信息与通信TDSCDMA无线网络关键技术.ppt
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TD-SCDMA无线网络关键技术 时分双工方式时分双工方式联合检测联合检测智能天线智能天线上行同步上行同步软件无线电软件无线电接力切换接力切换功率控制功率控制….TD-SCDMA系统的关键技术TS5TS4TS0TS2TS1TS3TS6动态信道分配动态信道分配 培训目标l学完本课程后，您应该能：p了解联合检测技术的设计思想和优势p列出智能天线技术给网络带来的好处p知道TD-SCDMA采用上行同步技术的原因p了解软件无线电技术的设计思想和对网络运营的益处p了解基本的无线资源管理算法：信道配置，功率控制，接力切换等算法的原理和效果 目 录1.联合检测(Joint Detection)2.智能天线(Smart Antenna)3.上行同步(Uplink Synchronization)4.软件无线电(Soft Defined Radio)5.TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配(Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制(Power Control)5.3 接力切换(Baton Handover) 目 录1.1.联合合检测 (Joint Detection)2.智能天线(Smart Antenna)3.上行同步(Uplink Synchronization)4.软件无线电(Soft Defined Radio)5.TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配(Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制(Power Control)5.3 接力切换(Baton Handover) 多址干扰多址干扰 (MAI)多径干扰多径干扰 (ISI)扩频信号功率MAI有用信号acb+=移动通信系统中的干扰 传统接收机解调技术l每个用户的信号“分别”进行扩频码匹配处理l只有在理想正交的情况下，才能完全消除多址干扰的影响能量频率MAIISI热噪声传统接收机解调传统接收机解调能量频率MAIISI热噪声CDMA信号在空中传输信号在空中传输 联合检测的设计思想l对多个用户的信号进行“联合”处理，充分利用用户信号的扩频码、幅度、定时、延迟等信息，一步解调出所有用户的信号能量频率MAIISI热噪声CDMA信号在空中传输信号在空中传输使用联合检测使用联合检测能量热噪声 联合检测的效果l减少多址干扰和多径干扰，提高系统容量l提高小区覆盖，改善业务质量l降低UE的发射功率，提高待机及通话时间l克服CDMA特有的“远近效应”，降低对功率控制的要求 联合检测技术的后续发展l更快p加快计算速度，支持更多用户数，提高系统容量l更准p改进算法，支持对同频小区间用户得联合检测，进一步降低干扰p改进信道估计方法，尽量避免由于信道估计不准确影响干扰消除效果 目 录1.联合检测(Joint Detection)2.2.智能天智能天线 (Smart Antenna)3.上行同步(Uplink Synchronization)4.软件无线电(Soft Defined Radio)5.TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配(Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制(Power Control)5.3 接力切换(Baton Handover) 智能天线的设计思想l没有智能天线的情况下，小区间用户干扰严重l使用智能天线的情况下，小区间用户干扰得到极大改善 智能天线系统的组成l天线阵列p圆阵或线阵l收发信机p一个阵元一套射频收发单元l智能天线算法PAPAPAS(t)w1w2w8合分路器件加权 智能天线算法基本原理l上行：基站根据各个阵元接收信号的相位差估计UE的方向l下行：根据UE的方向，调整各个阵元上的振幅和相位，形成指向该UE的指向波束a天线天线2...Δd天线天线1 圆阵天线线阵天线智能天线的天线阵 智能天线应用演示：多个用户波束赋形 智能天线的效果l对用户起到空间隔离、消除干扰的作用p最大化对期望用户的能量p最小化对其他用户的干扰用户间干扰用户间干扰被有效抑制被有效抑制 智能天线的效果 (续)l阵列天线和赋型算法可以提供15dB以上的额外增益，从而：p增加覆盖范围，减少站点数量（基站数目平均降低50%）p减少发射功率，延长移动台通话和待机时间p提高信号接收质量，增加系统容量 智能天线技术的后续发展l开发双极化智能天线，减小天线尺寸和重量l采用光纤射频拉远单元(RRU)，以光纤代替馈线，进一步降低天馈成本 目 录1.联合检测(Joint Detection)2.智能天线(Smart Antenna)3.3.上行同步上行同步 (Uplink Synchronization)4.软件无线电(Soft Defined Radio)5.TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配(Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制(Power Control)5.3 接力切换(Baton Handover) ABCD时隙2A同一时隙同一时隙不同用户不同用户到达基站时间点对齐到达基站时间点对齐BCD上行同步的基本概念 上行同步的目的l减小小区内用户间的上行多址干扰和多径干扰，增加小区容量和小区半径l使TD-SCDMA具有区别于cdma2000和WCDMA的专利，拥有自主知识产权SF = 4Cch 4,0 = (1,1,1,1)Cch 4,1 = (1,1,-1,-1) Cch 4,2 = (1,-1,1,-1)Cch 4,3 = (1,-1,-1,1)1,1,-1,-11,-1,-1,1理想无时延理想无时延1,1,-1,-11,-1,-1,1延时延时1chip1,1,-1,-11,-1,-1,1 上行同步建立UENode BUpPCH （UpPTS）FPACHPRACH（RACH）SCCPCH（FACH）终端选择SYNC-UL，以估算的时间和功率发送基站检测到SYNC-UL，并回送定时和功率调整调整定时和功率，发送随机接入请求发送随机接入响应后，进行后续的信令接续 目 录1.联合检测(Joint Detection)2.智能天线(Smart Antenna)3.上行同步(Uplink Synchronization)4.4.软件无件无线电 (Soft Defined Radio)5.TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配(Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制(Power Control)5.3 接力切换(Baton Handover) 软件无线电（SDR）的设计思想l尽可能以软件（算法）实现射频硬件部分的功能p构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台p各种功能，如工作工作频段段、调制解制解调类型型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成p使A/D和D/A转换器的工作频率尽可能靠近射频工作频段p新一代无线通信系统具有高度灵活性、开放性 目 录1.联合检测(Joint Detection)2.智能天线(Smart Antenna)3.上行同步(Uplink Synchronization)4.软件无线电(Soft Defined Radio)5.TD-SCDMA无无线资源管理源管理5.1 动态信道分配(Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制(Power Control)5.3 接力切换(Baton Handover) 无线资源管理（RRM）的目的lRRM：Radio Resource ManagementlRRM的目的p保证CN所请求的QoSp增强系统的覆盖p提高系统的容量小区覆盖小区覆盖链路质量链路质量小区容量小区容量 RRM的主要任务贯穿整个贯穿整个RRM过程的主线：保证过程的主线：保证QoS，节约功率，减小干扰，节约功率，减小干扰l为了保证CN所请求的QoS，需要将QoS映射成接入层的一些特性，从而利用接入层的资源为本条连接服务－－信道配置信道配置l在保证CN所请求的QoS的前提下，使用户的发射功率最小，从而减少该UE对于整个系统的干扰，提高系统的容量和覆盖－－功率控制功率控制l确保UE移动到其他小区（系统）后，能够继续得到服务，以保证QoS－－切切换控制控制 RRM的基本流程lStep1：上层发送测量控制命令lStep2：开始测量p测量的执行者：UE，NodeB，RNClStep3：生成测量报告lStep4：通过算法进行判决，决策lStep5：资源的控制和执行 目 录1.联合检测(Joint Detection)2.智能天线(Smart Antenna)3.上行同步(Uplink Synchronization)4.软件无线电(Soft Defined Radio)5.TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配信道分配 (Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制(Power Control)5.3 接力切换(Baton Handover) CN所请求信道资源的QoS特性l业务类型（Traffic Classes）p会话类业务（Conversational）p流类业务（Streaming）p交互类业务（Interactive）p背景类业务（Background）l质量要求（BLER）l速率要求：VIP用户和普通用户可以不相同 频域频域 DCA (FDMA)业务动态地分配到干扰最小的频率上EnergyTimeFDMAFrequencyCDMATDMA时域时域DCA (TDMA)业务分配到干扰最小的时隙空域空域DCA (SDMA)自适应的智能天线技术选择最佳的解耦方向码域码域DCA (CDMA)改变分配的码道来降低干扰动态信道分配（DCA）的原则1：干扰最小化 动态信道分配（DCA）的原则2：带宽“按需分配”系统容量传统信道配置业务源速率动态信道配置 目 录1.联合检测(Joint Detection)2.智能天线(Smart Antenna)3.上行同步(Uplink Synchronization)4.软件无线电(Soft Defined Radio)5.TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配(Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制功率控制 (Power Control)5.3 接力切换(Baton Handover) 功控的目的l克服远近效应l克服阴影衰落和快衰落l降低网络干扰，提高业务质量l提高系统容量 远近效应lCDMA自从被提出以来，一直没有得到大规模应用的主要问题就是无法克服“远近效应”弱信号被离基站近的弱信号被离基站近的UE的信号的信号“淹没淹没”，无法通，无法通信信 无线通信的大敌：衰落 采用功率控制后的效果0200400600800-20-15-10-505101520Relative power (dB)衰落衰落发射功率发射功率接收信号接收信号 功率控制的类型l开环功率控制：用于初始接入过程l闭环功率控制：用于业务进行过程p上行、下行内内环功率控制p上行、下行外外环功率控制 没有开环功控，造成没有开环功控，造成初始干扰大，而且闭初始干扰大，而且闭环功控收敛慢环功控收敛慢timepowertimepower为什么使用开环功率控制？使用开环功控后，初使用开环功控后，初始干扰变小，而且闭始干扰变小，而且闭环功控收敛很快环功控收敛很快 开环功率控制lUE通过测量导频信道的接收功率，计算上行初始发射功率pTD-SCDMA采用TDD方式，上行、下行频率相同，因此对于上行初始功率的估计更准确，开环功率控制效果好于FDD方式NodeBUERACH测量测量P-CCPCH信道功率信道功率 闭环功率控制－上行内环功率控制lNodeB控制UE的发射功率NodeBUE发送发送TPC200次次/秒秒上行信号上行信号设置SIRtarSIRmea > SIRtarSIRmea < SIRtarSIRmea = SIRtar → TPC = 00→ TPC = 11→ TPC = 00测量信号－干扰比SIR，并与SIR目标值相比较 闭环功率控制－下行内环功率控制lUE控制NodeB的发射功率NodeBUE的L3软件模块设置 SIRtar发送发送TPC200次次/秒秒下行信号下行信号UEL1测量信号－干扰比SIR，并与SIR目标值相比较 闭环功率控制－上行外环功率控制lRNC通过动态调整SIRtar，间接控制UE的发射功率上行信号上行信号RNC测量接收信号的BLER，并与BLERtar相比较设置BLERtarNodeBUE内环功控内环功控设置SIRtarBLERmea > BLERtarBLERmea < BLERtarBLERmea = BLERtar→ SIRtar 上升上升→ SIRtar 下降下降→ Do nothing 闭环功率控制－下行外环功率控制lUE通过动态调整SIRtar，间接控制NodeB的发射功率NodeB内环功控内环功控L1UEUE的L3软件模块测量接收信号的BLER，并与BLERtar相比较设置SIRtar 目 录1.联合检测(Joint Detection)2.智能天线(Smart Antenna)3.上行同步(Uplink Synchronization)4.软件无线电(Soft Defined Radio)5.TD-SCDMA无线资源管理5.1 动态信道分配(Dynamic Channel Allocation)5.2 功率控制(Power Control)5.3 接力切接力切换 (Baton Handover) 切换的分类l硬切换－任何移动通信系统都能够支持l软切换－CDMA特有（WCDMA，cdma2000）l接力切换－TD-SCDMA特有 UE 移动方向移动方向目标小区目标小区源小区源小区time通话通话“缝隙缝隙”硬切换l硬切换的特点p先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路p通话会产生“缝隙”p适用于几乎所有切换场景 软切换l软切换特点p先建立目标小区链路，后中断源小区链路，可以避免通话“缝隙”pCDMA系统所特有，而且只能发生在同频小区间p软切换比硬切换占用更多的系统资源UE 移动方向移动方向目标小区目标小区源小区源小区time没有通话没有通话“缝隙缝隙” 接力切换l接力切换的设计思想p利用上行同步技术，在切换测量期间，使用上行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息，从而达到减少切换时间，提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的l接力切换的优势p相对于软切换，占用系统资源少，提高了系统容量p相对于硬切换，业务中断时间很短，且掉话率低 源小区源小区目标小区目标小区源小区源小区目标小区目标小区业务同步预 同 步源小区源小区目标小区目标小区接力切换 (续)切换前切换前切换中切换中切换后切换后 。
