TDSCDMA基本原理【强烈推荐精品讲义】 .ppt

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2、DMA发展概述,3G标准化格局,日本 韩国 中国 美国 欧洲 美国,TD-SCDMA发展概述,3G Core Band,1755 1785 1850 1880 1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2300 2400,DECT,TDD,FDD-U,MBB,TDD,NULL,FDD-D,20,20,60,30,15,85,60,NULL,TDD,FDD-U,SAT,TDD,NULL,FDD-D,20,20,60,30,15,85,60,FDD-D,TDD,TDD,FDD-U,SAT,TDD,NULL,FDD-D,TDD,FDD-U,20,20,60,30,15,8

3、5,60,100,30,30,ITU,Euro./Japan,China,TDD在全球拥有丰富的频谱资源,全球3G频谱分配,TD-SCDMA发展概述,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写入3GPP R4,TD-SCDMA成为中国通信行业标准,TD-SCDMA标准发展历程,TD-SCDMA发展概述,课程内容,TD-SCDMA发展概述网络结构和接口物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制物理层过程TD-SCDMA关键技术,空中接口Uu,网络结构和接口,空中接口Uu,无线

4、接口从协议结构上可以划分为三层：物理层（L1）数据链路层（L2）网络层（L3）L2和L3划分为控制平面（C-平面）和用户平面（U-平面）。RLC和MAC之间的业务接入点（SAP）提供逻辑信道，物理层和MAC之间的SAP提供传输信道。RRC与下层的PDCP、BMC、RLC和物理层之间都有连接，用以对这些实体的内部控制和参数配置。,网络结构和接口,课程内容,TD-SCDMA发展概述网络结构和接口物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制物理层过程TD-SCDMA关键技术,什么是TD-SCDMA,Time Division Duplex Synchronous Code Division Multi

5、plex Access,物理层结构,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/码,TD-SCDMA帧结构每帧有两个上/下行转换点TS0为下行时隙TS1为上行时隙三个特殊时隙GP,DwPTS,UpPTS其余时隙可根据根据用户需要进行灵活UL/DL配置,物理层结构,物理信道帧结构,3GPP定义的一个TDMA帧长度为10ms。一个10ms的帧分成两个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长为5ms。这是考虑到了智能天线技术的运用，智能天线每隔5ms进行一次波束的赋形。子帧分成7个常规时隙（TS0 TS6），每个时隙长度为864chips，占675us）。DwPTS（下行导

6、频时隙，长度为96chips，占75us）GP（保护间隔，长度96chips，75us）UpPTS（上行导频时隙，长度160chips，125us）子帧总长度为6400chips，占5ms，得到码片速率为1.28Mcps。,物理层结构,物理信道帧结构,TS0用作下行时隙来发送系统广播信息，广播信PCCPCH占用该时隙进行发射。TS1总是固定地用作上行时隙。其它的常规时隙可以根据需要灵活地配置成上行或下行以实现不对称业务的传输，上下行的转换由一个转换点（Switch Point）分开。每个5ms的子帧有两个转换点（DL到UL和UL到DL），第一个转换点固定在TS0结束处，而第二个转换点则取决于小

7、区上下行时隙的配置。,物理层结构,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 Chips组成；16 Chips为保护；可以进行波束赋形；,物理层结构,常规时隙,Midamble码整个系统有128个长度为128chips的基本midamble码，分成32个码组，每组4个。一个小区采用哪组基本midamble码由基站决定，当建立起下行同步之后，移动台就知道所使用的midamble码组。Node B决定本小区将采用这4个基本midamble中的哪一个。同一时隙的不同用户将使用不同的训练序列

8、位移。训练序列的作用：上下行信道估计；功率测量；上行同步保持。传输时Midamble码不进行基带处理和扩频，直接与经基带处理和扩频的数据一起发送，在信道解码时它被用作进行信道估计。,物理层结构,Data symbols,Midamble,Data symbols,TPC symbols,SS symbols,G,P,1,st,part of TFCI code word,2nd part of TFCI code word,Data symbols,Midambl,e,Data symbols,TPC symbols,Time slot x(864 Chips),SS symbols,G,P,

9、3,rd,part of TFCI code word,4th part of TFCI code word,Radio Frame 10ms,Sub-frame 5ms,常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCI,位置：位于midamble的两侧TPC:调整步长是1,2或3dBSS；最小精度是1/8个chipTFCI；分四个部分位于相邻的两个子帧内,Sub-frame 5ms,Time slot x(864 Chips),物理层结构,常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCI,TFCI（Transport Format Combination Indicator）用于指示传输的格式，对每一个CC

10、TrCH，高层信令将指示所使用的TFCI格式。对于每一个所分配的时隙是否承载TFCI信息也由高层分别告知。如果一个时隙包含TFCI信息，它总是按高层分配信息的顺序采用该时隙的第一个信道码进行扩频。TFCI是在各自相应物理信道的数据部分发送，这就是说TFCI和数据比特具有相同的扩频过程。对于每个用户，TFCI信息将在每10ms无线帧里发送一次。,物理层结构,常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCI,TPC（Transmit Power Control）用于功率控制，该控制信号每个子帧（5ms）发射一次。这也意味着TD的功控频率是每秒200次。每次调整步长为1，2，3dB.SS（Synchroni

11、zation Shift）是TD-SCDMA系统中所特有的，用于实现上行同步，他也是每隔一个子帧进行一次调整。,物理层结构,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；时长75us32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。,物理层结构,上行导频时隙UpPTS,用于建立上行初始同步和随机接入，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

12、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,物理层结构,GP保护时隙,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；确定基本的基站覆盖半径。,物理层结构,课程内容,TD-SCDMA发展概述网络结构和接口物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制物理层过程TD-SCDMA关键技术,3种信道模式,逻辑信道：直接承载用户业务；根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务分为两大类，即控制信道和业务信道。传输信道：无线接

13、口层2和物理层的接口，是物理层对MAC层提供的服务；根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息分为专用信道和公共信道两大类。物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，每一种使用特定的载波频率、码（扩频码和扰码）以及载波相对相位都可以理解为一类特定的信道。,信道结构,信道概念,信道结构,逻辑信道及其分类,逻辑信道：直接承载用户业务；根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务分为两大类，即控制信道和业务信道。分类：SCCH，BCCH，PCCH，DCCH，CCCH，DTCH,传输信道及其分类,传输信道是由L1提供给高层的服务，根据在空中接口上如何传输及传输什么特性的数据来定义

14、的。传输信道一般可分为两组：专用信道DCH在这类信道中，UE是通过物理信道来识别。公共信道在这类信道中，当消息是发给某一特定的UE时，需要有内识别信息；广播信道BCH寻呼信道PCH前向接入信道FACH随机接入信道RACH上行共享信道USCH下行共享信道DSCH,信道结构,物理信道及其分类,物理信道根据其承载的信息不同被分成了不同的类别，有的物理信道用于承载传输信道的数据，而有些物理信道仅用于承载物理层自身的信息。专用物理信道DPCH 公共物理信道CPCH 主公共控制物理信道P-CCPCH 辅公共控制物理信道S-CCPCH 快速物理接入信道FPACH 物理随机接入信道PRACH 物理上行共享信道

15、PUSCH 物理下行共享信道PDSCH 寻呼指示信道PICH(8)下行导频信道DwPCH(9)上行导频信道UpPCH,信道结构,专用物理信道（DPCH）,专用物理信道DPCH（Dedicated Physical CHannel）用于承载来自专用传输信道DCH的数据，DPCH所使用的码和时隙等配置信息是通过信令消息配置给UE的；DPCH可以位于频带内的任意时隙和任意允许的信道码，一个UE可以在同一时刻被配置多条DPCH，若UE允许多时隙能力，这些物理信道还可以位于不同的时隙，但是，对于上行多码传输，UE在每个时隙最多可以同时使用两个物理信道；下行物理信道采用的扩频因子为16和1，上行物理信道的

16、扩频因子可以从116之间选择；DPCH支持TPC，SS，和TFCI所有物理层信令。物理层将根据需要把来自一条或多条DCH组合在一条或多条编码组合传输信道CCTrCH（Coded Composite Transport CHannel）内，然后再根据所配置物理信道的容量将CCTrCH数据映射到物理信道的数据域；同时，一个 CCTrCH支持多个并行的物理信道，用于支持更高的数据速率，这些并行的物理信道可以采用不同的信道码同时发射。,信道结构,主公共控制物理信道（P-CCPCH）,主公共控制物理信道（P-CCPCH，Primary Common Control Physical CHannel）仅用

17、于承载来自传输信道BCH的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播，UE上电后将搜索并解码该信道上的数据以获取小区系统信息。主公共控制物理信道是单向下行信道，帧格式中没有物理层信令TFCI、TPC或SS，为了满足信息容量的要求，P-CCPCH使用两个码分信道来承载BCH数据（P-CCPCH1和P-CCPCH2）。P-CCPCHs固定映射到时隙0（TS0）的扩频因子SF=16的两个码道；主公共控制物理信道作为信标信道（Beacon Channel）还具有以下特点以参照功率进行发送；发送时不进行beamforming；在其占用的时隙专用m(1)和 m(2)两个训练码。对P-CCPCH信道的测量是U

18、E物理层的一个重要测量。,信道结构,辅公共控制物理信道（S-CCPCH）,辅公共控制物理信道（S-CCPCH，Secondary Common Control Physical CHannel）用于承载来自传输信道FACH和PCH的数据，S-CCPCH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。S-CCPCH是单向下行信道，固定使用SF=16的扩频因子，不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，信道的编码及交织周期为20ms。受容量限制，S-CCPCH也使用两个码分信道（S-CCPCH1和S-CCPCH2）来构成一个S-CCPCH信道对。该信道可位于任一个下行时隙，使用时隙中的任意一对码分

19、信道和Midamble移位序列。在TS0，主、辅公共控制信道也可以进行时分复用。在一个小区中，可以使用一对以上的S-CCPCHs。物理层根据配置可以把来自一条或多条FACH和一条PCH得数据组合在一条编码组合传输信道CCTrCH（Coded Composite Transport CHannel）上，然后再根据所配置将CCTrCH数据映射到一条或者多条S-CCPCH物理信道上。,信道结构,物理随机接入信道（PRACH）,物理随机接入信道（PRACH，Physical Random Access CHannel）用于承载来自传输信道RACH的数据，PRACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播

20、。PRACH为单向上行信道，它可以使用的扩频因子有16、8、4。受信道容量限制，对不同的扩频因子，信道的其它结构参数也相应发生变化：SF=16，持续时间为4个子帧（20 ms）；SF=8，持续时间为2个子帧（10 ms）；SF=4，持续时间为1个子帧（5 ms）。PRACH信道可位于任一上行时隙，使用任意允许的信道化码和Midamble位移序列。小区中配置的PRACH信道（或SF=16时的信道对）数目与FPACH信道的数目有关，两者配对使用。传输信道RACH的数据不与来自其它传输信道的数据编码组合，因而PRACH信道上没有TFCI，也不使用SS和TPC控制符号。,信道结构,快速物理接入信道（F

21、PACH）,快速物理接入信道（FPACH，Fast Physical Access CHannel）不承载传输信道信息，FPACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。FPACH是单向下行信道，扩频因子SF=16，单子帧交织，信道的持续时间为5 ms，数据域内包含SS和TPC控制符号，因为FPACH不承载来自传输信道的数据，也就不需要使用TFCI。Node B使用FPACH来响应在UpPTS时隙收到的UE接入请求，从而调整UE的发送功率和同步定时偏移。,信道结构,上行导频信道（UpPCH）,上行导频信道（UpPCH）就是整个上行导频时隙（UpPTS）。UpPTS时隙被UE用来发送上行同步码（

22、SYNC_UL），建立与Node B的上行同步。Node B可以在同一子帧的UpPTS时隙识别最多8个不同的上行同步码（SYNC_UL）。多个UE可同时发起上行同步建立，但必须有不同的上行同步码。可以理解为：一个小区最多可有8个用于上行同步建立的上行导频信道UpPCH同时存在。,信道结构,下行导频信道（DwPCH）,下行导频信道（DwPCH）就是整个下行导频时隙（DwPTS）；DwPTS时隙被Node B用来发送下行同步码（SYNC_DL），UE用来建立与Node B的下行同步；Node B必须在DwPTS发送唯一的下行同步码，具体值由配置决定，功率必须保证覆盖整个小区且保持不变；下行同步码作

23、为TD-SCDMA系统中重要的资源只有32个，必须采用复用的方式在不同的小区中使用，一般而言，同频相邻小区将使用不同的下行同步码标识不同的小区。,信道结构,寻呼指示信道（PICH）,寻呼指示信道（PICH：Paging Indicator CHannel）不承载传输信道的数据，PICH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。PICH为单向下行信道，PICH固定使用扩频因子SF=16。一个完整的PICH信道由两条码分信道构成。信道的持续时间为两个子帧（10 ms）。根据需要，也可将多个连续的PICH帧构成一个PICH块。PICH与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的P

24、CH信道（映射在S-CCPCH上）。,信道结构,共享物理信道（PUSCH&PDSCH）,物理上行共享信道（PUSCH，Physical Uplink Shared CHannel）用于承载来自传输信道USCH的数据。物理下行共享信道（PDSCH：Physical Downlink Shared CHannel）用于承载来自传输信道DSCH的数据。物理上下行共享信道的物理层参数与专用物理信道相同。所谓共享指的是同一物理信道可由多个用户分时使用，或者说信道具有较短的持续时间。共享物理信道由系统预先建立，然后根据UE的业务需求，按照某种方式分配给某个UE使用。,信道结构,传输信道到物理信道的映射,说

25、明：左表中部分物理信道与传输信道并没有映射关系。按3GPP规定，只有映射到同一物理信道的传输信道才能够进行编码组合。由于PCH和FACH都映射到S-CCPCH，因此来自PCH和FACH的数据可以在物理层进行编码组合生成CCTrCH。其它的传输信道数据都只能自身组合成，而不能相互组合。另外，BCH和RACH由于自身性质的特殊性，也不可能进行组合。,信道结构,课程内容,TD-SCDMA发展概述网络结构和接口物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制物理层过程TD-SCDMA关键技术,TD-SCDMA数据简要发送过程,数据,编码交织,扩频,加扰,射频调制,射频发送,射频接收,射频解调,解扰,解扩,解

26、码解交织,数据,信道编码与复用,数据调制,数据解调,Coded data,Data before 1st interleaving,Data after 1st interleaved,Rate matched data,CCTrCH,d a t a,Data before 2st interleaved,Data after 2st interleaved,TFCI,SS,TPC,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸

27、均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传

28、送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织

29、 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,CRC校验 传送块级联和码块分割 信道编码 无线帧尺寸均衡 第一次交织 无线帧分段 速率匹配 TrCH复用 物理信道的分段 第二次交织 子帧分割 物理信道映射,编码和复用过程,信道编码与复用,无纠错编码：BER10-1 10-2,不能满足通信需要,卷积编

30、码：BER10-3,满足语音通信需要,Turbo 码：BER10-6,满足数据通信需要,原理和目的,作用和效果,信道编码技术,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）,信道编码与复用,信道编码方案,信道编码与复用,信道编码举例,编码,解码,床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国,床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国,床？前前明明月月光光春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国,信道编码适合纠正非连续的少量错误,信道编码与复用,交

31、织技术原理（1）,床前明月光春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国,床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国,？春春眠眠？不觉觉晓晓白白发发三三？千丈？红红豆豆生生南？国国,？,编码,信道编码对连续的码元出错不能纠错,信道编码与复用,交织技术原理（2）,优点交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。提高纠错编码的有效性。缺点：由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才能纠错，加大了处理延时，因此交织深度应根据不同的业务要求有不同的选择。在特殊情况下，若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。,信道编码与复用,信道编码和交织技术举例,床前明月光

32、春眠不觉晓白发三千丈红豆生南国,床床前前明明月月光光春春眠眠不不觉觉晓晓白白发发三三千千丈丈红红豆豆生生南南国国,床春白红床春白红前眠发豆前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国,床春白红？前眠发豆明不三生明不三生月觉千南月觉千南光晓丈国光晓丈国,床？前明明月月光光春？眠不不觉觉晓晓白？发三三千千丈丈红？豆生生南南国国,编码,交织,去交织,解码,突发错误,信道编码与复用,课程内容,TD-SCDMA发展概述网络结构和接口物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制物理层过程TD-SCDMA关键技术,概述,数据调制比特流的数据到符号数据的形成过程扩频调制符号数据到高速码片数据的形成过

33、程,扩频与调制,调制和扩频的基本参数,扩频与调制,QPSK,8PSK,数据调制,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,扩频与调制,扩频通信的定义,扩展频谱（SS:Spread Spectrum)通信简称扩频通信。扩频通信技术:在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。直接序列扩展频谱DSSSCDMA采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。调频FH 跳时TH,扩频与调

34、制,C=B*log2(1+S/N),C：信道容量，单位b/s B：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W,结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量.,扩频通信的理论基础,扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。其理论基础为Shannon定理：,扩频与调制,扩频码速率：1.28Mc/s；扩频码：OVSF码。,直接序列扩频通信,扩频与调制,码序列的正交累加为0表示正交,码序列的正交性,扩频与调制,TD-SCDMA系统扩频码（信道化码）,TD-SCDMA

35、扩频码是由Walsh函数生成，叫做OVSF码（正交可变扩频因子码），OVSF码互相关为零，相互完全正交。Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统，可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是1和1（或0和1），比较适合于用来表达和处理数字信号。Walsh函数具有理想的互相关特性。在Walsh函数中，两两之间的互相关函数为“0”，亦即它们之间是正交的。,扩频与调制,SF=1,SF=2,SF=4,ch,1,0,=(1),C,ch,2,0,=(1,1),C,ch,2,1,=(1,-1),C,ch,4,0,=(1,1,1,1),C,ch,4,1,=(1,-1,1,-1),C,ch,4

36、,2,=(1,1,-1,-1),C,ch,4,3,=(1,-1,-1,1),OVSF:Orthogonal variable spreading factor,OVSF-正交可变扩频因子,扩频与调制,TD-SCDMA扩频过程,数据比特,扩频后码片,OVSF码,扰码,符号速率 SF=1.28Mcps。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。,扩频与调制,扩频解扩过程举例,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,解扩,-1,1,-1,1,-1,-1,1,1,1,1,1,1,-4,4,0,0,判 断,-1,1,-1,1,扩频,积 分,-1,1,-1

37、,1,-1,-1,1,1,扩频与调制,TD-SCDMA扩频示意,用户数据,-1+1-1-1+1-1,扩频码,+1-1-1+1-1+1+1-1,扩频信号,用户数据扩频码,解扩数据,用户数据扩频码,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,解扩,扩频,扩频与调制,不同用户使用不同的扩频码,扩频与调制,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,窄带干扰,宽带干扰,扩频通信示意图,扩频与调制,扩频通信的特点,抗干扰能力强保密性高低发射功率易于

38、实现大容量多址通信占用频带宽,扩频与调制,扰码介绍,符号速率 SF=1.28Mcps。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。,数据比特,扩频后码片,OVSF码,扰码,扩频与调制,扰码介绍,一个数据符号经过长为Qk的扩频码扩频后，还要经过一个扰码=（1,2,QMAX）进行加扰。加扰前可以通过级联QMAX/Qk个扩频数据而实现长度匹配。可用的扰码共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。,扩频与调制,TD-SCDMA系统码组,小区码组配置是指小区特有的码组，不同的邻近的小区将配置

39、不同的码组。小区码组配置有：（1）下行同步码SYNC_DL（2）上行同步码SYNC_UL（3）基本Midamble码，共128个（4）小区扰码（Scrambling Code），共128个；TD-SCDMA系统中，有32个SYNC_DL码，256个SYNC_UL码，128个Midamble码和128个扰码，所有这些码被分成32个码组，每个码组包含1个SYNC_DL码，8个SYNC_UL码，4个Midamble码和4个扰码。,扩频与调制,TD-SCDMA系统码组,扩频与调制,课程内容,TD-SCDMA发展概述网络结构和接口物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制物理层过程TD-SCDMA关键技

40、术,物理层过程,小区搜索 同步技术随机接入,物理层过程,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,UE利用DwPTS中SYNC_DL得到与某一小区的DwPTS同步，在这一步中，UE必须要识别出在该小区可能要使用的32个SYNC_DL中的哪一个SYNC_DL被使用,小区搜索过程（一）,物理层过程,UE通过试探法或排除法确定P-CCPCH采用的Midamble码，从而进一步确定扰码,小区搜索过程（二）,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,物理层过程,控制复帧由调制在DwPTS上的QPSK符号序列定位，UE通过n个连续DwPTS检

41、测BCH主信息块的位置，实现控制复帧的同步,小区搜索过程（三）,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,物理层过程,UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的（全）广播信息，根据读取的结果，UE可决定是回到以上的几步还是完成初始小区搜索。,小区搜索过程（四）,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,物理层过程,物理层过程,小区搜索 同步技术随机接入,物理层过程,同步技术,TD-SCDMA系统中的同步技术主要由两部分组成：基站间的同步（Synchronization of Node Bs）基站与移动台间上行同步（Uplink S

42、ynchronization）,物理层过程,同步技术基站间同步,TD-SCDMA系统的TDD模式要求基站之间必须同步 同步目的：避免相邻基站的收发时隙交叉，减小干扰 基站间同步:系统内各基站的运行采用相同的帧同步定时 同步精度要求：几微秒 同步方法：GPS网络主从同步空中主从同步,物理层过程,定义：上行链路各终端信号在基站解调器基本同步。目的：CDMA码道正交；降低码道间干扰；提高CDMA容量；简化硬件、降低成本。上行同步过程主要用于随机接入过程和切换过程前，用于建立UE和基站之间的初始同步，也可以用于当系统失去上行同步时的再同步，同步的精度一般要求在1/81chip,同步技术上行同步,物理层

43、过程,上行同步实现,同步的准备：建立下行同步同步的建立：UE通过对接收到的DwPTS和或P-CCPCH的功率估计来确定SYNC_UL的发射时刻，然后在UpPTS发送基站检测SYNC_UL 序列，估计接收功率和时间，通过FPACH调整下次发射的功率和时间在以后的4个子帧内，基站用FPACH里的一个单一子帧消息向UE发射调整信息同步的保持：在每一上行帧检测Midamble，估计UE的发射功率和发射时间偏移立即在下一个可用的下行帧发射SS和TPC命令进行闭环控制,物理层过程,上行同步实现,物理层过程,物理层过程,小区搜索 同步技术随机接入,物理层过程,随机接入过程,随机接入过程是与上行导频时隙(Up

44、PTS)相关的物理过程。,下行同步建立和维持,UE处于空闲状态，读取小区广播信息，得到为UE接入而分配的8个SYNC_UL,上行同步建立,UE从8个已知的SYNC_UL中随机选择一个，通过UpPTS信道发射。Node B在4个子帧内通过FPACH信道向UE发送反馈信息,随机接入完成,UE收到来自网络的RRC连接建立响应，指示UE发出的随机接入是否被接受,物理层过程,随机接入过程,UE,Node B,UpPCH(SYNC_UL),终端选择SYNC1,以估算的时间和功率发送,基站检测到SYNC1,并回送定时和功率调整,FPACH(PC,SS),PRACH(RRC接入请求),调整定时和功率,发送随机

45、接入请求,S-CCPCH(RRC连接建立响应),指配信道,继续完成接入过程和鉴权,DCCH(RRC连接证实),按L3信令要求，在DCCH上向网络发送证实消息,物理层过程,随机接入冲突处理,当发生碰撞或处于恶劣的传播环境中时，Node B不能 发送FPACH或不能接收SYNC-UL。这时，UE不能从Node B得到任何响应。UE必须通过新的测量来调整发射时间和发射功率，在一个随机时延后，再次发送SYNC-UL。每次重发射，UE都将重新随机选择SYNC-UL突发。,物理层过程,课程内容,TD-SCDMA发展概述网络结构和接口物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制物理层过程TD-SCDMA关键技

46、术,TDD技术,易于使用非对称频段,无需具有特定双工间隔的成对频段适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的,有利于智能天线技术的实现 无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本,智能天线技术,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,干扰,Talk,自适应阵列基站,普通基站,智能天线技术,智能天线的分类 智能天线的天线阵是一列取向相同、同极化、低增益的天线，按照一定的方式排列和激励，利用波的

47、干涉原理产生强方向性的方向图。智能天线的分类有线阵、圆阵；全向阵、定向阵,线阵,圆阵,智能天线的实现,上行方向，目的是将8路信号变成一路信号，一个用户对于八根天线所接收到的信号相位不同，即不同的相位角。将接收到的信号正弦波相位依次前移，通过提供自适应权值进行同向合并。数字信号处理器是用于信道估计，给自适应算法提供依据。对于下行来说，是根据上行的信道估计参数，将基带发射信号变成8路信号到8个阵元上，完成波束定向赋形过程。,联合检测技术,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

48、方法,联合检测,干扰抵消,基本思想是判决反馈，它首先从总的接收信号中判决出其中部分的数据，根据数据和用户扩频码重构出数据对应的信号，再从总接收信号中减去重构信号，如此循环迭代,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。,联合检测的实现,关键是突发序列中的训练序列,e=Ad n,A是系统矩阵，由扩频码c和信道脉冲响应h决定 扩频码c已知 信道脉冲响应h利用突发结构中的训练

49、序列 midamble求解出：emid=Gh+nmid 其中：G由Midamble码构造的矩阵;emid 接收机接收到总信号中的Midamble部分,e：接收到的数据序列,n：噪声,emid=Gh+nmid,midamble码时必须选择抗白噪声性能较好的码组,动态信道分配技术,信道分配指在采用信道复用技术的小区制蜂窝移动系统中，在多信道共用的情况下，以最有效的频谱利用方式为每个小区的通信设备提供尽可能多的可使用信道。信道分配过程一般包括呼叫接入控制、信道分配、信道调整三个步骤。不同的信道分配方案在这三个步骤中有所区别。信道分配方案可分为以下三种：固定信道分配（FCA）动态信道分配（DCA）混合

50、信道分配（HCA）,DCA的分类,慢速DCA：根据小区业务情况，确定上下行时隙转换点快速DCA：根据对专用业务信道或共享业务信道通信质量监测的结果，自适应地对资源单元（RU，即码道或时隙）进行调配和切换，以保证业务质量。快速DCA分为以下几类：频域DCA 时域DCA 码域DCA 空域DCA,快速DCA,接力切换技术,切换是指当移动台处于移动状态中通讯从一个基站或信道转移到另一个基站或信道的过程,上、下行链路质量，上、下行链路信号的测量，距离或业务的变化，更优的蜂窝出现，操作和管理的干涉，业务流量情况等,在蜂窝结构的无线移动通信系统中，当移动台从一个小区移动到另一个小区时，为保持移动用电话不中断