TDSCDMA基本原理.ppt

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1、TD-SCDMA基本原理保定移动分公司,目录前言TD-SCDMA系统结构TD-SCDMA的关键技术TD-SCDMA频谱划分,前言第三代移动通信系统的主流标准WCDMA/TDSCDMA/CDMA2000，其中TD-SCDMA标准是我国拥有自主知识产权的3G通信制式。TD-SCDMA的中文含义为时分复用同步码分多址接入，TD-SCDMA的无线传输方案综合了频分多址FDMA，时分多址TDMA和码分多址CDMA等多种多址方式。,TD-SCDMA 系统总体结构（一）：,TD-SCDMA 系统总体结构（二）：Iu接口是连接UTRAN 和CN 之间的接口，同时也是RNS和CN 之间的一个参考点。Iu 接口又

2、可分为三个接口：Iu-CS、Iu-PS 和Iu-BC。Iub 接口是RNC-Node B之间的接口，用来传输RNC和Node B之间的信令及无线接口的数据。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。同Iu接口一样，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，但是后来其它的特性被加了进来。现在Iur 接口的主要功能有以下几种：支持基本的RNC之间的移动性支持公共信道业务支持专用信道业务支持全局管理过程,TD-SCDMA系统的关键技术,TD-SCDMA 系统的关键技术：时分双工时分双工（Time Division Duplex）

3、是一种通信系统的双工方式，在无线通信系统中用于分离接收和传送信道或者上行和下行链路。采用TDD 模式的无线通信系统中接收和传送是在同一频率信道（载频）的不同时隙，用保护时间间隔来分离上下行链路；而采用FDD模式的无线通信系统的接收和传送是在分离的两个对称频率信道上，用保护频率间隔来分离上下行链路。TDD与FDD比较，下图：,TD-SCDMA 系统的关键技术：多址方式TD-SCDMA 系统中由于采用了TDD 的双工方式，使其可以利用时隙的不同来区分不同的用户。同时，由于每个时隙内同时最多可以有16 个码字进行复用，因此同时隙的用户也可以通过码字来进行区分。另外，每个TD-SCDMA载频的带宽为1

4、.6MHz，使得多个频率可以同时使用。可见，TD-SCDMA 系统集合CDMA、FDMA、TDMA三种多址方式于一体，使得无线资源可以在时间、频率、码字这三个维度进行灵活分配，也使得用户能够被灵活分配在时间、频率、码字这三个维度从而降低系统的干扰水平。,TD-SCDMA 系统的关键技术：TD-SCDMA多址方式图示,TD-SCDMA 系统的关键技术：同步技术TD-SCDMA 的同步技术包括网络同步、初始化同步、节点同步、传输信道同步、无线接口同步、Iu 接口时间较准、上行同步等。其中网络同步是选择高稳定度、高精度的时钟作为网络时间基准，以确保整个网络的时间稳定。它是其它各同步的基础。初始化同步

5、使移动台成功接入网络。节点同步、传输信道同步、无线接口同步和Iu 接口时间较准、上行同步等，使移动台能正常进行符合质量 要求的业务传输。TD-SCDMA 系统的TDD 模式要求基站之间必须严格同步，目的是避免相邻基站之间的收发时隙存在交叉而导致严重干扰，一般通过GPS实现基站之间相同的帧同步定时，其精度要求为3 微秒，紧急情况如GPS不可用时系统可自行维持24小时同步，在特殊情况下也可考虑使用空中接口的主从同步或者从传输接口提取，但精度不高，未来可以考虑同时使用我国自行建设的北斗系统进行授时。,TD-SCDMA 系统的关键技术：功率控制功率控制是CDMA系统中有效控制系统内部的干扰电平，从而降

6、低小区内和小区间干扰的不可缺少的手段。在TD-SCDMA系统中功率控制可以分为开环功率控制和闭环功率控制，而闭环功率控制又可以分为内环功率控制和外环功率控制。,TD-SCDMA 系统的关键技术：智能天线技术（一）在复杂的移动通信环境和频带资源受限的条件下达到更好的通信质量和更高的频谱利用率，主要受3 个因素的限制：多径衰落、时延扩展、多址干扰。为克服这些因素的限制,在TD-SCDMA中引入了智能天线这项技术。智能天线，即具有一定程度智能性的自适应天线阵列。首先，天线阵列由多个空间分隔的天线阵元组成，每个天线的输出通过接收端的多输入接收机合并在一块。与传统接收天线只能在天线全向角度以固定方式处理

7、接收信号不同，自适应天线阵列是空间到达角度或者说是扩展角度的函数，接收机可以在这个角度的范围内对接收的信号进行检测处理，可以动态的调整一些接收机制来提高接收性能。,TD-SCDMA 系统的关键技术：智能天线技术（二）根据到达天线阵列的信号的相关性，可以将天线阵列分为完全相关和完全不相关两种情况。对于前者，每个阵元上的信号以相同的方式衰落，这时要求阵元之间的间隔很小，一般小于等于半个波长，这也是TD-SCDMA系统中应用的天线阵列；而对于后者，每个阵元上的信号可以认为经过相互独立的信道，当一个信号处于深衰落时，其他信号不可能同时处于深衰落，通常阵元之间的间隔要大于半个波长，此时主要是获得分集接收

8、增益。根据天线阵列的几何形状，可以分为等距离线阵、均匀圆阵、天面格状阵列以及立体格状阵列。而等距离线阵和均匀圆阵都是TD-SCDMA系统中广泛应用的两种阵列，前者主要用于扇区化天线，后者主要用于全向天线。,TD-SCDMA 系统的关键技术：智能天线技术（三）自适应天线阵列能够在干扰方向未知的情况下，自动调节阵列中各个阵元的信号加权值的大小，使阵列天线方向图的零点对准干扰方向而抑制干扰，即使在干扰和信号同频率的情况下,也能成功地抑制干扰。如果天线的阵元数增加，还可以增加零点数来同时抑制不同方向上的几个干扰源。实际干扰抑制的效果，一般可达2530 dB 以上。智能天线以多个高增益的动态窄波束分别跟

9、踪多个移动用户，同时抑制来自窄波束以外的干扰信号和噪声，使系统处于最佳的工作状态。但智能天线的波束跟踪并不意味着一定要将高增益的窄波束指向移动用户的物理方向，实际在随机多径信道上，移动用户的物理方向是难以确定的，特别是在发射台至接收机的直射路径上存在阻挡物时，用户的物理方向并不一定是理想的波束方向。智能天线波束跟踪的真正含义是在最佳路径方向形成高增益窄波束并跟踪最佳路径的变化。,TD-SCDMA 系统的关键技术：智能天线技术,TD-SCDMA 系统的关键技术：联合检测在实际的CDMA移动通信系统中，由于扩频码字相关特性的非理想性，各个用户信号之间经过复杂多变的无线信道后将存在一定的相关性，这就

10、是多址干扰（MAI）存在的根源。由个别用户产生的MAI固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，MAI就成为CDMA通信系统的一个主要干扰。根据对MAI处理方法的不同，多用户检测技术可以分为干扰抵消（Interference Cancellation）和联合检测（Joint Detection）两种。其中，干扰抵消技术的基本思想是判决反馈，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。联合检测技术则指的是充分利用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。通常，联合检测的性能优于干扰抵消。

11、,TD-SCDMA 系统的关键技术：联合检测在实际的CDMA移动通信系统中，由于扩频码字相关特性的非理想性，各个用户信号之间经过复杂多变的无线信道后将存在一定的相关性，这就是多址干扰（MAI）存在的根源。由个别用户产生的MAI固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，MAI就成为CDMA通信系统的一个主要干扰。根据对MAI处理方法的不同，多用户检测技术可以分为干扰抵消（Interference Cancellation）和联合检测（Joint Detection）两种。其中，干扰抵消技术的基本思想是判决反馈，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

12、号，再从总接收信号中减去重构信号，如此循环迭代。联合检测技术则指的是充分利用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。通常，联合检测的性能优于干扰抵消。,TD-SCDMA 系统的关键技术：联合检测在实际的CDMA移动通信系统中，由于扩频码字相关特性的非理想性，各个用户信号之间经过复杂多变的无线信道后将存在一定的相关性，这就是多址干扰（MAI）存在的根源。由个别用户产生的MAI固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，MAI就成为CDMA通信系统的一个主要干扰。根据对MAI处理方法的不同，多用户检测技术可以分为干扰抵消（Interference Cancellation

13、）和联合检测（Joint Detection）两种。其中，干扰抵消技术的基本思想是判决反馈，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。联合检测技术则指的是充分利用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。通常，联合检测的性能优于干扰抵消。,TD-SCDMA 系统的关键技术：联合检测在实际的CDMA移动通信系统中，由于扩频码字相关特性的非理想性，各个用户信号之间经过复杂多变的无线信道后将存在一定的相关性，这就是多址干扰（MAI）存在的根源。由个别用户产生的MAI固然很小，可是随着用户数的增加

14、或信号功率的增大，MAI就成为CDMA通信系统的一个主要干扰。根据对MAI处理方法的不同，多用户检测技术可以分为干扰抵消（Interference Cancellation）和联合检测（Joint Detection）两种。其中，干扰抵消技术的基本思想是判决反馈，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。联合检测技术则指的是充分利用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。通常，联合检测的性能优于干扰抵消。,TD-SCDMA 系统的关键技术：接力切换（一）在硬切换过程中，UE 先断开与No

15、de B_A 的信令和业务连接，再建立与Node B_B的信令和业务连接，也即UE 在某一时刻始终只与一个基站保持联系。而在软切换过程中，UE 先建立与Node B_B的信令和业务连接之后，再断开与Node B_A的信令和业务连接，也即UE 在某一时刻可与两个基站同时保持联系。接力切换虽然在某种程度上与硬切换类似，同样是在“先断后连”的情况下，但是由于其实现是以精确定位为前提，因而与硬切换相比，UE 可以很迅速地切换到目标小区，降低了切换时延，减小了切换引起的掉话率。,TD-SCDMA 系统的关键技术：接力切换（二）,TD-SCDMA 系统的关键技术：动态信道分配动态信道分配的引入是基于TD-

16、SCDMA采用了多种多址方式CDMA、TDMA、FDMA 以及空分多址SDMA（智能天线的效果），WCDMA 中没有TD 中的多种多址方式，而且其扩频增益比较大，不需要DCA来提高链路质量。其原理是当同小区内或相邻小区间用户发生干扰时可以将其中一方移至干扰小的其它无线单元（不同的载波或不同的时隙）上，达到减少相互间干扰的目的。动态信道分配（DCA）包括两部分：慢速DCA、快速DCA。采用DCA技术，能够较好地避免干扰，使信道重用距离最小化，从而高效率地利用有限的无线资源，提高系统容量；能够灵活地分配时隙资源，从而可以灵活地支持对称及非对称的业务；同时，具有频谱利用率高、无需信道预规划、可以自动

17、适应网络中负载和干扰的变化等优点。,TD-SCDMA 系统的关键技术：N 频点技术考虑到单个TD-SCDMA 载频所能提供的用户数量有限，要提高热点地区的系统容量覆盖，必须增加系统的载频数量。TD-SCDMA 系统中，多载频系统是指一个小区可以配置多于一个载波频段的系统，并称这样的小区为多载频小区。通常多载频系统将相同地理覆盖区域的多个小区（假设每个载频为一个小区）合并到一起，共享同一套公共信道资源，从而构成一个多载频小区，称这种技术为N频点技术。,TD-SCDMA 系统的关键技术：UpPCH shifting在3GPP协议中，为了使UE与Node B建立上行同步专门设置了UpPTS时隙，Up

18、PTS时隙所承载的物理信道是上行导频物理信道（UpPCH），TD-SCDMA帧结构的特殊性，通常UpPCH 信道是在UpPTS时隙发射。邻区TS0时隙以及DwPTS时隙对目标小区的UpPCH 信道通常不构成干扰。但在部分场景，信号会发生越区覆盖。干扰基站的TS0 时隙以及DwPTS 时隙会对被干扰基站的UpPTS时隙构成干扰，由于这种远程干扰的存在，被干扰基站的上行接入成功率将被降低，从而影响系统性能。为了解决这个问题，TD-SCDMA中引入了UpPCH shifting技术，指允许系统根据网络即时干扰程度确定并指示终端在UpPTS 时隙或者上行时隙TS1TS3 内发射UpPCH 信道，提高接入成功率。,TD-SCDMA频谱划分：2002 年10 月，信息产业部通过【2002】479 号文件，公布了第三代公众移动通信系统的工作频段，其中为TD-SCDMA标准划分了总计155MHz（18801920MHz、20102025MHz 及补充频段23002400MHz共计155MHz频率）的非对称频段，其中，2010 2025MHz为移动公司TD现网中所使用的频段。,我国IMT-2000频谱占用情况,TD-SCDMA 系统的关键技术：,