TD-SCDMA系统概述及关键技术分析.ppt
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2007年1月23日北京2007年1月23日北京TD-SCDMA系统概述及关键技术分析中国移动通信研究院中国移动通信研究院3提纲提纲TD-SCDMATD-SCDMA系统概述系统概述TD-SCDMA关键技术原理同步技术联合检测智能天线DCA和接力切换TD-SCDMA改进型技术介绍TD系统中存在的问题N频点组网多小区联合检测UpPTSShiftingHSDPATD-SCDMA后续技术演进中国移动通信研究院4TD-SCDMA系统原理系统原理FrequencyTimePowerdensity(CDMAcodes)usedRUavailableRU1.6MHz0:
15TS02.Carrier(optional)3.Carrier(optional)TS1TS2TS3TS4TS5TS6DLDLDLDLULULUL5msDwPTSUpPTSGPDLGPGuardPeriodDwPTSDownlinkPilotTimeSlotUpPTSUplinkPilotTimeSlotTS0TS1TS6TS5TS4TS3TS2DwPTSGPUpPTS第一转换点位于第一转换点位于GP,第二转换点位于,第二转换点位于TSi结束点,结束点,i=1特殊时隙特殊时隙业务时隙业务时隙5ms无线子帧无线子帧同同WCDMA的相比增的相比增加了时分加了时分多址方式多址方式中国移动通信研究院5时分双工时分双工(TD-SCDMA):
上行频段和下行频段一样上行频段和下行频段一样DUDDDDDD频分双工频分双工(FDD):
上行频段和下行频段分开上行频段和下行频段分开DDDDDDDU未用TDD时分双工时分双工TDD的优势无需成的有保的段对护带频适配于非需求,效对称业务频谱率得到提高上下行信道特性一致性高,便于智能天的线实现TDD的缺点峰均比高,功放性度要求高对线,功放功率很做大难最大通信距离(小半)受上区径下行保隔所允的延所限护间许时制,通常小半区径为10公里以下)不射,抗快衰落和多普勒连续发效的能力低于应FDD系,在统高速移境的性能差动环较中国移动通信研究院6TD系统码组系统码组127127127127126126126126125125125125124124124124248.255248.2553131323277776666555544448.158.15112233332222111100000.70.70011基本MidambleIDMidambleID扰码IDIDUpPTSIDUpPTSIDDwPTSIDDwPTSIDTD-SCDMATD-SCDMA码字码组一个码组内的扰码和基本一个码组内的扰码和基本Midamble码一、一对应码一、一对应TD码组码组时隙结构TD中扰码主要中扰码主要用来用来区分小区区分小区TD上行用户可以用上行用户可以用扩频码标识是由于扩频码标识是由于TD可以做到上行同步可以做到上行同步训练序列训练序列用来用来对时隙内用户进对时隙内用户进行信道估计的行信道估计的上下行导频码主要上下行导频码主要用于终端初始网络用于终端初始网络接入时进行同步和接入时进行同步和搜索小区扰码使用搜索小区扰码使用TD中使用扩频码来区分中使用扩频码来区分上下行的用户上下行的用户中国移动通信研究院7TD特殊时隙结构特殊时隙结构DwPTSMainGPUpPTSGPSYNC_DLGPSYNC_UL96chips96chips160chips32chips32chips64chips128chipsDwPTS:
下行同步与小区搜索,75sMainGP:
上/下行保护间隔,75sUpPTS:
上行同步、随机接入,125s32个PN码,区分不同小区用于终端和基站间的下行时隙同步用于确定扰码组和基本Midamble码组用于读取BCH信息共32组(每组8个)PN码区分随机接入时的用户用于随机接入用户和基站的上行预同步DwPTSUpPTS发射和接收之间的保护间隔GP的取值限制了的TD覆盖半径GPTD码组时隙结构时隙结构中国移动通信研究院8TD业务时隙结构业务时隙结构DataMidambleDataTFCI1SSTPCTFCI2DataMidambleDataTFCI3SSTPCTFCI4时隙i时隙i5ms无线子帧5ms无线子帧10ms无线帧352chips352chips144chips352chips352chips144chipsGP(16chips)GP(16chips)TD-SCDMA业务时隙TFCI,TPCTFCI,TPC,SS物理层控制字Pilot导引比特Midamble训练序列训练序列上行:
DPDCH和DPCCH并行传输下行:
DPDCH和DPCCH时分复用传输上下行一样DPDCH和DPCCH时分复用传输上下行承载方式WCDMAWCDMATDTDSCDMASCDMATD码组时隙结构时隙结构中国移动通信研究院9TD中扩频(中扩频(OVSF)码)码SF=1SF=2SF=4c1,1=
(1)c2,1=(1,1)c2,2=(1,-1)c4,1=(1,1,1,1)c4,2=(1,1,-1,-1)c4,3=(1,-1,1,-1)c4,4=(1,-1,-1,1)C8,1C8,2C8,3C8,411112PS64/384K391162PS64/128K681162PS64/64K681162CS64K2321168CS12.2K每载波支持数量每载波支持数量(3:
3)下行码道数下行码道数上行码道数上行码道数下行扩频下行扩频因子因子上行扩频上行扩频因子因子业务类型业务类型4-256(下行包括512)下行:
1,16上行:
1,2,4,8,16长度下行标识用户上行标识信道类型上下行标识用户用途WCDMAWCDMATDTDSCDMASCDMATD扩频系数小,扩频增益低扩频系数小,扩频增益低TD码组时隙结构时隙结构中国移动通信研究院10TD帧结构和码组特点总结帧结构和码组特点总结同时隙内干扰用户少公共信道和业务信道无需共享功放资源为解决发射机拖尾引起的帧内不同时隙间串扰,每个时隙都加入GP保护时隙扩频增益低,但便于联合检测技术的实现扰码和扩频码长度相同,抗干扰能力弱,存在混合码正交性差的情况扰码数量少,造成网络扰码规划的困难TDMA扩频码扩频系数小扰码长度短中国移动通信研究院11提纲提纲TD-SCDMA系统概述TD-SCDMATD-SCDMA关键技术原理关键技术原理同步技术联合检测智能天线DCA和接力切换TD-SCDMA改进型技术介绍TD系统中存在的问题N频点组网多小区联合检测UpPTSShiftingHSDPATD-SCDMA后续技术演进中国移动通信研究院12TD系统内的干扰消除方法系统内的干扰消除方法小区内干扰小区间干扰用户自身信号符干号间扰多效径应用户间信号多址干扰隙干时间扰邻区的信道干扰信道干业务扰公共信道干扰基站间交叉隙时-隙交叉业务时下行上行的干导频对扰单小区联合检测单小区联合检测GP保护上行同步保护上行同步空间隔离空间隔离频率隔离频率隔离调度算法调度算法UpPTSShfitingGPS同步同步N频点频点多小区联合检测多小区联合检测?
中国移动通信研究院13TD中主要技术中主要技术同步技术空中接口:
降低基站间干扰上行同步:
保证码间正交性,降低处理复杂性联合检测JD消除小区内干扰智能天线最小化小区间干扰动态信道分配支持无线资源自适应分配接力切换基站A基站B中国移动通信研究院14TD的同步的同步空口同步SC1SC5SC3SC4SC6SC7SC2同步小区同步小区为了降低时隙间干扰并便于终端为了降低时隙间干扰并便于终端对邻小区的测量,需保证基站间对邻小区的测量,需保证基站间同步精度(相邻小区幀起始时间同步精度(相邻小区幀起始时间差)不超过差)不超过33ss目前首选方案是每个基站配外接目前首选方案是每个基站配外接参考时钟口(例如参考时钟口(例如GPSGPS)同步小区同步小区为了降低时隙间干扰并便于终端为了降低时隙间干扰并便于终端对邻小区的测量,需保证基站间对邻小区的测量,需保证基站间同步精度(相邻小区幀起始时间同步精度(相邻小区幀起始时间差)不超过差)不超过33ss目前首选方案是每个基站配外接目前首选方案是每个基站配外接参考时钟口(例如参考时钟口(例如GPSGPS)GPS智能天线其他技术同步同步同步同步联合检测上行同步tCODE1CODE2CODEnUu上行同步上行同步上行链路各终端信号同步到达基上行链路各终端信号同步到达基站解调器站解调器使得上行可用扩频码标识用户使得上行可用扩频码标识用户可提高可提高CDMACDMA码道正交,降低码道正交,降低码道间干扰码道间干扰降低联合检测处理难度降低联合检测处理难度上行同步上行同步上行链路各终端信号同步到达基上行链路各终端信号同步到达基站解调器站解调器使得上行可用扩频码标识用户使得上行可用扩频码标识用户可提高可提高CDMACDMA码道正交,降低码道正交,降低码道间干扰码道间干扰降低联合检测处理难度降低联合检测处理难度中国移动通信研究院15为什么用为什么用JD?
一个特定的空中接口脉冲结构一个特定的空中接口脉冲结构,允许通过接收器来估计无线信道允许通过接收器来估计无线信道考虑到被估计的无线信道,考虑到被估计的无线信道,每个时隙所有信号同时被检测每个时隙所有信号同时被检测避免多避免多址接入干扰和符号间干扰址接入干扰和符号间干扰相对扩大检测动态范围,因此相对扩大检测动态范围,因此无需快速功控和无需软切换无需快速功控和无需软切换JD是如何工作的?
是如何工作的?
RXInputusersignal1InputusersignalnJointdetectionMAI-CalculationMatrixOutputusersignal1OutputusersignalnChannelestimatorfornchannels联合检测联合检测智能天线其他技术同步联合检测联合检测联合检测联合检测中国移动通信研究院16联合检测联合检测工作原理工作原理检测到的信号MAI-消除允许的信号波动区域Eb/N09率频nn+11扩频信号检测到的信号率频=校正增益能量MAInx+11扩频信号率频=扩频信号能量能量能量终端1终端2终端3终端4终端6终端7终端8终端5RF/BD元单匹配过滤元单123信道估计合联检测元单编码程序无线通道据出信数输号以每时隙8码道为例123智能天线其他技术同步联合检测联合检测联合检测联合检测中国移动通信研究院17联合检测和联合检测和WCDMA中中Rake接收的性能比较接收的性能比较BER仿真曲线BLER仿真曲线在在Case3信道、信道、12.2K语音业务条件下,对不采用语音业务条件下,对不采用RAKE的直接解扩、的直接解扩、RAKE接收接收和联合检测(和联合检测(ZF和和MMSE)四种解调算法进行了仿真比较)四种解调算法进行了仿真比较仿真结果表明,联合检测算法比仿真结果表明,联合检测算法比Rake接收机以及直接对主径解扩接收机以及直接对主径解扩(noRake)有较强的都有较强的抗有较强的都有较强的抗多径以及多址干扰能力,随着用户的增加,多径以及多址干扰能力,随着用户的增加,JD的性能越优。
的性能越优。
四种不同的接收机算法性能从好到差依次为:
四种不同的接收机算法性能从好到差依次为:
MMSEZFRakenoRake仿真结果表明,联合检测算法比仿真结果表明,联合检测算法比Rake接收机以及直接对主径解扩接收机以及直接对主径解扩(noRake)有较强的都有较强的抗有较强的都有较强的抗多径以及多址干扰能力,随着用户的增加,多径以及多址干扰能力,随着用户的增加,JD的性能越优。
的性能越优。
四种不同的接收机算法性能从好到差依次为:
四种不同的接收机算法性能从好到差依次为:
MMSEZFRakenoRakeJD比Rake计算量多3%左右智能天线其他技术同步联合检测联合检测联合检测联合检测中国移动通信研究院18智能天线基本概念智能天线基本概念24683021060240902701203001503301800天线阵列水平传播模式什么是智能天线?
什么是智能天线?
智能天线的基本原理是通过改变各天线单元的权重在空间形成方向性波束,主波束对期望用户的信号进行跟踪,而在干扰用户的方向形成零陷它可以带来上行合成(赋形)增益和下行赋形增益它由2个天线以上的阵列天线和软件控制算法两部分来完成智能天线和分集天线智能天线和分集天线的不同在于天线间的不同在于天线间具有相关性具有相关性天线间距约1/2波长仅在水平方向赋形智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院19TD中采用赋形发射的信道中采用赋形发射的信道基于UE的特定波束赋形上行波束赋形专用信道UpPTS公共信道DwPTSBCH,PCH,PICH全向发射全向发射发射方式业务时隙特殊时隙FACH,FPACH可赋形发射可赋形发射智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院20常用智能天线类型常用智能天线类型内部结构定向天线定向天线全向天线全向天线外观形状2010-2025MHz工作频段定向天线阵天线类型151151单天线增益(dBi)(dBi)1616.7重量(kgkg)深:
110深:
79.5宽:
660宽:
647.6高:
1300高:
1347结构尺寸(mm)(mm)TYDA-2015BAPT020-10512-0N型号通宇Andrew供应商2010-2025MHz工作频段定向天线阵天线类型80.580.5单天线增益(dBi)(dBi)510.7重量(kgkg)直径:
252直径:
292高:
800高:
892结构尺寸(mm)(mm)TYQA-2008BT6ACT020-05008-7N型号通宇Andrew供应商物理参数智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院21智能天线上行合成原理智能天线上行合成原理d=a*cos=2d/da无波束合成无波束合成S(t)=Aejejk波束合成波束合成对每个天线阵元信号相位加权,对第k根阵元加权相位e-jkS(t)=K*Aej原始信号原始信号原始信号原始信号接收信号接收信号接收信号接收信号修正信号修正信号修正信号修正信号合并信号合并信号合并信号合并信号天线天线天线天线11天线天线天线天线22天线天线天线天线nn智能天智能天线上行接线上行接收可做到收可做到幅度和相幅度和相位的合成位的合成加权,因加权,因此具有上此具有上行合成增行合成增益益分集接分集接收仅进行收仅进行功率合成功率合成,只具有,只具有分集增益分集增益智能天智能天线上行接线上行接收可做到收可做到幅度和相幅度和相位的合成位的合成加权,因加权,因此具有上此具有上行合成增行合成增益益分集接分集接收仅进行收仅进行功率合成功率合成,只具有,只具有分集增益分集增益智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院22智能天线下行赋形原理智能天线下行赋形原理0cos2xmjmew10)cos(cos20)()(MmxmjetArtS假第设m元的因子个阵权:
似正弦波加类叠选择不同的0,将改变波束的所对的角度,所以可以通过改变权值来选择合适的方向智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院23智能天线波束赋形算法智能天线波束赋形算法波束扫描法(波束扫描法(GOB)将整个空间分为L个区域,并为每个区域设置一个初始角度。
以各个区域的初始角度的方向向量为加权系数,计算接收信号功率,然后找到最大功率对应的区域,再将该区域的初始角度当作估计的到达角特征值分解法(特征值分解法(EBB)对于整个波束空间,找到使接收信号功率最大的赋形权矢量。
这通过对用户空间相关矩阵进行特征分解,找到最大特征值对应的特征向量即为权矢量目前主要采用EBB算法智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院24智能天线的校准智能天线的校准CalibrationNetworkka2ka1kaikaNPort1Port2PortiPortNPort0为了使智能天线能准确地接收和发射信号,必须要保证各阵元的射频馈电缆和射频收发信机之间基本没有区别,这需要对每条发射及接收链路进行相位及幅度补偿,即射频校准。
智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院25智能天线链路性能增益智能天线链路性能增益8用户(满码道)的性能:
不使用智能天线技术,误块率只能降到0.05左右,不能满足QOS要求;采用智能天线技术后,误块率能够降到10-3量级,性能得到明显改善8910111213141516171810-310-210-1100ComparisioninCASE3channelonperformanceofSmartAntennaEb/N0*Ka(dB)BLERSAOFFSAON681012141618202210-310-210-1100ComparisioninCASE3channelonperformanceofSmartAntennaEb/N0*Ka(dB)BLERSAOFFSAON上行链路多天线接收产生链路性能增益下行链路波束赋形产生链路性能增益(约6dB)智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院26智能天线系统容量增强智能天线系统容量增强上行容量增强下行容量增强不采用智能天线技术后,城区环境下系统上下行容量下降到30以下!
智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院27智能天线优劣势分析智能天线优劣势分析使用智能天线使用智能天线.能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端移动终端在整个小区内处于受跟踪状态不使用智能天线不使用智能天线.能量分布于整个小区内在没有激活状态的移动终端的地区内,干扰并没有得到减少智能天线的优势提高了基站接收机的敏度灵提高了基站射机的等效发发射功率,改了小的覆盖进区降低了小的干区间扰增加了CDMA系的容量统智能天线的局限性适用于上下行信道仅对称移速度敏感(形周对动赋期)所引入的工程问题智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院28智能天线和联合检测的结合智能天线和联合检测的结合智能天线所不能克服的问题时延超过码片宽度的多径干扰多普勒效益(高速移动)最高120km/h联合检测:
利用训练序列作信道估值,同时抵消多码道间干扰。
但存在多码道时处理复杂和无法完全解决多址干扰问题结合使用SA和JD,可以获得理想的效果智能天线智能天线智能天线智能天线其他技术同步联合检测中国移动通信研究院29动态信道分配动态信道分配(DCA)7个时隙减少了在TD-SCDMA载频中的每个时隙上同时激活的用户数每个载频的多个时隙允许动态地将最小干扰的时隙分配给激活的用户时域动态信道分配时域动态信道分配(TDMA)空域动态信道分配空域动态信道分配(SDMA)5MHz的带宽可以包含3个1.6MHz的TD-SCDMA载波,可以允许频域的动态信道分配平均每个载波上的干扰,提高资源利用的效率33种动态信道分配方法种动态信道分配方法可以减少干扰可以减少干扰,提高提高频谱效率频谱效率:
频域动态信道分配频域动态信道分配(FDMA)对用户信号进行空间滤波,使同样的时频资源可以在不同的方向上重用通过使用智能天线,可以基于每一个用户实现方向性解耦智能天线其他技术其他技术其他技术其他技术同步联合检测中国移动通信研究院30接力切换接力切换结合智能天线和上行同步技术,对UE进行定位,并估计UE将要切换的目标小区UE预先取得目标小区的定时提前信息UE先将上行链路切换到目标小区基站,1个TTI之后再将下行链路也切换到目标小区接力切换的过程:
优点:
不需要多个小区同时为UE服务;切换时间短;减少了UE、NodeB和RNC之间的信令交互;基站A基站B接力切换TD切换测量量为邻区P-CCPCHRSCP(信号强度)W切换测量量为CPICH的Ec/Io智能天线其他技术其他技术其他技术其他技术同步联合检测中国移动通信研究院31三种切换技术比较三种切换技术比较硬切换硬切换基站A基站B接力切换接力切换基站A基站B硬切换在切换执行后才重新和目前基站建立预同步硬切换相对接力切换而言,切换时间更长,更易掉话软切换软切换(长期保持)(长期保持)基站A基站B软切换有宏分集增益软切换比较占用传输资源接力切换之前就可以预先取得和目标基站的同步接力切换不会带来分集增益智能天线其他技术其他技术其他技术其他技术同步联合检测中国移动通信研究院32提纲提纲TD-SCDMA系统概述TD-SCDMA关键技术原理TD物理层帧结构智能天线联合检测同步技术DCA和接力切换TD-SCDMATD-SCDMA改进型技术介绍改进型技术介绍TD系统中存在的问题N频点组网多小区联合检测UpPTSShiftingHSDPATD-SCDMA后续技术演进中国移动通信研究院33TD-SCDMA可能存在的问题可能存在的问题高速移动性问题覆盖问题NodeB间干扰问题广播信道干扰问题部分部分问题问题已找已找到解到解决的决的方法方法部分部分问题问题已找已找到解到解决的决的方法方法中国移动通信研究院34TD-SCDMA的高移动性问题的高移动性问题信道衰落:
信道衰落为瑞利分布,信道衰落相干时间随车速增加而减小,信道幅度衰落变化加剧。
TD-SCDMA:
Midamble信道估计不能跟踪数据位置信道衰落高速移动会影响信道估计的性能和智能天线算法的性能高速移动会影响信道估计的性能和智能天线算法的性能,以及上下行信道对称性的利用,以及上下行信道对称性的利用0.7900120km/hR(0.675ms)0.2450250km/hR(0.675ms)0.986230km/hR(0.675ms)0.99993km/hR(0.675ms)一个时隙长度瑞利包络的相关性移动速度中国移动通信研究院35TD-SCDMA的覆盖问题的覆盖问题UpTSGpDwPTSGpDwPTSptptUpTSGp2pGptUE1UE2决定最大覆盖半径的因素之一:
2pGpt41.25275TS0TS130200DwPTSTS122.5150TS0UpPTS11.2575DwPTSUpPTSdmax(km)tgap(s)潜在下行干扰信号潜在上行被干扰信号2maxgaptcd中国移动通信研究院36NodeB间干扰问题间干扰问题干扰NodeB被干扰NodeBTS01TS02TS11TS21TS31TS41TS51TS61TS12TS22TS42TS52TS62DownlinkUplinkDownli
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