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系统原理介绍,一. 系统概述,,二.关键技术,,三. TD-SCDMA网络结构,,四. TD-SCDMA物理层简介,什么是TD-SCDMA,TD－SCDMA,,Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access,,是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术标准之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持,,是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准，是UTRA－ FDD可替代的方案,,是集CDMA、TDMA等技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术,,它采用了智能天线、联合检测、同步CDMA、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术,TD-SCDMA开展历程,1998年6月正式向,,ITU提交标准建议,,1998年11月赫尔辛基会议，TD成为ITU／3G候选方案,,2000年5月，TD成为国际第三代移动通信标准之一,,2001年3月， TD-SCDMA成为3GPP标准R4,,2000年12月，TD- SCDMA论坛成立,,2002年10月23日，信产部公布3G频率规划,,2002年10月，TD,,产业联盟成立,2003年12月，空中接 口测试阶段完成,2004年3月，大唐发布了第一台TD终端预商用版本,2004年10月，TD产业峰会，多厂家供货环境形成,,2004年12月，TD国家专项试验网启动,2006年，规模试商用,,第三代移动通信系统的多址方式,,多址方式：CDMA成为主流,,根本定型的技术：基于直接扩频CDMA技术,f,Pwr/,,Code,t,TDMA,f,t,Pwr/,,Code,TDMA/CDMA,f,CDMA,第三代移动通信系统的双工方式,双工方式：,,－传统的FDD仍是主要的双工方,,－TDD方式受到更大关注,TDD和FDD,在第三代移动通信中必要的两种双工方式,,FDD,,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,,TD-SCDMA,,尤其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,,能提供本钱低廉的设备,TDD的优点,频谱灵活性：不需要成对的频谱,,在2GHz以下已很难找到成对的频谱,,上下行使用相同频率，上下行链路的传播特性相同，利于使用智能天线等新技术,,支持不对称数据业务：根据上下行业务量来自适应调整上下行时隙个数,,FDD系统一建立通信就将分配到一对频率以分别支持上下行业务。
在不对称业务中，频率利用率显著降低,,FDD系统也可以用不同宽度的频段来支持不对称业务，但：,,频段相对固定，不可能灵活使用,,本钱低：无收发隔离的要求，可以使用单片IC来实现RF收发信机,5ms,,1,上行时隙和,6,下行时隙,,,用于文件,下载,,internet,浏览等,(适用于下行数据流量大),,,可达,2Mbit/s,传输速率,5ms,5ms,,对称结构 (适用于语音呼叫,等),,6上行时隙/1下行时隙(文件,上传等),灵活分配上下行话务信道,TDD双工方式问题及解决方法,峰值/平均发射功率之比随时隙数增加而增加,,TDD系统对峰值/平均发射功率比有一定要求,此比值随时隙数增加而增加,,因CDMA要求线性工作，对发射功率和功率放大器要求较高,,TD-SCDMA使用智能天线，基站接受灵敏度增加9dB，故仍然可能使用低发射功率到达较远通信距离,,总的说来，在使用相同发射功率级别的手持机条件下，TD-SCDMA的通信距离比WCDMA要大,,通信距离(小区半径)主要受电波传播的时延所限制对于TD-SCDMA系统，典型小区半径设置在11公里，这主要出于人口密集地区设置考虑如果允许牺牲15%的容量，小区半径可到达40-50公里。
ITU要求TDD系统支持终端移动速度为120km/h但仿真试验结果说明在目前的芯片及算法条件下，可高于该值最多可达16个码道,1.6,MHz,下行,下行,下行,下行,上行,对同一无线信道的多用户同时访问,,根据用户需求进行容量分配,,每个CDMA用户和所有使用同一无线信道和时隙的用户都发生干扰〔多址干扰〕,每个用户通过临时分配到的,CDMA,码来被识别,时隙,TD-SCDMA特性,TD-SCDMA,W-CDMA/CDMA2000,空中接口,TDD,FDD,模式,55 + 100,MHz,〔60 +30〕×2 MHz,频段,1.6,MHz,5/1.25,MHz,射频带宽,无需使用成对的频段，任何频段都可用于,TD-SCDMA,中国频率资源分配,1920,1980,2021,2025,卫星,空,30,2110,2170,1880,85,,2200,2300,2400,30,,100,,TDD,40,15,TDD,100,,TDD,空,卫星,1785,1850,1805,1755,DCS,SCDMA,60,,60,,FDD,,(,上行),FDD,,(,下行),FDD,,(,下行),FDD,,(,上行),30,,30,,20,,45,,TD-SCDMA标准概况,,多址接入方式：,DS-CDMA/TDMA/SDMA,,码片速率,:1.28Mcps(WCDMA,的,1/3),,双工方式：,TDD,,载频宽度：,1.6M Hz,,扩频技术：,OVSF,,调制方式：,QPSK,8PSK,,编码方式：卷积编码，,Turbo,编码,,功率控制：,200,次,/,秒,TD-SCDMA,主要优势,能在现有的GSM网络上迅速而直接部署,,突出的频谱利用率：比其它3G标准的现有设备高一倍,,无需使用成对的频段,,较好的抗干扰性，特别是抑制码间干扰,,灵活、自适应的上下行业务分配，特别适合各种变化的不对称业务(如无线因特网),,系统本钱低,TD-SCDMA,的缺点,TD-SCDMA系统要精确定时，才能保持同步,,TDD需要保护时隙，限制了小区覆盖半径,,受功率控制和信道估计的限制，UE最高120km/h,,不支持软切换和更软切换，减少由此带来的处理增益,,TD-SCDMA相对于其它两大3G标准，开展滞后，尚未商用,一. 系统概述,,二.关键技术,,三. TD-SCDMA网络结构,,四. TD-SCDMA物理层简介,,,,,TD-SCDMA,的关键技术,智能天线,,软件无线电,,上行同步,,联合检测,,动态信道分配,,接力切换,,(..),5,4,2,1,3,6,,,智能天线,,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,不使用智能天线 ...,,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,智能天线的优势,,减少小区间干扰,,降低多径干扰,,基于每一用户的信噪比得以增加,,降低发射功率,,提高接收灵敏度,,增加了容量及小区覆盖半径,,定位用户位置,,智能天线,FDD方式：由于上、下行链路信号传播的无线环境受频率选择性衰落影响不相同，所以根据上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链路,,TDD方式：上、下行链路使用相同频率传输信号，且间隔时间短，链路无线传播环境差异不大，可以使用相同权值,,TDD方式更能够表达智能天线的优势,TDD,方式,FDD,方式,智能天线,,TD-SCDMA,全向码道和赋形码道,两种赋形波束,,得到小区覆盖的全向波束,,针对用户终端的赋形波束,,BCH/DwPTS必须使用全向波束，覆盖整个小区，在帧结构中使用专门时隙,,业务码道通常使用赋形波束，只覆盖个别用户,GP,DwPTS,UpPTS,BCH,TS5,TS4,TS0,TS2,TS1,TS3,TS6,软件无线电,用软件处理基带信号,,硬件平台：高速〔A/D〕变换 数字信号处理〔DSP〕,,RF,,收,,发,,信,,机,A/D,D/A,基带,,处理器,MCU,话音编,,译码器,人机界面,DSP,软件无线电的优势,软件无线电技术利用统一的硬件平台，使用不同的软件，来适应不同的工作模式。
它可以方便的通过软件编程改变算法，无需更新硬件，适应不同的业务要求· 系统增加功能通过软件升级来实现 · 减少设备费用支出 · 可支持多种通信体制并存 · 便于标准升级和新技术的运用,,,,,,,CDMA上行,同步,定义,,上行链路各终端信号在基站解调器完全同步,,优点,,CDMA码道正交,,降低码道间干扰,,提高CDMA容量,,简化硬件，降低本钱,t,基站解调器,码道1,码道2,码道N,CDMA上行,同步,上行同步技术,同步的建立,,在随机接入时建立,,依靠BTS接收到的SYNC1,,立即在下一个下行帧SS位置进行闭环控制,,同步的保持,,在每一上行帧检测Midamble,,立即在下一个下行帧SS位置进行闭环控制,,出现失步的可能性,,有限小区半径(取决于G的宽度，可能超过10km),,比较宽的容许范围(+/- 4 chips),,失步后执行链路重建,SS,上行业务时隙(BTS要求),Midamble,随机接入SYNC1,ss,UpPTS,UE的上行突发,,,,联合检测,联合检测作用,,防止多址干扰,,相对扩大检测动态范围,,小区内干扰最小化,,联合检测原理,,特定的空中接口“突发〞结构允许收信机对无线信道进行信道估计,,根据估计的无线信道，对所有信号同时进行检测,,从复合信号中减去其他信道的信号来获得每一个信道的信号,联合检测,由于无线移动信道的时变性和多径效应影响，使得数据之间存在干扰,,－ 符号间干扰〔ISI〕,,－ 码间干扰〔MAI〕,,通过数据符号间、码间的相关性在多个用户中检测、提取出所需的信号，消除ISI和MAI,联合检测的实现,码间干扰〔MAI〕是CDMA系统中的主要干扰,,在传统的CDMA系统信号别离方法中，把MAI看作热噪声,,联合检测充分利用MAI中的先验信息，如：,,的用户信道码,,的训练序列,,将非目标用户信息从MAI中滤除，进而可有效地提取,,目标用户信息。
如果每时隙只有 1 个用户信号,,,联合检测 (JD) 不是有效的,, 在同步CDMA模式下,多个用户共享每个时隙,联合检测是有效的,, 通过联合检测的MAI计算矩阵, 去除多用户干扰,, 结论：通过去除MAI增加了CDMA的容量,,通过去除,MAI, 对多用户信号检测动态范围达20 dB，无需快速功率控制,实现机理,联合检测的优缺点,联合检测易于实现：,,每时隙内码道少＋短扰码＋上行同步＝小运算量,,,联合检测的优点：,,降低干扰，扩大容量，降低功控要求，削弱远近效应,,,联合检测的缺点：,,大大增加系统复杂度、增加系统处理时延、需要要消耗一定的资源,智能天线＋联合检测,智能天线的主要作用：,,降低多址干扰，提高CDMA系统容量,,增加接收灵敏度和发射EIRP,,智能天线所不能克服的问题,,时延超过码片宽度的多径干扰,,多普勒效益(高速移动),,因而，在移动通信系统中，智能天线必须和其它信号处理技术同时使用,,联合检测：,,－ 基于训练序列的信道估值,,－ 同时处理多码道的干扰抵消,,理论上,，,联合检测和智能天线相结合技术，可以完全抵消MAI的影响，大大提高系统的抗干扰能力和容量,,,动态信道分配〔DCA〕：在终端接入和链路持续期间，根据多小区之,,间的干扰情况和本小区内的干扰情况，进行信道的分配和调整，增,,加了系统的总容量。
在TD-SCDMA系统中，信道的定义包括：,,载频 - 频域,,扩频码 –码域,,时隙 - 时域,,波束 - 空域,1.6,MHz,16,code can be used,Each user are indentified by each CDMA code,timeslot,,downlink,downlink,downlink,uplink,time,code,frequency,动态信道分配,,,,动态信道分配的方法,频域 DCA,,频域DCA中每一小区使用多个无线信道(频道)，激活用户分配在不同的载波上，从而减小用户之间的干扰,,时域 DCA,,在一个TD-SCDMA 载频上，使用7个时隙减少了每个时隙中同时处于激活状态的用户数量,,每载频多时隙，可以将受干扰最小的时隙动态分配给处于激活状态的用户,,码域 DCA,,在同一个时隙中，通过改变分配的码道来防止偶然出现的码道质量恶化,,空域 DCA,,通过智能天线，可基于每一用户进行定向波束赋形 (降低多址干扰),下述几种,DCA,方法全面降低了相应的小区间干扰，从而使频谱利用率得以优化,动态信道分配的组成,慢速DCA〔把资源分配到小区〕,,根据小区中各个时隙当前的负荷情况对各个时隙的优先级进行排队，为接入控制提供选择时隙的依据。
接纳控制,,当一个新的呼叫到来时，DCA首先选择一个优先级最高的时隙，能否在该时隙为新呼叫分配资源在选择时隙的过程中，如果没有单独的时隙能够提供新呼叫所需要的资源，DCA将试图进行资源整合，从而为新呼叫腾出一定的资源〔包括码资源、功率资源〕快速DCA〔为业务分配资源〕,,当系统负荷出现拥塞或链路质量发生恶化时，RRM中的其他模块〔如LCC、RLS〕会触发DCA进行信道调整它的功能主要是有选择的把一些用户从负荷较重〔或链路质量较差〕的时隙调整到负荷较轻〔或链路质量较好〕的时隙硬切换,在早期的频分多址〔FDMA〕和时分多址〔TDMA〕移动通信系统中采用这种越区切换方法,,当用户终端从一个小区或扇区切换到另一个小区或扇区时，先中断与原基站的通信，然后再改变载波频率与新的基站建立通信硬切换技术在其切换过程中有可能丧失信息硬切换流程,软切换,在美国Qualcomm公司九十年代创造的码分多址〔CDMA〕移动通信系统中采用这种越区切换方法,,当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个具有相同载频的小区或扇区时，在保持与原基站通信的同时，和新基站也建立起通信连接，与两个基站之间传输相同的信息，完成切换之后才中断与原基站的通信。
优点：软切换过程不丧失信息，不中断通信缺点：其一解决了终端在相同频率的小区或扇区间切换的问题；其二软切换的根底是宏分集，但在IS-95中宏分集占用了50％的下行容量，因此软切换实现的增加系统容量被它本身所占用的系统容量所抵消软切换流程,接力切换的概念,接力切换适用于同步CDMA移动通信系统，是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一设计思想：当用户终端从一个小区或扇区移动到另一个小区或扇区时，利用智能天线和上行同步等技术对UE的方位和距离进行定位，根据UE方位和距离信息作为切换的辅助信息，如果UE进入切换区，那么RNC通知另一基站做好切换的准备，从而到达快速、可靠和高效切换的目的优点：将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率综合到接力切换中 ，该方法可以在不同载频的基站之间使用，甚至在TD-SCDMA系统与其他移动通信系统如GSM、IS95的基站之间实现不中断通信、不丧失信息的越区切换Node B,source,Node B,target,UE,RNC,UE定位信息,邻小区列表，所有基站信息,UE搜索邻小区中的所有基站,建立同步,切换判决,切换指令,发现目标基站，测量报告，切换请求,确认切换完成,删除无线链路,停止发射和接收,信号,无线链路业务连接,无线链路业务连接,无线链路业务连接,同步保持,接力切换流程,接力切换的实现,MS和NB1,通信,,NB1通知邻近NB2, 提供用户位置信息,,基站类型、载频、定时等,,切换准备,,MS搜索,NB,2 ，建立同步,,MS或NB2发起切换请求,,系统决定切换执行,,MS与NB1断开，与NB2建立通信,,完成切换,,N,B,1,N,B,2,MS,三种切换技术比较,－高切换成功率,,－高资源利用率,一. 系统概述,,二.关键技术,,三. TD-SCDMA网络结构,,四. TD-SCDMA物理层简介,TD-SCDMA网络结构,UE,UE,Uu,Uu,TD-CDMA由CN〔核心网〕、UTRAN〔无线接入网〕和UE〔用户设备〕三局部组成，各个局部由接口连接。
RNS〔无线网络子系统〕由一个RNC〔无线网络控制器〕和多个Node B组成，一个Node B可以包括1个、3个或6个小区UTRAN又由多个RNS组成系统构成说明,核心网结构,核心网功能,核心网子系统的框架结构分成两个局部：电路交换〔CS〕域和分组交换〔PS〕域，分别对应于原来的GSM交换子系统和GPRS交换子系统CS域和PS域是依据系统对用户业务的支持方式区分的，根据运营商实际网络的规划方案，核心网可以同时包含这两个域，也可以只包括其中之一核心网主要处理UMTS内部所有的语音呼叫、数据连接和交换以及和外部其它网络的连接和路由选择，无线通信网络UTRAN利用电路交换域接入PSTN传统的语音业务；利用分组交换域接入IP等传统数据通信网络的数据业务Iu接口功能描述,,Iu接口是连接RAN和核心网之间的接口，Iu接口是一个开放接口，它将系统分成用于无线通信的RAN和负责处理交换、路由和业务控制的核心网两局部从结构上看，一个核心网可以和几个RNC相连，而任何一个RNC和核心网之间的Iu接口可以分成三个域：电路交换域〔Iu-CS〕、分组交换域〔Iu-PS〕和播送域〔Iu-BC〕从功能上看，Iu接口主要负责传递非接入层的控制消息、用户信息、播送信息及控制Iu接口上的数据传递等。
其主要功能如下：无线接入承载管理功能、无线资源管理功能、连接管理功能、用户平面管理功能、移动性管理功能、平安功能无线网络子系统主要功能,无线网络子系统网络结构,UTRAN,CN,UE,Iur接口功能描述,,Iur接口是两个RNC之间的逻辑接口，用来传送RNC之间的控制信令和用户数据Iur接口是一个开放接口Iur接口最初设计是为了支持RNC之间的软切换，但是后来参加了其他的有关特性现在Iur接口的主要功能是支持根本的RNC之间的移动性、支持公共信道业务、支持专用信道业务和支持系统管理过程Iub接口功能描述,,Iub,接口是,RNC,和,NodeB,之间的接口，用来传输,RNC,和,Node B,之间信令和无线接口的数据其主要功能为管理,Iub,接口的传输资源、,Node B,逻辑操作维护、传输操作维护信令、系统消息管理、专用信道控制、公共信道控制和定时以及同步管理在现行的第三代移动通信系统标准中，,Iub,接口还是一个不开放的内部接口，并没有像,Iu,接口和,Iur,接口一样做成完全开放的接口这样就限制了单独制造,Node B,的厂家将无法参与网络设备的竞争同时对运营者来讲，开放的,Iub,接口将会使得组网更加灵活。
无线网络控制器,无线收发信机的功能,Uu接口功能描述,,无线接口Uu接口是指终端〔UE〕和接入网〔RAN〕之间的接口，简称Uu接口，通常我们也称之为空中接口不同的无线接口协议使用各自的无线传输技术〔RTT〕现行的3G系统主要包括TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000，它们的主要区别表达在空中接口的无线传输技术上无线接口Uu是一个完全开放的接口，它主要是用来建立、重配置和释放各种3G无线承载业务一. 系统概述,,二.关键技术,,三. TD-SCDMA网络结构,,四. TD-SCDMA物理层简介,TD-SCDMA,帧结构,TD-SCDMA特殊时隙,DwPTS下行导频时隙,GP保护时隙,UpPTS上行导频时隙,TD-SCDMA常规时隙,每时隙可同时承载16个SF,训练序列Midamble,Midamble码的作用：,,上、下行信道估计,,功率测量,,上行同步保持,,Midamble码组成：,,长144Chips，112.5us,,由长度为128Chips的根本Midamble码经循环移位后生成,,对Midamble码不进行扩频、加扰等操作,物理层处理过程,小区搜索,随机接入,上行同步,功率控制,克服远近效应，因此上行功率控制十分重要,,对抗阴影衰落和快速衰落,,功率控制的主要目的,,－ 保证链路质量Qos要求,,－ 提高系统容量,,－ 延长 待机时间,NB,MS1,MS2,功率控制,功率控制分为开环功率控制、内环功率控制和外环功率控制,,由于下行不存在远近效应的问题，因此系统以上行功率控制为主,NB,RNC,MS,外环功率控制,内环功率控制,开环功率控制,开环功率控制,开环功控制,伴随着随机接入过程对各个信道初始功率进行设置,,TDD,方式中，开环功率控制算法能够利用上下行链路特性对称的特点，快速而准确地调整功率。
测量下行导频，估算出下行链路的损耗，将该损耗值等同于上行链路的损耗，计算出上行链路的发射功率内环功率控制,内环功控在Node B和UE间形成反响控制，通过TPC命令对UE的发射功率进行调节，使得无线链路的质量始终保持在SIR目标值要求水平上TPC命令产生规那么：,,－如果SIRest > SIRtarget，TPC命令设为“power down〞,,－如果SIRest < SIRtarget，TPC命令设为“power up〞,外环功率控制,外环功控制是根据BER/BLER与Qos要求的门限相比较，并根据一定的外环功控算法给出既能保证通信质量又能使系统容量最大的SIR目标值，然后RNC再通知Node B调整SIR目标值SIR与BER/BLER的对应关系和无线链路的具体环境有关所以为了适应无线链路的变化，需要实时地调整SIR的目标值。
