1、1,TD-SCDMA物理層關(guān)鍵技術(shù)介紹,大唐移動(dòng)通信設(shè)備有限公司,2,TD-SCDMA簡(jiǎn)介 TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù),3,什么是TD-SCDMA,TDSCDMA Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access 是ITU正式發(fā)布的第三代移動(dòng)通信空間接口技術(shù)規(guī)范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持 是中國電信百年來第一個(gè)完整的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是UTRA FDD可替代的方案 是集CDMA、TDMA等技術(shù)優(yōu)勢(shì)于一體、系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)的移動(dòng)通信技術(shù) 它采用了智能天線、聯(lián)合檢測(cè)、同步CDMA、多時(shí)隙、可變擴(kuò)頻

2、系統(tǒng)、自適應(yīng)功率調(diào)整等技術(shù),4,最多可達(dá)16個(gè)碼道,1.6 MHz,下行,下行,下行,下行,上行,TD-SCDMA 特性,對(duì)同一無線信道的多用戶同時(shí)訪問 根據(jù)用戶需求進(jìn)行容量分配 每個(gè)CDMA用戶和所有使用同一無線信道和時(shí)隙的用戶都發(fā)生干擾（多址干擾）,每個(gè)用戶通過臨時(shí)分配到的CDMA碼來被識(shí)別,時(shí)隙,TD-SCDMA,5,第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址方式,多址方式：CDMA成為主流 基本定型的技術(shù)：基于直接擴(kuò)頻CDMA技術(shù),f,Pwr/ Code,t,TDMA,f,t,Pwr/ Code,TDMA/CDMA,f,CDMA,6,第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的雙工方式,雙工方式： 傳統(tǒng)的FDD仍是主要的雙工方

3、式 TDD方式受到更大關(guān)注,f,Pwr/ Code,f,t,Pwr/ Code,FDD,TDD,FDD+TDD,t,f,7,TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)概況,多址接入方式：DS-CDMA/TDMA 碼片速率:1.28Mcps(WCDMA的1/3) 雙工方式：TDD 載頻寬度：1.6M Hz 擴(kuò)頻技術(shù)：OVSF 調(diào)制方式：QPSK,8PSK 編碼方式：1/21/3的卷積編碼，Turbo編碼,8,TDD雙工方式的優(yōu)點(diǎn),頻譜靈活性：不需要成對(duì)的頻譜。 在2GHz以下已很難找到成對(duì)的頻譜 上下行使用相同頻率，上下行鏈路的傳播特性相同，利于使用智能天線等新技術(shù) 支持不對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：根據(jù)上下行業(yè)務(wù)量來自適應(yīng)調(diào)整上

4、下行時(shí)隙個(gè)數(shù) FDD系統(tǒng)一建立通信就將分配到一對(duì)頻率以分別支持上下行業(yè)務(wù)。在不對(duì)稱業(yè)務(wù)中，頻率利用率顯著降低 FDD系統(tǒng)也可以用不同寬度的頻段來支持不對(duì)稱業(yè)務(wù)，但： 頻段相對(duì)固定，不可能靈活使用(例如下行頻段比上行頻段寬一倍) 成本低：無收發(fā)隔離的要求，可以使用單片IC來實(shí)現(xiàn)RF收發(fā)信機(jī),9,TD-SCDMA簡(jiǎn)介 TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù),10,TD-SCDMA 的關(guān)鍵技術(shù),智能天線：降低多徑、多址干擾 聯(lián)合檢測(cè)：降低多址干擾 上行同步：減少碼間串?dāng)_ 動(dòng)態(tài)信道分配：在時(shí)域、頻域、碼域?qū)崿F(xiàn)以降低干擾 .,(.),11,智能天線 (S.A.),使用智能天線 . 能量僅指向小區(qū)內(nèi)處于激活狀態(tài)的移動(dòng)終

5、端 正在通信的移動(dòng)終端在整個(gè)小區(qū)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài),不使用智能天線 . 能量分布于整個(gè)小區(qū)內(nèi) 所有小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)終端均相互干擾，此干擾是CDMA容量限制的主要原因,智能天線的優(yōu)勢(shì) 減少小區(qū)間干擾 降低多徑干擾 基于每一用戶的信噪比得以增加 降低發(fā)射功率 提高接收靈敏度 增加了容量及小區(qū)覆蓋半徑,12,智能天線,FDD方式：由于上、下行鏈路信號(hào)傳播的無線環(huán)境受頻率選擇性衰落影響不相同，所以根據(jù)上行鏈路計(jì)算得到的權(quán)值不能直接應(yīng)用于下行鏈路 TDD方式：上、下行鏈路使用相同頻率傳輸信號(hào)，且間隔時(shí)間短，鏈路無線傳播環(huán)境差異不大，可以使用相同權(quán)值 TDD方式更能夠體現(xiàn)智能天線的優(yōu)勢(shì),TDD方式,FDD方式,

6、13,智能天線的基本原理,智能天線的陣元通常是按直線等距、圓周或平面等距排列。每個(gè)陣元為全向天線 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)距天線足夠遠(yuǎn)，實(shí)際信號(hào)入射角的均值和方差滿足一定條件時(shí)，可以近似地認(rèn)為信號(hào)來自一個(gè)方向,14,智能天線的基本原理（續(xù)）,以M元直線等距天線陣列為例：（第m個(gè)陣元） 空域上入射波距離相差 d=m x cos 時(shí)域上入射波相位相差,15,可見，空間上距離的差別導(dǎo)致了各個(gè)陣元上接收信號(hào)相位的不同。經(jīng)過加權(quán)后陣列輸出端的信號(hào)為 其中，A增益常數(shù)，s(t)是復(fù)包絡(luò)信號(hào)，wm是陣列的權(quán)因子。,智能天線的基本原理（續(xù)）,16,正如正弦波疊加的效果，假設(shè)第m個(gè)陣元的權(quán)因子,智能天線的基本原理（續(xù)）,選擇不

7、同的0，將改變波束的所對(duì)的角度，所以可以通過改變權(quán)值來選擇合適的方向,17,TD-SCDMA全向碼道和賦形碼道,兩種賦形波束 得到小區(qū)覆蓋的全向波束 針對(duì)用戶終端的賦形波束 BCH/DwPTS必須使用全向波束，覆蓋整個(gè)小區(qū)，在幀結(jié)構(gòu)中使用專門時(shí)隙 業(yè)務(wù)碼道通常使用賦形波束，只覆蓋個(gè)別用戶,18,聯(lián)合檢測(cè) (J.D.),聯(lián)合檢測(cè)作用 避免多址干擾 相對(duì)擴(kuò)大檢測(cè)動(dòng)態(tài)范圍， 小區(qū)內(nèi)干擾最小化 聯(lián)合檢測(cè)原理 特定的空中接口“突發(fā)”結(jié)構(gòu)允許收信機(jī)對(duì)無線信道進(jìn)行信道估計(jì) 根據(jù)估計(jì)的無線信道，對(duì)所有信號(hào)同時(shí)進(jìn)行檢測(cè),19,多用戶檢測(cè),由于無線移動(dòng)信道的時(shí)變性和多徑效應(yīng)影響，使得數(shù)據(jù)之間存在干擾 符號(hào)間干擾（

8、ISI） 碼間干擾（MAI） 通過數(shù)據(jù)符號(hào)間、碼間的相關(guān)性在多個(gè)用戶中檢測(cè)、提取出所需的信號(hào)，消除ISI和MAI,20,多用戶檢測(cè)（續(xù)）,根據(jù)對(duì)MAI處理方法的不同，次優(yōu)多用戶檢測(cè)技術(shù)可以分為干擾抵消和聯(lián)合檢測(cè)兩種 干擾抵消技術(shù)的基本思想是判決反饋，首先從總的接收信號(hào)中判決出其中部分的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)和用戶擴(kuò)頻碼重構(gòu)出數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的信號(hào)，再從總接收信號(hào)中減去重構(gòu)信號(hào)，如此循環(huán)迭代 聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)是利用所有和MAI相關(guān)的先驗(yàn)信息，在一步之內(nèi)就將所有用戶的信號(hào)分離出來,21,聯(lián)合檢測(cè)基本原理,d是發(fā)射的數(shù)據(jù)符號(hào)序列，e是接收的數(shù)據(jù)序列，n是噪聲 A是與擴(kuò)頻碼c和信道脈沖響應(yīng)h有關(guān)的矩陣,22,聯(lián)合檢測(cè)基本

9、原理（續(xù)）,只要接收端知道A(擴(kuò)頻碼c和信道脈沖響應(yīng)h)，就可以估計(jì)出符號(hào)序列 擴(kuò)頻碼c已知 信道脈沖響應(yīng)h可以利用突發(fā)結(jié)構(gòu)中的訓(xùn)練序列midamble求解出,23,聯(lián)合檢測(cè)（續(xù)）,聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)：迫零算法(ZF)、最小均方差算法(MMSE)、使用反饋后的迫零算法和最小均方差算法 聯(lián)合檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)：降低干擾，擴(kuò)大容量，降低功控要求，削弱遠(yuǎn)近效應(yīng) 聯(lián)合檢測(cè)的缺點(diǎn)：大大增加系統(tǒng)復(fù)雜度、增加系統(tǒng)處理時(shí)延、需要要消耗一定的資源,24,智能天線聯(lián)合檢測(cè),智能天線的主要作用： 降低多址干擾，提高CDMA系統(tǒng)容量 增加接收靈敏度和發(fā)射EIRP 智能天線所不能克服的問題 時(shí)延超過碼片寬度的多徑干擾 多普勒效益(高

10、速移動(dòng)) 因而，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，智能天線必須和其它信號(hào)處理技術(shù)同時(shí)使用 聯(lián)合檢測(cè)： 基于訓(xùn)練序列的信道估值 同時(shí)處理多碼道的干擾抵消 理論上，聯(lián)合檢測(cè)和智能天線相結(jié)合技術(shù)，可以完全抵消MAI的影響，大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力和容量,25,動(dòng)態(tài)信道分配 (DCA),頻域 DCA 頻域DCA中每一小區(qū)使用多個(gè)無線信道(頻道) 在給定頻譜范圍內(nèi)，與 5 MHz 的帶寬相比， TD-SCDMA 的1.6 MHz 帶寬使其具有3倍以上的無線信道數(shù)(頻道數(shù)) 時(shí)域 DCA 在一個(gè)TD-SCDMA 載頻上，使用7個(gè)時(shí)隙減少了每個(gè)時(shí)隙中同時(shí)處于激活狀態(tài)的用戶數(shù)量 每載頻多時(shí)隙，可以將受干擾最小的時(shí)隙動(dòng)態(tài)分配給

11、處于激活狀態(tài)的用戶 碼域 DCA 在同一個(gè)時(shí)隙中，通過改變分配的碼道來避免偶然出現(xiàn)的碼道質(zhì)量惡化 空域 DCA 通過智能天線，可基于每一用戶進(jìn)行定向空間去耦 (降低多址干擾),下述幾種動(dòng)態(tài)信道分配方法全面降低了相應(yīng)的小區(qū)間干擾，從而使頻譜利用率得以優(yōu)化,26,動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)),GSM中的DCA 信道分配（channel assignment）：半固定 信道選擇（channel selection） TD-SCDMA中的DCA 根據(jù)TD-SCDMA系統(tǒng)中的特點(diǎn)，參考GSM系統(tǒng)的DCA并加以改進(jìn)、發(fā)展。 信道分配（channel assignment）：動(dòng)態(tài) 接納控制（admissio

12、n control） 信道選擇（channel selection）,27,動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)),基本概念 TD-SCDMA系統(tǒng)中： 信道（channel）：頻率、時(shí)隙、碼 RU（resource unit）：頻率、時(shí)隙、碼 基本RU（basic RU）：SF16的RU,28,動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)),DCA與TD-SCDMA其他技術(shù)的融合 TD-SCDMA系統(tǒng)中DCA的方法有如下幾種： 時(shí)域動(dòng)態(tài)信道分配 因?yàn)門D-SCDMA系統(tǒng)采用了TDMA技術(shù)，所以通過選擇接入時(shí)隙來減小激活用戶之間的干擾。 頻域動(dòng)態(tài)信道分配 因?yàn)門D-SCDMA系統(tǒng)中每個(gè)小區(qū)可以有多個(gè)載波（一到三個(gè)），所以把

13、激活用戶分配在不同的載波上，從而減小小區(qū)內(nèi)用戶之間的干擾。 空域動(dòng)態(tài)信道分配 因?yàn)門D-SCDMA系統(tǒng)采用智能天線的技術(shù)，可以通過用戶定位、波束賦形來減小小區(qū)內(nèi)用戶之間的干擾、增加系統(tǒng)容量。,29,動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)),算法假設(shè) 單載波小區(qū)； 上下行時(shí)隙采用固定的對(duì)稱分布； 所有實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)不支持多時(shí)隙模式； 上行、下行的SF固定為16,30,動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)),動(dòng)態(tài)信道分配的組成 慢速DCA（把資源分配到小區(qū)） 根據(jù)小區(qū)中各個(gè)時(shí)隙當(dāng)前的負(fù)荷情況對(duì)各個(gè)時(shí)隙的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排隊(duì)，為接入控制提供選擇時(shí)隙的依據(jù)。 接納控制AC 當(dāng)一個(gè)新的呼叫到來時(shí)，DCA首先選擇一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的時(shí)隙，能否

14、在該時(shí)隙為新呼叫分配資源。在選擇時(shí)隙的過程中，如果沒有單獨(dú)的時(shí)隙能夠提供新呼叫所需要的資源，DCA將試圖進(jìn)行資源整合，從而為新呼叫騰出一定的資源（包括碼資源、功率資源）。 快速DCA（為業(yè)務(wù)分配資源） 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)擁塞或鏈路質(zhì)量發(fā)生惡化時(shí)，RRM中的其他模塊（如LCC、RLS）會(huì)觸發(fā)DCA進(jìn)行信道調(diào)整。它的功能主要是有選擇的把一些用戶從負(fù)荷較重（或鏈路質(zhì)量較差）的時(shí)隙調(diào)整到負(fù)荷較輕（或鏈路質(zhì)量較好）的時(shí)隙。,31,動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)(續(xù)),DCA SF動(dòng)態(tài)分配 用戶可以使用不同的SF。 上行、下行時(shí)隙動(dòng)態(tài)分配 通過動(dòng)態(tài)改變時(shí)隙轉(zhuǎn)換點(diǎn)來實(shí)現(xiàn) 小區(qū)之間頻率動(dòng)態(tài)分配（小區(qū)中存在多載波的情況）,

15、32,CDMA上行同步,定義 上行鏈路各終端信號(hào)在基站解調(diào)器完全同步 優(yōu)點(diǎn) CDMA碼道正交， 降低碼道間干擾， 提高CDMA容量 簡(jiǎn)化硬件，降低成本,33,上行同步技術(shù),同步的建立 在隨機(jī)接入時(shí)建立 依靠BTS接收到的SYNC_UL 立即在對(duì)應(yīng)的F-PACH進(jìn)行控制 同步的保持 在每一上行幀檢測(cè)Midamble 立即在下一個(gè)下行幀SS位置進(jìn)行閉環(huán)控制 出現(xiàn)失步的可能性 有限小區(qū)半徑(取決于G的寬度，可能超過10km) 失步后執(zhí)行鏈路重建,34,TD-SCDMA基站同步,網(wǎng)絡(luò)同步: 系統(tǒng)內(nèi)各基站的運(yùn)行采用相同的幀同步定時(shí) 同步的目的：避免相鄰基站的收發(fā)時(shí)隙交叉，減小干擾 同步精度要求：幾微秒

16、同步方法： GPS： 網(wǎng)絡(luò)主從同步 空中主從同步,35,切換概念與接力切換,越區(qū)切換的概念 硬切換 軟切換 接力切換,36,越區(qū)切換的概念,在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，為了在有限的頻率范圍內(nèi)為盡可能多的用戶終端提供服務(wù)，將系統(tǒng)服務(wù)的地區(qū)劃分為多個(gè)小區(qū)或扇區(qū)，在不同的小區(qū)或扇區(qū)內(nèi)放置一個(gè)或多個(gè)無線基站，各個(gè)基站使用不同或相同的載頻或碼，這樣在小區(qū)之間或扇區(qū)之間進(jìn)行頻率和碼的復(fù)用可以達(dá)到增加系統(tǒng)容量和頻譜利用率的目的。 工作在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的用戶終端經(jīng)常要在使用過程中不停的移動(dòng)，當(dāng)從一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)的覆蓋區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)的覆蓋區(qū)域時(shí)，要求用戶終端的通信不能中斷，這個(gè)過程稱為越區(qū)切換。 注：這里的

17、通信不中斷可以理解為可能丟失部分信息但不致影響通信。,37,硬切換,在早期的頻分多址（FDMA）和時(shí)分多址（TDMA）移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用這種越區(qū)切換方法 當(dāng)用戶終端從一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)切換到另一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)時(shí)，先中斷與原基站的通信，然后再改變載波頻率與新的基站建立通信。 硬切換技術(shù)在其切換過程中有可能丟失信息。,38,硬切換流程,39,軟切換,在美國Qualcomm公司九十年代發(fā)明的碼分多址（CDMA）移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用這種越區(qū)切換方法 當(dāng)用戶終端從一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)具有相同載頻的小區(qū)或扇區(qū)時(shí)，在保持與原基站通信的同時(shí)，和新基站也建立起通信連接，與兩個(gè)基站之間傳輸相同的信息，完成切換之后才

18、中斷與原基站的通信。 優(yōu)點(diǎn)：軟切換過程不丟失信息，不中斷通信，還可增加系統(tǒng)容量。 缺點(diǎn)：其一解決了終端在相同頻率的小區(qū)或扇區(qū)間切換的問題；其二軟切換的基礎(chǔ)是宏分集，但在IS-95中宏分集占用了50的下行容量，因此軟切換實(shí)現(xiàn)的增加系統(tǒng)容量被它本身所占用的系統(tǒng)容量所抵消。,40,軟切換流程,41,接力切換的概念,接力切換適用于同步CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)，是TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。 設(shè)計(jì)思想：當(dāng)用戶終端從一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)或扇區(qū)時(shí)，利用智能天線和上行同步等技術(shù)對(duì)UE的距離和方位進(jìn)行定位，根據(jù)UE方位和距離信息作為切換的輔助信息，如果UE進(jìn)入切換區(qū)，則RNC通知另一基站做

19、好切換的準(zhǔn)備，從而達(dá)到快速、可靠和高效切換的目的。這個(gè)過程就象是田徑比賽中的接力賽跑傳遞接力棒一樣，因而我們形象地稱之為接力切換。 優(yōu)點(diǎn)：將軟切換的高成功率和硬切換的高信道利用率綜合到接力切換中 ，使用該方法可以在使用不同載頻的SCDMA基站之間，甚至在SCDMA系統(tǒng)與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)如GSM、IS95的基站之間實(shí)現(xiàn)不中斷通信、不丟失信息的越區(qū)切換。,42,43,接力切換實(shí)現(xiàn)步驟,右圖表示無線通信系統(tǒng)的一個(gè)蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu) NB0，NB1，NB2為基站，其中NB0是SCDMA系統(tǒng)的基站，NB1和NB2和NB0可以工作于相同或不同載波頻率的SCDMA基站，也可以是其他無線通信系統(tǒng)的基站。 MS為正在與NB0通信的用戶終端,44,功率控制,克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，因此上行功率控制十分重要 對(duì)抗陰影衰落和快速衰落 功率控制的主要目的 保證鏈路質(zhì)量Qos要求 提高系統(tǒng)容量,45,功率控制,功率控制分為開環(huán)功率控制、內(nèi)環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制 由于下行不存在遠(yuǎn)