TD-SCDMA基本原理解析課件

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,TD-SCDMA,基本原理,,2009,年,3,月,,,,“,G”,為水墨丹青筆觸,,“,3”,則頗像一輪東升紅日,,G,字以水墨形式出現(xiàn)，突出了民族文化，同時也暗示了移動,3G,的民族標(biāo)準(zhǔn),,G3,，引領(lǐng),3G,生活,,,充分融入中國移動的三大品牌,,意在,“,帶您進(jìn)入,高效的,，,精彩的,3G,新生活,”,,目錄,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,物理層結(jié)構(gòu),,信道映射,,擴(kuò)頻與調(diào)制,,,移動通信業(yè)務(wù)需求發(fā)展,,不同時期 不同需求,,AMPS,TACS,NMT,其它,第一代,80,年代,模擬,模,擬,技,術(shù),第二代,90,年代,數(shù)字,需求驅(qū)動,GSM,CDMA,IS95,TDMA,IS-136,PDC,數(shù),字,技,術(shù),語,音,業(yè),務(wù),第三代,IMT-2000,WCDMA,CDMA,2000,需求驅(qū)動,寬,帶,業(yè),務(wù),移動通信技術(shù)發(fā)展,,TD-SCDMA,,IMT-2000,制定的目標(biāo),全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，全球無縫覆蓋,高效的頻譜效率,高服務(wù)質(zhì)量、高保密性能,提供多媒體業(yè)務(wù),,車速環(huán)境：,144kbps,,步行環(huán)境：,384kbps,,室內(nèi)環(huán)境：,2048kbps,,國際電聯(lián)認(rèn)可的三種,3G,標(biāo)準(zhǔn),,WCDMA,（,Wideband Code Division Multiple Access,）,,寬帶碼分多址,,,CDMA2000,(Code Division Multiple Access 2000),,,碼分多址,2000,,,TD-,SCDMA,(Time,Division-Synchronization Code Division Multiple Access),,,時分同步碼分多址,,TD-SCDMA,標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程,TD-SCDMA,提交到,ITU,98/06 99/12 00/05 01/03 06/01,TD-SCDMA,在,3GPP,融合,ITU,正式通過,3G,標(biāo)準(zhǔn),TD-SCDMA,寫入,3GPP R4,TD-SCDMA,成為中國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),,3G,業(yè)務(wù)應(yīng)用,會話型業(yè)務(wù),,,語音 可視電話,,流媒體業(yè)務(wù),,,手機(jī)電視 視頻點播 交通監(jiān)控,,交互類業(yè)務(wù),,,在線游戲 網(wǎng)頁瀏覽 定位需求,,后臺類業(yè)務(wù),,,數(shù)據(jù)下載,E_mail,收發(fā),,,目錄,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,物理層結(jié)構(gòu),,信道映射,,擴(kuò)頻與調(diào)制,,,什么是,TD-SCDMA,,,T,ime,D,ivision,D,uplex,,,S,ynchronization,,,C,ode,D,ivision,M,ultiple,A,ccess,,,,,,,TD-SCDMA,系統(tǒng),,指的是,時分雙工、同步碼分多址,系統(tǒng),,,是中國電信行業(yè)第一個完整的移動通信,,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),,,是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),,,什么是,CDMA?,FDMA,,Frequency Division Multiple Access,,頻分多址,f,t,Power,MS1 MS 2 MS 3,,Power,t,f,MS 1 MS 2MS 3,f,Code,t,MS 1MS 2MS 3,5 MHz,TDMA,,Time Division Multiple Access,,時分多址,CDMA,,Code Division Multiple Access,,碼分多址,,什么是,CDMA?,用戶對網(wǎng)絡(luò)容量的需求是移動通信技術(shù)發(fā)展的根本驅(qū)動力！,● ● ●,CDMA,TDMA,FDMA,,什么是,TDD,？,,上行數(shù)據(jù),下行數(shù)據(jù),時分雙工,/ TDD,,頻分雙工,/,,FDD,,TDD,技術(shù)的優(yōu)缺點,,時分雙工的優(yōu)勢,無須成對,,頻率資源,,適合非,,對稱業(yè)務(wù),,上下行,,特性相同,,時分雙工的缺點：對定時、同步的要求高,上行數(shù)據(jù),下行數(shù)據(jù),,為什么要同步？,,問題,1,：由時分所帶來的對定時、對同步的要求。,,問題,2,：地址碼的正交性無法嚴(yán)格滿足，導(dǎo)致多址干擾的出現(xiàn)。,,,如何解決？,,同步！,,,基站之間的同步,,上行同步,,TD-SCDMA,,,1.6MHz /,每載波,f,t,下行,上行,TD-SCDMA,雙工方式,,TDD,,,TD-SCDMA,多址方式,,,TDMA,,CDMA,,FDMA,,SDMA,,目錄,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,物理層結(jié)構(gòu),,信道映射,,擴(kuò)頻與調(diào)制,,,網(wǎng)絡(luò)接口,,Server,Iub,HLR/,AuC,,EIR,PSTN,,Network,SS7,,Network,Iu,-CS,A,MGW,MSC,Router,Corporate,BG,SGSN,Firewall,GGSN,LIG,,Internet,GPRS/3G,,backbone,,network,Billing System,CG,Other,,PLMN,,,,,,,,,,,,,,,NodeB,Uu,,,,,,,,,,,,,,,,BTS,,,RNC,Iu,-PS,Iu,-CS,Iu,-PS,Iub,RNC,Iur,,Um,,,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),UTRAN,Universal Terrestrial Radio Access Network,,RNS,Radio Network Subsystem,,RNC,Radio Network Controller,,,目錄,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,物理層結(jié)構(gòu),,信道映射,,擴(kuò)頻與調(diào)制,,,TD-SCDMA,,Frequency,,Time,,Power,,density,,(CDMA,,codes),,1.6 MHz,,0,,:,,15,,TS0,,2. Carrier (,opti,onal,),,3. Carrier (optional),,TS1,,TS2,,TS3,,TS4,,TS5,,TS6,,DL,,DL,,DL,,DL,,UL,,UL,,UL,,5 ms,,DwPTS,,UpPTS,,GP,,DL,,T,ime,D,ivision,D,uplex —,S,ynchronous,C,ode,D,ivision,M,ultiplex,A,ccess,,物理信道幀結(jié)構(gòu),,所有的物理信道都采用四層結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)幀號、無線幀、子幀和時隙,/,碼,,TD-SCDMA,幀結(jié)構(gòu),,,,TS0,為下行時隙,,三個特殊時隙,GP,,,DwPTS,,,UpPTS,,TS1,為上行時隙,,其余時隙可根據(jù)根據(jù)用戶需要進(jìn)行靈活,UL/DL,配置,Radio frame,,10ms,System Frame Number,Sub-frame,5ms,TS5,TS4,TS0,TS2,TS1,GP,TS3,TS6,DwPTS,UpPTS,Data,Midamble,Data,675us(864chips),g,L1,144chips,,子幀結(jié)構(gòu),,Traffic TS,,864chips,UL : DL,2 : 4,UL,UL,DL,DL,DL,DL,DL,UL : DL,1 : 5,UL,DL,DL,DL,DL,DL,DL,UpPTS,(160chip,s,),Subframe,,5ms (,6400chip,),1.28Mcps,Dw,PTS,(,96,chip,s,),G,P,,(,96,chip,s,),轉(zhuǎn)換點,轉(zhuǎn)換點,,Data,,352chips,Midamble,,144chips,GP,,16,Data,,352chips,675,?,s,常規(guī)時隙,,由,864 Chips,組成，時長,675us,；,,業(yè)務(wù)和信令數(shù)據(jù)由兩塊組成，每個數(shù)據(jù)塊分別由,352 Chips,組成；,,訓(xùn)練序列,(,Midamble,),由,144 Chips,組成；,,16 Chips,為保護(hù)；,,可以進(jìn)行波束賦形；,,常規(guī)時隙,,Data,Midamble,Data,TFCI 1,SS,TPC,TFCI 2,Data,Midamble,Data,TFCI 3,SS,TPC,TFCI 4,時隙,i,時隙,i,5ms,無線子幀,5ms,無線子幀,10ms,無線幀,352 chips,352 chips,144 chips,352 chips,352 chips,144 chips,GP(16 chips),GP(16 chips),Data,：,數(shù)據(jù)部分，用于承載用戶,/,信令數(shù)據(jù),,Midamble,：,訓(xùn)練序列，用于信道估計、功率電平測量,,TFCI,：,傳輸格式組合指示，指示傳輸格式組合方式,,SS,：,同步偏移，同步調(diào)整指令,,TPC,：,發(fā)射功率控制，發(fā)射功率調(diào)整指令,,GP,：,保護(hù)間隔,,GP (32chips),SYNC-DL(64chips),75,?,s,下行導(dǎo)頻時隙,DwPTS,,用于下行同步和小區(qū)搜索；,,該時隙由,96 Chips,組成,: 32,用于保護(hù)；,64,用于導(dǎo)頻序列；,,32,個不同的,SYNC-DL,碼，用于區(qū)分不同的基站；,,為全向或扇區(qū)傳輸，不進(jìn)行波束賦形。,,GP (32chips),SYNC-UL(128chips),125,?,s,上行導(dǎo)頻時隙,UpPTS,,用于建立上行初始同步和隨機(jī)接入，以及越區(qū)切換時鄰近小區(qū)測量,,160 Chips:,其中,128,用于,SYNC-UL,，,32,用于保護(hù),,SYNC-UL,有,256,種不同的碼，可分為,32,個碼組，以對應(yīng),32,個,SYNC-DL,碼，每組有,8,個不同的,SYNC-UL,碼，即每一個基站對應(yīng)于,8,個確定的,SYNC-UL,碼,,NodeB,從終端上行信號中獲得初始波束賦形參數(shù),,GP,保護(hù)時隙,,DwPTS,GP,UpPTS,GP,SYNC_DL,GP,SYNC_UL,96 chips,96 chips,160 chips,32 chips,32 chips,64 chips,128 chips,96 Chips,保護(hù)時隙，時長,75us,,用于下行到上行轉(zhuǎn)換的保護(hù),,確定基本的基站覆蓋半徑,,目錄,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,物理層結(jié)構(gòu),,信道映射,,擴(kuò)頻與調(diào)制,,,Uu,接口協(xié)議結(jié)構(gòu),控制平面,用戶平面,,3,種信道模式,,,邏輯信道,直接承載用戶業(yè)務(wù),,根據(jù)承載內(nèi)容不同，分為,控制信道,和,業(yè)務(wù)信道,,,傳輸信道,描述信息如何在空中接口上傳輸,,,根據(jù)傳輸?shù)男畔傩裕譃?專用信道,和,公共信道,,,物理信道,信息在空中接口傳輸時的物理通道,,,頻率、時隙、碼,,傳輸信道到物理信道的映射,,傳輸信道,物理信道,DCH,專用物理信道,(DPCH),BCH,主公共控制物理信道,(P-CCPCH),PCH,輔助公共控制物理信道,(S-CCPCH),FACH,輔助公共控制物理信道,(S-CCPCH),RACH,物理隨機(jī)接入信道,(PRACH),USCH,物理上行共享信道,(PUSCH),DSCH,物理下行共享信道,(PDSCH),,下行導(dǎo)頻信道,(,DwPCH,),,上行導(dǎo)頻信道,(,UpPCH,),,尋呼指示信道（,PICH,）,,快速物理接入信道,F-PACH,,頻譜分配,,,物理信道,物理信道縮寫,英文解釋,上下行方向,公共物理信道,,,PCCPCH,Primary Common Control Physical Channel,下行,SCCPCH,Secondary Common Control Physical Channel,下行,PRACH,Physical Random Access Channel,上行,FPACH,Fast Physical Access Channel,下行,PUSCH,Physical Uplink Share Channel,上行,PDSCH,Physical Downlink Share Channel,下行,PICH,Paging Indicator Channel,下行,DwPCH,Downlink Pilot Channel,下行,UpPCH,Uplink Pilot Channel,上行,專用物理信道,,,DPCH,Dedicated Physical Channel,下行、上行,,物理信道的分類與功能,,小區(qū)搜索與小區(qū)選擇,,DwPCH,-,下行導(dǎo)頻信道（,DwPTS,）,,PCCPCH -,主公共控制物理信道,尋呼,,PICH -,尋呼指示信道,,SCCPCH -,從公共控制物理信道,隨機(jī)接入,,UpPCH,-,上行導(dǎo)頻信道（,UpPTS,）,,FRACH -,快速物理接入信道,,PRACH -,物理隨機(jī)接入信道,,SCCPCH -,從公共控制物理信道,業(yè)務(wù)連接,,DPCH –,專用物理信道,,,上行同步建立,,,終端,選擇,SYNC-UL,,以估算的時間和功率發(fā)送,基站檢測到,SYNC-UL,,并回送定時和功率調(diào)整,調(diào)整定時和功率,,,發(fā)送隨機(jī)接入請求,,,UpPCH,FPACH,RACH,FACH,指配信道, 繼續(xù)完成接入過程和鑒權(quán),DwPCH,UE,NodeB,手機(jī)隨機(jī)接入過程,,信道在系統(tǒng)中的配置,PCCPCH,PCCPCH,SCCPCH,SCCPCH,SCCPCH,SCCPCH,PICH 1,PRACH,FPACH,TS0,TS1,TS2,TS3,TS4,TS5,TS6,PICH 2,,目錄,,概述,,什么是,TD-SCDMA,,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,物理層結(jié)構(gòu),,信道映射,,擴(kuò)頻與調(diào)制,,,數(shù)據(jù)簡要發(fā)送過程,,數(shù)據(jù),編碼交織,擴(kuò)頻,加擾,調(diào)制,射頻發(fā)送,射頻接收,解調(diào),解擾,解擴(kuò),解碼解交織,數(shù)據(jù),,,,信道編碼技術(shù)是通過給原數(shù),,據(jù)添加冗余信息，從而獲得,,糾錯能力,,適合糾正非連續(xù)的少量錯誤,,目前使用較多的是卷積編碼,,和,Turbo,編碼（,1/2,，,1/3,）,無糾錯編碼：,BER<10,-1,~,,10,-2,不能滿足通信需要,卷積編碼：,BER<10,-3,滿足語音通信需要,Turbo,碼：,BER<10,-6,滿足數(shù)據(jù)通信需要,原理和目的,作用和效果,,信道編碼,,,擴(kuò)頻技術(shù)原理（,1,）,擴(kuò)頻通信：將信號的頻譜展寬后進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。,,其理論解釋為,Shannon,定理：,C=Wlog2(1+S/N),。,Fast,,Spreading,,Sequence,Slow,,Information,,Sent,TX,Slow,,Information,,Recovered,RX,Fast,,Spreading,,Sequence,Wideband,,Signal,,f,S（f）,f0,擴(kuò)頻前的信號頻譜,信號,S（f）,f,f0,擴(kuò)頻后的信號頻譜,信號,S（f）,f,f0,解擴(kuò)頻后的信號頻譜,信號,干擾噪聲,f,S（f）,f0,解擴(kuò)頻前的信號頻譜,信號,干擾噪聲,信號,脈沖干擾,白噪聲,擴(kuò)頻技術(shù)原理（,2,）,,正交可變擴(kuò)頻因子,(OVSF),碼,,SF,,正交可變擴(kuò)頻因子,(OVSF),碼,,,SF,＝,8,,擴(kuò)頻碼區(qū)分不同用戶,,不同的擴(kuò)頻碼,,可以區(qū)分用戶,Power spectrum,User 1,User 2,User 3,User 4,User 5,Spreading,Code 1,Code 2,Code 3,Code 4,Code 5,Composite signal,碼可以區(qū)分用戶,,,擴(kuò)頻過程,,符號速率,× SF = 1.28Mcps(,碼片速率,),。,,TD-SCDMA,中：,,上行信道碼的,SF,為：,1,、,2,、,4,、,8,、,16,,下行信道碼的,SF,為：,1,、,16,,數(shù)據(jù),擴(kuò)頻后碼片,OVSF,碼,擾碼,,擴(kuò)頻碼作用,,TD,－,SCDMA,系統(tǒng)中,,擴(kuò)頻碼的作用是用來區(qū)分同一時隙中的不同用戶,,擾碼,,擾碼共,128,個擾碼，分成,32,組，每組,4,個，擾碼碼組由基站使用的,SYNC_DL,序列確定。,,加擾的目的是為了區(qū)分小區(qū)。,,Code Group,Associated Codes,SYNC-DLID,SYNC-UL ID,Scrambling Code ID,Midamble,Code ID,Group 1,0,0~7,,(000~111),0 (00),,0 (00),,1 (01),,1 (01),,2 (10),,2 (10),,3 (11),,3 (11),,.,,Group 32,31,248~255,,(000~111),124 (00),,124 (00),,125 (01),125 (01),,126 (10),,126 (10),,127 (11),,127 (11),,TD-SCDMA,系統(tǒng)碼組,,,連續(xù)二進(jìn)制比特,,復(fù)數(shù)符號,,00,,+,j,,01,,+1,,10,,-1,,11,,-,j,,QPSK,i,,j,000,001,011,010,100,101,111,110,8PSK,調(diào)制,,將連續(xù)的兩個比特映射為信號空間的一個點,將連續(xù)的三個比特映射為信號空間的一個點,,TD,－,SCDMA,與,GSM,空中接口的主要差別,,TD-SCDMA,GSM,,帶寬,1.6MHz,200kHz,功率控制頻率,200Hz,2Hz,或更低,服務(wù)質(zhì)量控制,無線資源管理算法,頻率規(guī)劃,調(diào)制方式,QPSK,,GMSK,分組數(shù)據(jù)的支持,基于負(fù)載的分組調(diào)度,基于時隙的調(diào)度,基站同步,需要,不需要,,,自適應(yīng)陣列基站,普通基站,智能天線的作用,,使用智能天線：,,能量僅指向小區(qū)內(nèi)處于激活狀態(tài)的移動終端,,正在通信的移動終端在整個小區(qū)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài),沒有使用智能天線：,,能量分布于整個小區(qū)內(nèi),,所有小區(qū)內(nèi)的移動終端均相互干擾，此干擾是,CDMA,容量限制的主要原因,干擾,,智能天線算法基本原理,,上行,DOA,估計,,d:,平行上行信號路程差；,,L:,天線陣元間的距離；,,θ,:,來波信號方位角；,,cos,θ,,＝,d/L,,θ,=,arccos(d,/L),上行：基站根據(jù)各個陣元接收信號的相位差估計,UE,的方向,下行：根據(jù),UE,的方向，調(diào)整各個陣元上的振幅和相位，形成指向該,UE,的波束,,TD-SCDMA,系統(tǒng)更適合采用智能天線,TDD,的工作模式，上行下行的無線傳播是對稱的，上行的信道估計參數(shù)可直接應(yīng)用于下行，相比,FDD,要準(zhǔn)確。,,子幀時間較短（,5ms,），便于支持智能天線下的高速移動,,單時隙用戶有限（目前最多,8,個），計算量小，便于實時自適應(yīng)權(quán)值的生成,,TD-SCDMA,系統(tǒng)是一個以智能天線為核心的第三代移動通信系統(tǒng),,智能天線效果,對用戶空間隔離，消除干擾,,最大化對期望用戶的能量,,最小化對其他用戶的干擾,,提高了基站發(fā)射機(jī)的等效發(fā)射功率,,增加了系統(tǒng)容量,,改進(jìn)了小區(qū)覆蓋,,,普通天線,智能天線,,抗干擾技術(shù)分類,抗干擾技術(shù),單用戶檢測,多用戶檢測,技術(shù)實現(xiàn)簡單,,導(dǎo)致信噪比惡化，系統(tǒng)性能和容量不理想,充分利用,MAI,中的先驗信息而將所有用戶信號的分離看作一個統(tǒng)一的過程的信號分離方法,聯(lián)合檢測,充分利用,MAI,，一步之內(nèi)將所有用戶的信號都分離開來的一種信號分離技術(shù),,,聯(lián)合檢測概念,,首先估計所有用戶的信道沖激響應(yīng)，然后利用已知的所有用戶的擴(kuò)頻碼、擾碼和信道估計，對所有用戶的信號同時檢測 ，消除符號間干擾（,ISI,）和用戶間干擾（,MAI,），從而達(dá)到提高用戶信號質(zhì)量的目的。,聯(lián)合檢測優(yōu)勢：,,降低系統(tǒng)干擾,,增加系統(tǒng)容量,,降低功控要求,,在,TD-SCDMA,系統(tǒng)實現(xiàn)的優(yōu)勢,聯(lián)合檢測,,,Thank You,！,,