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第二章 TD-SCDMA 基本原理

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第二章 TD-SCDMA 基本原理 - PowerPoint PPT Presentation


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第二章 TD-SCDMA 基本原理. 目标. 学习完本课程,您将会: 掌握 TD-SCDMA 系统的物理层结构 了解 TD-SCDMA 数据编码复用和发送过程. 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. 5 ms. 3. Carrier (optional). Power. density. 2. Carrier (opti. onal). DL. 15. Frequency. (CDMA. :. codes). 1.6 MHz. 0. Time. TS0. TS3. TS4. TS5. TS6. TS1.

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Presentation Transcript
slide2
目标
  • 学习完本课程,您将会:
    • 掌握TD-SCDMA系统的物理层结构
    • 了解TD-SCDMA数据编码复用和发送过程
slide3
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

5 ms

3. Carrier (optional)

Power

density

2. Carrier (opti

onal)

DL

15

Frequency

(CDMA

:

codes)

1.6 MHz

0

Time

TS0

TS3

TS4

TS5

TS6

TS1

TS2

DL

UL

UL

UL

DL

DL

DL

GP

DwPTS

UpPTS

物理层结构

什么是TD-SCDMA

Time Division Duplex — Synchronous Code Division Multiplex Access

slide5

System Frame Number

Radio frame

10ms

5ms

Sub-frame

DwPTS

UpPTS

GP

TS0

TS1

TS2

TS3

TS4

TS5

TS6

g

L1

Data

Midamble

Data

144chips

675us(864chips)

物理层结构

物理信道帧结构

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

其余时隙可根据用户需要进行灵活UL/DL配置

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

slide6

物理层结构

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)。
slide7

物理层结构

物理信道帧结构
  • 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,125us)
  • 子帧总长度为6400chips,占5ms,得到码片速率为1.28Mcps。
slide8

物理层结构

物理信道帧结构
  • TS0用作下行时隙来发送系统广播信息,广播信道PCCPCH占用该时隙进行发射。
  • TS1总是固定地用作上行时隙。
slide9

物理层结构

物理信道帧结构
  • 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,上下行的转换由一个转换点(Switch Point)分开。
  • 每个5ms的子帧有两个转换点(DL到UL和UL到DL ),第一个转换点固定在TS0结束处,而第二个转换点则取决于小区上下行时隙的配置。
slide10

Data

352chips

Midamble

144chips

Data

352chips

GP

16

675 s

物理层结构

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;
slide11

物理层结构

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。
slide12

物理层结构

常规时隙
  • Midamble码
    • 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。
tpc ss tfci

物理层结构

常规时隙-物理层信令TPC/SS/TFCI

TPC symbols

TPC symbols

4thpart of TFCI code word

st

rd

1

part of TFCI code word

3

part of TFCI code word

2ndpart of TFCI code word

SS symbols

  • 位置:位于midamble的两侧
  • TPC: 调整步长是1, 2或3dB
  • SS;最小精度是1/8个chip
  • TFCI;分四个部分位于相邻的两个子帧内

SS symbols

G

G

Data symbols

Data symbols

Data symbols

Midamble

Data symbols

Midambl

e

P

P

Time slot x (864 Chips)

Time slot x (864 Chips)

Sub-frame 5ms

Sub-frame 5ms

Radio Frame 10ms

tpc ss tfci2

物理层结构

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。
tpc ss tfci3

物理层结构

常规时隙-物理层信令TPC/SS/TFCI
  • TPC(Transmit 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。
dwpts

GP (32chips)

SYNC-DL(64chips)

75 s

物理层结构

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。
uppts

SYNC-UL(128chips)

GP (32chips)

125 s

物理层结构

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。
  • NodeB从终端上行信号中获得初始波束赋形参数。
slide19

物理层结构

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。
slide21
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
slide22

信道结构

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这一类特定的信道。
slide23

RLC layer

逻辑信道

L2

MAC layer

传输信道

L1

PHY layer

物理信道

信道结构

信道概念
slide24

信道结构

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;
slide25

信道结构

传输信道及其分类
  • 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
slide26

信道结构

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。
  • ⒈ 专用物理信道DPCH
  • ⒉ 公共物理信道CPCH
slide27

信道结构

物理信道及其分类
  • ⒉ 公共物理信道CPCH
    • ⑴ 主公共控制物理信道P-CCPCH
    • ⑵ 辅公共控制物理信道S-CCPCH
    • ⑶ 快速物理接入信道FPACH
    • ⑷ 物理随机接入信道PRACH
    • ⑸ 物理上行共享信道PUSCH
    • ⑹ 物理下行共享信道PDSCH
    • ⑺ 寻呼指示信道PICH
    • (8)下行导频信道DwPCH
    • (9)上行导频信道UpPCH
slide28

信道结构

专用物理信道 (DPCH)
  • 专用物理信道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;
slide29

信道结构

专用物理信道 (DPCH)
  • 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1~16之间选择; DPCH支持TPC,SS,和TFCI所有物理层信令。
slide30

信道结构

专用物理信道 (DPCH)
  • 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CCTrCH(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。
p ccpch

信道结构

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 ;
p ccpch1

信道结构

主公共控制物理信道(P-CCPCH)
  • 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。
s ccpch

信道结构

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 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 ccpch1

信道结构

辅公共控制物理信道(S-CCPCH)
  • 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。
s ccpch2

信道结构

辅公共控制物理信道(S-CCPCH)
  • 物理层根据配置可以把来自一条或多条FACH和一条PCH的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。
prach

信道结构

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, 持续时间为2个子帧(10 ms);SF=4,持续时间为1个子帧(5 ms)。
prach1

信道结构

物理随机接入信道(PRACH)
  • 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。
fpach

信道结构

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,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。
uppch

信道结构

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: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。
dwpch

信道结构

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。
slide41

信道结构

寻呼指示信道 (PICH)
  • 寻呼指示信道(PICH:Paging Indicator 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)。
pusch pdsch

信道结构

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(PDSCH: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。
slide43
说明:

左表中部分物理信道与传输信道并没有映射关系。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

传输信道到物理信道的映射
slide45
说明:

上表中部分物理信道与传输信道并没有映射关系。

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而成,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

传输信道到物理信道的映射
slide46
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 scdma1
TD-SCDMA通信模型

调制

时隙

突发

脉冲

信道编码

交织

信源

编码

射频发射

Interleaving

加扰

扩频

无线信道

解调

时隙

信息

提取

去交织

信道

解码

射频接收

信源

解码

deinterleaving

解扰

解扩

slide48
常用术语
  • Bit(比特):经过信源编码的,含有信息的数据
  • Symbol(符号):经过信道编码、交织后的数据
  • Chip(码片):经过最终扩频得到的数据
  • Chip Rate (cps):码片速率,CDMA系统的基础参数
    • TD-SCDMA系统码片速率为1.28Mcps
  • Spreading Factor(SF,扩频因子):扩频码的长度
td scdma2
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 ) 语音编码
    • 编码共有8种,速率从12.2Kbps~4.75Kbps,与目前各种主流移动通信系统使用的编码方式兼容,有利于设计多模终端
      • 12.2kbps (GSM-EFR), 10.2kbps, 7.95kbps
      • 7.40kbps (IS-641,US-TDMA speech codec), 6.70kbps (PDC-EFR)
      • 5.90kbps, 5.15kbps, 4.75kbps
td scdma3
TD-SCDMA的信道编码
  • 信道编码的作用:增加符号间的相关性,以便在受到干扰的情况下恢复信号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

  • 编码类型
    • 语音业务:卷积码(1/2、1/3)
    • 数据业务:卷积码或Turbo码
      • 编码效率将直接影响用户对数据业务的体验
td scdma4

信道编码与复用

TD-SCDMA数据简要发送过程

数据

数据调制

扩频

加扰

射频调制

编码交织

射频发送

射频接收

数据

解码解交织

数据解调

解扩

解扰

射频解调

slide52

信道编码与复用

编码和复用过程

加CRC

速率匹配

传输信道复接

传输块级联/码块分割

物理信道分割

信道编码

第二次交织

无线帧均衡

第一次交织

子帧分割

无线帧分割

物理信道映射

slide53

data

data

data

data

data

data

CRC

CRC

CRC

10、20、40 or 80ms

TrCH-i

TrCH-i+1

0、8、12、16 or 24bits

data

data

data

data

CRC

CRC

CRC

CRC

CBL

CBL

CBL

CedBL

CedBL

CedBL

卷积码 或 Turbo码

DTX

交织器列数:1、2、4 或 8

Coded data

无线帧数目:1、2、4 或 8

无线帧

无线帧

无线帧

TrCH-1

TrCH-2

TrCH-I

10ms时间内

data1

训练序列

data2

GP

10ms时间内

Ph-1

Ph-P

Ph-2

物理信道映射

信道编码与复用

编码和复用过程

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

CRC校验

传送块级联和码块分割

信道编码

无线帧尺寸均衡

第一次交织

无线帧分段

速率匹配

TrCH复用

物理信道的分段

第二次交织

子帧分割

物理信道映射

d a t a

Coded data

Data after 1st interleaved

Data before 1st interleaving

Rate matched data

CCTrCH

Data after 2st interleaved

Data before 2st interleaved

TFCI

SS

TPC

slide54

信道编码与复用

信道编码技术

原理和目的

作用和效果

  • 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)

无纠错编码: BER<10-1 ~10-2

  • 不能满足通信需要

卷积编码: BER<10-3

  • 满足语音通信需要

Turbo 码: BER<10-6

  • 满足数据通信需要
slide56

信道编码与复用

信道编码举例
  • 信道编码适合纠正非连续的少量错误

床前明月光

春眠不觉晓

白发三千丈

红豆生南国

床床前前明明月月光光

春春眠眠不不觉觉晓晓

白白发发三三千千丈丈

红红豆豆生生南南国国

床?前前明明月月光光

春春眠眠?不觉觉晓晓

白白发发三三?千丈?

红红豆豆生生南?国国

编码

解码

slide57

信道编码与复用

交织技术原理(1)

床前明月光

春眠不觉晓

白发三千丈

红豆生南国

床床前前明明月月光光

春春眠眠不不觉觉晓晓

白白发发三三千千丈丈

红红豆豆生生南南国国

??????????

春春眠眠?不觉觉晓晓

白白发发三三?千丈?

红红豆豆生生南?国国

编码

????

信道编码对连续的码元出错不能纠错

slide58

信道编码与复用

交织技术原理(2)
  • 优点
    • 交织技术是改变数据流的传输顺序,将突发的错误随机化。
    • 提高纠错编码的有效性。
  • 缺点:
    • 由于改变了数据流的传输顺序,必须要等整个数据块接收后才能纠错,加大了处理延时,因此交织深度应根据不同的业务要求有不同的选择。
    • 在特殊情况下,若干个随机独立差错有可能交织为突发差错。
slide59

举例:

x1 x6 x11 x16 x21

x2 x7 … x22

x3 x8 … x23

x4 x9 … x24

x5 x10 … x25

输出数据A’= (x1 x6 x11 x16… x25)

输入数据A = (x1 x2 x3 x4 x5 … x25)

信道编码与复用

交织技术原理(2)
slide60

信道编码与复用

信道编码和交织技术举例

床春白红床春白红

前眠发豆前眠发豆

明不三生明不三生

月觉千南月觉千南

光晓丈国光晓丈国

床前明月光

春眠不觉晓

白发三千丈

红豆生南国

床床前前明明月月光光

春春眠眠不不觉觉晓晓

白白发发三三千千丈丈

红红豆豆生生南南国国

编码

交织

突发错误

床春白红????

????前眠发豆

明不三生明不三生

月觉千南月觉千南

光晓丈国光晓丈国

床??前明明月月光光

春??眠不不觉觉晓晓

白??发三三千千丈丈

红??豆生生南南国国

去交织

解码

slide61
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
slide62

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
slide65

连续二进制比特

复数符号

00

+j

01

+1

10

-1

11

-j

j

010

110

011

111

i

101

001

100

000

扩频与调制

数据调制

QPSK

8PSK

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

slide66

扩频与调制

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。
slide67

扩频与调制

扩频通信的定义
  • 直接序列扩展频谱DSSS
    • CDMA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。
  • 跳频FH
  • 跳时TH
slide68

扩频与调制

扩频通信的理论基础

C=B*log2(1+S/N)

  • 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:

C:信道容量,单位b/s

B:信号频带宽度,单位Hz

S:信号平均功率,单位W

N: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.

slide69

扩频信号

低速信号

解调信号

TX

RX

高速扩频序列

高速扩频序列

扩频与调制

直接序列扩频通信

扩频码速率:1.28Mc/s; 扩频码:OVSF码。

slide70

扩频与调制

码序列的正交性
  • 码序列的正交
    • 累加为0表示正交
td scdma5

扩频与调制

TD-SCDMA系统扩频码(信道化码)
  • TD-SCDMA扩频码是由Walsh函数生成,叫做OVSF码(正交可变扩频因子码),OVSF码互相关为零,相互完全正交。
  • Walsh函数是一种非正弦波的完备正交函数系统,可用哈达玛矩阵H通过递推关系构成。由于它仅有可能的取值是+1和-1(或0和1),比较适合于用来表达和处理数字信号。
  • Walsh函数具有理想的互相关特性。在Walsh函数中,两两之间的互相关函数为“0”,亦即它们之间是正交的。
slide72

扩频与调制

OVSF-正交可变扩频因子

OVSF: Orthogonal variable spreading factor

C

=(1,1,1,1)

ch,4,0

C

= (1,1)

ch,2,0

C

= (1,1,-1,-1)

ch,4,1

= (1)

ch,1,0

C

= (1,-1,1,-1)

ch,4,2

C

= (1,-1)

ch,2,1

C

= (1,-1,-1,1)

ch,4,3

SF = 1

SF = 2

SF = 4

td scdma6

扩频与调制

TD-SCDMA扩频过程

数据比特

扩频后码片

  • 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。

OVSF码

扰码

td scdma7

扩频与调制

TD-SCDMA扩频示意

+1

用户数据=

-1

-1+1-1-1+1-1

扩频

+1

扩频码=

+1-1-1+1-1+1+1-1

-1

+1

扩频信号=

用户数据×扩频码

-1

解扩

+1

-1

+1

解扩数据=

用户数据×扩频码

-1

td scdma8

扩频与调制

TD-SCDMA的解扩
  • 解扩的方法

输入信号

解扩输出

Ts

(*)dt

0

在T=Ts时刻判决

积分

本地PN码

slide76

1

-1

1

-1

1

-1

1

-1

扩频与调制

扩频解扩过程举例

-1

-1

-1

-1

1

1

1

1

-1

1

-1

1

-1

1

1

-1

1

-1

扩频

解扩

-1

1

-1

1

1

-1

1

-1

1

1

1

1

-4

4

-1

1

判 断

积 分

0

0

slide78

S1

S1xC1

W

S2

S2XC2

空中接口

S

[S1xC1+S2xC2]xC1=S1

(S1xC1)+(S2xC2)

N

[S1xC1+S2xC2]xC2=S2

扩频与调制

扩频解扩过程举例

扩频

解扩

C1与C2正交:C1xC2=0

slide79

扩频与调制

扩频通信示意图

S(f)

S(f)

信号

信号

f0

f

f0

f

扩频前的信号频谱

扩频后的信号频谱

S(f)

S(f)

信号

干扰噪声

干扰噪声

信号

f0

f

f0

f

解扩频后的信号频谱

解扩频前的信号频谱

信号

窄带干扰

宽带干扰

slide80

扩频与调制

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

slide81

扩频与调制

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

slide82

扩频与调制

扰码介绍
  • 一个数据符号经过长为Qk的扩频码扩频后,还要经过一个扰码=(1, 2,… QMAX)进行加扰。
  • 加扰前可以通过级联QMAX/Qk个扩频数据而实现长度匹配。
  • 可用的扰码共128个扰码,分成32组,每组4个,扰码码组由基站使用的SYNC_DL序列确定。
  • 加扰的目的是为了区分小区。
td scdma9

扩频与调制

TD-SCDMA系统码组
  • 小区码组配置是指小区特有的码组,不同的邻近的小区将配置不同的码组。小区码组配置有:
    • (1) 下行同步码SYNC_DL(32个)
    • (2) 上行同步码SYNC_UL(256个)
    • (3) 基本Midamble码,共128个
    • (4) 小区扰码(Scrambling Code),共128个 ;
td scdma10

扩频与调制

TD-SCDMA系统码组
  • TD-SCDMA系统中,有32个SYNC_DL码;
  • 256个SYNC_UL码;
  • 128个Midamble码和128个扰码;
  • 所有这些码被分成32个码组,每个码组包含1个SYNC_DL码,8个SYNC_UL码,4个Midamble码和4个扰码。
td scdma11
TD-SCDMA系统码组

扩频与调制

slide86
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?