TD-SCDMA简介.ppt

TD SCDMA简介TD SCDMA标准及技术 TD SCDMA 时分同步码分多址 是由大唐电信科技产业集团代表中国提交并于2000年5月被国际电联 2001年3月被3GPP认可的世界第三代移动通信 3G 的三个主要标准之一 这表明我国移动通信制造业已经开始从技术跟踪进入技术创新阶段 为今后我国真正建立起移动通信领域的核心竞争能力奠定基础 TD SCDMA简介TD SCDMA标准及技术 TD SCDMA采用智能天线 软件无线电 联合检测 接力切换 下行包交换高速数据传输等一系列高新技术 与其它系统相比 TD SCDMA具有突出的技术优势 频谱利用率高 与WCDMA及cdma2000相比 TD SCDMA具有最高的频谱利用率 能够更好支持人口密集地区业务 而且它不像其它两种标准那样需要成对的频率 可以充分利用零碎频段 能有效缓解运营商频谱资源紧张问题 频谱利用率高 与WCDMA及cdma2000相比 TD SCDMA具有最高的频谱利用率 能够更好支持人口密集地区业务 而且它不像其它两种标准那样需要成对的频率 可以充分利用零碎频段 能有效缓解运营商频谱资源紧张问题 特别适合运营商开展数据业务 由于TD SCDMA可以动态调整上下行数据传输速率 特别适合处理上下行不对称的IP数据业务 系统成本低 由于采用了智能天线等新技术 TD SCDMA系统得以降低发射功率 从而大大降低产品成本 代表移动技术发展方向 系统易于升级 保护运营商投资 目前 国际上的第三代后技术的研究 研究热点包括 TDMA技术 TDD技术 智能天线技术 软件无线电技术 下行包交换数据的高速传输技术等 这些技术在TD SCDMA系统里已经有所应用 此外 TD SCDMA在通用硬件平台上采用软件无线电技术进行系统设计 升级十分方便 TD SCDMA简介接受检验和我国政府的支持 TD SCDMA标准在国际权威组织中经历了异常严格的检验和测试 完全符合国际上对3G的全部技术指标要求 它完全满足技术先进性 标准化 公开化的要求 能够作为设备制造商研制开发和生产TD SCDMA系统设备和运营商使用该设备的技术依据 由于TD SCDMA具备明显的优势 国家各大部委对TD SCDMA给予了极大的支持 TD SCDMA先后被列为国家科技部 863 项目 信息产业部重大科技攻关项目和移动通信专项项目及国家计委 十五 产业化示范工程项目和北京市科委科技计划项目 并于2002年1月30日以863课题验收最优等级通过了中国第三代移动通信系统研究开发项目C3G 863总体组的验收 TD SCDMA特点概述 大唐电信集团开发的TD SCDMA系统 采用时分双工 TDD TDMA CDMA多址方式工作 基于同步CDMA 智能天线 多用户检测 JD 正交可变扩频系数 Turbo编码技术 CDMA等新技术 工作于2010MHz到2025MHz TD SCDMA的主要优势有 1 上下行对称 使用智能天线 多用户检测 CDMA等新技术 2 可高效率地满足不对称业务需要 3 简化硬件 可降低产品成本和价格 4 便于利用不对称的频谱资源 频谱利用率大大提高 5 可与第二代移动通信系统兼容 TD SCDMA特点概述 该系统基于GSM网络 使用现有的MSC 对BSC只进行软件修改 使用GPRS技术 它可以通过A接口直接连接到现有的GSM移动交换机 支持基本业务 通过Gb接口支持数据包交换业务 TD SCDMA系统基站采用高集成度 低成本设计 采用TD SCDMA的物理层和基于修改后的GSM二 三层 并支持基本的GPRS业务 TD SCDMA特点概述 其基站的主要特点有 1 3载波设计 每载波带宽1 6MHz 共占用5MHz带宽 2 低中频数字合成技术解决多载波的有关问题 3 公用一套智能天线系统 4 公用射频收发信机单元 5 基于软件无线电的基带数字信号处理技术 6 低功耗设计 每载波基站耗电不超过200W 7 高可靠性和可维护性 TD SCDMA特点概述 其系统的主要特点有 TD SCDMA系统采用双频双模 GSM900和TD SCDMA 终端 支持TD SCDMA系统内切换 并有支持TD SCDMA到GSM系统的切换 在TD SCDMA系统覆盖范围内优先选用TD SCDMA系统 在TD SCDMA系统覆盖范围以外采用现有的GSM系统 TD SCDMA特点概述 其终端的主要特点有 1 有6个发射功率等级 2 双频双模 900MHz GSM 2000MHz TD SCDMA 3 使用GSMSIM卡 4 话音编译码 GSM 3G8kbps 5 配备数据接口或大尺寸LCD显示屏幕 6 尺寸和价格 手持机和GSM DCS1800双频手持机相当 7 固定台及车载台 多载波工作 外接天线 提供384kbps至2Mbps业务 具有较大尺寸LCD显示屏幕 TD SCDMA特点概述 总的说 TD SCDMA系统的使用不需立即重新建设一个第三代移动通信网络 而是在已有的第二代 如GSM 网络上 增加TD SCDMA设备即可 根据我国GSM网络的现状 该系统可分阶段完成移动通信向第三代移动通信网络的过渡 首先 基站在用户密度大的地区推广应用 解决GSM容量不足问题 系统设备价格 平均每用户价格 将比用GSM扩容降低至少20 与GSM系统同基站安装 不需基建投资 其次 双频双模终端 在TD SCDMA网络覆盖不到的地方使用GSM基站 使用户没有局部覆盖的感觉 双频双模手机的价格和现在GSM双频手机相当 在向第三代网络过渡时 GSM无线基站完全可以继续使用 不致有越来越大的第二代系统的包袱 TD SCDMA得到的支持 A TD SCDMA标准是由原邮电部部长吴基传 副部长杨贤足 周德强签发提交给国际电联的第三代移动通信标准 B 分别在信息产业部及国家各大部委得到立项 1 国家科技部 863 项目2 国家计委 十五 产业化项目3 国家经贸委技术创新项目4 信息产业部重大科技攻关项目5 信息产业部移动通信专项项目C 2000年11月TD SCDMA技术论坛正式成立 致力于TD SCDMA技术的推广和产业化 D 2002年10月中国的3G手机频谱规划方案出台 在信息产业部日前正式通过的有关方案中 政府划分了155MHz的频段给TDD系统 由此可见政府对TD SCDMA标准的强大支持 E 2002年10月30日 国家计委 信息产业部 科技部的联合支持下 由大唐 华为 中兴等国内8家企业发起的中国3G标准产业联盟也正式成立 TDD方式在第三代移动通信中的重要性 在第三代移动通信标准制定的过程中 业内人士第一次对无线通信中的TDD方式给予了高度重视 在CDMA和TDMA系统中均制定了TDD标准 许多国家的运营商表示了首先选用TDD系统的愿望 主要原因是在满足IMT2000要求的前提下 TDD系统具有以下优点 TDD方式在第三代移动通信中的重要性 TDD系统具有以下优点 1 第三代移动通信需要大约400MHz的频谱资源 在3GHz以下很难实现 而TDD则能使用各种频率资源 不需要成对的频率 2 在第三代移动通信中 数据业务将占主要地位 尤其是不对称的IP业务 TDD方式特别适用于上下行不对称 不同传输速率的数据业务 3 TDD上下行工作于同一频率 对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术 可达到提高性能 降低成本的目的 4 TDD系统设备成本低 比FDD系统低20 50 TDD在第三代移动通信中的重要性 TDD系统具有以下缺点 TDD系统的主要缺陷在于终端的移动速度和覆盖距离 1 采用多时隙不连续传输方式 抗快衰落和多普勒效应能力比连续传输的FDD方式差 因此ITU要求TDD系统用户终端的移动速度达120km h 而FDD系统则要求达到500km h 2 TDD系统平均功率与峰值功率之比随时隙数增加而增加 考虑到耗电和成本因素 用户终端的发射功率不可能很大 故通信距离 小区半径 较小 一般不超过10km 而FDD系统的小区半径可达到数10km TDD方式在第三代移动通信中的重要性 TDD系统综合评价 尽管如此 移动通信以FDD为主流的传统观点已受到挑战 TDD系统在第三代移动通信中的位置被广泛接受 多数人预测 第三代移动通信网络将是一个综合的网络 卫星移动通信系统用于实现全球缝覆盖 FDD系统用于建设国内和国际移动通信网 TDD系统则用于为城市人口密集区提供高密度大容量话有 数据和多媒体业务 用户通过双频双模或多模终端实现全球漫游 TD SCDMARTT的优势 TD SCDMA技术的高性能主要表现在 1 频谱灵活性和支持蜂窝网的能力TDSCDMA仅需要1 6MHZ的最小带宽 若带宽为5MHz则支持3个载波 在一个地区可组成蜂窝网 支持移动业务 并可通过自动信道分配 DCA 技术提供不对称数据业务 这些都是UTRATDD所不能提供的 2 高频谱利用率TD SCDMA为对称话音业务和不对称数据业务提供的频谱利用率比UTRATDD高一倍 换言之 在使用相同频带宽度时 TD SCDMA可支持多一倍的用户 TD SCDMARTT的优势 TD SCDMA技术的高性能主要表现在 3 多种使用环境TD SCDMA系统是按照ITU要求的三种环境设计的 而UTRATDD则不支持移动环境 4 设备成本在无线基站方面 TD SCDMA的设备成本至少比UTRATDD低30 TD SCDMARTT的优势 TD SCDMA与UTRATDD两种标准产生上述差别的主要原因是 1 设计的出发点不同TD SCDMA系统是根据ITU对IMT 2000的全部要求设计的 它本身就可以组成一个完整的蜂窝网络 UTRATDD则是为WCDMA设计的TDD补充模式 用于解决室内办公环境和 热点 地区 如机场 火车站和大商场等 的通信需求 因此在设计中 为了尽可能与WCDMA保持一致 UTRATDD宁愿牺牲部分特性 TD SCDMA是向第三代移动通信演进的首选技术 据预测 第三代移动通信市场的发展至少分为以下三个阶段 1 初期 2001 2005年 第二代移动通信网 主要是GSM和IS95CDMA 继续发展和扩大 局部地区 城市等用户密集区 开始提供第三代移动通信业务 数据传输速率局限在384kb S以下 地区和国际漫游仍依赖第二代移动通信系统 2 中期 2004 2010年 第三代系统的高速成长期 第二代网络和系统停止发展 全国或全球覆盖的第三代移动通信网建设成功 全面达到IMT2000的各项要求 TD SCDMA是向第三代移动通信演进的首选技术 据预测 第三代移动通信市场的发展至少分为以下三个阶段 3 后期 2010年 全球25 以上人口使用第三代系统 开始推出第四代设备 提供更高速率的多媒体业务 上述市场预测也是制定第二代移动通信向第三代演进策略的依据 TD SCDMA是向第三代移动通信演进的首选技术 演进过程可分以下两阶段进行 1 在第二代网络中提供第三代业务当现有GSM网络扩容时 使用TD SCDMA的基站子系统 BSS 在用户集中地区的GSM基站中 增加TD SCDMA基站 用户使用TD SCDMA GSM双频双模用户终端 在TD SCD MA基站覆盖区内 可以享受3G服务 在覆盖区域外 则以GSM方式通信 用此方式 能以比简单的GSM网络扩容更低的费用改造网络 不仅可解决频谱资源不足造成的容量问题 满足用户密集区的移动通信需求 还可为最急需的用户提供第三代业务 TD SCDMA的关键技术 智能天线 智能天线是一种安装在基站现场的双向天线 通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性 并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性 TD SCDMA智能天线的高效率是基于上行链路和下行链路的无线路径的对称性 无线环境和传输条件相同 而获得的 此外 智能天线可减少小区间干扰也可减少小区内干扰 智能天线的这些特性可显著提高移动通信系统的频谱效率 具体而言 TD SCDMA系统的智能天线是由8个天线单元的同心阵列组成的 直径为25cm 同全方向天线相比 它可获得8dB的增益 其原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励 利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图 使用DSP方法使主瓣自适应地指向移动台方向 就可达到提高信号的载干比 降低发射功率等目的 智能天线的上述性能允许更为密集的频率复用 使频谱效率得以显著地提高 TD SCDMA的关键技术 智能天线 TDD模式的TD SCDMA的进一步的优势是用户信号的发送和接收都发生在完全相同的频率上 因此在上行和下行两个方向中的传输条件是相同的或者说是对称的 使得智能天线能将小区间干扰降至最低 从而获得最佳的系统性能 通过智能天线获得的较高的频谱利用率 使高业务密度城市和城区所要求的基站数量相应地变得较低 此外 在业务量稀少的乡村 智能天线的方向性可使无线覆盖范围增加一倍 无线覆盖范围的增长使得在主要业务覆盖的宽广地区所需的基站数量降至通常情况的1 4 因此 TD SCDMA中智能天线的应用是高经济系统设计的重要部分 可降低运营商投资和提高其经济收益 带有智能天线 联合检测和具有对称和非对称业务的自适应无线资源分配能力的TD SCDMA技术的先进设计是迈向软件无线电的重要的一步 TD SCDMA操作模式的优势 TD SCDMA方案就是基于在TDD模式下的TDMA操作 该操作基于在每个无线信道时域里的一个定期重复的TDMA帧结构 这个帧被再分为几个时隙 这样 通过改变上 下行链路间的转换点 TD SCDMA能够适应从低比特率语音业务到高比特率因特网业务的对称和非对称的所有3G业务 在TD SCDMA方案里 像语音和多媒体信号这种多个低比特率信号并行传输的情况 将采用CDMA传输方式 而对串行的高速率信号的传输 如因特网和其它包交换信号 则采用不扩频的TDMA传输方式 对多个信号的CDMA传输 基本的TDMA帧的时隙最多可同时支持16个不同的CDMA信号 TD SCDMA操作模式的优势 高速率的因特网和包交换业务的传输 为实现尽可能高的数据吞吐量 TD SCDMA可不进行扩频 这样 TD SCDMA能够支持因特网协议或其它包交换业务 因此 高速数据传输运行在高速的TDMA中 包交换的高速的串行用户信号和因特网业务是用1 28Msps的符号速率被传送的 此时 对在高载波信号干扰比的无线环境下的用户数据速率是2Mbit s 8PSK 调制 对于低载波信号干扰比环境 用户速率由于采用更可靠的QPSK调制降为768Kbit s 随着载波信号干扰比的进一步降低和干扰的增强而采用更多的冗余来维持信号质量 信号速率将逐渐降为384Kbit s 192Kbit s和96Kbit s TD SCDMA的动态信道分配形式 1 时域动态信道分配如果在目前使用的无线载波的原有时隙中发生干扰 通过改变时隙可进行时域的动态信道分配 2 频域动态信道分配如果在目前使用的无线载波的所有时隙中发生干扰 通过改变无线载波可进行频域动态信道分配 3 空域动态信道分配通过选择用户间最有利的方向去耦 进行空域动态信道分配 空域动态信道分配是通过智能天线的定向性来实现的 它的产生与时域和频域动态信道分配有关 通过合并时域 频域和空域的动态信道分配技术 TD SCDMA能够自动将系统自身的干扰最小化 这样 TD SCDMA先进的系统设计便可体现出其基本的TDMA TDD方案的优势 从而取得最佳的频谱效率 业务质量 TD SCDMA的信道时隙结构 见自己的图 通过合并时域 频域和空域的动态信道分配技术 TD SCDMA能够自动将系统自身的干扰最小化 这样 TD SCDMA先进的系统设计便可体现出其基本的TDMA TDD方案的优势 从而取得最佳的频谱效率 业务质量 TD SCDMA的无线传输技术 TD SCDMA标准建议所采用的空中接口技术是最为先进的传输技术之一 TDD类的标准建议容易融合进各种各样的先进技术 如智能天线技术 同步CDMA技术以及软件无线电技术 同时这可以避免FDD CDMA技术领域诸多专利的纠纷 l RF信道TD SCDMA系统将工作于ITU划定的频段内 每一载波带宽为1 6MHz 扩频后的码片速率大约为l 3542Mchip s 预留2O0kHz作为频率合成器的步长 2 系统的码道每一个射频码道包括10时隙 去除保护时隙后 每一时隙平均长度为478us 每一个时隙又包含16个Walsh区分的码道 这些时隙和码道通过使用直接扩谱技术来共享同一射频信道 TD SCDMA切换技术 中国的第三代移动通信系统提出了接力切换的概念 它不同于硬切换和软切换 是一种崭新的切换技术 主要原理是基于同步码分多址技术和智能天线的结合 在移动系统中 对于移动用户的准确定位一直是人们追求的目标 TD SCDMA系统可以利用天线阵列和同步码分多址技术中码片周期的精巧测定 得出用户的大体位置 在手机的辅助之下 伺服的基站根据周围的空中传播条件和信号质量 命令手机切换到信号更为优良的基站 它可以对整个基站网络的容量进行动态地优化分配 也可以实现不同系统之间的切换 TD SCDMA中的软件无线电技术 DSP 数字信号处理技术 技术的发展为软件无线电技术的实现提供了可能性 在本系统中 许多由RF 基带模拟电路和ASIC实现的传统无线传输功能将由DSP技术来完成 这些功能包括智能RF波束赋形 板内RF校正 载波恢复以及定时调整 采用软件无线电技术的主要优势在于 通过软件的方式灵活地完成硬件的功能 在重复性和精确性方面有独特的优势 不会老化也不对环境过分敏感 以简单的硬件成本实现复杂的硬件功能 随着DSP技术的不断发展 成本进一步下降而性能则不断增强 TD SCDMA系统的性能和特征 1 频谱利用率频谱利用率是ITU对第三代移动通信提出的一个主要要求 在我们常见的第二代移动通信系统中 IS 95的CDMA技术提供了最高的频谱利用率 对于CDMA这种自干扰系统来说 假若能解决伪随机码之间的码间干扰和远近问题 那么系统将具有巨大的容量 TD SCDMA技术通过扩频码之间的正交性并结合智能天线技术 提供的容量将是IS 95CDMA系统的4 5倍 TD SCDMA系统容量是GSM的20倍 是其他第三代标准的4倍 它不需要像其他基于FDD的第三代移动通信系统那样需要成对的频率源 因而在频率的利用方面更具有灵活性 TD SCDMA系统的性能和特征 2 业务指标 室内环境下 多至2Mbit s的数据业务 步行或低速移动环境下 多至384kbit s的数据业务 高速移动环境下 多至144kbit s的数据业务 3 互操作性作为第三代移动通信系统 它必须考虑到成千上万的GSM的用户 特别是在GSM堪称是世界第一大网的中国 兼容性更是一个突出的问题 第三代移动通信系统必须兼容第二代移动通信系统 在兼容的基础上逐步实现由第二代到第三带过度 TD SCDMA的运营优势 每用户平均收入 ARPU 是衡量移动电话运营商盈利能力的主要指标 我国移动运营商的用户数虽在增长 但ARPU却在下降 如何发展新业务 使用户数增长的同时 促进ARPU的同步增长 是运营商面临的重要问题 移动数据业务是待掘的金矿 随时随地的信息交互强烈吸引广告 娱乐业的加盟 激发移动用户的消费热情 数据业务的主要特点是上下行不对称 即用户所接收的数据大大超过所发射的数据 FDD模式采用传统的资源分配方式 固定带宽分配给上下行业务 典型的分配方案为上下行各50 在承载不对称业务时 必然浪费资源 相比之下 TDD双工技术按业务量自适应分配业务时隙 可以动态调整上下行数据传输速率 特别适合处理上下行不对称的IP数据业务 在第三代移动通信国际标准中 TD SCDMA是唯一实际的TDD标准 TD SCDMA网络演进示意 中 TD