第三代移动通信教学大纲第5章 讲义Word格式.docx
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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,5.TD-SCDMA网络中的关键技术
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。
5.2TD-SCDMA空中接口
5.2.1TD-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5-2所示。
图5-2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)、寻呼控制信道(PCCH)、公共控制信道(CCCH)、专用控制信道(DCCH)和共享控制信道(SHCCH)。
业务信道包括公共业务信道(CTCHl)和专用业务信道(DTCHl)。
(2)传输信道
①公共传输信道考虑到TD增强技术,公共传输信道有7类:
●广播信道
●寻呼信道
●前向接入信道
●随机接入信道
●上行共享信道
●下行共享信道
●高速下行共享信道
②专用传输信道
仅有一类专用传输信道(DCH,DedicatedChannel),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。
(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。
(4)逻辑信道、传输信道和物理信道之间的映射关系
图5-3逻辑信道、传输信道与物理信道之间的映射关系
5.2.2TD-SCDMA物理层
1.TD-SCDMA物理层的主要功能
TD-SCDMA物理层的主要功能如下:
(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-SCDMA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720ms,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。
3.TD-SCDMA物理信道帧结构
图5-5TD-SCDMA无线子帧结构
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,DownlinkPilotTimeSlot)、上行导频时隙(UpPTS,UplinkPilotTimeSlot)和保护间隔(GP)。
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。
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5-7。
SYNC-DL是一组PN码,用于区分不同的相邻小区,系统中定义了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-DLPN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NodeB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5-8。
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,NodeB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。
(3)保护间隔(GP)
保护间隔(GP)是在NodeB侧,由发射向接收转换的保护间隔,GP的设计决定了TD-SCDMA系统小区的覆盖范围。
较大的保护间隔可以防止UpPTS和DwPTS信号相互干扰,还可以允许UE在发出上行同步信号时进行一些时间提前。
GP时长为75us(96chip),可确保小区覆盖半径为11.25km。
4.TD-SCDMA突发结构
在TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发(Burst)。
TD-SCDMA系统采用的突发结构如图5-9所示。
图5-9TD-SCDMA系统的突发结构
(1)数据块
TD-SCDMA系统的数据块用于承载来自传输信道的用户数据或高层控制信息,也提供了传送控制平面上物理层控制信令的功能。
物理层控制平面的控制信令的结构如图5-10和图5-11所示。
图5-10不发送SS和TPC时的物理层控制信令结构
图5-11发送SS和TPC时的物理层控制信令结构
(2)中间码
突发结构中的中间码用来作为训练序列,在接收端进行信道解码时用于信道估计、测量,如上行同步的保持以及功率测量等,不携带用户信息。
5.2.3TD-SCDMA物理信道
1.专用物理信道(DPCH)
2.公共物理信道(CPCH)
(1)主公共控制物理信道(P-CCPCH)
(2)辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)
(3)物理随机接入信道(PRACH)
(4)快速物理接入信道(FPACH)
(5)物理上行共享信道(PUSCH)
(6)物理下行共享信道(PDSCH)
(7)寻呼指示信道(PICH)
5.2.4传输信道编码和复用
编码/复用要经过以下步骤:
给每个传送块加CRC效验位、传送块级联/编码块分割、信道编码、无线帧尺寸均衡、第一次交织、无线帧分割、速率匹配、传输信道的复用、比特加扰、物理信道的分割、第二次交织、无线子帧分割、最后完成到物理信道的映射。
经过上述过程的单个数据流形成的传输信道可以映射到一个或多个物理信道。
也可以多个并行的数据流以复用形式组成编码复合传输信道CCTrCH。
与WCDMA系统一样,CCTrCH只是在MAC层向物理层映射时出现的一个逻辑概念。
CCTrCH同样可以映射到一个或多个物理信道。
而对于一个物理信道,只能对应同一个CCTrCH。
不同传输信道可以按一定的规则被编码和复用到一个CCTrCH中。
5.2.5扩频与调制
图5-13所示为TD-SCDMA系统数据扩频调制方式的示意图,图中不包括正交的射频调制部分。
与WCDMA系统不同的是增加了子帧形成部分。
TD-SCDMA系统数据扩频调制由串并变换和数据映射、OVSF码扩频、加扰和子帧形成四部分组成。
图5-13TD-SCDMA系统QPSK数据扩频调制示意图
1.串并变换和数据映射
2.OVSF码扩频
3.加扰
4.子帧形成
5.2.6TD-SCDMA系统的码分配
标识小区的码称为下行同步码(SYNC-DL)序列,在下行导频时隙(DwPTS)发射。
基站将在小区的全方向或在固定波束方向发送DwPTS,同时起到导频和下行同步的作用。
在整个系统中,共有32个长度为64chip的SYNC-DL码。
随机接入的特征信号为上行同步码(SYNC-UL),在上行导频时隙(UpPTS)发射。
随机接入和切换过程中需要上行同步,当UE准备进行空中登记和随机接入时将发射UpPTS。
在整个系统中,共有256个长度为128chip的SYNC-UL码。
中间码、SYNC-DL、SYNC-UL都是直接以码片速率的形式给出,不需要扩频,也不需要进行加扰处理。
在3GPP规范中,以实数值的形式给出,不需要任何生成过程。
每个码组与基本中间码、扰码、SYNC-UL码、SYNC-DL码之间有确定的对应关系,如表5-2所示。
表5-2基本中间码、扰码、SYNC-UL码、SYNC-DL码与码组之间的对应关系
码组
关联码
SYNC-DL码编号
SYNC-UL码编号
扰码编号
基本中间码编号
0…7
1
2
3
8…15
4
5
6
7
┆
31
248…255
124
125
126
127
5.2.7N频点技术
TD-SCDMA系统中,多载频系统是指一个小区可以配置多于一个载波频段的系统,并称这样的小区为多载频小区。
通常多载频系统将相同地理覆盖区域的多个小区(假设每个载频为一个小区)合并到一起,共享同一套公共信道资源,从而构成一个多载频小区,称这种技术为N频点技术。
通过使用N频点技术,依靠增加
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