TDSCDMA基本原理及技術(shù)發(fā)展趨勢

TD-SCDMA技術(shù)簡介第一頁，共六十三頁。第一部分：CDMATDD概述CDMATDD標(biāo)準(zhǔn)概況兩種TDD技術(shù)簡單比較TD-SCDMA主要技術(shù)優(yōu)勢第二頁，共六十三頁。TDD雙工方式的優(yōu)點頻譜靈活性：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(shù)支持不對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：根據(jù)上下行業(yè)務(wù)量來自適應(yīng)調(diào)整上下行時隙個數(shù)FDD系統(tǒng)一建立通信就將分配到一對頻率以分別支持上下行業(yè)務(wù)。在不對稱業(yè)務(wù)中，頻率利用率顯著降低FDD系統(tǒng)也可以用不同寬度的頻段來支持不對稱業(yè)務(wù)，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(fā)隔離的要求，可以使用單片IC來實現(xiàn)RF收發(fā)信機(jī)第三頁，共六十三頁。TDD雙工方式問題及解決方法峰值/平均發(fā)射功率之比隨時隙數(shù)增加而增加(低速/話音業(yè)務(wù))TDD系統(tǒng)對峰值/平均發(fā)射功率比有要求,此比值隨時隙數(shù)增加而增加，例如TD-SCDMA可能再增加7dB；而UTRA-TDD則可能增加12dB(單時隙業(yè)務(wù))因CDMA要求線性工作，對發(fā)射功率和功率放大器要求較高TD-SCDMA使用智能天線，基站接受靈敏度增加9dB，故仍然可能使用低發(fā)射功率達(dá)到較遠(yuǎn)通信距離總的說來，在使用相同發(fā)射功率級別的手持機(jī)條件下，TD-SCDMA的通信距離比WCDMA要大通信距離(小區(qū)半徑)主要受電波傳播的時延所限制。對于TD-SCDMA系統(tǒng)，典型小區(qū)半徑設(shè)置在11公里，這主要出于人口密集地區(qū)設(shè)置考慮。如果允許犧牲15%的容量，小區(qū)半徑可達(dá)到40-50公里。ITU要求TDD系統(tǒng)支持終端移動速度為120km/h。但仿真試驗結(jié)果表明在目前的芯片及算法條件下，可高于該值。第四頁，共六十三頁。TDD和FDD在第三代移動通信中必要的兩種雙工方式FDD適合于大區(qū)制的全國系統(tǒng)適合于對稱業(yè)務(wù)，如話音、交互式實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等TD-SCDMA尤其適合于高密度用戶地區(qū)：城市及近郊區(qū)的局部覆蓋適合于對稱及不對稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如話音、實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、特別是互聯(lián)網(wǎng)方式的業(yè)務(wù)能提供成本低廉的設(shè)備預(yù)計在3G中，使用移動衛(wèi)星實現(xiàn)全球覆蓋，使用FDD提供大區(qū)制對稱業(yè)務(wù)，全國網(wǎng)，特別在城市及近郊區(qū)使用TD-SCDMA系統(tǒng)，用多模終端實現(xiàn)漫游第五頁，共六十三頁。IMT2000的CDMATDD標(biāo)準(zhǔn)概況兩種CDMATDD：TD-SCDMA和UTRATDD兩種TDD方案的異同：項目 TD-SCDMA UTRATDD帶寬和碼片速率 1.6MHz/1.28Mcps 5MHz/3.84Mcps幀結(jié)構(gòu) 7時隙/5ms 15時隙/10ms智能天線 使用 選項同步CDMA 1/8chip 1/4chips多用戶檢測 使用 使用切換 接力切換 硬切換設(shè)計思想 全面滿足IMT2000要求 與WCDMA配合使用相同技術(shù)：信道編碼和交織、調(diào)制(QPSK)、DCA、DTX、ODMA等等第六頁，共六十三頁。TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)同步網(wǎng)絡(luò)同步:系統(tǒng)內(nèi)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(fā)時隙交叉，減小干擾同步精度要求：幾微秒同步方法：GPS：網(wǎng)絡(luò)主從同步空中主從同步BS0BS1BS2BS0BS1BS2BTSTxRxG第七頁，共六十三頁。3G業(yè)務(wù)與功能未來的“承載業(yè)務(wù)”電路交換（對稱）用于諸如語音、視頻會議、...等實時業(yè)務(wù)包交換（非對稱）用于諸如電子郵件、因特網(wǎng)及內(nèi)部網(wǎng)訪問、視頻點播、...等非實時業(yè)務(wù)

實時業(yè)務(wù)與非實時業(yè)務(wù)的混和無線多媒體的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)移動速度為最高240km/h時，數(shù)據(jù)速率為8...64/144kbit/s手持機(jī)環(huán)境(速度30km/h),數(shù)據(jù)速率為8...384kbit/s室內(nèi)環(huán)境(速度3km/h)，數(shù)據(jù)速率可達(dá)2Mbit/s

第八頁，共六十三頁。TDD小區(qū)搜索和接入問題小區(qū)搜索基本要求以每200KHz步長在全部帶寬內(nèi)搜索基站在短時間內(nèi)完成母網(wǎng)搜索TDD系統(tǒng)小區(qū)搜索的困難上下行鏈路使用相同載波頻率，用戶離基站的距離可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離一個終端的距離用戶不可能預(yù)先知道那一部分信號是來自基站隨機(jī)接入的問題防止碰撞建立上行同步第九頁，共六十三頁。

動態(tài)信道分配(DCA)頻域DCA頻域DCA中每一小區(qū)使用多個無線信道(頻道)在給定頻譜范圍內(nèi)，與5MHz的帶寬相比，TD-SCDMA的1.6MHz帶寬使其具有3倍以上的無線信道數(shù)(頻道數(shù))時域DCA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(tài)的用戶數(shù)量每載頻多時隙，可以將受干擾最小的時隙動態(tài)分配給處于激活狀態(tài)的用戶碼域DCA在同一個時隙中，通過改變分配的碼道來避免偶然出現(xiàn)的碼道質(zhì)量惡化空域DCA通過智能天線，可基于每一用戶進(jìn)行定向空間去耦(降低多址干擾)下述幾種動態(tài)信道分配方法全面降低了相應(yīng)的小區(qū)間干擾，從而使頻譜利用率得以優(yōu)化第十頁，共六十三頁。第二部分：TD-SCDMA技術(shù)

TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)TD-SCDMA物理層簡介第十一頁，共六十三頁。TD-SCDMA的關(guān)鍵技術(shù)智能天線+多用戶檢測多時隙的TDMA＋多碼道DS_CDMA同步CDMA信道編碼和交織(和3GPP相同)接力切換預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)高頻譜利用率低設(shè)備成本滿足IMT2000基本要求第十二頁，共六十三頁。TD-SCDMA簡介:幀結(jié)構(gòu)Radioframe10msMultiframeSub-frame5msTS5TS4TS0TS2TS1GTS3TS6DwPTSUpPTSDataMidambleData675usgL1144chips第十三頁，共六十三頁。

TD-SCDMA技術(shù)基礎(chǔ):智能天線使用智能天線...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)不使用智能天線...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智能天線的優(yōu)勢減少小區(qū)間干擾降低多徑干擾基于每一用戶的信噪比得以增加降低發(fā)射功率提高接收靈敏度增加了容量及小區(qū)覆蓋半徑第十四頁，共六十三頁。

聯(lián)合檢測(JD)聯(lián)合檢測作用避免多址干擾檢測動態(tài)范圍急劇增大，無需軟切換小區(qū)內(nèi)干擾最小化聯(lián)合檢測原理特定的空中接口“突發(fā)”結(jié)構(gòu)允許收信機(jī)對無線信道進(jìn)行信道估計

根據(jù)估計的無線信道，對所有信號同時進(jìn)行檢測第十五頁，共六十三頁。TD-SCDMA全向碼道和賦形碼道GDwPTSUpPTS兩種賦形波束得到小區(qū)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(qū)，在幀結(jié)構(gòu)中使用專門時隙業(yè)務(wù)碼道通常使用賦形波束，只覆蓋個別用戶BCHTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6第十六頁，共六十三頁。TD-SCDMA技術(shù)基礎(chǔ):同步CDMA定義上行鏈路各終端信號在基站解調(diào)器完全同步優(yōu)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(diào)器碼道1碼道2碼道N第十七頁，共六十三頁。上行同步同步的建立在隨機(jī)接入時建立依靠BTS接收到的SYNC1立即在下一個下行幀SS位置進(jìn)行閉環(huán)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(jìn)行閉環(huán)控制出現(xiàn)失步的可能性有限小區(qū)半徑(取決于G的寬度，可能超過10km)比較寬的容許范圍(+/-4chips)失步后執(zhí)行鏈路重建SS上行業(yè)務(wù)時隙(BTS要求)Midamble隨機(jī)接入SYNC1ssUpPTSUE的上行突發(fā)第十八頁，共六十三頁。TD-SCDMA技術(shù):接力切換MS和BS0通信BS0通知鄰近基站信息,并提供用戶位置信息基站類型、載頻、定時等切換準(zhǔn)備MS搜索基站，建立同步MS或BS發(fā)起切換請求系統(tǒng)決定切換執(zhí)行MS同時和兩個基站建立通信完成切換不使用宏分集BS0BS1BS2MS第十九頁，共六十三頁。TD-SCDMA與WCDMA及GSM的切換TD-SCDMA(1.28McpsTDD)與3GPP內(nèi)其他模式之間的測量和切換已經(jīng)在3GPP內(nèi)進(jìn)行討論并正在完善之中TD-SCDMA-->GSM:測量和切換與UTRA3.84McpsTDD相同GSM-->TD-SCDMA:在GSM以后的版本中,將會考慮向3G系統(tǒng)的切換問題,包括向TD-SCDMA的測量和切換(在3GPPGERAN討論)第二十頁，共六十三頁。TD-SCDMA簡介:小區(qū)搜索TS5TS4TS0TS2TS1GTS3TS6DwPTSUpPTSTDD系統(tǒng)的小區(qū)搜索和FDD系統(tǒng)的主要區(qū)別：上下行信號工作于相同頻率，可能接收到附近用戶的強(qiáng)上行信號DwPTS同時起Pilot和SCH的作用，處于沒有其它本小區(qū)多址干擾的獨立時隙。當(dāng)DwPTS搜索到，下行同步便獲得了。BTS之間同步，所有小區(qū)的DwPTS將出現(xiàn)在重疊的時隙，便于切換中進(jìn)行測量搜索過程：設(shè)定載波頻率；搜索DwPTS；獲得BCH(在TS0時隙)搜索DwPTS的方法：接收并記錄任意5ms的數(shù)據(jù)，用已知正交碼序列在一個個窗口內(nèi)求相關(guān)。TS5TS45msTS6第二十一頁，共六十三頁。TD-SCDMA隨機(jī)接入隨機(jī)接入必須完成的工作：上行同步、功率控制、系統(tǒng)獲得接入要求、用戶鑒權(quán)、分配業(yè)務(wù)碼道等隨機(jī)接入必須考慮的問題：RACH/FACH的高效率工作；防止碰撞的策略；加快接入速度。隨機(jī)接入過程：UE：開環(huán)功率控制和開環(huán)同步控制，發(fā)射UpPTS，等待BTS回答B(yǎng)TS：控制UE的發(fā)射功率和時延，獲得UE接入要求系統(tǒng)：鑒權(quán)和分配碼道GDwPTSUpPTSTS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6第二十二頁，共六十三頁。隨機(jī)接入過程UENodeBUpPTS終端選擇SYNC1,以估算的時間和功率發(fā)送基站檢測到SYNC1,并回送定時和功率調(diào)整FPACHRACH調(diào)整定時和功率,發(fā)送隨機(jī)接入請求FACH指配信道,繼續(xù)完成接入過程和鑒權(quán)第二十三頁，共六十三頁。信道及映射關(guān)系第二十四頁，共六十三頁。TD-SCDMA簡介:物理層總結(jié)低碼片速率:1.28Mcps(WCDMA的1/3)適合智能天線和同步CDMATDD的幀結(jié)構(gòu)用智能天線+多用戶檢測聯(lián)合算法達(dá)到全部資源同時工作的效果采用和3GPP相同的調(diào)制、信道編碼、交織和復(fù)接技術(shù)提供不對稱上下行業(yè)務(wù)功率控制和上行同步控制:控制頻率:0-200次/秒功率控制步長:1-3dB同步控制精度:1/8碼片寬度開環(huán)和閉環(huán)控制第二十五頁，共六十三頁。結(jié)論：TD-SCDMA主要優(yōu)勢完全滿足對3G業(yè)務(wù)與功能的需求能在現(xiàn)有穩(wěn)定的GSM網(wǎng)絡(luò)上迅速而直接部署能實現(xiàn)從第二代到第三代的平滑演進(jìn)完全滿足第三代業(yè)務(wù)的要求突出的頻譜利用率：比其它3G標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有設(shè)備高一倍無需使用成對的頻段支持蜂窩組網(wǎng)，可以形成宏小區(qū)、微小區(qū)及微微小區(qū)，每個小區(qū)可支持不同的不對稱業(yè)務(wù)靈活、自適應(yīng)的上下行業(yè)務(wù)分配，特別適合各種變化的不對稱業(yè)務(wù)(如無線因特網(wǎng))系統(tǒng)成本低第二十六頁，共六十三頁。第三部分TD-SCDMA高層信令流程

無線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)高層信令流程第二十七頁，共六十三頁。無線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)

無線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)無線接口高層各（子）層的主要功能第二十八頁，共六十三頁。無線接口協(xié)議層結(jié)構(gòu)第二十九頁，共六十三頁。無線接口協(xié)議層結(jié)構(gòu)無線接口主要分為三層：L1層--物理層L2層--數(shù)據(jù)鏈路層，包括MAC層、RLC層、BMC層、PDCP層L3層--網(wǎng)絡(luò)層，包括RRC層等子層第三十頁，共六十三頁。無線接口高層各（子）層的主要功能MAC層--完成邏輯信道和傳輸信道的映射RLC層--保證數(shù)據(jù)的正確有效傳輸BMC層--小區(qū)廣播消息和分配等BMC消息的保存和傳送PDCP層----IP數(shù)據(jù)流的頭部壓縮與解壓縮(如：TCP/IP和RTP/UDP/IP頭部)以及將非接入層送來的PDCP-SDU轉(zhuǎn)發(fā)到RLC層第三十一頁，共六十三頁。高層信令流程

隨機(jī)接入過程小區(qū)更新過程切換過程第三十二頁，共六十三頁。(一)隨機(jī)接入過程第三十三頁，共六十三頁。第三十四頁，共六十三頁。第三十五頁，共六十三頁。（二）小區(qū)更新過程第三十六頁，共六十三頁。小區(qū)選擇（重選）過程第三十七頁，共六十三頁。第三十八頁，共六十三頁。（三）切換過程

硬切換GSM到UMTS的切換UMTS到GSM的切換第三十九頁，共六十三頁。硬切換（FDDandTDD)第四十頁，共六十三頁。GSM到UMTS的切換第四十一頁，共六十三頁。UMTS到GSM的切換第四十二頁，共六十三頁。第四部分TD-SCDMA射頻特性頻帶與信道安排發(fā)射特性接收特性共存分析第四十三頁，共六十三頁。TD-SCDMA的頻帶與信道安排

ITU建議的3G移動通信頻譜方案TD-SCDMA的信道安排第四十四頁，共六十三頁。ITU建議的3G移動通信頻譜方案

TDDTDD1900192020102025ITU的核心分配建議(MHz)

TDD&FDD(UL)TDDTDD&FDD(DL)1850191019301990ITU的補(bǔ)充分配建議(MHz)注：TD-SCDMA除ITU的建議外，不排斥對其他頻譜的利用第四十五頁，共六十三頁。TD-SCDMA的信道安排帶寬：1.6MHz掃描間隔：0.2MHz

信道號：Nt=5*F(0.0<F<3276.6MHz）第四十六頁，共六十三頁。TD-SCDMA的發(fā)射特性

發(fā)射功率特性發(fā)射頻譜特性發(fā)射交調(diào)抑制調(diào)制特性第四十七頁，共六十三頁。TD-SCDMA的發(fā)射功率特性

項目UE

BS最大輸出功率21dBm34dBm最小輸出功率-49dBm4dBm空閑模式功率-65dBm-82dBm功率控制步長1,2,3dB1,2,3dB第四十八頁，共六十三頁。TD-SCDMA的發(fā)射頻譜特性

項目UE

BS所占帶寬1.6MHz1.6MHz頻率穩(wěn)定性0.1PPM0.05PPM鄰道泄漏33dB(1)40dB(1)

比(大于)

43dB(2)50dB(2)雜散輻射符合ITU-RSM.329第四十九頁，共六十三頁。TD-SCDMA的發(fā)射交調(diào)抑制UE的交調(diào)抑制:在1.6MHz或3.2MHz鄰道存在TD-SCDMA干擾信號時，交調(diào)產(chǎn)品分別不高于-31dBc或-41dBcBS的交調(diào)抑制:當(dāng)在鄰道1.6MHz、3.2MHz、4.8MHz存在低于有用信號30dB的TD-SCDMA干擾信號時，所產(chǎn)生的交調(diào)產(chǎn)品不會高于帶外輻射或雜散功率第五十頁，共六十三頁。TD-SCDMA的調(diào)制特性

項目UE

BS發(fā)射濾波器

RRC

RRCEVM(小于)

17.5%12.5%PCDE(小于)

-21dB-28dB第五十一頁，共六十三頁。TD-SCDMA的接收特性

參考靈敏度電平鄰道選擇性阻塞特性交調(diào)特性第五十二頁，共六十三頁。TD-SCDMA的參考靈敏度電平UE的參考靈敏度電平-108dBm

BS的參考靈敏度電平-110dBm第五十三頁，共六十三頁。TD-SCDMA的鄰道選擇性UE的鄰道選擇性ACS=33dBBS的鄰道選擇性ACS=45dB第五十四頁，共六十三頁。TD-SCDMA的阻塞特性UE的阻塞特性:在下列干擾情況下,UE的性能不會受到影響

帶內(nèi):-61dBm(3.2MHz);-49dBm(4.8MHz)帶外:-44dBm(1);-30dBm(2);-15dBm(3)BS的阻塞特性:在下列干擾情況