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2-TD-SCDMA关键技术


TD-SCDMA关键技术

中国普天信息产业股份有限公司
Potevio Company Limited
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课程内容
第一章 第二章 第三章 上行同步 智能天线 联合检测

第四章
第五章 第六章
Page2

接力切


动态信道分配 功率控制

上行同步原理
? 上行同步是指通过同步调整,使得小区内同一时隙内的各个用 户发出的上行信号在同一时刻到达基站 ? 同步精度一般在1/8~1chip

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上行同步过程
? 同步的建立
? UE通过对接收到的DwPTS和或PCCPCH的功率估计来确定 SYNC-UL的发射时刻,然后在UpPTS发送 ? 基站检测SYNC-UL序列,估计接收功率和时间,通过FPACH调 整下次发射的功率和时间 ? 在以后的4个子帧中内,基站用FPACH里的一个单子帧消息向UE 发射调整信息

? 同步的保持
? 在每一上行帧检测Midamble

? 立即在下一个下行帧SS位置进行闭环控制

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UpPCH的定时
? UpPCH的开始发射时间TTX-UpPCH由下式给定: TTX-UpPCH = TRX-DwPCH -2 tp +12*16 TC

基站定时 手机定时

?t p

DwPTS DwPTS

GP GP

UpPTS UpPTS

TS1 TS1

TRX-DwPCH

?t p

UpPTS UpPTS

TS1 TS1

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上行同步优势
? 上行同步的优势:
? 降低了小区内的干扰
? 提高了系统容量 ? 简化基站解调设计方案,降低基站成本

下行同步做不好:无法完成空中下行数据的接收。 上行同步做不好:无法进行信道估计和联合检测操作。

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课程内容
第一章 第二章 第三章 上行同步 智能天线 联合检测

第四章
第五章 第六章
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接力切换
动态信道分配 功率控制

智能天线

? TD-SCDMA利于使用智能天线
? 上下行使用相同的频率 ? 子帧时间短,便于赋形 ? 单时隙用户数少,便于权值的产生

? 智能天线是由多根天线阵元组成天线阵列 ? 智能天线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。 ? 智能天线能实现天线和传播环境与用户和基站之间的最佳匹配。

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智能天线

? 智能天线的阵元通常是按直线等距、圆周或平面等距排列。每个 阵元为全向天线; ? 当UE距天线足够远,实际信号入射角的均值和方差满足一定条 件时,可以近似地认为信号来自一个方向; ? 智能天线可以根据不同阵元接收到的UE信号的相位差,估计出 UE的来波方位角; ? NodeB根据UE的来波方位角,计算出发送方位角,通过调整智 能天线各阵元的信号加权值,实现对UE的波束赋形。
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TD-SCDMA全向波束和赋形波束

P-CCPCH DwPTS

G

UpPTS TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6

TS0

? 两种波束:
? 针对小区覆盖的全向波束
? 针对用户终端的赋形波束

? P-CCPCH/DwPCH必须使用全向波束,覆盖整个小区,在帧结 构中使用专门时隙 ? 业务码道通常使用赋形波束,只覆盖个别用户
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智能天线实现方式

天线类型

特点

优缺点

固定波束 利用有限个固定赋型波束 切换型 覆盖整个小区

接收效果较差,但是实现简单

动态相控 估计用户DoA,波束主瓣 接收效果较好,但是要求DoA估计 型 方向实时跟踪用户方向 必须准确,实时性好 同时估计信号和干扰的 能得到最大输出信噪比,但是要求 完全自适 DoA,波束主瓣对准信号, 同时估算信号和干扰的DoA,实现 应型 零陷对准强干扰 复杂度高

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智能天线优势
? 降低了系统干扰

? 提高了基站接收机的灵敏度(智能天线增益6~8db)
? 提高了基站发射机的等效发射功率 ? 改善了小区的覆盖(赋形增益6~8db)

? 降低了无线基站的成本

全向天线
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扇区化天线

智能天线

课程内容
第一章 第二章 第三章 上行同步 智能天线 联合检测

第四章
第五章 第六章
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接力切换
动态信道分配 功率控制

CDMA系统是一个自干扰系统

? CDMA系统存在几种干扰类型:
? 小区内用户间干扰(MAI):即多址干扰
? 用户自己信号间干扰(ISI):多径干扰 ? 小区间干扰:其他同频小区间干扰

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单用户检测和多用户检测
? 单用户检测:将单个用户的信号分离看作是各自独立的过程的 信号分离技术称为单用户检测。传统的Rake接收机,将其他用 户的信息看做干扰。 ? 多用户检测:将所有用户信号的分离看作一个统一的过程的信 号分离方法。利用多用户的先验信息。多用户检测技术可以分 为干扰抵消和联合检测,我们要介绍是联合检测技术。

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联合检测
? 联合检测原理:特定的空中接口(帧结构)允许收信机对无线 信道进行信道估计 ? 根据估计的无线信道,对所有信号同时进行检测

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多小区联合检测

? 为了改善性能,可以充分利用干扰小区的码道配置信息,将其 等同于目标小区的信号进行联合处理,重点在于估计目标小区 和干扰小区用户的信道特性。 ? 由于目标小区和干扰小区的用户的Midamble码从接收端来看是 叠加在一起的,为了有效地得到各个小区用户的信道信息,这 里主要采用迭代干扰消除的算法。

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联合检测优势
? 降低了系统干扰

? 增加了系统的容量:联合检测技术充分利用了MAI的所有用户 信息,使得在相同RAW BER的前提下,所需的接收信号SNR 可以大大降低,这样就大大提高了接收机性能并增加了系统容 量。
? 抑制“远近效应” 的影响:由于联合检测技术能完全消除MAI 干扰,因此产生的噪声量将与干扰信号的接收功率无关,从而 大大减少“远近效应”对信号接收的影响 ? 降低功率控制要求

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课程内容
第一章 第二章 第三章 上行同步 智能天线 联合检测

第四章
第五章 第六章
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接力切换
动态信道分配 功率控制

切换分类
切 换 方 式 接力切换

切 换 分 类

硬切换 RNC间切换

切 换 位 置

系统间切换
RNC内切换

NodeB内切换

NodeB间切换
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接力切换

UE执行测量,进行上行预同步。
Node B_A Node B_B

Fig1 UE收到切换命令前的场景

UE根据上行发送时间提前量和发射 功率,在TTI的起始时刻,向目标基 站发起业务。
Node B_A Node B_B

Fig2 UE收到切换命令后执行接力切换的场景

UE在TTI的起始时刻,从目标基站接 收下行数据,完成切换。
Node B_A Node B_B

Fig3 UE执行接力切换完毕后的场景

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接力切换的上行预同步(1)
? 同步小区观测时间差的计算 SFN-SFN OTD = TRxTSk - TRxTSi SFN-SFN OTD: SFN-SFN 观察时间差是在UE 上测量的两个 小区 (提供服务的和目标的) 帧接收时间的差异 TRxTSk:目标UTRA小区k的帧的边界的开始时间 TRxTSi: TDD服务小区i 的帧的边界的开始时间 ? 上行突发的时间提前量计算 tu = tu0 - △ △= SFN-SFN 观察时间差 tu:上行突发的时间提前量 tu0:上行突发的初始时间提前量,一般为零

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接力切换的上行预同步(2)

? 上行初始发射功率: 测量获得的目标/源小区的PCCPCH的RSCP值,和PCCPCH 的实际发射功率,就可以确定出UE和目标/源基站之间的路径 损耗,同时UE和源基站的上行发射功率已知,根据UE和目标 基站、UE和源基站之间的路损差值,就可以基本上确定出UE 和目标基站在上行DPCH上的发射功率

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三种切换技术比较(切换前)

接力切换
基站A 基站B

硬切换
基站A 基站B

软切换
基站A
基站B

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三种切换技术比较(切换中)

接力切换
基站A 基站B

硬切换容易掉话! 硬切换
基站A 基站B

软切换 (长期保持)

基站A

基站B

软切换浪费资源!

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三种切换技术比较(切换后)

接力切换
基站A 基站B

硬切换
基站A 基站B

软切换
基站A
基站B

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接力切换优势

? 切换周期大大缩短,切换成功率提高

? 切换掉话率降低,无上下行数据丢失
? 终端实现简单 ? 占用资源少

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课程内容
第一章 第二章 第三章 上行同步 智能天线 联合检测

第四章
第五章 第六章
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接力切换
动态信道分配 功率控制

DCA概念
? TD-SCDMA系统的无线资源包括频率、时隙、码字、功率及空间 资源,系统中的任何一条物理信道都是通过它的载频/时隙/扩频 码的组合来标记的。信道分配实际上就是一种无线资源的分配过 程。
? 在DCA技术中,信道并不是固定地分给某个小区,而是被集中在 一起进行分配;只要能提供足够的链路质量,任何小区都可以将 该信道分给呼叫。在实际运行中,RNC集中管理一些小区的可用 资源,根据各个小区的网络性能参数、系统负荷情况和业务的 Qos参数,动态地将信道分配给用户
慢速DCA DCA分类
?DCA策略:系统负荷,业务构成, 信道和干扰等情况。

快速DCA
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慢速DCA —设置时隙优先级
? 慢速DCA的主要任务是进行各个小区间的资源分配,在每个小 区内分配和调整上下行链路的资源,测量网络端和用户端的干 扰,并根据本地干扰情况为信道分配优先级

f1 D U U U D D D P 1 2 3 1 2 3

f1 D U U U D D D P 3 2 1 3 2 1

由于邻小区优先使用不 同的时隙,在用户数不 多的情况下,小区间的 时隙干扰最小

小区1

小区2

邻小区的相同时隙设置不同的优先级

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频点、时隙选择策略

? 在各频点优先级相同的情况下,支持基于频点的负载均衡或效 率优先的资源分配策略;在同频点下时隙优先级相同的情况下, 支持基于时隙的负载均衡和效率优先的资源分配策略。
? 负载均衡算法指的是优先考虑在空闲码道数最多的频点/时隙上分 配资源; ? 效率优先算法指的是优先考虑在空闲码道数最少的频点/时隙上分 配资源。 ? 在系统中默认采用负载均衡算法,以平衡各频点/时隙间的负载。

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慢速DCA —设置时隙转换点
? 由于3G 系统支持多种业务,包括上下行业务量不对称的业务,因此 对于不同小区,在不同的时间,对上下行容量的需求也是不断变化 的。TDD 系统特有的帧结构可以通过动态分配上下行时隙的信道资 源来满足业务的QoS 需要

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快速DCA

? 快速DCA包括信道分配和信道调整
? 信道分配是根据其需要资源单元(Resource Units,RUs)的多 少为承载业务分配一条或多条物理信道;一般要根据慢速DCA得 到的该小区信道优先级列表,在优先级最高的时隙中分配RU资源。 ? 信道调整(也就是信道重分配)可以通过RNC对小区负荷情况、 终端移动情况和信道质量的监测结果,动态地对资源单元(主要 是时隙和码道)进行调配和切换。

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快速DCA的原则
? 快速DCA一般遵循的原则
? 多速率业务通过对资源单元的集中分配获得 ? 信道分配对实时业务和非实时业务不同

? 将干扰大的载波内用户调整到干扰小的载波上
? 测量时隙干扰,将干扰大的时隙内用户调整到干扰小的时隙上 ? 在同一个时隙中,对码资源的使用进行整理,保持码字资源利用 率最高 ? 利用智能天线得到用户的DOA,并根据DOA确定用户的分配时隙, 达到时分和空分的综合效果。

Page34

快速DCA—码资源的调整

方式一:调整时隙内分离的码道,减少 码道资源碎片,可以接纳新业务。

USER1

USER2

USER3

USER4

USER1USER2USER3USER4
Page35

快速DCA—资源整合

方式二:资源整合,即通过 信道调整把所需要的资源尽 量集中在一个时隙中的过程。 ? 可以提高宽带业务的接入成 功率,切换成功率,以及系 统容量和资源利用率。 ? 资源整合是在用户接入过程 中执行的,对处理时延要求 较严格。 ? 触发方式:
?

? 周期性检测或有信道释放
?
引发检测 高速承载业务的资源请求

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快速DCA—负荷控制

方式三:调整各时隙间的负荷, 使各时隙用户达到均衡。

动态调整前各时隙负荷严重不均 8用户 4用户 1用户

经过动态信道调整使各时隙间用户达到均衡 5用户 4用户 4用户

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快速DCA—考虑空间因素

1
UE1 UE2

2 NodeB 1 1

2

2

将距离很近的UE1与UE2在时隙上错开

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动态信道分配优势

? 无线资源利用率高

? 降低了系统干扰,增加了系统的容量和服务质量
? 特别适合非对称数据业务,保证了高速率的数据业务的发展 ? 减轻了网络拥塞

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课程内容
第一章 第二章 第三章 上行同步 智能天线 联合检测

第四章
第五章 第六章
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接力切换
动态信道分配 功率控制

功率控制的作用

?减少小区间干扰

?减少小区内干扰
?减少UE的功耗

?克服远近效应

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功率控制分类

开环功率控制 功率控制 闭环功率控制 外环功率控制 内环功率控制

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功率控制的分类
开环功率控制
开环
接收机测量接收到的宽带导频信号的功 率,并估计传播路径损耗,根据路径损 耗计算得到需要发射的功率。 路损越小,说明收发双方距离较近或有 非常好的传播路径,发射的功率就越小 ——基于上下行信道对称的假设 开环功控只能在决定接入初期发射功率 和切换时决定切换后初期发射功率的时 候使用。——反向开环功率控制 外环控制 测量误帧率(误块率),调整目标信噪 比 内环控制

闭环功率控制
闭环

测量信噪比和目标信噪比比较,并向移
动台发送指令调整它的发射功率

若测定SIR>目标SIR, 降低移动台发射功
率,若测定SIR<目标SIR, 增加移动台发射 功率

Page43

开环功率控制

接收机测量接收到的宽带导频 信号的功率,并估计传播路径 损耗,根据路径损耗计算得需 要发射的功率 进行功率估计 上行开环功控主要用于UE端在 UpPTS和PRACH上发起随机接

入过程,此时UE还没有从
DPCH信道上收到功率控制 命令。

NodeB

UE

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闭环功率控制

闭环功率控制的目的是为了调整每个移动台的发射功率,减小远近 效应的影响,尽可能保证基站接收到所有移动台的功率都相等,从而

使每个用户都能满足传输业务的QoS。

上行内环控制

下行内环控制

外环功率控制

Page45

内环功率控制
测量接收信号 SIR并比较

200Hz

内环

设置SIRtar

下发TPC

NodeB

UE
每一个UE都有一个自 己的控制环路

功率控制的目的:使基站处接收 到的每个UE信号的bit能量相等

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上行内环控制

? UE根据开环功率控制,设定初始DPCH发射功率,直到初始化 发射之后,进入闭环功率控制。 ? 内环功率控制是基于SIR进行的。在功率控制过程中,Node B 周期性的将接收到的SIR测量值和SIR的目标值进行比较,如测 量值小于目标值,则TPC命令置“up”,当测量值大于目标值, TPC命令置“down”。在UE端,对TPC比特位进行软判决, 若判决结果为“up”,则将发射功率增加一个步长;若判决结 果为“down”,则将发射功率降低一个步长。目标SIR值由高 层通过外环进行调整。

Page47

下行内环控制

? 下行链路专用物理信道的初始发射功率由网络设置,直到第一 个上行DPCH到达。以后的发射功率由UE采用基于SIR的内环 控制。 ? UE周期性的测量所接收到的SIR,当测量值大于目标值,则 TPC命令置“down”,当测量值小于目标值,TPC命令置 “up”。在Node B侧,对TPC比特位进行软判决,若判决结果 为“down”,则将发射功率降低一个步长;若判决结果为 “up”,则将发射功率增加一个步长。

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外环功率控制

可以得到BLER稳定 的业务数据

测量接收数据 BLER并比较

测量传输信道上的 BLER 测量接收信号

SIR并比较

外环
设置BLERtar 设置SIRtar
10-100Hz

内环
下发TPC

RNC

NodeB

UE

外环功控主要是为内环功控设定目标值,外环功率控制将BER/BLER与QoS要求 的门限相比较,并根据一定的外环功控算法给出既能保证通信质量又能使系统容 量最大的SIR目标值。
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功率控制参数

上行链路 功率控制速率 可变 闭环: 0-200 次/秒。 开环: (约200us – 3575us 的延迟) 1,2,3 dB (闭环) 开环功率控制: UpPTS、PRACH、 DPCH 闭环功率控制:DPCH

下行链路 可变 闭环:0-200 次/秒。

步长 备注

1,2,3 dB (闭环) 开环功率控制: PCCPCH、SCCPCH、 FPACH、DPCH 闭环功率控制:DPCH

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谢 谢 THANKS
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