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TD-SCDMA 系统基础知识

TD-SCDMA 系统基础知识. 名词解释. TD: Time Division S: Synchronous(GPS-whole network,UL/DL sync-per connection) CDMA: Code Division Multiple Access. 中国区 3G 频率规划. support now. Next phase. TDD. TDD. DCS (down link). FDD (up link). Sat. void. FDD (down link). FDD (down link). 20 MHz. 15 MHz.

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TD-SCDMA 系统基础知识

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Presentation Transcript

  1. TD-SCDMA系统基础知识

  2. 名词解释 • TD: Time Division • S: Synchronous(GPS-whole network,UL/DL sync-per connection) • CDMA: Code Division Multiple Access

  3. 中国区3G频率规划 support now Next phase TDD TDD DCS (down link) FDD (up link) Sat void FDD (down link) FDD (down link) 20MHz 15 MHz 20 MHz 60MHz 60MHz PHS 1900 1915 1805 1880 1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 For future use TDD ISM IMT-2000 Extension Band Industrial Scientific Medical (WLAN, oven, bluetooth…) 83,5 MHz 100MHz Not allocated yet! 190 MHz 2400 2483,5 2500 2690 2300 • 中国区TD-SCDMA共有155 MHz频段可以使用。 • 每载波带宽1.6MHz

  4. TD-SCDMA基本特点

  5. 上行 5MHz 下行 5MHz FDD TDD 190M上下行隔离 1.6M带宽 TDD与FDD双工方式对比1

  6. TDD上行频段和下行频段一样 D U D D D D D D U TDD与FDD双工方式对比2 FDD and GSM: 上下行频段成对分配，上下行频率不一致 D D D D D D D D

  7. TDD与FDD双工方式对比3 －TDD的优势： • 易于使用非对称频段, 无需具有特定双工间隔的成对频段 • 上/下行工作于同一频点，信道环境具有互易性，有利于先进技术的应用（如智能天线和功率控制等） • 适合传输上下行不对称的数据业务（调整上/下行时隙切换点） • 上/下行工作于同一频点，使得射频单元制造简单（无需提供收发频率间的高度隔离）。这一点在FDD中尤为重要。 • 手机可以在空闲时隙测量其他频率，这使得频率间切换更加容易。无需启用压缩模式。 －TDD的不足： • TDD在非连续/多个时隙上发射功率，这使得它对抗快速衰落和多普勒效应的能力不如FDD。

  8. TD-SCDMA中的四种多址接入技术1 • TD-SCDMA包含四种主要的多址接入技术：TDMA、CDMA、FDMA、SDMA(space DMA—smart antenna)。

  9. TD-SCDMA中的四种多址接入技术2 • TD-SCDMA包含四种主要的多址接入技术：TDMA、CDMA、FDMA、SDMA(space DMA—smart antenna)。

  10. TD-SCDMA 帧结构 普通时隙: TSn (n 从 0 to 6): 第n个业务时隙, 864 chips长. TS0始终下行（公共信道），TS1始终上行 特殊时隙: DwPTS: 下行导频时隙, 96 chips长 UpPTS: 上行导频时隙, 160 chips长 GP: 保护时隙, 96chips长 TDMA Frame 10ms Frame ＃i+1 Frame ＃i Sub Frame 5ms Chiprate=1.28Mchip/s 0.675ms=(1.28M/1000)*0.675=864chips Sub-frame ＃1 Sub-frame ＃2 Time slot(0.675ms) Sub Frame 5ms TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 UpPTS (125µs) DwPTS (75µs) GP (75µs) 可变上/下行转换点

  11. TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 GP16 Midamble （144chips） Data Symbols 1 （352chips） Data Symbols 2 （352chips） 675µs TS0-TS6 时隙结构 • Midamble(训练序列码) 144chips长 : 用以估计信道冲击响应。它与数据符号功率一致，但不扩频、不加扰 • Guard Period:16Chips • 每个时隙有16个码. 1 AMR 12.2Kbps使用2个码. 2个码=1个信道 • 每个载波有24个信道（3:3切换点配置），1个信道留给控制信令 • 每个载波可支持23个AMR用户. (16/2*3=24,24-1=23) • N频点方案下: 每个非主载波支持24个AMR用户 • SF=1,2,4,8,16

  12. GP16 Midamble （144chips） Data Symbols 1 （352chips） Data Symbols 2 （352chips） 675us Data Symbol block & SF TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 1 数据符号块可容纳352chips.

  13. 可变上/下行转换点 最大容量 对称 UL:DL 3:3 23 AMR users 384K/384K UL/DL 非对称 UL:DL 2:4 15 AMR users 256K/512K UL/DL 非对称 UL:DL 1:5 7 AMR users 128K/640K UL/DL

  14. NodeB B NodeB A 手机间干扰 UL TS DL TS Cell 1 Cell 0 UE 0 UE 1 Switching Point TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS0 UE 0 UE 1 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS0 Switching Point

  15. 智能天线 不使用智能天线： 功率在全小区发射 无手机活动的区域内充满了干扰 使用智能天线： 功率只指向小区内有手机活动的区域，手机在小区内移动时波束跟随手机（广播信道仍然全发射，接通后，在专用信道形成强波束。） • 最小化手机间干扰 • 最大化指向有需求的用户的能量 • 智能天线的增益（分集及赋形增益），可以有效的提升业务覆盖能力并降低对单个功放的功率要求。

  16. 联合检测1 • 传统的CDMA接收机是由一系列单用户检测器组成,每个检测器都是与特定扩频码对应的相关器，它并没有考虑多址干扰的结构，而是把来自其它用户的干扰当成加性噪声，因此当用户数量增加时，其性能急剧下降。 通过对所有用户的联合译码可以极大地改善CDMA系统的性能。但是最优的多用户接收机，其复杂度随用户数量成指数增长，因此在实际通信系统中几乎不可能实现。这样寻找在性能和复杂度之间折中的次最优多用户检测器成为研究的热点。 • TD-SCDMA技术中, 用户被分布到子帧中的很小的时隙上（675µs）。ISI(符号间干扰)和MAI(多址接入干扰)被降到更低。只需要很小的运算量和简单的过程即可检测出有用的信号。因此这项技术允许在同样的频段内接待更多的用户，同时使得功率控制变得更加容易。

  17. 联合检测2 • 多路数据流一步到位联合检测 • 冲击响应通过去训练序列码进行相关性检测而得到 • 使用独特算法从多址干扰中并行解出所有码分多址信道 • 能对抗远近效应

  18. 扩频信号 检测到信号 S = 纠正增益 能量 MAI 频率 智能天线+联合检测的影响 智能天线（本小区及邻小区）+ 联合检测（本小区及邻小区）的干扰抑制，可显著减弱小区呼吸效应，同时可显著提升系统容量和频谱利用效率。

  19. CDMA系统的小区呼吸效应 • 所谓小区呼吸效应是指随着用户的增加（或减小），小区覆盖半径收缩（或扩大）的动态平衡现象。 • 由于CDMA系统的每个用户信号能量被分配在整个频带范围内，一个用户对于其它用户而言就是宽带噪声。每增加一个用户，对于其它用户而言，干扰电平就会增加，为了保证各自呼叫继续进行，每个用户都适当的提高自己的发射功率，形成了一种功率攀升的恶性循环，直到新的用户无法使基站接收到符合解调门限的信号为止，此时系统达到容量极限。 • 小区呼吸效应在链路预算中就体现为当小区用户数增多，负载增大，相应的干扰余量增大，因此小区允许的最大路损减小，覆盖范围收缩。

  20. TD-SCDMA Node B 12.2 kbps 384 kbps TD-SCDMA系统的小区呼吸效应 TD-SCDMA系统的小区呼吸效应不明显 • 智能天线和联合检测技术最大限度的克服了小区呼吸效应。 • 联合检测技术给系统带来较大增益，使小区内干扰因子下降； • 智能天线波束赋形进一步减少小区内和小区间干扰。 TD-SCDMA各种业务的覆盖范围近似相同，对于实现各种业务的连续覆盖规划非常有利。

  21. 动态信道分配(DCA)_1 • DCA算法: • 信道分配(慢速DCA)- 分配上/下行时隙转换点 • 信道选择(快速DCA)- 基于测量报告动态分配码池，时隙池（pool），或调整上/下行时隙转换点

  22. 动态信道分配(DCA)_2

  23. TD-SCDMA系统中,拥有了更小的资源单元—信道，它由频率/时间/码/空间四维组成。所以需要用DCA来管理这些单元。TD-SCDMA系统中,拥有了更小的资源单元—信道，它由频率/时间/码/空间四维组成。所以需要用DCA来管理这些单元。 优势: 接收到的信号强度及干扰强度测量结果用以优化信道配置 运营商对网络管理更加便利（没进行动态对网优的工程量更大。） 尤其能灵活地适应网络流量的变化 适合于3G网络带来的多元服务 动态信道分配(DCA)_3

  24. 更精确的位置服务（基于CI+TA+AOA）angle of arrival。。 AOA R N TOA UE NodeB , TA ( 0 0 ) S AOA –信号到达角

  25. Impulse responses * Orthogonal Code1 Strong Interference for Detection = Real * Orthogonal Code 2 Real, Idealised by UL sync. * Orthogonal Code1 Less Interference for Detection = * Orthogonal Code 2 * Orthogonal Code1 No Interference for Detection = Ideal * Orthogonal Code 2 上行同步_1 优势: • 减少小区内干扰 • 减少多址接入干扰

  26. 上行同步_2

  27. 基站B 基站A 接力切换 • 描述: • 应用了TDD的特性及上行同步 • 使用预同步以取得上行信息 应用及优势: • 业务不受干扰 • 切换时间减短 • 切换成功率上升 • 切换掉话率下降 • 对手机的要求不高

  28. 接力切换前 NodeB B NodeB A Iub Radio link and AAL2UP UE UL user data UE DL user data

  29. 预同步 NodeB B NodeB A UE 与NodeB B实现上行同步

  30. 接力切换_1 RNC Physical Channel Reconf NodeB B NodeB A RNC 做出接力切换决定。 RNC 与NodeB B建立新的无线链路及AAL2UP。 UE收到RNC发来的 “Physical Channel Reconf”消息。 这条消息中，含有 “active time”.在此计时器过期前，UE与NodeB A保持上/下行业务流。

  31. 接力切换_2 RNC Physical Channel Reconf Ccomplete NodeB B NodeB A 当“active time”过期后，UE开始向NodeB B发送上行数据。 经过另一小段时间后(设定于UE芯片内)，UE开始从NodeB B接收下行数据。接力切换完成。 UE向RNC发出“Physical Channel Reconf Complete”消息. RNC随后拆除与NodeB A间的Iub link 及AAL2UP。

  32. 硬切换与接力切换比较_1 Baton HO Hard HO

  33. 接力切换在RNC启动切换命令前就已与目标NodeB取得了上行同步(UE可从源NodeB的广播信息里取得目标NodeB的信息).而在硬切换中,UE只有在收到“Physical channel reconfig”消息后才与目标NodeB取得上行同步。 “Physical channel reconfig” 消息中的不同点(3GPP25.331-10.2.22): 接力切换时，这条消息不包含目标NodeB的上行同步信息 硬切换时，这条消息包含目标NodeB的上行同步信息 接力切换时有一小段时间内手机上/下行数据是与不同的NodeB交互的。 硬切换与接力切换比较_2

  34. 硬切换与接力切换比较_3

  35. 接力切换占用系统资源的比例近似于硬切换，而小于软切换接力切换占用系统资源的比例近似于硬切换，而小于软切换 “一小段时间内手机上/下行数据与不同的NodeB交互”需要RNC的支持，以提供业务流无缝切换 硬切换存在一定的失败可能性（如果与目标NodeB上行同步失败）而接力切换中，“Physical channel reconfig”命令是在与目标NodeB建立了上行同步后到达手机的。所以总体来讲，接力切换会有比硬切换更高的成功率。 接力切换保障了数据的无缝传输。而使用硬切换时，会有一个短暂的数据流中断。 接力切换的特点

  36. UpPTS (SYNC_UL) DwPTS (SYNC_DL) GP TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 BCH/PCH etc. TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 Silent TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 N频点 • 若1个扇区有三个小区，所有公共信道都在同一个方向上发射，互相间干扰很强。这将使手机在小区搜索、测量时带来很大的困难。 • N频点技术在一个扇区内建立N个频点。在些N个频点中，只有一个主频点负责公共信道。其它载波只负荷业务。这消除了扇区内公共信道间的干扰不存在。

  37. N频点的限制条件 • N频点TD-SCDMA小区有一个主载波和若干个辅载波组成； • 辅载波的TS0不使用； • 主载波和辅载波的上下行转换点配置一致； • 主载波和辅载波使用相同的扰码和基本Midamble码； • 小区公共资源，如广播信道(BCH)、随机接入信道(RACH)、寻呼信道(PCH)、下行导频信道(DwPTS) 等只配置在主载波； • 下行公共传输信道(FACH)目前只允许配置在主载波； • 目前上下行共享信道只允许配置在主载波上； • 专用信道、上行同步信道和下行确认信道(UpPCH和FPACH)可以配置在任一载波。（FPACH通常在主载频上进行发送，但FPACH在辅载频上可以有条件使用，条件之一为UE在切换时可以在辅载频上使用FPACH信道，如果FPACH配置在辅载波，NodeB也应该把该载波上的UpPCH激活。注：目前阶段上行接入只允许在主载波上进行） • 多时隙配置应限定为在同一载波上； • 同一用户的上下行配置在同一载波上； • 终端在任一个时刻只能工作在一个频点上。

  38. 频率 主载波 辅载波1 辅载波2 X X TS0 (BCH) X X TS1 TS1 TS1 (UE3) TS2 TS2 (UE1) TS2 TS3 TS3 TS3 (UE2) TS4 (UE1) TS4 TS4 TS5 TS5 (UE3) TS5 TS6 (UE2) TS6 TS6 辅载波N …… …… 时间 N频点技术的影响1

  39. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 N频点技术的影响2 FDMA频率复用 CDMA频率复用

  40. UpPCH shifting(上行同步信道漂移） 本小区 Dn Dw GP Up 第1圈 Dn Dw GP Up 第2圈 Dn Dw GP Up 第3圈 Dn Dw GP Up 远端基站的DwPCH信号到达本地基站时经过一定的延时，将会干扰本地基站的UpPCH。在乡村开阔地这种情况尤为明显。这种干扰将会很大程度地影响本地基站的上行接通率。

  41. TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 GP16 Midamble （144chips） Data Symbols 1 （352chips） Data Symbols 2 （352chips） 675us UpPCH shifting具体实现 UpPCH TS1 DB2 Midamble TS0 TS1 DB1 NUpPCH=0 NUpPCH*16=UpPCH shifting offset(chips) UpPCH TS1 DB2 Midamble TS1 DB1 TS0 NUpPCH=22 Value Range of NUpPCH: 0-127 TS1 DB2 Midamble UpPCH TS0 TS1 DB1 NUpPCH=53

  42. UpPCH shifting相关需求 • 技术标准上的改变: • RRC:SIB中“Mapping info”键值中UpPCH位置信息; “Uplink DPCH info”键值/ “Uplink Timing Advance Control” 中的UpPCH位置信息 • NBAP:在公共传输信道的建立和重置消息中添加“UpPCH parameter IE” ;在公共测量消息中将“UpPTS interference”改为“UpPCH interference” • FP:改变RACH帧结构--- “Received SYNC UL Timing Deviation”取值范围从0-255改为0-1023(增加了2bit) • 产品上的改变 • NodeB:增加对UpPCH配置，测量，漂移,SD窗口配置的支持 • RNC:增加了对小区建立(UpPCH shifting>0), UpPCH的ISCP测量, UpPCH漂移配置的支持 • OMC-R:增加了对SD窗口设定及UpPCH漂移配置的支持

  43. UpPCH shifting的优缺点 • 优点: • 解决UpPCH干扰 • 解决远距离覆盖小区 • 缺点: • 设备端改动较大 • 减少了上行容量（RRM算法将不会向UpPCH漂移到的时隙分配用户） 并非所有 UpPCH shifting的改动都与3GPP标准相兼容!

  44. GSM和TD-SCDMA网络规划比较

  45. TD-SCDMA和WCDMA网络规划比较

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