第10章-TD-SCDMA移动通信系统.doc
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1、第10章 TD-SCDMA移动通信系统教学内容、难点等教学内容: TD-SCDMA系统的主要特点,空中接口协议结构; TD-SCDMA逻辑信道、传输信道和物理信道相互间映射关系,物理信道的功能; TD-SCDMA HSDPA/HSUPA网络特点。 教学要求 掌握TD-SCDMA系统的主要特点,空中接口协议结构; 掌握TD-SCDMA逻辑信道、传输信道和物理信道相互间映射关系; 掌握TD-SCDMA物理信道的功能、分层、帧结构和突发结构; 了解TD-SCDMA HSDPA/HSUPA网络特点。重点难点 掌握TD-SCDMA系统的主要特点,空中接口协议结构; 掌握TD-SCDMA逻辑信道、传输信道
2、和物理信道相互间映射关系; 掌握TD-SCDMA物理信道的功能、分层、帧结构和突发结构;10.1 概述TD-SCDMA的目标是要确立一个具有高频谱效率和高经济效益的先进的移动通信系统,与WCDMA和CDMA2000标准比较,TD-SCDMA拥有独特的特点。1.混合多址方式TD-SCDMA系统采用混合多址接入方式。TD-SCDMA无线传输方案是FDMA、TDMA和CDMA三种基本多址技术的结合应用,如图10-1(a)所示。鉴于智能天线与联合检测技术相结合应用在TD-SCDMA系统,相当于引入了空分多址(SDMA)技术。所以也可以认为TD-SCDMA系统综合运用了TDMA/CDMA/FDMA/SD
3、MA多址接入技术。图10-1 TD-SCDMA和WCDMA多址方式2.TDD双工方式TD-SCDMA采用TDD双工方式。在TDD模式下,通过周期性地转换传输方向,允许在同一个载波上交替地进行上下行链路传输。TDD方案的优势在于可以改变上下行链路间转换点的位置,当进行对称业务时,选择对称的转换点位置;当进行非对称业务时,可在一个适当的范围内选择转换点位置。这样,对于对称和非对称两种业务,TDD模式都可提供最佳的频谱利用率和最佳的业务容量,特别适合移动Internet业务。3.TD-SCDMA的物理信道TD-SCDMA的基本物理信道特性由频率、码和时隙决定。其帧结构将10ms的无线帧分成两个5ms
4、子帧,每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。信道的信息速率与符号速率有关,符号速率由1.28Mcps的码片速率和扩频因子(SF)所决定。4.TD-SCDMA核心网络TD-SCDMA核心网络基于GSM/GPRS网络的演进,并保持与它们的兼容性, TD-SCDMA支持多种通信接口,与WCDMA接口Iu、Iub、Iur等多种接口相同,可以单独组网或作为无线接入网和WCDMA混合组网。具有较好的网络兼容性和灵活的组网方式,支持2G向3G演进和平滑过渡。5.TD-SCDMA网络中的关键技术TD-SCDMA作为CDMA TDD的一种,具备TDD的所有优点,如混合多址方式,上下行链路特性的一致,时隙按上下
5、行链路所需数据量进行动态分配等。TD-SCDMA独特的帧结构保证它可以采用一些先进的物理层技术,主要有智能天线技术、联合检测技术、上行同步、接力切换和动态信道分配等,从而提高系统的性能。这些关键技术也是TD-SCDMA和其它3G标准竞争的核心竞争力。 10.2 TD-SCDMA空中接口10.2.1 TD-SCDMA空中接口协议结构1.TD-SCDMA空中接口的协议结构TD-SCDMA空中接口协议结构如图10-2所示。图10-2 空中接口协议结构与WCDMA的空中接口协议结构一样,TD-SCDMA系统的空中接口(Uu)的协议结构分为三层,物理层、数据链路层和网络层,其中数据链路层由媒体接入控制子
6、层(MAC)、无线链路控制子层(RLC)、分组数据协议汇聚子层(PDCP)和广播/多播控制子层(BMC)组成。从不同协议层如何承载用户各种业务的角度将信道分成3类:逻辑信道、传输信道和物理信道。2. TD-SCDMA系统信道介绍(1)逻辑信道逻辑信道通常分为两大类:用来传输控制平面信息的控制信道和传输用户平面信息的业务信道。控制信道包括广播控制信道(BCCH,Broadcast Control Channel)、寻呼控制信道(PCCH,Paging Control Channel)、公共控制信道(CCCH,Common Control Channel)、专用控制信道(DCCH,Dedicate
7、d Control Channel)和共享控制信道(SHCCH,Share Control Channel)。业务信道包括公共业务信道(CTCH,Common Traffic Channel)和专用业务信道(DTCH,Dedicated Traffic Channel) 。TD-SCDMA逻辑信道的分类与WCDMA基本一致,只是在控制信道里增加了共享控制信道(SHCCH),用来在网络和终端之间传输控制信息的双向信道,完成对上下行共享信道控制功能。 (2)传输信道传输信道可分为两类:某一时刻信道上的信息是发送给所有用户或一组用户的公共传输信道,信道上的信息在某一时刻只发送给单一用户的专用传输信道
8、。 公共传输信道考虑到TD增强技术,公共传输信道有7类:l 广播信道(BCH,Broadcast Channel):用于广播系统和小区的特有信息的下行传输信道。l 寻呼信道(PCH,Paging Channel):当系统不知道移动台所在的小区时,用于向移动台发送控制信息的下行传输信道。l 前向接入信道(FACH,Forward Access Channel):当系统知道移动台所在的小区时,用于向移动台发送控制信息的下行传输信道,也可以承载一些短的用户信息数据分组。l 随机接入信道(RACH,Random Access Channel):用于承载来自移动台信息的上行传输信道,也可以承载一些短的用
9、户信息数据分组。l 上行共享信道(USCH,Uplink Share Channel):由几个UE共享的上行传输信道,用于承载专用控制数据或业务数据。l 下行共享信道(DSCH,Downlink Share Channel):由几个UE共享的下行传输信道,用于承载专用控制数据或业务数据。l 高速下行共享信道(HS-DSCH,High Speed Downlink Share Channel):由几个用户共享的下行传输信道,对应一条或多条共享控制信道。 专用传输信道仅有一类专用传输信道(DCH,Dedicated Channel),可用于上下行链路作为承载网络和特定UE之间的用户信息或控制信息。
10、 (3)物理信道TD-SCDMA系统中,物理信道是由频率、时隙、码字共同定义的,建立一个物理信道的同时,也就给出了它的初始结构。按其承载的不同信息被分成了不同的类别,有用于承载传输信道数据的物理信道,也有仅用于承载物理层自身信息的物理信道。物理信道分为两大类:专用物理信道(DPCH,Dedicated Physical Channel)和公共物理信道(CPCH),共有12种不同的物理信道。具体定义将在10.2.3节介绍。(4)逻辑信道、传输信道和物理信道之间的映射关系图10-3逻辑信道、传输信道与物理信道之间的映射关系逻辑信道和传输信道之间,传输信道和物理信道之间有特定的映射关系,如图10-3
11、所示。逻辑信道与传输信道的映射可以为一对一的映射关系,也可以为一对多或多对一的映射关系。传输信道的数据通过物理信道来承载,除FACH和PCH为两传输信道映射到同一物理信道S-CCPCH外,其他传输信道到物理信道的映射都为一对一的映射关系,所有的传输信道都有一个物理信道来与之相对应,而部分物理信道与传输信道并没有映射关系,这些物理信道仅传输物理层自身的信息。10.2.2 TD-SCDMA物理层物理层是空中接口的最底层,支持数据流在物理介质上的传输,向高层提供数据传输业务。每种无线传输技术的基本性能和特点是由其物理层所确定的,3G三大主流技术的主要区别在于物理层的空中接口技术。1.TD-SCDMA
12、物理层的主要功能(1) 传输信道错误检测和上报;(2) 传输信道前向纠错(FEC)编码和解码;(3) 传输信道的复用和解复用及传输信道和编码的组合;(4) 传输信道到物理信道的映射;(5) 物理信道的调制/扩频和解调/解扩;(6) 频率和系统时钟(码片、比特、时隙和子帧)同步;(7) 功率控制;(8) 物理信道的功率加权和合并;(9) 射频处理;(10) 上行同步控制;(11) 速率匹配;(12) 无线特性测试,包括误帧率(FER)、信号干扰噪声比(SIR)、到达方向(DOA)等;(13) 智能天线的上行和下行波束赋形;(14) 智能天线的UE定位。2.TD-SCDMA物理信道分层TD-SCD
13、MA物理信道的(信号格式)结构分为四层:超帧(系统帧)、无线帧、子帧和时隙/码道。一个超帧长720 ms,由72个无线帧组成,每个无线帧长10ms,TD-SCDMA将每个无线帧分为两个相同的5ms子帧,2个子帧的结构完全相同,子帧是系统无线发送的最小单位。每个子帧由7个常规时隙和3个特殊时隙组成,3个特殊时隙分别是下行导频时隙(DwPTS,Downlink Pilot Time Slot)、上行导频时隙(UpPTS,Uplink Pilot Time Slot)和保护间隔(GP),如图10-4所示。时隙用于在时域上区分不同用户信号,具有TDMA的特性,每个物理信道都有其特有的时隙结构。图10-
14、4 TD-SCDMA物理信道的分层结构3.TD-SCDMA物理信道帧结构TD-SCDMA系统物理信道的帧结构设计考虑了支持智能天线和上行同步等新技术的应用。TD-SCDMA无线子帧结构如图10-5所示。 图10-5 TD-SCDMA无线子帧结构 在图10-5中,每个子帧由长度为675us的7个常规时隙和3个特殊时隙组成。在7个常规时隙中,TS0总是分配给下行链路,而TSl总是分配给上行链路。上行时隙和下行时隙之间用转换点来分开,每个5ms的子帧有两个转换点,其中有一个是可变转换点。通过灵活地配置上行和下行时隙的个数,使TD-SCDMA可以适用于上下行对称业务或非对称的业务模式。图10-6示意了
15、TD-SCDMA系统通过调整子帧结构可变转换点的位置来提供对称业务或非对称业务。 图10-6 TD-SCDMA系统对称/非对称业务的时隙分配示意图 在TD-SCDMA中,不管时隙的非对称性如何,每一子帧中只能有2个转换点。3个特殊时隙DwPTS、GP和UpPTS总是处于时隙TS0和TSl之间。每个子帧中的3个特殊时隙作用如下。(1)下行导频时隙(DwPTS)下行导频时隙(DwPTS)用于下行链路同步和初始小区搜索。DwPTS由长为64chip的下行同步码(SYNC-DL)和长为32chip的保护间隔(GP)组成,其时隙结构见图10-7。SYNC-DL是一组PN码,用于区分不同的相邻小区,系统中
16、定义了32个码组,每组对应一个SYNC-DL序列,为64位长的基本二进制序列,在规范中可查到。SYNC-DL PN码集在蜂窝网络中可以复用。DwPTS的发射必须要满足覆盖整个区域的要求,因此不采用智能天线赋形技术。TD-SCDMA系统中使用独立的DwPTS的原因是解决在蜂窝和移动环境下,TDD系统的小区搜索问题,将DwPTS放在单独的时隙,便于下行同步的迅速获取,还可以减小对其他下行信号的干扰。(2) 上行导频时隙(UpPTS)上行导频时隙(UpPTS)主要用于随机接入过程中UE与Node B的初始同步,即建立上行同步。当UE处于空中登记和随机接入状态时,将首先发射UpPTS,当得到网络的应答
17、后,才发送随机接入信道(RACH)信息。UpPTS由长为128chip的上行同步码(SYNC-UL)和32chip的保护间隔(GP)组成,其时隙结构见图10-8。SYNC-UL是一组PN码,用于在接入过程中区分不同的UE。TD-SCDMA系统中使用独立的UpPTS的原因是用户终端在随机接入时还没达到上行同步。如果此时接入信号和正在工作的码道混在一起,势必对工作中的码道带来较大干扰,Node B也较难识别此接入请求。如果采用独立的UpPTS可以避免干扰,较好地解决随机上行同步和识别的问题。 图10-7 DwPTS的时隙结构 图10-8 UpPTS的时隙结构 (3) 保护间隔(GP)保护间隔(GP
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