移动通信理论与实战第6章 TD-SCDMA通信系统.ppt
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1、第6章 TD-SCDMA系统,课程内容,IMT-2000网络结构模型 TD-SCDMA系统物理层 UTRAN接口协议 HSPA+,3GPP规定的UMTS 总体结构图,用户设备域(UE):允许用户接入网络服务的设备 接入网域(RAN):管理接入网资源,为UE提供接入核心网的机制 核心网域(CN):负责全局的通信,包括完成呼叫及承载控制的交换网和完成支撑业务所需功能的业务网等,空中接口,UE组成,USIM(用户业务识别模块域) 包括确认用户身份安全的数据信息和处理过程,通常内嵌在独立的智能卡中; USIM卡相对SIM卡增加了卡对网络的认证,且算法升级; ME(移动设备域) 包括无线传输和应用功能。
2、,接入网域UTRAN,接入域UTRAN,NodeB 基站位于Uu接口和Iub接口之间。 对于用户端而言,Node B的主要功能是实现Uu接口的物理功能; 对于网络端而言,Node B的主要任务是通过使用为各种接口定义的协议栈来实现Iub接口的功能。 RNC(Radio Network Controller) 用于分配和控制UTRAN的无线资源。控制基站在合适的时间用合适的强度发射电磁波信号,把基站接收的信号向核心网转发以及控制电磁波信号在不同的基站间接力传递; 通过Iu接口与移动交换中心(MSC)或SGSN(服务型GPRS支持节点)相连接,执行UE和UTRAN之间的无线资源控制(RRC)协议。
3、,R99,R4,R5,R6,引入Iu接口 最大速率2Mbps 语音,电路型多媒体及高速数据为主,2000.3,2001.3,2002.6,功能冻结时间点,控制与承载分离 分组语音,电路性多媒体,高速数据为主,引入多媒体域(IMS) 无线引入HSDPA,研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN的电路交换的互操作 MBMS HSUPA,2004.12,核心网CN标准发展历程,R99系统基本结构,R99系统基本结构CS域,CS(Circuit Switching)电路交换域 核心网中为用户业务提供电路交换类型连接的所有实体,基于GSM Phase2+的电路核心网的基础上演进而来,一般指的是语音业务;
4、 TDM/ATM传输完成; MSC(Mobile Switching Centre)移动交换中心 为完成移动用户顺利接入移动通信网而进行的具体信道分配、呼叫接续、计费管理、话务量控制、基站管理等内容; GMSC(Gateway Mobile Switching Center)网关移动交换中心 移动网络与PSTN公用电话交换网间连接的重要部件; 完成向HLR查询用户当前位置并获得包含路由信息的漫游号码功能;,R99系统基本结构PS域,PS(Packet Switching)分组交换域 核心网中为用户业务提供分组交换连接的所有网元实体,以及所有支持相关信令的网元实体;一般指的是上网等数据业务; I
5、POA/IP技术完成; SGSN(Serving GPRS Support Node)GPRS业务支持节点 主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能。 GGSN(Gateway GPRS Support Node)GPRS网关支持节点 连接PS域与外部网络的网关,将网中的GPRS分组数据包进行协议转换,从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络,R99系统基本结构CS/PS域共享部分,HLR(Home Location Register)归属位置寄存器 负责移动用户管理的数据库。 存储所管辖用户的签约数据及移动用户的
6、位置信息,可为至某UE的呼叫提供路由信息。 VLR(Visitor Location Register)拜访位置寄存器 一个动态的数据库 服务于其控制区域内移动用户的,存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息,为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。 AuC鉴权中心 EIR移动设备识别寄存器,R4系统基本结构,R4系统基本结构,演进目标 分离CS域的传输和控制,将MSC分为MGW和MSC Server,提高传输资源的效率,使CS域传输和PS域的分组传输相互独立和统一; MSC Server(控制层面) 负责移动始发和移动终接的CS域呼叫的呼叫信令控制,本地网络层面; GMSC Se
7、rver (控制层面) 主要由R99 GMSC的呼叫控制和移动控制部分组成,省会城市层面; CS-MGW (业务层面) 只负责业务的承载,可以终接电路交换网络的承载信道和分组交换网络的媒体流;,R5系统基本结构,R5系统基本结构,定义了HSDPA技术 减少延迟并增加数据传输的吞吐量和峰值数据速率,特别适合移动多媒体等大量下载信息的业务; 引入了IP多媒体子系统 借助VoIP技术,将语音打包在IP网传输,使得语音和数据一视同仁,全网IP传输;,R6/R7/R8版本,R6核心网结构 提升IMS的性能,定义了IMS与CS网络互通、IMS与IP网络互通、WLAN接入、基于IPv4的IMS、IMS组管理
8、、IMS业务支持、基于流量计费、GTP-U和QoS增强等方面的内容。 R7核心网的结构 加强了对固定、移动融合的标准化制定,增加IMS对xDSL、Cable等固定接入方式的支持,还定义了策略和计费控制、端到端QoS和IMS紧急业务等内容。 R8结构: 对IMS进行了大幅度功能的提升,在固定和移动业务融合这一大趋势下,在核心网内部的一些边界正在消失,界限正在走向模糊。 核心网IP化是最大趋势。,一个手机的通话流程,课程内容,IMT-2000网络结构模型 TD-SCDMA系统物理层 UTRAN接口协议 HSPA+,物理层作用,物理层结构,物理层处于无线接口协议模型的最底层,它直接面向实际承担数据传
9、输的物理媒质,通常包括架空明线、平衡电缆、光纤和无线信道等。 物理层将提供物理介质中比特流传输所需的所有功能,如信道编解码、差错控制、调制解调、扩频解扩、信道复用等等。,TD-SCDMA物理层概述,TD:FDMA+TDMA+CDMA的有机结合 一个物理信道是由频率、时隙、信道码和无线帧分配来定义的。,什么是TD-SCDMA,Time Division Duplex Synchronous Code Division Multiplex Access,物理层帧结构,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 T
10、S0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,物理层帧结构,物理信道帧结构,3GPP定义的一个TDMA帧长度为10ms。一个10ms的帧分成两个结构完全相同的子帧,每个子帧的时长为5ms。这是考虑到了智能天线技术的运用,智能天线每隔5ms进行一次波束的赋形。 子帧分成7个常规时隙(TS0 TS6),每个时隙长度为864chips,占675us)。 DwPTS(下行导频时隙,长度为96chips,占75us) GP(保护间隔,长度96chips,75us) UpPTS(上行导频时隙,长度160chips,125u
11、s) 子帧总长度为6400chips,占5ms,得到码片速率为1.28Mcps。,物理层帧结构,常规时隙,常规时隙用作传送用户数据或控制信息。 TS0固定地用作下行时隙来发送系统广播信息; TS1固定地用作上行时隙; 其它的常规时隙可以根据需要灵活地配置成上行或下行以实现不对称业务的传输,常规时隙,由864 Chips组成,时长675us; 业务和信令数据由两块组成,每个数据块分别由352 Chips组成; 训练序列(Midamble)由144 Chips组成; 16 Chips为保护; 可以进行波束赋形,降低对其它用户的干扰;,物理层结构,常规时隙物理层信令TPC/SS/TFCI,位置:位于
12、midamble的两侧 TFCI:10ms/次,用于通知接收侧当前有效的传输格式组合,即如何解码、解复用以及在适当的传输信道上递交接收到的数据。 TPC:5ms/次,用于功率控制,调整步长是1, 2或3dB,默认3dB SS:5ms/次,用于实现上行同步,最小精度是1/8个chip,物理层结构,常规时隙Midamble码,基本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mid
13、amble中的哪一个。 同一小区的同一时隙内用户具有相同的基本Midamble码序列,但是不同用户的Midamble序列对基本训练序列的时间位移是不同的;,物理层结构,midamble码是由基本midamble循环位移得到,常规时隙Midamble码,Midamble码(训练序列) 在同一小区同一时隙内的不同用户所采用的Midamble码由一个基本的Midamble码经过循环移位后产生; 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。 训练序列的作用: 上下行信道估计: 功率测量; 上行同步保持。,物理层结构,下行导频时隙
14、DwPTS,用于下行同步和小区搜索,由NodeB以最大功率在全方向或某个扇区上发射; 该时隙由96 Chips组成: 32用于保护;64用于导频序列;时长75us 32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。,物理层帧结构,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 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,可用于接入过程中区分不
15、同的UE NodeB从终端上行信号中获得初始波束赋形参数,物理层帧结构,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。,物理层结构,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
16、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。,信道结构,信道的概念,高层业务的接入层,所有的高层信令都要变成RRC消息在空中传送,负责决定上层RRC的数据传输类型、传输格式,把上层来的数据放在物理通道如特定的时隙、频率和码道上发送出去,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,需要有内识别信息; 广播信道B
17、CH 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,信道结构,公共信道,广播信道BCH(下行) 用于广播系统和小区特定信息,它总是在整个小区内发射且有一个单独的传输格式; 寻呼信道PCH下行(下行) 在网络不确定用户位置时,用于在整个小区进行寻呼信息的发射; 前向接入信道FACH (下行) 在网络可以确定用户位置时,用于向UE传送控制信息,有时也可以被用于传递短的业务数据包; 随机接入信道RACH (上行) 用于向UTRAN发送控制信息,有时也可以发送短的业务数据包;,传输信道到物理信道的映射,说明: 左表中部分物理信道与传输信道并没有
18、映射关系。按3GPP规定,只有映射到同一物理信道的传输信道才能够进行编码组合。由于PCH和FACH都映射到S-CCPCH,因此来自PCH和FACH的数据可以在物理层进行编码组合生成CCTrCH。其它的传输信道数据都只能自身组合成,而不能相互组合。另外,BCH和RACH由于自身性质的特殊性,也不可能进行组合。,信道结构,物理信道处理的一般流程,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,TD-SCDMA的信源编码,TD-SCDMA与WCDMA系统都是采用AMR (Adaptive Multi-Rate自适应多码率编码 )
19、语音编码 编码共有8种,速率从12.2Kbps4.75Kbps,物理信道处理的一般流程,原理和目的,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,作用和效果,信道编码与交织,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),物理信道处理的一般流程,信道编码方案,物理信道处理的一般流程,调制、扩频和加扰,数据调制就是把2个或3个连续的二进制比特映射成一个复数值的数据符号。,物理信道处理的一般流程
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