TD-SCDMA基本原理和关键技术

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1、TD-SCDMA基本原理和关键技术,目 录,TD-SCDMA与其他技术的区别TD-SCDMA技术特点,TD-SCDMA多址方式,code,多址方式： GSM用户通过频率和时隙进行区分 WCDMA用户通过频率和码字进行区分 TD-SCDMA用户通过频率、时隙和码字进行区分,TD-SCDMA集CDMA、TDMA、FDMA优势于一体，系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强,TD-SCDMA与其他技术的区别,TD-SCDMA技术特点,智能天线,智能天线：能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端有效降低了多用户干扰和小区间干扰TDD模式最能体现智能天线的优势,TD-SCDMA技术特点,智能天线,TDD双工

2、方式：上下行信道使用相同频率，利于智能天线的实现便于提供非对称业务 不需要对称的频率资源,TDD双工,D,U,U,U,D,D,D,TD-SCDMA技术特点,智能天线,5ms子帧：保证上下行信道的对称性6个业务时隙，可以动态调整上下行速率只使用智能天线技术，系统容量仍达不到要求,TDD双工,5ms子帧,TD-SCDMA技术特点,智能天线,联合检测：有效降低多用户干扰和智能天线联合使用，大大提升了系统容量联合检测计算量随用户数量成非线性迅速增长,TDD双工,联合检测,Power,5ms子帧,TD-SCDMA技术特点,智能天线,短码扩频：可以充分利用联合检测和智能天线的优势满码道工作，降低网络规划的

3、难度,TDD双工,联合检测,短码扩频,5ms子帧,TSK,SF1/2/4/8/16,TD-SCDMA技术特点,智能天线,同步CDMA：上行信号到达基站同步进一步降低码道间干扰，提升容量,TDD双工,联合检测,短码扩频,5ms子帧,同步CDMA,目 录,TD-SCDMA物理帧结构信道编码与复用扩频与调制,Frame # i,Frame # i+1,Radio Frame 10ms,Sub Frame # 1,Sub Frame # 2,Sub Frame 5ms,TS0,TS5,TS6,TS1,TS2,TS3,TS4,TD-SCDMA物理层帧结构,子帧结构,TS0,TS5,TS6,TS1,TS2

4、,TS3,TS4,Sub Frame 5ms (6400Chip),DwPTS (96Chips),GP (96Chips),UpPTS (160Chips),Switching Point,Switching Point,(864Chips),TD-SCDMA物理层帧结构,DwPTS 用于下行同步和小区初搜； 32个不同的SYNC_DL码，每个小区用1个SYNC_DL码，由网络规划确定； 对SYNC_DL码（DwPCH）不进行扩频、加扰操作； DwPCH需全小区覆盖，不进行波束赋形； DwPCH以恒定功率发射，不进行功率控制； DwPCH的发射功率由网络规划确定，由高层（RRC层）指示,物理

5、层时隙结构（1）,GP 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,物理层时隙结构（2）,UpPTS 用于建立上行初始同步和随机接入； 整个系统共有256个不同的SYNC_UL码，分成32个码组，对应32个SYNC_DL码； 对SYNC-UL码（UpPCH）不进行扩频、加扰操作； UpPCH信道的发射功率，在上行同步阶段，由UE按照开环功控算法计算初始发射功率。,物理层时隙结构（3）,TS0 在TD-SCDMA系统中，TS0可认为是特殊时隙 P-CCPCH（BCH

6、）必须分配在TS0； 对TS0上的信道不进行功率控制； TS0上的信道进行全小区覆盖，除了FACH信道外不进行波束赋形。,物理层时隙结构（4）,常规时隙 在TS1TS6业务时隙可以安排：公共信道（包括共享信道）和专用信道； 分成了4个域：两个数据域、一个训练序列域（Midamble）和一个用作时隙保护的空域（GP） 需要进行扩频、加扰操作； 可以波束赋形，对用户定向发射接收； 需要功率控制。,物理层时隙结构（5）,来自/送至MAC和高层的数据流（传送块/传送块集）将被编/解码、扩频调制从而在无线传输链路上提供传输服务。,信道编码与复用,MAC层,扩频调制,编码复用 映射到物理层,解复用解码 映

7、射到MAC层,解调解扩,扩频调制,物理层,信道编码与复用,CRC,BCH TTI:20 ms Codes and time slots:SF = 16 2 codes x 1 time slots TFCI:0bits TPC: 0bits,246,Tail,246,16,8,810,810,405,405,352,352,352,352,MA,MA,MA,MA,MA,MA,MA,MA,44,144,44,44,144,44,44,144,44,44,144,44,Subframe #1,Subframe #2,Subframe #1,Subframe #2,Radio frame #i,Ra

8、dio frame #i+1,Transport Block,CRC and tail attachment,Convolutional coding R=1/3,1st interleaving,Radio frame segmentation,Rate matching,2nd interleaving,Physical channel mapping Code1-SF=16 Code2-SF=16,信道编码与复用,扩频与调制,数据调制,OVSF码,扰码,扩频加扰后 的复值码片,经过信道编码和交织的数据流,脉冲成型,加扰： 加扰与扩频类似，就是用扰码与扩频后数据流相乘；不同的是，扰码的数字

9、序列与扩频后待发送信号序列具有相同的码片速率； 扰码的目的是为了标识数据的小区属性。 扰码是用一个数字序列与扩频处理后的数据逐码片相乘，扰码用的数字序列与扩频后的信号序列具有相同的码片速率。扰码的目的是为了标识数据的小区属性,扩频与调制,目 录,TD-SCDMA关键技术,智能天线,TDD双工,联合检测,上行同步,接力切换,动态信道分配,TD-SCDMA 关键技术,代表移动通信技术发展方向,目 录,TDD双工技术 智能天线技术 联合检测技术 功控和上行同步 接力切换技术 动态信道分配技术,双工方式的区别： TD-SCDMA采用TDD的双工方式，上下行信道使用相同的频率 WCDMA和GSM采用FD

10、D的双工方式，上下行信道使用不同的频率,TD-SCDMA双工方式,D,D,D,D,D,D,D,U,U,U,U,U,U,U,下行信道使用频率f1,上行信道使用频率f2,FDD方式,易于使用非对称频段，无需具有特定双工频率间隔的成对频段 频谱利用可以做到见缝插针； TDD双工方式已成为B3G的主流技术应用,TDD双工技术,上行和下行使用同一载频，无线传播是对称的，有利于智能天线技术的实现,TDD双工技术,D,U,U,U,D,D,D,下行信道响应H(t)d,上行信道响应H(t)u,灵活调整上下行时隙转换点,便于提供非对称业务,TDD双工技术,非对称业务,目 录,TDD双工技术 智能天线技术 联合检测

11、技术 功控和上行同步 接力切换技术 动态信道分配技术,智能天线技术,智能天线是由多根天线阵元组成的天线阵列通过调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列天线的方向图，从而抑制干扰，提高信干比。实现天线与传播环境和用户与基站间的最佳匹配。,全向天线 扇区化天线,智能天线实际外形,天线参数,天线方向图,水平面波束,垂直面波束,天线方向图用于表征天线在整个空间的辐射作用 天线的方向图是一个三维空间的图形，在不同方向上辐射强度不同,天线参数,天线主瓣天线方向图通常包含多个波瓣，其中最大辐射方向的波瓣称为主瓣，其余的波瓣称为副瓣或旁瓣。 主瓣的宽度通常用功率密度为最大方向上功率密度之半的两点间夹角表示，称

12、为半功率点（或3dB）波瓣宽度,天线参数,前后比把处于主瓣正后方的波瓣称为后瓣，定义天线正前方和正后方的辐射强度之比为“前后比” 前后比表明系统对后瓣抑制的好坏，前后比差将给系统带来更多干扰，恶化系统性能,天线参数,天线增益在输入功率相等的条件下，被研究天线与参考标准天线在其最大辐射方向上的功率密度之比。 用无方向性天线做参考标准天线时，增益单位为dBi 用半波对称天线做标准天线，增益单位为dBd； 由于半波对称天线的增益为2.16dBi，所以有dBi=dBd+2.16,天线参数,天线极化指电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变化的状态，可以分成线极化和圆极化,线极化存在多种特殊情

13、况：电场矢量平行于地面构成水平极化，垂直于地面构成垂直极化，另外还包括45度极化,天线参数,双极化 经过无线信道多次随机反射，使得信号在不同极化方向上变成相互独立，从而可以获得极化分集增益,天线参数,其他方向图参数,零点填充：一般在主瓣和它下面的第一个旁瓣之间会有一个夹角，位于这个夹角间的信号非常弱。有零点填充的天线会将这个夹角弥补一下。,上旁瓣抑制：对于基站天线，常常要求它的垂直面方向图中主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些,天线参数,天线下倾 电下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，从而改变合成分量场强强度，使天线的垂直方向性图下倾。 相比机械下倾，电下倾在改变倾角后天线方向图变化较小,天线阵

14、原理,a,A点： 波程差 d = 0 相位差 = 0,阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵的各单元辐射场的总和（矢量和）。以二阵元天线阵为例加以说明。把功率P馈给一个单天线时，在天线最大辐射方向A点产生场强Eo，当把同样的功率馈给等幅同相二元天线阵时，每个天线单元得到一半功率。所以在A点各产生相同的场强 ，由于两个天线单元在A点波程差为0，场强为同向叠加，合成场强为 。也就是说，总馈电功率不变，而在A点产生的场强却增大到原来的 倍，功率密度增大到原来的2倍。,A点,A点,单天线,二阵元天线阵,天线阵原理,B点： 波程差 d = a*cos 相位差 = 2d/,d,a,A点： 波程差 d = 0

15、相位差 = 0,阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵的各单元辐射场的总和（矢量和）。空间中不同位置相对天线阵法线方向的偏转角度不同，造成不同的波程差，场强的叠加效果也不同。如果波程差为/2，场强为反向叠加，合成场强为0根据波程差，对不同单元天线馈入不同相位的信号，则天线阵可实现在某个方向上形成场强同向叠加,B点,A点,A点,B点,单天线,二阵元天线阵,900,900,TD-SCDMA智能天线结构,智能天线的关键在于实时跟踪信道，自适应调整各单元天线馈入信号的强度和相位，形成上/下行波束赋形信道估计是智能天线的关键之一，通过帧结构中的Midamble 序列来实现信道估计TDD方式更能体现智能天线的

16、优势,智能天线算法描述,对于TD-SCDMA系统，其上、下行时隙间隔短，我们可以大致认为上、下行链路的信道特性是对称的，可以利用上行参数在基站发送端对信号进行预处理（波束赋形），改善下行链路性能，其中，我们运用的上行参数主要为无线信道响应，标记为H。,下行链路的接收信号功率与发送信号功率之比为,智能天线算法描述,对于每个码道，我们期望信号功率比值 达到最大，根据这个准则，我们来选择赋形权值。可见权值与扩频码、信道响应矩阵有关。,。,智能天线算法描述,对于波束赋形，目前主要有两种实现方法 GOB算法：Grid of Beams，波束表格法，也称为固定波束赋形算法 EBB算法：Eigen_Based Beamforming，基于特征值的波束赋形算法,