TD-SCDMA基本原理解析课件

《TD-SCDMA基本原理解析课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TD-SCDMA基本原理解析课件（61页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,TD-SCDMA,基本原理,,2009,年,3,月,,,,“,G”,为水墨丹青笔触,,“,3”,则颇像一轮东升红日,,G,字以水墨形式出现，突出了民族文化，同时也暗示了移动,3G,的民族标准,,G3,，引领,3G,生活,,,充分融入中国移动的三大品牌,,意在,“,带您进入,高效的,，,精彩的,3G,新生活,”,,目录,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,网络结构,,物理层结构,,信道映射,,扩频与调制,,,移动通信业务需求发展,,不同时期 不同需求,,AMPS,TACS,NMT,其它,第一

2、代,80,年代,模拟,模,拟,技,术,第二代,90,年代,数字,需求驱动,GSM,CDMA,IS95,TDMA,IS-136,PDC,数,字,技,术,语,音,业,务,第三代,IMT-2000,WCDMA,CDMA,2000,需求驱动,宽,带,业,务,移动通信技术发展,,TD-SCDMA,,IMT-2000,制定的目标,全球统一频段、统一标准，全球无缝覆盖,高效的频谱效率,高服务质量、高保密性能,提供多媒体业务,,车速环境：,144kbps,,步行环境：,384kbps,,室内环境：,2048kbps,,国际电联认可的三种,3G,标准,,WCDMA,（,Wideband Code Divisio

3、n Multiple Access,）,,宽带码分多址,,,CDMA2000,(Code Division Multiple Access 2000),,,码分多址,2000,,,TD-,SCDMA,(Time,Division-Synchronization Code Division Multiple Access),,,时分同步码分多址,,TD-SCDMA,标准发展历程,TD-SCDMA,提交到,ITU,98/06 99/12 00/05 01/03 06/01,TD-SCDMA,在,3GPP,融合,ITU,正式通过,3G,标准,TD-SCDMA,

4、写入,3GPP R4,TD-SCDMA,成为中国通信行业标准,,3G,业务应用,会话型业务,,,语音 可视电话,,流媒体业务,,,手机电视 视频点播 交通监控,,交互类业务,,,在线游戏 网页浏览 定位需求,,后台类业务,,,数据下载,E_mail,收发,,,目录,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,网络结构,,物理层结构,,信道映射,,扩频与调制,,,什么是,TD-SCDMA,,,T,ime,D,ivision,D,uplex,,,S,ynchronization,,,C,ode,D,ivision,M,ultiple,A,ccess,,,,,,,TD-SCDMA,系统,,

5、指的是,时分双工、同步码分多址,系统,,,是中国电信行业第一个完整的移动通信,,技术标准,,,是我国具有自主知识产权的通信技术标准,,,什么是,CDMA?,FDMA,,Frequency Division Multiple Access,,频分多址,f,t,Power,MS1 MS 2 MS 3,,Power,t,f,MS 1 MS 2MS 3,f,Code,t,MS 1MS 2MS 3,5 MHz,TDMA,,Time Division Multiple Access,,时分多址,CDMA,,Code Division Multiple Access,,码分多址,

6、,什么是,CDMA?,用户对网络容量的需求是移动通信技术发展的根本驱动力！,● ● ●,CDMA,TDMA,FDMA,,什么是,TDD,？,,上行数据,下行数据,时分双工,/ TDD,,频分双工,/,,FDD,,TDD,技术的优缺点,,时分双工的优势,无须成对,,频率资源,,适合非,,对称业务,,上下行,,特性相同,,时分双工的缺点：对定时、同步的要求高,上行数据,下行数据,,为什么要同步？,,问题,1,：由时分所带来的对定时、对同步的要求。,,问题,2,：地址码的正交性无法严格满足，导致多址干扰的出现。,,,如何解决？,,同步！,,,基站之间的同步,,上行同步,,TD-SCDMA,,,1

7、.6MHz /,每载波,f,t,下行,上行,TD-SCDMA,双工方式,,TDD,,,TD-SCDMA,多址方式,,,TDMA,,CDMA,,FDMA,,SDMA,,目录,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,网络结构,,物理层结构,,信道映射,,扩频与调制,,,网络接口,,Server,Iub,HLR/,AuC,,EIR,PSTN,,Network,SS7,,Network,Iu,-CS,A,MGW,MSC,Router,Corporate,BG,SGSN,Firewall,GGSN,LIG,,Internet,GPRS/3G,,backbone,,network,Billing Syste

8、m,CG,Other,,PLMN,,,,,,,,,,,,,,,NodeB,Uu,,,,,,,,,,,,,,,,BTS,,,RNC,Iu,-PS,Iu,-CS,Iu,-PS,Iub,RNC,Iur,,Um,,,网络结构,UTRAN,Universal Terrestrial Radio Access Network,,RNS,Radio Network Subsystem,,RNC,Radio Network Controller,,,目录,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,网络结构,,物理层结构,,信道映射,,扩频与调制,,,TD-SCDMA,,Frequency,,Time,,Power

9、,,density,,(CDMA,,codes),,1.6 MHz,,0,,:,,15,,TS0,,2. Carrier (,opti,onal,),,3. Carrier (optional),,TS1,,TS2,,TS3,,TS4,,TS5,,TS6,,DL,,DL,,DL,,DL,,UL,,UL,,UL,,5 ms,,DwPTS,,UpPTS,,GP,,DL,,T,ime,D,ivision,D,uplex —,S,ynchronous,C,ode,D,ivision,M,ultiplex,A,ccess,,物理信道帧结构,,所有的物理信道都采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙,/

10、,码,,TD-SCDMA,帧结构,,,,TS0,为下行时隙,,三个特殊时隙,GP,,,DwPTS,,,UpPTS,,TS1,为上行时隙,,其余时隙可根据根据用户需要进行灵活,UL/DL,配置,Radio frame,,10ms,System Frame Number,Sub-frame,5ms,TS5,TS4,TS0,TS2,TS1,GP,TS3,TS6,DwPTS,UpPTS,Data,Midamble,Data,675us(864chips),g,L1,144chips,,子帧结构,,Traffic TS,,864chips,UL : DL,2 : 4,UL,UL,DL,DL,DL,DL,

11、DL,UL : DL,1 : 5,UL,DL,DL,DL,DL,DL,DL,UpPTS,(160chip,s,),Subframe,,5ms (,6400chip,),1.28Mcps,Dw,PTS,(,96,chip,s,),G,P,,(,96,chip,s,),转换点,转换点,,Data,,352chips,Midamble,,144chips,GP,,16,Data,,352chips,675,,s,常规时隙,,由,864 Chips,组成，时长,675us,；,,业务和信令数据由两块组成，每个数据块分别由,352 Chips,组成；,,训练序列,(,Midamble,),由,144

12、Chips,组成；,,16 Chips,为保护；,,可以进行波束赋形；,,常规时隙,,Data,Midamble,Data,TFCI 1,SS,TPC,TFCI 2,Data,Midamble,Data,TFCI 3,SS,TPC,TFCI 4,时隙,i,时隙,i,5ms,无线子帧,5ms,无线子帧,10ms,无线帧,352 chips,352 chips,144 chips,352 chips,352 chips,144 chips,GP(16 chips),GP(16 chips),Data,：,数据部分，用于承载用户,/,信令数据,,Midamble,：,训练序列，用于信道估计、功率电平

13、测量,,TFCI,：,传输格式组合指示，指示传输格式组合方式,,SS,：,同步偏移，同步调整指令,,TPC,：,发射功率控制，发射功率调整指令,,GP,：,保护间隔,,GP (32chips),SYNC-DL(64chips),75,,s,下行导频时隙,DwPTS,,用于下行同步和小区搜索；,,该时隙由,96 Chips,组成,: 32,用于保护；,64,用于导频序列；,,32,个不同的,SYNC-DL,码，用于区分不同的基站；,,为全向或扇区传输，不进行波束赋形。,,GP (32chips),SYNC-UL(128chips),125,,s,上行导频时隙,UpPTS,,用于建立上行初始同

14、步和随机接入，以及越区切换时邻近小区测量,,160 Chips:,其中,128,用于,SYNC-UL,，,32,用于保护,,SYNC-UL,有,256,种不同的码，可分为,32,个码组，以对应,32,个,SYNC-DL,码，每组有,8,个不同的,SYNC-UL,码，即每一个基站对应于,8,个确定的,SYNC-UL,码,,NodeB,从终端上行信号中获得初始波束赋形参数,,GP,保护时隙,,DwPTS,GP,UpPTS,GP,SYNC_DL,GP,SYNC_UL,96 chips,96 chips,160 chips,32 chips,32 chips,64 chips,128 chips,96

15、 Chips,保护时隙，时长,75us,,用于下行到上行转换的保护,,确定基本的基站覆盖半径,,目录,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,网络结构,,物理层结构,,信道映射,,扩频与调制,,,Uu,接口协议结构,控制平面,用户平面,,3,种信道模式,,,逻辑信道,直接承载用户业务,,根据承载内容不同，分为,控制信道,和,业务信道,,,传输信道,描述信息如何在空中接口上传输,,,根据传输的信息属性，分为,专用信道,和,公共信道,,,物理信道,信息在空中接口传输时的物理通道,,,频率、时隙、码,,传输信道到物理信道的映射,,传输信道,物理信道,DCH,专用物理信道,(DPCH),BCH,主公共控

16、制物理信道,(P-CCPCH),PCH,辅助公共控制物理信道,(S-CCPCH),FACH,辅助公共控制物理信道,(S-CCPCH),RACH,物理随机接入信道,(PRACH),USCH,物理上行共享信道,(PUSCH),DSCH,物理下行共享信道,(PDSCH),,下行导频信道,(,DwPCH,),,上行导频信道,(,UpPCH,),,寻呼指示信道（,PICH,）,,快速物理接入信道,F-PACH,,频谱分配,,,物理信道,物理信道缩写,英文解释,上下行方向,公共物理信道,,,PCCPCH,Primary Common Control Physical Channel,下行,SCCPCH,S

17、econdary Common Control Physical Channel,下行,PRACH,Physical Random Access Channel,上行,FPACH,Fast Physical Access Channel,下行,PUSCH,Physical Uplink Share Channel,上行,PDSCH,Physical Downlink Share Channel,下行,PICH,Paging Indicator Channel,下行,DwPCH,Downlink Pilot Channel,下行,UpPCH,Uplink Pilot Channel,上行,专用物

18、理信道,,,DPCH,Dedicated Physical Channel,下行、上行,,物理信道的分类与功能,,小区搜索与小区选择,,DwPCH,-,下行导频信道（,DwPTS,）,,PCCPCH -,主公共控制物理信道,寻呼,,PICH -,寻呼指示信道,,SCCPCH -,从公共控制物理信道,随机接入,,UpPCH,-,上行导频信道（,UpPTS,）,,FRACH -,快速物理接入信道,,PRACH -,物理随机接入信道,,SCCPCH -,从公共控制物理信道,业务连接,,DPCH –,专用物理信道,,,上行同步建立,,,终端,选择,SYNC-UL,,以估算的时间和功率发送,基站检测到,

19、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,,,UpPCH,FPACH,RACH,FACH,指配信道, 继续完成接入过程和鉴权,DwPCH,UE,NodeB,手机随机接入过程,,信道在系统中的配置,PCCPCH,PCCPCH,SCCPCH,SCCPCH,SCCPCH,SCCPCH,PICH 1,PRACH,FPACH,TS0,TS1,TS2,TS3,TS4,TS5,TS6,PICH 2,,目录,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,网络结构,,物理层结构,,信道映射,,扩频与调制,,,数据简要发送过程,,数据,编码交织,扩频,加扰,调制,射频发送,射频接收,解

20、调,解扰,解扩,解码解交织,数据,,,,信道编码技术是通过给原数,,据添加冗余信息，从而获得,,纠错能力,,适合纠正非连续的少量错误,,目前使用较多的是卷积编码,,和,Turbo,编码（,1/2,，,1/3,）,无纠错编码：,BER<10,-1,~,,10,-2,不能满足通信需要,卷积编码：,BER<10,-3,满足语音通信需要,Turbo,码：,BER<10,-6,满足数据通信需要,原理和目的,作用和效果,,信道编码,,,扩频技术原理（,1,）,扩频通信：将信号的频谱展宽后进行传输的技术。,,其理论解释为,Shannon,定理：,C=Wlog2(1+S/N),。,Fast,,Spreadin

21、g,,Sequence,Slow,,Information,,Sent,TX,Slow,,Information,,Recovered,RX,Fast,,Spreading,,Sequence,Wideband,,Signal,,f,S（f）,f0,扩频前的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,扩频后的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,解扩频后的信号频谱,信号,干扰噪声,f,S（f）,f0,解扩频前的信号频谱,信号,干扰噪声,信号,脉冲干扰,白噪声,扩频技术原理（,2,）,,正交可变扩频因子,(OVSF),码,,SF,,正交可变扩频因子,(OVSF),码,,,SF,＝,8,,扩频码区分不同用户

22、,,不同的扩频码,,可以区分用户,Power spectrum,User 1,User 2,User 3,User 4,User 5,Spreading,Code 1,Code 2,Code 3,Code 4,Code 5,Composite signal,码可以区分用户,,,扩频过程,,符号速率,× SF = 1.28Mcps(,码片速率,),。,,TD-SCDMA,中：,,上行信道码的,SF,为：,1,、,2,、,4,、,8,、,16,,下行信道码的,SF,为：,1,、,16,,数据,扩频后码片,OVSF,码,扰码,,扩频码作用,,TD,－,SCDMA,系统中,,扩频码的作用是用来区分同一

23、时隙中的不同用户,,扰码,,扰码共,128,个扰码，分成,32,组，每组,4,个，扰码码组由基站使用的,SYNC_DL,序列确定。,,加扰的目的是为了区分小区。,,Code Group,Associated Codes,SYNC-DLID,SYNC-UL ID,Scrambling Code ID,Midamble,Code ID,Group 1,0,0~7,,(000~111),0 (00),,0 (00),,1 (01),,1 (01),,2 (10),,2 (10),,3 (11),,3 (11),,.,,Group 32,31,248~255,,(000~111),124 (00),,

24、124 (00),,125 (01),125 (01),,126 (10),,126 (10),,127 (11),,127 (11),,TD-SCDMA,系统码组,,,连续二进制比特,,复数符号,,00,,+,j,,01,,+1,,10,,-1,,11,,-,j,,QPSK,i,,j,000,001,011,010,100,101,111,110,8PSK,调制,,将连续的两个比特映射为信号空间的一个点,将连续的三个比特映射为信号空间的一个点,,TD,－,SCDMA,与,GSM,空中接口的主要差别,,TD-SCDMA,GSM,,带宽,1.6MHz,200kHz,功率控制频率,200Hz,2H

25、z,或更低,服务质量控制,无线资源管理算法,频率规划,调制方式,QPSK,,GMSK,分组数据的支持,基于负载的分组调度,基于时隙的调度,基站同步,需要,不需要,,,自适应阵列基站,普通基站,智能天线的作用,,使用智能天线：,,能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端,,正在通信的移动终端在整个小区内处于受跟踪状态,没有使用智能天线：,,能量分布于整个小区内,,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,干扰,,智能天线算法基本原理,,上行,DOA,估计,,d:,平行上行信号路程差；,,L:,天线阵元间的距离；,,θ,:,来波信号方位角；,,cos,θ,,＝,d/L,

26、,θ,=,arccos(d,/L),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,的波束,,TD-SCDMA,系统更适合采用智能天线,TDD,的工作模式，上行下行的无线传播是对称的，上行的信道估计参数可直接应用于下行，相比,FDD,要准确。,,子帧时间较短（,5ms,），便于支持智能天线下的高速移动,,单时隙用户有限（目前最多,8,个），计算量小，便于实时自适应权值的生成,,TD-SCDMA,系统是一个以智能天线为核心的第三代移动通信系统,,智能天线效果,对用户空间隔离，消除干扰,,最大化对期望用户的能量,,最

27、小化对其他用户的干扰,,提高了基站发射机的等效发射功率,,增加了系统容量,,改进了小区覆盖,,,普通天线,智能天线,,抗干扰技术分类,抗干扰技术,单用户检测,多用户检测,技术实现简单,,导致信噪比恶化，系统性能和容量不理想,充分利用,MAI,中的先验信息而将所有用户信号的分离看作一个统一的过程的信号分离方法,联合检测,充分利用,MAI,，一步之内将所有用户的信号都分离开来的一种信号分离技术,,,联合检测概念,,首先估计所有用户的信道冲激响应，然后利用已知的所有用户的扩频码、扰码和信道估计，对所有用户的信号同时检测 ，消除符号间干扰（,ISI,）和用户间干扰（,MAI,），从而达到提高用户信号质量的目的。,联合检测优势：,,降低系统干扰,,增加系统容量,,降低功控要求,,在,TD-SCDMA,系统实现的优势,联合检测,,,Thank You,！,,