TD-SCDMA的发展及几个技术问题.ppt

1,td-scdma 的发展及几个技术问题,李世鹤 july, 2008,2,前言:为甚么要3g 移动通信网络及其演进 天线 系统设备 结论,contents,3,移动通信技术,网络技术 程控交换 ngn 无线传输技术（rtt） 帧结构、信号格式、调制、双工、多址、扩频、纠错、等等，是保证信号正确传输的技术 rtt是技术进步最快为特征 无线传输技术确定了一代移动通信的基础 1g：程控交换模拟技术（fdma）/模拟话音 2g：程控交换数字技术（tdmacdma）/数字话音 3g：程控交换/ip/ngn数字信号处理技术（cdma）/移动多媒体 4g？,4,cdma是一种多址技术,移动通信每个用户通信时必须占用无线资源：频率、时间、码、空间位置。 cdma是用码，即波形来区分用户 在cdma系统中，不同用户可以同时在相同频率下通信，使用不同的扩频码 第一代移动通信采用fdma，用不同频率来区分用户 第二代移动通信（gsm）采用tdma，用不同时间（时隙）来区分用户 第三代移动通信都采用cdma，为了取得更高的频谱效率,5,cdma特点,高的频谱利用率 频率复用系数1，即相邻小区使用相同频率 比fdma系统高10倍，比tdma高7倍以上的频谱效率（每mhz频谱在每小区支持的同时通信的用户数，按话音业务计算） 低的发射功率 强的信号保密 用扩频码和扰码进行调制，几乎无法窃听,6,cdma的主要问题,信号处理复杂 基于现代数字信号处理技术，复杂都比gsm高数十倍 要求高线性 要求射频系统高线性工作，导致射频系统成本上升 自干扰系统 所有用户同时同频工作，不可能完全同步，必然存在互相干扰，导致只有不到（最多）一半码道资源可以使用，限制了系统容量不能达到理论最大值（所有码道均可同时使用） 对ip型的数据业务的传输能力不如ofdm,7,2g和3g的区别,业务：从以话音为主发展到以数据为主 容量：在同等用户数量下3g系统容量要比2g系统高5倍以上 数据速率：从2.5 g的大约100kbps逐渐增加，从384kbps2mbps10mbps100mbps 复杂度：3g数字信号处理比2g（gsm）复杂10倍以上，导致芯片复杂。 如gsm手机芯片为30mhz的cpu30mips的处理器；而3g手机芯片为150mhz的cpu500mips的处理器。 要大大增加复杂度又不大增成本完全依靠微电子技术的进展 成本：3g设备价格：系统应当低于gsm；终端相当,8,3g中的移动数据,只提供话音业务：不需要 3g 2g，包括 2.5g 都不能满足移动数据通信的要求 数据传输速率 系统容量 移动数据的主要业务：ip 型的业务，和固网中的数据业务一样,9,3g必须解决的问题,系统设备价格 必须比 gsm低 数据速率 在同一小区内必须同时提供多种数据速率的业务 目前速率太低 覆盖 在2ghz 频段完成室内外覆盖,10,前言:为甚么要3g 移动通信网络及其演进 天线 系统设备 结论,contents,11,3gpp网络概念,网络拓扑 核心网（cn） 无线接入网 无线网络控制器（rnc） 基站（node_b） 用户终端（ue） 不同标准的差别: 无线传输技术（rtt),core network,rnc,rnc,iu,iur,iub,ue,node_b,uu,12,td-scdma vs wcdma,共同点 提供的主要业务：移动多媒体 网络拓扑：完全相同 核心网：完全相同（软件有很少差别） 网络接口：定义及功能完全相同，具体与物理层相关的软件有少量差别 rnc: 完全相同的结构和功能，相同硬件平台，差别主要在无线资源管理软件 空间接口高层信令：相同结构和功能，差别也在与物理层有关部分 主要差别在与rtt有关部分, 即物理层技术,13,覆盖,td-scdma 高速移动环境: 3.3km (8 单元智能天线) 市内（手持机）: 780m (8单元智能天线) 室内: 20-30m (单天线) wcdma 高速移动环境: 3.8km (空间分集) 市内（手持机） : 800m (空间分集) 室内: 20-30m (单天线),14,网络设计建议,城区 宏小区: 基站间距：不超过 1km 微小区: 热点地区，小区半径不超过200m 微微小区: 室内覆盖，每天线覆盖大约500m2 农村及远郊区 宏小区: 小区间距: 6-8km,15,不对称业务,3g 移动数据的主要类型： ip型，不对称 它是 tdd双工方式的基本特点，对 td-scdma 目前能够实现的不对称传输比例为 1:5 至 5:1 根据umts预测，2008年前比例是恰当的，2010年以后必须考虑1:10至 10:1的不对称传输，此问题将在lte中解决 相邻小区之间采用不同不对称比例传输时的干扰问题必须重视，解决方法： 室外：智能天线快速dca，可大大降低干扰 室内：有墙壁的隔离，干扰不大,16,网络演进,ip：不再使用atm 扁平化：不再使用rnc 城域网: 不再需要专门的传输网,17,未来的移动网络,cn,o&m,node_b,18,前言:为甚么要3g 移动通信网络及其演进 天线 系统设备 结论,contents,19,天线的重要性,以前,天线仅仅是收发射频信号的手段 3g, td-scdma首先使用智能天线 bsg(lte)及4g将全面使用多天线技术,20,天线技术,多天线技术，包括： 空间分集 智能天线 mimo 目前td-scdma 宏小区采用智能天线，对每个激活的用户产生一个定向波束并跟踪此用户 降低干扰 扩大小区覆盖 增加系统容量,21,3g 开始提出频谱利用率问题,使用cdma,同频组网 cdma是自干扰系统 提高频谱利用率是最重要的 解决系统容量的核心是降低或者抑制干扰 使用智能天线可以解决此问题,让所有码道均投入业务,22,智能天线原理,按120o扇区 8单元bw20-25o 6单元bw25-35o 4单元bw30-40o,23,智能天线优化的误区,智能天线较宽,架设有一定困难 目前在业界提出不少减少宽度的建议,如: 7单元两层设计 减少天线间距 双极化天线 等等 上述都以降低天线性能为代价 降低宽度将带来波束宽度的增加 抗干扰能力降低 系统容量下降,24,到底要多少单元(宽度),理论分析,按半波长排列,要开发干扰,达到所有码道工作,至少要6单元 减少到4单元,容量可能降低20-25% 注意:增加单元数目而不增加天线阵宽度是没有用的,25,新一代天线技术,多天线任意排列 同时支持智能天线和mimo,26,前言:为甚么要3g 移动通信网络及其演进 天线 系统设备 结论,contents,27,射频拉远技术,由于2ghz频段下射频损耗大，天线和基站的距离又不可能很近，故必须解决天线拉远的技术 方法： 射频电缆：基本解决上述问题，但： 拉远距离限60m 多射频电缆工程上成本高 中频电缆：拉远距离可达300m 数字光纤：理想方式,28,室内走线架：,宏蜂窝： 馈线多，对室内走线架要求高 rru： bbu和rru之间为光纤传输，对室内走线架要求很低,站型需求,29,supper node_b,better coverage with low cost solusion,30,minimum nb,31,功率放大器效率问题,大的平均功率与峰值功率比 td与lte的共同问题 数字线性化技术的局限 解决了邻道辐射但不能解决均峰比问题 目前达到的水平 功放效率从15%提高到30% evm从3%以下恶化到8% now 28% the max,32,性能的需求,对r4（qpsk调制）要求evm12.5% 对hsdpa（r5，16qam调制），6% 对lte（64qam调制），3% 结论：不要过分追求功放效率,33,家庭基站,解决室内覆盖的主要手段 低价格 通过城域网连接至系统,34,前言:为甚么要3g 移动通信网络及其演进 天线 系统设备 结论,contents,35,技术演进,现场试验 初期设备,大规模商用 超级基站为代表的第二代基站 多载波同频组网 hsda,lte,06 07 08 09 10 11,0.384 2 10 20 50 100mbps,b3g/4g 标准,lte标准,产品开发,茶频,商用,36,3g的问题和未来,问题: 成本: complexity in both cn and ran 频谱效率:（1bit/hz) 数据传输速率: 2mbps，hspda可达10mbps 长期演进（long term evolution，简称lte） 网络: ngn rtt的主要需求: 高频谱效率: 5-6bit/hz； 峰值数据传输速率：达到每小区 100mbps 与现有3g rtt 兼容,37,关键技术,双工方式: tdd and fdd 多天线技术: 基站和终端 调制方式: 16qam 或者更高 多址方式: 由cdma 发展到 ofdm ip 网络：ngn,38,td-scdma 最容易演进,tdd双工方式最适合移动数据 如何演进 自适应上下行时隙分配（软件）