1、1TD-SCDMA物理層關鍵技術介紹大唐移動通信設備有限公司2TD-SCDMA簡介簡介oTD-SCDMA關鍵技術關鍵技術3 TDSCDMA Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access 是ITU正式發布的第三代移動通信空間接口技術規范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持 是中國電信百年來第一個完整的通信技術標準，是UTRA FDD可替代的方案 是集CDMA、TDMA等技術優勢于一體、系統容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強的移動通信技術 它采用了智能天線、聯合檢測、同步CDMA、多時隙、可變擴頻系統、自適應功率調整等

2、技術4最多可達最多可達16個碼道個碼道1.6 MHz下行下行下行下行上行TD-SCDMA TD-SCDMA 特性特性n對同一無線信道的多用戶同時訪問對同一無線信道的多用戶同時訪問n根據用戶需求進行容量分配根據用戶需求進行容量分配n每個每個CDMACDMA用戶和所有使用同一無線信道和時用戶和所有使用同一無線信道和時隙的用戶都發生干擾（多址干擾）隙的用戶都發生干擾（多址干擾）每個用戶通過臨時分配到的每個用戶通過臨時分配到的CDMA碼來被識別碼來被識別時隙時隙5第三代移動通信系統的多址方式第三代移動通信系統的多址方式 多址方式：多址方式：CDMA成為主流成為主流 基本定型的技術：基于直接擴頻CDMA

3、技術fPwr/CodetTDMAftPwr/CodeTDMA/CDMAfCDMA6第三代移動通信系統的雙工方式第三代移動通信系統的雙工方式 雙工方式：雙工方式： 傳統的FDD仍是主要的雙工方式 TDD方式受到更大關注fPwr/CodeftPwr/CodeFDDTDDFDD+TDDtf7多址接入方式：多址接入方式：DS-CDMA/TDMADS-CDMA/TDMA碼片速率碼片速率:1.28Mcps(WCDMA:1.28Mcps(WCDMA的的1/3)1/3)雙工方式：雙工方式：TDDTDD載頻寬度：載頻寬度：1.6M Hz1.6M Hz擴頻技術：擴頻技術：OVSFOVSF調制方式：調制方式：QPS

4、K,8PSKQPSK,8PSK編碼方式：編碼方式：1/21/31/21/3的卷積編碼，的卷積編碼，TurboTurbo編碼編碼8頻譜靈活性：不需要成對的頻譜。 在2GHz以下已很難找到成對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支持不對稱數據業務：根據上下行業務量來自適應調整上下行時隙個數 FDD系統一建立通信就將分配到一對頻率以分別支持上下行業務。在不對稱業務中，頻率利用率顯著降低 FDD系統也可以用不同寬度的頻段來支持不對稱業務，但： 頻段相對固定，不可能靈活使用(例如下行頻段比上行頻段寬一倍)成本低：無收發隔離的要求，可以使用單片IC來實現RF收發信機

5、9oTD-SCDMA簡介簡介TD-SCDMA關鍵技術關鍵技術10n智能天線：降低多徑、多址智能天線：降低多徑、多址干擾干擾n聯合檢測：降低多址干擾聯合檢測：降低多址干擾n上行同步：減少碼間串擾上行同步：減少碼間串擾n動態信道分配：在時域、頻動態信道分配：在時域、頻域、碼域實現以降低干擾域、碼域實現以降低干擾n. (.)54213611 n使用智能天線使用智能天線 .n能量僅指向小區內處于激活狀態的移動終端n正在通信的移動終端在整個小區內處于受跟蹤狀態n不使用智能天線不使用智能天線 .n能量分布于整個小區內n所有小區內的移動終端均相互干擾，此干擾是CDMA容量限制的主要原因智能天線的優勢智能天線

6、的優勢n減少小區間干擾n降低多徑干擾n基于每一用戶的信噪比得以增加n降低發射功率n提高接收靈敏度n增加了容量及小區覆蓋半徑12智能天線智能天線 FDD方式：由于上、下行鏈路信號傳播的無線環境受頻率選擇性衰落影響不相同，所以根據上行鏈路計算得到的權值不能直接應用于下行鏈路 TDD方式：上、下行鏈路使用相同頻率傳輸信號，且間隔時間短，鏈路無線傳播環境差異不大，可以使用相同權值 TDD方式更能夠體現智能天線的優勢 TDD方式FDD方式13智能天線的基本原理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。每個陣元為全向天線 當移動臺距天線足夠遠，實際信號入射角的均值和方差滿足一

7、定條件時，可以近似地認為信號來自一個方向14智能天線的基本原理（續）智能天線的基本原理（續）以M元直線等距天線陣列為例：（第m個陣元）空域上入射波距離相差 d=m x cos時域上入射波相位相差x陣元1陣元M-2.d陣元M-1陣元0u0(t)u1(t)uM-1(t)uM-2(t)xd215 可見，空間上距離的差別導致了各個陣元上接收信號相位的不同。經過加權后陣列輸出端的信號為 其中，A增益常數，s(t)是復包絡信號，wm是陣列的權因子。智能天線的基本原理（續）智能天線的基本原理（續） 10cos210)()()(MmxmjmmMmmewtAstuwtz16 正如正弦波疊加的效果，假設第m個陣元

8、的權因子0cos2xmjmew10)cos(cos20)()(MmxmjetAstz智能天線的基本原理（續）智能天線的基本原理（續） 選擇不同的0，將改變波束的所對的角度，所以可以通過改變權值來選擇合適的方向17兩種賦形波束得到小區覆蓋的全向波束針對用戶終端的賦形波束BCH/DwPTS必須使用全向波束，覆蓋整個小區，在幀結構中使用專門時隙業務碼道通常使用賦形波束，只覆蓋個別用戶GDwPTSUpPTSBCHTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS618 n聯合檢測作用n避免多址干擾n相對擴大檢測動態范圍，n小區內干擾最小化n聯合檢測原理n特定的空中接口“突發”結構允許收信機對無線信道進行信道估計

9、 n根據估計的無線信道，對所有信號同時進行檢測19多用戶檢測多用戶檢測 由于無線移動信道的時變性和多徑效應影響，使得數據之間存在干擾 符號間干擾（ISI） 碼間干擾（MAI） 通過數據符號間、碼間的相關性在多個用戶中檢測、提取出所需的信號，消除ISI和MAI20多用戶檢測（續）多用戶檢測（續） 根據對MAI處理方法的不同，次優多用戶檢測技術可以分為干擾抵消和聯合檢測兩種 干擾抵消技術的基本思想是判決反饋，首先從總的接收信號中判決出其中部分的數據，根據數據和用戶擴頻碼重構出數據對應的信號，再從總接收信號中減去重構信號，如此循環迭代 聯合檢測技術是利用所有和MAI相關的先驗信息，在一步之內就將所有

10、用戶的信號分離出來 21聯合檢測基本原理聯合檢測基本原理c c(1)(1)c c(k)(k)c c(K)(K). . . .h h(1)(1)h h(k)(k)h h(K)(K). . . . . . . . . .n ne ed d(1)(1)d d(k)(k)d d(K)(K)濾濾波波器器. . . . . . .d d(1)(1) d d(k)(k) d d(K)(K)b b(1)(1)b b(k)(k)b b(K)(K)ndAe d是發射的數據符號序列，e是接收的數據序列，n是噪聲 A是與擴頻碼c和信道脈沖響應h有關的矩陣22聯合檢測基本原理（續）聯合檢測基本原理（續） 只要接收端知道

11、A(擴頻碼c和信道脈沖響應h)，就可以估計出符號序列 擴頻碼c已知 信道脈沖響應h可以利用突發結構中的訓練序列midamble求解出DataMidambleGPDataDataMidambleGPDatad23聯合檢測（續）聯合檢測（續） 聯合檢測技術：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 聯合檢測的優點：降低干擾，擴大容量，降低功控要求，削弱遠近效應 聯合檢測的缺點：大大增加系統復雜度、增加系統處理時延、需要要消耗一定的資源24智能天線聯合檢測智能天線聯合檢測 智能天線的主要作用： 降低多址干擾，提高CDMA系統容量 增加接收靈敏度和發射EIRP

12、 智能天線所不能克服的問題 時延超過碼片寬度的多徑干擾 多普勒效益(高速移動) 因而，在移動通信系統中，智能天線必須和其它信號處理技術同時使用 聯合檢測： 基于訓練序列的信道估值 同時處理多碼道的干擾抵消 理論上，聯合檢測和智能天線相結合技術，可以完全抵消MAI的影響，大大提高系統的抗干擾能力和容量25 n頻域頻域 DCAn頻域DCA中每一小區使用多個無線信道(頻道)n在給定頻譜范圍內，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(頻道數)n時域時域 DCAn在一個TD-SCDMA 載頻上，使用7個時隙減少了每個時隙中同時處于激活狀態的用戶

13、數量n每載頻多時隙，可以將受干擾最小的時隙動態分配給處于激活狀態的用戶n碼域碼域 DCAn在同一個時隙中，通過改變分配的碼道來避免偶然出現的碼道質量惡化n空域空域 DCAn通過智能天線，可基于每一用戶進行定向空間去耦 (降低多址干擾)下述幾種動態信道分配方法全面降低了相應的小區間干擾，從而使頻譜利用率得以優化下述幾種動態信道分配方法全面降低了相應的小區間干擾，從而使頻譜利用率得以優化26動態信道分配動態信道分配(DCA)(續續) 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TD-SCD

14、MA系統中的特點，參考GSM系統的DCA并加以改進、發展。 信道分配（channel assignment）：動態 接納控制（admission control） 信道選擇（channel selection）27動態信道分配動態信道分配(DCA)(續續) 基本概念TD-SCDMA系統中： 信道（channel）：頻率、時隙、碼 RU（resource unit）：頻率、時隙、碼 基本RU（basic RU）：SF16的RU28動態信道分配動態信道分配(DCA)(續續) DCA與TD-SCDMA其他技術的融合TD-SCDMA系統中DCA的方法有如下幾種： 時域動態信道分配 因為TD-SCDMA

15、系統采用了TDMA技術，所以通過選擇接入時隙來減小激活用戶之間的干擾。 頻域動態信道分配 因為TD-SCDMA系統中每個小區可以有多個載波（一到三個），所以把激活用戶分配在不同的載波上，從而減小小區內用戶之間的干擾。 空域動態信道分配 因為TD-SCDMA系統采用智能天線的技術，可以通過用戶定位、波束賦形來減小小區內用戶之間的干擾、增加系統容量。29動態信道分配動態信道分配(DCA)(續續) 算法假設 單載波小區； 上下行時隙采用固定的對稱分布； 所有實時業務不支持多時隙模式；30動態信道分配動態信道分配(DCA)(續續) 動態信道分配的組成 慢速DCA（把資源分配到小區） 根據小區中各個時隙

16、當前的負荷情況對各個時隙的優先級進行排隊，為接入控制提供選擇時隙的依據。 接納控制AC 當一個新的呼叫到來時，DCA首先選擇一個優先級最高的時隙，能否在該時隙為新呼叫分配資源。在選擇時隙的過程中，如果沒有單獨的時隙能夠提供新呼叫所需要的資源，DCA將試圖進行資源整合，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（為業務分配資源） 當系統負荷出現擁塞或鏈路質量發生惡化時，RRM中的其他模塊（如LCC、RLS）會觸發DCA進行信道調整。它的功能主要是有選擇的把一些用戶從負荷較重（或鏈路質量較差）的時隙調整到負荷較輕（或鏈路質量較好）的時隙。 31動態信道分配動態信道分配(DCA

17、)(續續) DCA SF動態分配 用戶可以使用不同的SF。 上行、下行時隙動態分配 通過動態改變時隙轉換點來實現小區之間頻率動態分配（小區中存在多載波的情況）32 定義上行鏈路各終端信號在基站解調器完全同步 優點CDMA碼道正交，降低碼道間干擾，提高CDMA容量簡化硬件，降低成本t基站解調器碼道1碼道2碼道N33同步的建立 在隨機接入時建立 依靠BTS接收到的SYNC_UL立即在對應的F-PACH進行控制同步的保持 在每一上行幀檢測Midamble 立即在下一個下行幀SS位置進行閉環控制出現失步的可能性 有限小區半徑(取決于G的寬度，可能超過10km)失步后執行鏈路重建SS上行業務時隙Mida

18、mble隨機接入SYNC-ULssUpPTSUE的上行突發34網絡同步: 系統內各基站的運行采用相同的幀同步定時同步的目的：避免相鄰基站的收發時隙交叉，減小干擾同步精度要求：幾微秒同步方法：GPS：網絡主從同步空中主從同步BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTS Tx RxG35切換概念與接力切換切換概念與接力切換越區切換的概念硬切換軟切換接力切換36越區切換的概念越區切換的概念在現代無線通信系統中，為了在有限的頻率范圍內為盡可能多的用戶終端提供服務，將系統服務的地區劃分為多個小區或扇區，在不同的小區或扇區內放置一個或多個無線基站，各個基站使用不同或相同的載頻或碼，這樣在小區之間或扇區之間進

19、行頻率和碼的復用可以達到增加系統容量和頻譜利用率的目的。工作在移動通信系統中的用戶終端經常要在使用過程中不停的移動，當從一個小區或扇區的覆蓋區域移動到另一個小區或扇區的覆蓋區域時，要求用戶終端的通信不能中斷，這個過程稱為越區切換。 注：這里的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硬切換硬切換 在早期的頻分多址（FDMA）和時分多址（TDMA）移動通信系統中采用這種越區切換方法 當用戶終端從一個小區或扇區切換到另一個小區或扇區時，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。 硬切換技術在其切換過程中有可能丟失信息。38N No od de e B Bs so o

20、u ur rc ce eN No od de e B Bt ta ar rg ge et tU UE ER RN NC CUE搜索鄰小區中的所有基站切切換換判判決決切換指令無線鏈路失敗無線鏈路同步建立建立業務連接，恢復數據傳輸刪除無線鏈路無線鏈路業務連接停停止止發發射射和和接接收收信信號號發現目標基站，測量報告，切換請求硬切換流程硬切換流程39軟切換軟切換 在美國Qualcomm公司九十年代發明的碼分多址（CDMA）移動通信系統中采用這種越區切換方法 當用戶終端從一個小區或扇區移動到另一個具有相同載頻的小區或扇區時，在保持與原基站通信的同時，和新基站也建立起通信連接，與兩個基站之間傳輸相同的信

21、息，完成切換之后才中斷與原基站的通信。 優點：軟切換過程不丟失信息，不中斷通信，還可增加系統容量。 缺點：其一解決了終端在相同頻率的小區或扇區間切換的問題；其二軟切換的基礎是宏分集，但在IS-95中宏分集占用了50的下行容量，因此軟切換實現的增加系統容量被它本身所占用的系統容量所抵消。40軟切換流程軟切換流程Node BNode BactiveactiveNode BNode BmonitoredmonitoredUEUERNCRNCUE搜索本小區和鄰UE搜索本小區和鄰小區中所有基站小區中所有基站切換判決切換判決激活集更新指令激活集更新指令刪除無線鏈路刪除無線鏈路無線鏈路同步建立無線鏈路同步建

22、立建立無線鏈路業務連接建立無線鏈路業務連接無線鏈路業務連接無線鏈路業務連接激活集更新完畢激活集更新完畢停止發射和接停止發射和接收信號收信號測量報告測量報告41接力切換的概念接力切換的概念接力切換適用于同步CDMA移動通信系統，是TD-SCDMA移動通信系統的核心技術之一。設計思想：當用戶終端從一個小區或扇區移動到另一個小區或扇區時，利用智能天線和上行同步等技術對UE的距離和方位進行定位，根據UE方位和距離信息作為切換的輔助信息，如果UE進入切換區，則RNC通知另一基站做好切換的準備，從而達到快速、可靠和高效切換的目的。這個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

23、換。 優點：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系統與其他移動通信系統如GSM、IS95的基站之間實現不中斷通信、不丟失信息的越區切換。42Node BNode BsourcesourceNode BNode BtargettargetUEUERNCRNCUE定位信息UE定位信息鄰小區列表，所有基站信息鄰小區列表，所有基站信息UE搜索鄰小區中的所有UE搜索鄰小區中的所有基站基站建立同步建立同步切換判決切換判決切換指令切換指令發現目標基站，測量報告，切換請求發現目標基站，測量報告，切換請求確認切換完成確認切換完成刪除無線鏈路刪除無線鏈路停止發射和接收停止發射和接收信號信號無線鏈路業務連接無線鏈路業務連接無線鏈路業務連接無線鏈路業務連接無線鏈路業務連接無線鏈路業務連接同步保持同步保持43接力切換實現步驟接力切換實現步驟右圖表示無線通信系統的一個蜂窩小區結構NB0，NB1，NB2為基站，其中