哈工程大学暑期实习专题报告

哈尔滨工程大学暑期实习专题报告---------TD-SCDMA技术0、概述：通过参加了哈尔滨工程大学第三期暑期实习，学习了关于TD-SCDMA技术的包括概述、基本原理、关键技术、接口协议、以及其核心网的概述，并动手实践了其核心网的配置，下面将一一将所学知识要点详细说明。1、TD-SCDMA概述与概况：（1）TD-SCDMA的演变进程：80年代，产生了第一代移动通信主要为模拟技术，随着需需求的驱动，90年代产生课第二代移动通信，其以数字技术为主，由于语音业务的需求驱动，随后产生了宽带业务。其中第一代模拟蜂窝通信系统中，以北美的AMPS（高级移动电话业务）、英国TACS(全接入通信系统)、北欧NMT（北欧移动电话）为主，其缺点是各系统间没有公共接口、数字承载业务难于开展、频率利用率低，无法适应大容量的要求、安全利用率低，易于被窃听等。随后，第二代数字系统2G90年代登上舞台，其中TDMA以泛欧GSM、美国D-AMPS和日本PDC为主，CDMA以高通公司为首的基于IS-95的N-CDMA为代表，其优点频谱利用率高,话音质量高、容量大:比TACS(全接入通信系统)高3~5倍、提供窄带ISDN业务、标准化程度高,开放接口、安全性高：TMSI(临时识别码),鉴权,加密、可以与ISDN(综合业务数字网),PSTN(公用交换电话网)互联、可以在SIM卡基础上实现漫游，其也存在不足：频带太窄，不能提供如高速数据、慢速图像与电视图像等的各种宽带信息业务、无线频率资源紧张，抗干扰抗衰落能力不强，系统容量不能满足需要、频率利用率低，切换容易掉话。由于用户密度急剧增长数据业务需求不断提高2G系统受空中接口及网络能力的限制，难以满足市场的需求。随后第三代IMT-2000出现了，其三大特点是：无缝的全球漫游。高速传输。无缝业务传递，即在固定网、移动网和卫星网上均能互通。2000的含义：1、最高业务速率可达2000kb/s；2、2G载频；3、2000年商用。第三代IMT-2000的目标是：更高和灵活的传输速率；丰富多彩的业务服务；高品质的话音质量；更大的容量，更低的代价；更低的发射功率；全球漫游；全球统一频段、统一标准；高频谱效；高服务质量，高保密性能；提供多媒体业务，速率最高到2Mb/s；易于第二代系统的过渡、演进。（2）TD-SCDMA标准演进：演进的原因是自主的知识产权，可以避免西方国家的技术壁垒；TD-SCDMA的发展，可以拉动上下游经济；TD-SCDMA可以保障国家的通信安全；TD-SCDMA可以保证技术的可持续性发展。TD-SCDMA的演进过程可以分为三个阶段：2002~2006年期间为3GPP基本版本，2007~2009年为TD增强技术，到2010年至今，为长期演进版本。在增强版本中主要为HSDPA技术，HSDPA技术是在下行链路中引入自适应调制与编码、快速混合自动重传、短时隙结构、快速调度等新技术，在不改变现有网络结构的情况下，对现有UMTS系统平滑升级，可以将下行链路峰值提高到10.8~14.4Mbps，并通过减少延迟，提高服务质量。HSDPA标准已经于2004年6月基本完成，2006开始商用；基于TD-SCDMA的HSDPA标准化工作已经结束，多家设备厂商推出了商用系统；2005年1月，第一个HSDPA商用化端对端呼叫完成。而HSUPA技术则利用多码传输、基站控制调度、快速混合重传、短时隙结构等新技术对上行传输链路进行扩充，可达5.76Mbps；标准化工作于2005年6月冻结；尚没有商用报告。（3）TD-SCDMA的产业化：在系统设备方面，目前系统设备的多厂家供货环境已经形成，通过外场测试和信息产业部组织的专项网络测试，验证了TD-SCDMA系统在功能和性能上已经达到商用水平，具备大规模独立组网的能力；在芯片方面，展讯、凯明、T3G、ADI、大唐均成功推出芯片产品并支持了14个厂商共20余款测试终端的开发，华立、重邮信科即将推出芯片；多款芯片已经实现TD-SCDMA的话音、短消息、低速数据、384k高速数据业务，下一步的重点是进一步完善性能；在终端方面，14个厂家的近20款终端和数据卡参加产业化专项测试；在测试中，终端已实现了基本语音和数据业务，其中包括CS64K的可视电话、PS128K-384K的视频点播、在线电视、Web浏览和高速FTP下载等具有3G特征的业务；在其他方面，除中创信测、湖北众友等国内企业外，众多跨国公司已投入到测试仪表的开发；海天公司、中山通宇和安德鲁等公司已经完成了单极化8天线圆阵线阵商用版本的开发，在外场试用，效果良好。2、TD-SCDMA与其他技术的比较：（1）WiMAX：WiMAX全称为WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作性。WiMAX的另一个名字是802.16。或广带无线接入(BroadbandWirelessAccess，BWA)标准。WIMAX是一项无线城域网(WMAN)技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。它用于将无线接入热点连接到互联网，也可连结公司与家庭等环境至有线骨干线路。它可作为线缆和DSL的无线扩展技术，从而实现无线宽带接入。WiMAX解决的是无线城域网的问题。WiMAX能把信号传送31英里之远，而且，网络连接速度也将飙升至每秒70兆。3G与WiMax的差别就在于，WiMax倡导的将宽带无线化，而3G倡导的是将无线宽带化。也就是说，WiMax和3G的基础构架并不相同。（2）在用户容量方面：WCDMA和CDMA2000都是干扰受限的系统，实际的用户数小于码道资源。TD-SCDMA由于采用了联合检测和智能天线，实际的用户数接近码道资源。WCDMA和CDMA2000采用的是软切换技术，消耗部分网络资源，在容量上须考虑网络软切换比例。TD-SCDMA采用类似硬切换的接力切换，所以无需考虑软切换比例，但是没有软切换增益。（3）后续演进的比较：[1]3GPPLTE（LongTermEvolution），又称之为UTRANLTE。LTE的目标峰值速率为下行100Mbps，上行50Mbps。[2]LTE的主要系统目标如下：适用于不同的带宽：1.25~20MHz;支持“paired”和“unpaired”的频谱分配;以分组域业务为主要目标;降低无线网络时延：U-plan10ms,C-plan100ms;频谱效率：下行5bps/Hz(3to4timesRelease6HSDPA)；上行2.5bps/Hz(2to3timesRelease6HSUPA);强调后向兼容，同时也考虑与系统性能的折衷（无线接口是全新的技术，网络架构正在研究中）[3]AIE：AirInterfaceEvolution[4]3GPP2AIE制定的CDMA2000演进目标;相对于cdma20001x，提高话音容量;增加峰值数据速率和系统容量(长期目标：前向峰值数据速率范围为100Mb/s到1Gb/s、反向峰值速率达到50Mb/s;支持20MHz带宽的分配(以1.25MHz为单位);增加频率效率，减小系统等待时间，更低的终端功耗;近期保持后前兼容[5]在未来移动宽带/无线宽带技术特征趋同;OFDMBased;MIMO,includeSpacemultiplexandBeamforming;无论在LTE(FDD),还是LTE(TDD)技术的本质是相同的;不同之处在于不同的利益集团的不同利益驱动[6]加大TD-SCDMA的后续演进标准和系统的开发,实现跨越式发展。未来几年移动宽带业务发展将渐入佳境;WCDMAHSDPA定义为主打移动宽带市场,实现与GSM协同发展;在移动宽带数据发展顺利的情况下,基于投资保护的考虑,HSPA向HSPA+的渐进演进;对于这些运营商来说,LTE的商业应用会相对比较慢一些;Wimax在频率,核心网侧没有突破之前市场仍然比较局限;在中国明确TDSCDMA商用主体运营商之后,运营商主导,快速形成产业链,TD-SCDMA下一代的标准和商用化的推进将加快,达到领先;TDSCDMA目前的核心频段是2010~2025MHz,在业务量达到饱和的时间远早于具有20M*2的FDD3G运营商(假设一个FDD3G运营商分配20M*2带宽);在新的频段商部署TDDLTE将更加有利于运营商建立未来的移动宽带市场的领先优势;只有运营商和设备商紧密配合,才能达到战略和市场双赢;LTE演进中,TDD/FDD的主要技术特征趋同,应用场景相同,满足灵活使用频谱的需求.频谱决定一切,产品的实现形式上TDD/FDD。3、TD-SCDMA的基本原理：（1）物理层结构：物理层是一个通信系统不可缺少的部分，是空中接口的最底层，提供物理介质中比特流传输所需要的所有功能；物理层向高层提供数据传输服务，通过传输信道来实现；传输信道作为物理层向高层提供的服务，描述的是信息如何在空中接口上传输。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。NodeB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。信道结构（传输信道与物理信道）：[1]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。[2]传输信道：无线接口层和物理层的接口，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。[3]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。[4]传输信道一般可以分为两组：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，需要有内部识别信息。[5]专用物理信道DPCH（DedicatedPhysicalCHannel）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1～16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CCTrCH（CodedCompositeTransportCHannel）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。（3）信道编码与复用: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）;其优点是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。同时也存在缺点：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。（4）扩频与调制：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；扩展频谱（SS:SpreadSpectrum)通信简称扩频通信；扩频通信技术:在发