(jù)業(yè)務對資源的使用情況對已分配資源進行調整,,,為提高系統(tǒng)資源利用率，,RNC,需要重新組織已占用資源,,,根據(jù)系統(tǒng)負載情況，對已分配資源進行調整,,檢測通信質量差，返回DCA失敗信息,,RU,是最基本的資源單位，指一個時隙內(nèi)由一個,16,位擴頻碼劃分的信道,當信道使用率低于某值時，收回部分資源，反之增加,經(jīng)過長時間的分配和釋放活動后碼樹變的混亂，需重組，降低阻塞率,時隙間和小區(qū)間的負載調整平衡,動態(tài)信道分配的優(yōu)勢,信道調整。,信道調整降低掉話率，改善通信質量,動態(tài)信道分配技術,(Dynamic Channel Allocation),,資源整合。,資源整合提高服務接入率,動態(tài)信道分配技術,(Dynamic Channel Allocation),,動態(tài)信道分配的優(yōu)勢,小 結,