现代移动通信第2版教学作者蔡跃明第17讲第09章节3G2课件

数字移动通信,第17讲 3G移动通信系统-2,内容回顾,1、什么是3G？3G有哪些主要的技术标准？ 2、 WCDMA系统的扩频操作使用了哪两个码字,它们在上行信道和下行信道的功能是什么? 3、WCDMA系统的空中接口与IS-95的有什么区别？,第九章3G移动通信系统,内容提要： 一、WCDMA系统的关键技术 二、cdma2000系统 三、TD-SCDMA系统,第九章 3G移动通信系统,本次课拟讨论的主要问题： 1、WCDMA系统有哪些关键技术？ 2、TD-SCDMA系统产生的背景是什么？采用TDD有什么优势？ 3、 TD-SCDMA系统有哪些关键技术？ 重点：HSDPA技术 难点：智能天线技术、多用户检测技术,第九章3G移动通信系统,内容提要： 一、WCDMA系统的关键技术 二、cdma2000系统 三、TD-SCDMA系统,一、WCDMA系统的关键技术,一、WCDMA系统的关键技术,1、HSDPA：高速下行分组接入,WCDMA业务推广初期，主要业务如视频点播、下载等，发展特征是不对称的带宽需求。 HSDPA技术的迅速发展解决了系统对下行数据传输要求高的问题。,一、WCDMA系统的关键技术,WCDMA R99,HSDPA,手段之一：多码道传输 多个码道可以同时为一个用户发送数据。,码域,频域,下行,二、WCDMA系统的关键技术,手段之二：AMC（自适应编码调制）,AMC是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式，网络选择最合适的下行链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据吞吐率。 当用户信道条件很好时，可选用16QAM和3/4编码速率，从而得到较高的峰值速率；而当用户信道条件很差时，可采用QPSK和1/4编码速率，来保证通信质量。,二、WCDMA系统的关键技术,手段之二：AMC（自适应编码调制）,思考：如何衡量信道质量呢？ CQI（Channel Quality Indicator）:信道质量指示 和信道的信噪比相对应，取值范围为0-31 CQI为0时，信道质量最差,二、WCDMA系统的关键技术,手段之二：AMC（自适应编码调制）,思考：网络如何知道用户当前的信道质量呢？ 终端将测试到的信道质量反馈给NodeB AMC本质上是一种链路自适应技术,二、WCDMA系统的关键技术,HSDPA下行峰值物理层速率为14.4Mbps，如何得到？ 计算公式： 3.84M/16×4×15 = 14.4Mbps 其中：3.84M为码片速率， 4为采用高阶调制16QAM后的提高倍数， 15为最多采用15个码道， 扩频因子固定为16。 注意：峰值速率未使用任何纠错编码方式，编码效率为1。,手段之二：AMC（自适应编码调制）,二、WCDMA系统的关键技术,思考：联通目前的实际系统中采用的是3/4编码效率，最高下行速率能到多少？实际联通下行速率仅为7.2Mbps，请问一个用户最多获得几个码道？ 计算公式： 3.84M/16×4×15×3/410.8 Mbps 实际中一个用户最多获得10个码道,手段之二：AMC（自适应编码调制）,二、WCDMA系统的关键技术,传统的ARQ技术只是简单丢弃出错的数据，不做存储 HARQ的关键词是存储、请求重传、合并解调。 接收方在数据出错的情况下，先保存接收到的数据，并要求发送方重传，接收方再将重传的数据和先前接收到的数据进行合并后再解码。,手段之三：HARQ（快速混合自动重传）,二、WCDMA系统的关键技术,思考：HARQ有哪些优点？ 优点：具有一定的分集增益，减少了重传次数 AMC提供粗略的数据速率选择方案，HARQ技术提供精确的速率调解，从而提高自适应调节的精度和提高资源利用率。,手段之三：HARQ（快速混合自动重传）,二、WCDMA系统的关键技术,手段之四：快速调度（Fast scheduling）,二、WCDMA系统的关键技术,调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据，这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量，但同时兼顾每个用户的等级和公平性。 HSDPA中常用的快速调度算法有3个： RR：Round Robin，轮询 Max C/I：最大载干比 PF：Partial Fair，部分公平,手段之四：快速调度（Fast scheduling）,二、WCDMA系统的关键技术,思考：三种调度算法在公平性与最大吞吐量之间的区别？ RR：最公平 Max C/I：吞吐量最大 PF：折中,手段之四：快速调度（Fast scheduling）,第九章3G移动通信系统,内容提要： 一、WCDMA系统的关键技术 二、cdma2000系统 三、TD-SCDMA系统,三、cdma2000系统,Code Division Multiple Access 2000，也称为CDMA Multi-Carrier，由美国高通公司为主导提出。 cdma2000是IS-95标准的技术延伸。 2000年3月以cdma2000 1x的名称，向3GPP2提交了正式的技术方案。,1、什么是cdma2000 ？,三、cdma2000系统,2、cdma2000的空中接口,三、cdma2000系统,2、cdma2000的空中接口,0,3 MHz,5 MHz,4,MHz,2,MHz,1,MHz,多载波,1.25 MHz,0,3 MHz,5 MHz,4,MHz,2,MHz,1,MHz,单载波,1.25 MHz,cdma2000-3x,IS-95,多载波技术原理：一个用户可以占用多个1.25MHz带宽，能够获得更高的传输速率。,三、cdma2000系统,2、cdma2000的空中接口,灵活的帧长： 与IS-95所有信道的帧长20ms不同，cdma2000支持5ms、10ms、20ms、40ms和80ms等多种灵活的帧长，不同类型的信道分别支持不同的帧长。 思考：长帧与短帧各有什么优缺点？,三、cdma2000系统,2、cdma2000的空中接口,思考：长帧与短帧各有什么优缺点？ 短帧可以减少时延，但是由于交织深度较浅，降低了传输性能； 长帧可支持深度交织，传输性能更好，但时延大,出错重传时，网络开销大，效率低。,三、cdma2000系统,3、cdma2000关键技术（自学）,（1）快速功率控制 （2）前向快速寻呼 （3）发射分集 （4）HARQ （5）自适应编码调制 （6）Turbo码,第九章3G移动通信系统,内容提要： 一、WCDMA系统的关键技术 二、cdma2000系统 三、TD-SCDMA系统,三、TD-SCDMA系统,Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access ，即时分同步码分多址技术； 中国电信行业百年来第一个完整的移动通信技术标准，得到了中国通信标准化协会（CWTS）及3GPP国际组织的全面支持，是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一。 1998年正式向ITU提交，历经五年多的时间，完成了标准的评估、ITU的认可与发布等一系列工作。,1、什么是TD-SCDMA ？,三、TD-SCDMA系统,TD-SCDMA的地位 我国按照IMT-2000要求设计提出并主推的3G技术规范 1998年公布的主要3G技术提案之一 2000.05 ITU正式批准TD-SCDMA为3G标准 2000.12 TD-SCDMA论坛成立 2001.03 3GPP正式将TD-SCDMA纳入UMTS标准,1、什么是TD-SCDMA ？,三、TD-SCDMA系统,自主标准跻身国际3G标准 提出者：大唐电信 推动者：中国政府+中国移动 关键人物：周寰,2、TD-SCDMA的产生背景,三、TD-SCDMA系统,3、TD-SCDMA的空中接口,三、TD-SCDMA系统,3、TD-SCDMA的空中接口,（1）TDD,最多可达16个码道,1.6 MHz,下行,下行,下行,下行,上行,时隙,TDD：上行与下行用不同的时隙加以区分 FDD：上行与下行用不同的频段 加以区分,三、TD-SCDMA系统,3、TD-SCDMA的空中接口,（1）TDD,最多可达16个码道,1.6 MHz,下行,下行,下行,下行,上行,时隙,思考：TD-SCDMA系统采用TDD的好处有哪些？,四、TD-SCDMA系统,2、TD-SCDMA的空中接口,（2）采用TDD的好处 不需要成对的频谱资源 FDD必须使用成对的收发频率，频谱利用率较低。而TDD则不需要成对的频率，提高了频谱利用率。 思考：对功率控制方法有什么影响吗？,四、TD-SCDMA系统,2、TD-SCDMA的空中接口,（2）采用TDD的好处 便于采用开环的功率控制 采用TDD模式工作的系统，上、下行工作于同一频率，其电波传输的一致性，使得系统便于采用开环的功率控制，降低系统对功率控制速率的要求,四、TD-SCDMA系统,2、TD-SCDMA的空中接口,（2）采用TDD的好处 便于采用智能天线技术 上、下行电波传输的一致性，使得系统便于采用智能天线技术，可有效减少多径干扰，提高设备的可靠性。据测算，TDD系统的基站设备成本比FDD系统的基站成本低约20%50%。,四、TD-SCDMA系统,2、TD-SCDMA的空中接口,（2）采用TDD的好处 TD-SCDMA的物理信道 组成：频率、码字和时隙决 无线帧：10ms（两个5ms子帧） 子帧：7个常规时隙+3个特殊时隙,四、TD-SCDMA系统,2、TD-SCDMA的空中接口,对称,非对称,四、TD-SCDMA系统,2、TD-SCDMA的空中接口,（2）采用TDD的好处 根据上下行业务量自适应调整上下行时隙宽度 通过灵活配置上、下行时隙的个数，使TD-SCDMA同时适用于对称及非对称业务。 思考：采用TDD会带来哪些问题吗？,四、TD-SCDMA系统,2、TD-SCDMA的空中接口,（3）采用TDD的带来的问题 对同步要求比较高 TD-SCDMA系统采用TDD的双工技术，对于上、下行信道而言，时隙是很重要的。各个终端的信号必须按照一定时序到达基站解调器。 多址干扰：同一时隙的信号达到时间没有对齐 时隙间干扰：晚到或早到的信号对于前后时隙的影响,四、TD-SCDMA系统,2、TD-SCDMA的空中接口,（3）采用TDD的带来的问题 思考：TD-SCDMA系统要求各基站间同步，为什么有专家强烈建议不使用GPS授时的方式实现同步？ 存在较大的风险。GPS全球卫星定位系统归美国所有，对世界各地的用户未有任何政府承诺。在某些特殊情况下GPS信号会暂时消失，或者不能正常工作。 改进方案：北斗代替GPS,四、TD-SCDMA系统,2、TD-SCDMA的空中接口,（3）采用TDD的带来的问题 对高速移动的支持性较差 由于无线信道中的多径传播以及各个用户的移动性（甚至高速移动），使得严格同步实现非常困难。 根据ITU对3G的要求，采用FDD模式的终端最高移动速度可达500公里/小时，而采用TDD模式的系统的最高移动速度只有120公里/小时。,四、TD-SCDMA系统,3、TD-SCDMA的关键技术,智能天线,联合检测,动态信道分配,软件无线电,接力切换,TDD 上行同步（S） CDMA,功率控制,多频点技术,UpPCH偏移技术,数字调制与编码,同步与信道估计,多小区组网技术,本质技术,特色技术,共性/增强技术,四、TD-SCDMA系统,3、TD-SCDMA的关键技术,智能天线 联合检测 接力切换,四、TD-SCDMA系统,3、TD-SCDMA的关键技术,出发点：利用信号传输的空间特性，自适应调整其方向图，对准期望方向，来达到抑制干扰、提取信号的目的。 特征：实质上是一个空间滤波器。 空间维度可以用于多址接入技术中。,（1）智能天