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1、第六章,TD-SCDMA基本原理,课程内容,物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制,什么是TD-SCDMA,Time Division Duplex Synchronous Code Division Multiplex Access,物理信道帧结构,所有的物理信道都采用四层结构：系统帧号、无线帧、子帧和时隙/码,TD-SCDMA帧结构每帧有两个上/下行转换点TS0为下行时隙TS1为上行时隙三个特殊时隙GP,DwPTS,UpPTS其余时隙可根据根据用户需要进行灵活UL/DL配置,常规时隙,Midamble码整个系统有128个长度为128chips的基本midamble码，分成32个码组，每
2、组4个。一个小区采用哪组基本midamble码由基站决定，当建立起下行同步之后，移动台就知道所使用的midamble码组。Node B决定本小区将采用这4个基本midamble中的哪一个。同一时隙的不同用户将使用不同的训练序列位移。训练序列的作用：上下行信道估计；功率测量；上行同步保持。传输时Midamble码不进行基带处理和扩频，直接与经基带处理和扩频的数据一起发送，在信道解码时它被用作进行信道估计。,Data symbols,Midamble,Data symbols,TPC symbols,SS symbols,G,P,1,st,part of TFCI code word,2nd pa
3、rt of TFCI code word,Data symbols,Midambl,e,Data symbols,TPC symbols,Time slot x(864 Chips),SS symbols,G,P,3,rd,part of TFCI code word,4th part of TFCI code word,Radio Frame 10ms,Sub-frame 5ms,常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCI,位置：位于midamble的两侧TPC:调整步长是1,2或3dBSS；最小精度是1/8个chipTFCI；分四个部分位于相邻的两个子帧内,Sub-frame 5ms,Tim
4、e slot x(864 Chips),常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCI,TFCI（Transport Format Combination Indicator）用于指示传输的格式，对每一个CCTrCH，高层信令将指示所使用的TFCI格式。对于每一个所分配的时隙是否承载TFCI信息也由高层分别告知。如果一个时隙包含TFCI信息，它总是按高层分配信息的顺序采用该时隙的第一个信道码进行扩频。TFCI是在各自相应物理信道的数据部分发送，这就是说TFCI和数据比特具有相同的扩频过程。对于每个用户，TFCI信息将在每10ms无线帧里发送一次。,常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCI,TPC（T
5、ransmit Power Control）用于功率控制，该控制信号每个子帧（5ms）发射一次。这也意味着TD的功控频率是每秒200次。每次调整步长为1，2，3dB.SS（Synchronization Shift）是TD-SCDMA系统中所特有的，用于实现上行同步，他也是每隔一个子帧进行一次调整。,下行导频时隙DwPTS,用于下行同步和小区搜索；该时隙由96 Chips组成:32用于保护；64用于导频序列；时长75us32个不同的SYNC-DL码，用于区分不同的基站；为全向或扇区传输，不进行波束赋形。,上行导频时隙UpPTS,用于建立上行初始同步和随机接入，以及越区切换时邻近小区测量160
6、Chips:其中128用于SYNC-UL，32用于保护SYNC-UL有256种不同的码，可分为32个码组，以对应32个SYNC-DL码，每组有8个不同的SYNC-UL码，即每一个基站对应于8个确定的SYNC-UL码NodeB从终端上行信号中获得初始波束赋形参数,GP保护时隙,96 Chips保护时隙，时长75us；用于下行到上行转换的保护；在小区搜索时，确保DwPTS可靠接收，防止干扰UL工作；在随机接入时，确保UpPTS可以提前发射，防止干扰DL工作；确定基本的基站覆盖半径。,课程内容,物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制,3种信道模式,逻辑信道：直接承载用户业务；根据承载的是控制平面
7、业务还是用户平面业务分为两大类，即控制信道和业务信道。传输信道：无线接口层2和物理层的接口，是物理层对MAC层提供的服务；根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息分为专用信道和公共信道两大类。物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，每一种使用特定的载波频率、码（扩频码和扰码）以及载波相对相位都可以理解为一类特定的信道。,信道概念,传输信道及其分类,传输信道是由L1提供给高层的服务，根据在空中接口上如何传输及传输什么特性的数据来定义的。传输信道一般可分为两组：专用信道DCH在这类信道中，UE是通过物理信道来识别。公共信道在这类信道中，当消息是发给某一特定的UE时，需
8、要有内识别信息；广播信道BCH寻呼信道PCH前向接入信道FACH随机接入信道RACH上行共享信道USCH下行共享信道DSCH,物理信道及其分类,物理信道根据其承载的信息不同被分成了不同的类别，有的物理信道用于承载传输信道的数据，而有些物理信道仅用于承载物理层自身的信息。专用物理信道DPCH 公共物理信道CPCH,主公共控制物理信道P-CCPCH 辅公共控制物理信道S-CCPCH 快速物理接入信道FPACH 物理随机接入信道PRACH 物理上行共享信道PUSCH 物理下行共享信道PDSCH 寻呼指示信道PICH(8)下行导频信道DwPCH(9)上行导频信道UpPCH,专用物理信道（DPCH）,专
9、用物理信道DPCH（Dedicated Physical CHannel）用于承载来自专用传输信道DCH的数据，DPCH所使用的码和时隙等配置信息是通过信令消息配置给UE的；DPCH可以位于频带内的任意时隙和任意允许的信道码，一个UE可以在同一时刻被配置多条DPCH，若UE允许多时隙能力，这些物理信道还可以位于不同的时隙，但是，对于上行多码传输，UE在每个时隙最多可以同时使用两个物理信道；下行物理信道采用的扩频因子为16和1，上行物理信道的扩频因子可以从116之间选择；DPCH支持TPC，SS，和TFCI所有物理层信令。物理层将根据需要把来自一条或多条DCH组合在一条或多条编码组合传输信道CC
10、TrCH（Coded Composite Transport CHannel）内，然后再根据所配置物理信道的容量将CCTrCH数据映射到物理信道的数据域；同时，一个 CCTrCH支持多个并行的物理信道，用于支持更高的数据速率，这些并行的物理信道可以采用不同的信道码同时发射。,主公共控制物理信道（P-CCPCH）,主公共控制物理信道（P-CCPCH，Primary Common Control Physical CHannel）仅用于承载来自传输信道BCH的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播，UE上电后将搜索并解码该信道上的数据以获取小区系统信息。主公共控制物理信道是单向下行信道，帧格式中
11、没有物理层信令TFCI、TPC或SS，为了满足信息容量的要求，P-CCPCH使用两个码分信道来承载BCH数据（P-CCPCH1和P-CCPCH2）。P-CCPCHs固定映射到时隙0（TS0）的扩频因子SF=16的两个码道；主公共控制物理信道作为信标信道（Beacon Channel）还具有以下特点以参照功率进行发送；发送时不进行beamforming；在其占用的时隙专用m(1)和 m(2)两个训练码。对P-CCPCH信道的测量是UE物理层的一个重要测量。,辅公共控制物理信道（S-CCPCH）,辅公共控制物理信道（S-CCPCH，Secondary Common Control Physical
12、 CHannel）用于承载来自传输信道FACH和PCH的数据，S-CCPCH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。S-CCPCH是单向下行信道，固定使用SF=16的扩频因子，不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，信道的编码及交织周期为20ms。受容量限制，S-CCPCH也使用两个码分信道（S-CCPCH1和S-CCPCH2）来构成一个S-CCPCH信道对。该信道可位于任一个下行时隙，使用时隙中的任意一对码分信道和Midamble移位序列。在TS0，主、辅公共控制信道也可以进行时分复用。在一个小区中，可以使用一对以上的S-CCPCHs。物理层根据配置可以把来自一条或多条FACH和一
13、条PCH得数据组合在一条编码组合传输信道CCTrCH（Coded Composite Transport CHannel）上，然后再根据所配置将CCTrCH数据映射到一条或者多条S-CCPCH物理信道上。,物理随机接入信道（PRACH）,物理随机接入信道（PRACH，Physical Random Access CHannel）用于承载来自传输信道RACH的数据，PRACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。PRACH为单向上行信道，它可以使用的扩频因子有16、8、4。受信道容量限制，对不同的扩频因子，信道的其它结构参数也相应发生变化：SF=16，持续时间为4个子帧（20 ms）；SF=8
14、，持续时间为2个子帧（10 ms）；SF=4，持续时间为1个子帧（5 ms）。PRACH信道可位于任一上行时隙，使用任意允许的信道化码和Midamble位移序列。小区中配置的PRACH信道（或SF=16时的信道对）数目与FPACH信道的数目有关，两者配对使用。传输信道RACH的数据不与来自其它传输信道的数据编码组合，因而PRACH信道上没有TFCI，也不使用SS和TPC控制符号。,快速物理接入信道（FPACH）,快速物理接入信道（FPACH，Fast Physical Access CHannel）不承载传输信道信息，FPACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。FPACH是单向下行信道，
15、扩频因子SF=16，单子帧交织，信道的持续时间为5 ms，数据域内包含SS和TPC控制符号，因为FPACH不承载来自传输信道的数据，也就不需要使用TFCI。Node B使用FPACH来响应在UpPTS时隙收到的UE接入请求，从而调整UE的发送功率和同步定时偏移。,上行导频信道（UpPCH）,上行导频信道（UpPCH）就是整个上行导频时隙（UpPTS）。UpPTS时隙被UE用来发送上行同步码（SYNC_UL），建立与Node B的上行同步。Node B可以在同一子帧的UpPTS时隙识别最多8个不同的上行同步码（SYNC_UL）。多个UE可同时发起上行同步建立，但必须有不同的上行同步码。可以理解为
16、：一个小区最多可有8个用于上行同步建立的上行导频信道UpPCH同时存在。,下行导频信道（DwPCH）,下行导频信道（DwPCH）就是整个下行导频时隙（DwPTS）；DwPTS时隙被Node B用来发送下行同步码（SYNC_DL），UE用来建立与Node B的下行同步；Node B必须在DwPTS发送唯一的下行同步码，具体值由配置决定，功率必须保证覆盖整个小区且保持不变；下行同步码作为TD-SCDMA系统中重要的资源只有32个，必须采用复用的方式在不同的小区中使用，一般而言，同频相邻小区将使用不同的下行同步码标识不同的小区。,寻呼指示信道（PICH）,寻呼指示信道（PICH：Paging Ind
17、icator CHannel）不承载传输信道的数据，PICH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。PICH为单向下行信道，PICH固定使用扩频因子SF=16。一个完整的PICH信道由两条码分信道构成。信道的持续时间为两个子帧（10 ms）。根据需要，也可将多个连续的PICH帧构成一个PICH块。PICH与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的PCH信道（映射在S-CCPCH上）。,共享物理信道（PUSCH&PDSCH）,物理上行共享信道（PUSCH，Physical Uplink Shared CHannel）用于承载来自传输信道USCH的数据。物理下行共享信道（P
18、DSCH：Physical Downlink Shared CHannel）用于承载来自传输信道DSCH的数据。物理上下行共享信道的物理层参数与专用物理信道相同。所谓共享指的是同一物理信道可由多个用户分时使用，或者说信道具有较短的持续时间。共享物理信道由系统预先建立，然后根据UE的业务需求，按照某种方式分配给某个UE使用。,课程内容,物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制,TD-SCDMA数据简要发送过程,数据,编码交织,扩频,加扰,射频调制,射频发送,射频接收,射频解调,解扰,解扩,解码解交织,数据,数据调制,数据解调,加CRC,传输块级联/码块分割,信道编码,无线帧均衡,第一次交织,无
19、线帧分割,速率匹配,传输信道复接,物理信道分割,第二次交织,子帧分割,物理信道映射,编码和复用过程,无纠错编码：BER10-1 10-2,不能满足通信需要,卷积编码：BER10-3,满足语音通信需要,Turbo 码：BER10-6,满足数据通信需要,原理和目的,作用和效果,信道编码技术,信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力 适合纠正非连续的少量错误 目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）,信道编码方案,课程内容,物理层结构信道结构信道编码与复用扩频与调制,概述,数据调制比特流的数据到符号数据的形成过程扩频调制符号数据到高速码片数据的形成过程,调制和扩频的
20、基本参数,QPSK,8PSK,数据调制,将连续的两个比特映射为信号空间的一个点,将连续的三个比特映射为信号空间的一个点,扩频通信的定义,扩展频谱（SS:Spread Spectrum)通信简称扩频通信。扩频通信技术:在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。直接序列扩展频谱DSSSCDMA采用的是直接序列扩频，即将需要传送的信号与速率远大于信息速率的伪随机序列编码（扩频码）直接混合，这样调制信号的频谱宽度远大于原来信息的频谱宽度。调频FH 跳时TH,C=B*log2(1+S/N),C：信道容量，单位b/s B
21、：信号频带宽度，单位HzS：信号平均功率，单位WN：噪声平均功率，单位W,结论：在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量.,扩频通信的理论基础,扩频通信就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。其理论基础为Shannon定理：,扩频码速率：1.28Mc/s；扩频码：OVSF码。,直接序列扩频通信,码序列的正交累加为0表示正交,码序列的正交性,SF=1,SF=2,SF=4,ch,1,0,=(1),C,ch,2,0,=(1,1),C,ch,2,1,=(1,-1),C,ch,4,0,=(1,1,1,1
22、),C,ch,4,1,=(1,1,-1,-1),C,ch,4,2,=(1,-1,1,-1),C,ch,4,3,=(1,-1,-1,1),OVSF:Orthogonal variable spreading factor,OVSF-正交可变扩频因子,TD-SCDMA扩频过程,数据比特,扩频后码片,OVSF码,扰码,符号速率 SF=1.28Mcps。TD-SCDMA中：上行信道码的SF为：1、2、4、8、16；下行信道码的SF为：1、16。,TD-SCDMA扩频示意,用户数据,-1+1-1-1+1-1,扩频码,+1-1-1+1-1+1+1-1,扩频信号,用户数据扩频码,解扩数据,用户数据扩频码,1
23、,1,1,1,1,1,1,1,1,1,解扩,扩频,不同用户使用不同的扩频码,扩频,解扩,C1与C2正交：C1xC2=0,扩频解扩过程举例,f,S（f）,f0,扩频前的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,扩频后的信号频谱,信号,S（f）,f,f0,解扩频后的信号频谱,信号,干扰噪声,f,S（f）,f0,解扩频前的信号频谱,信号,干扰噪声,信号,窄带干扰,宽带干扰,扩频通信示意图,扩频通信的特点,抗干扰能力强保密性高低发射功率易于实现大容量多址通信占用频带宽,扰码介绍,符号速率 SF=1.28Mcps。TD-SCDMA中：上行信道码的SF为：1、2、4、8、16；下行信道码的SF为：1、16。,数据比特,扩频后码片,OVSF码,扰码,思考题,1、TD-SCDMA的多址方式包括哪些？2、请画出TD-SCDMA的时隙结构并进行说明？3、TD系统中有几种信道模式？各分成几大类？4、请画出传输信道和物理信道的映射关系图，并说明每个物理信道的主要作用5、TD系统在信道编码里采用的编码方式有哪些？编码率又有哪些？6、TD系统扩频采用的是什么码？上下行信道的扩频因子是多少？,
