TD-SCDMA的优势

TD-SCDMA的优势

第二代移动通信系统（2G）（如GSM和IS-95）利用成对频带，通过上下行链路，以FDD模式运行。这些系统的设计只适用于数字化话音和低比特率数据的传输，不能满足多媒体和高比特率数据业务中宽带数据传输量不断增长的需求。第三代移动通信系统（3G）可支持高话音容量和高比特率非对称业务，以及移动无线因特网业务。它的主要特征在于可向网络运营商提供最佳频谱效率和经济效益。对运营商来讲，保护2G的投资致关重要，即在将2G业务发展到3G业务的过程中，尽量利用原有投资。3G与2G移动业务的主要区别在于对称和非对称高比特率数据业务的传输（如移动因特网）。在对称和非对称的数据传输业务中，运用时分双工（TDD）模式可获得最佳频谱效率。对于非对称业务，只有TDD模式可获取最大的频谱利用率。为了达到最佳传输性能，信息产业部电信科学技术研究院（CATT）在综合FDMA、TDMA、CDMA、SDMA的基础上，以TDD模式中联合检测和智能天线技术，开发出崭新、优化的TD－SCDMA传输模式。TD－SCDMA方案在原有的GSM基础设施上供3G业务，也可在其它所有移动无线应用和环境中运行。该方案作为国际3G”TMT－2000”的提案，由中国CWTS向ITU提交，并已得到认可。该传输模式的特性如下：基站具有高数据吞吐量，高收发信机效率，对称和非对称数据传输模式，去除CDMA多址干扰，小区间干扰最小化，易实现智能无线，高度灵活的动态信道分配，多模用户终端和软件无线电。本文重点讨论如何制定一个运用灵活的转换点，在非成对频带上，实现对称和非对称数据业务最佳综合方案。小区间干扰最小化可通过引进频域、时域和空域（基于智能天线技术）的动态信道分配得以实现。每个站可通过联合检测和使用智能天线，消除小区内干扰，达到最佳数据吞吐量。高收发器利用率则是FDMA、TDMA和CDMA技术相结合的产物。上述两种效应使基站设备的发展趋向于小型，从而节省运营商的投资。该方案可满足3G业务的需求，支持低速率和高速率（8kb／s- 2Mb/s）数据传输业务。1 经济系统框架经济的系统框架和运营商的最大收益是指：它能以最低数量的小型基站，开通一个给定覆盖范围和话务总量系统的能力。所要求的最少基站数量，是根据一个单个小区（cell）每兆赫的数据吞吐量所定义的频谱效率给定的。频谱效率高将使一个话务量密集的地区对基站的需求量降至最低。小型基站是高收发信机效率的产物。收发器（TRX）效率是根据每个无钱收发信机设备的话音信道数量来测算的，假如TRX效率越高，则基站对TRX的数量需求就越低。频谱效率和TRX效率值决定运营商的经济利益，影响投资和所得利润的因素包括站点数量、TRX数量、设备数量、无线、操作和维护费用。因此，无线传输模式的整体效率（频谱效率和TRX效率）对移动无线网络的经济效益有深远的影响。2 TD-SCDMA对于3G系统而言，非对称数据传输的频谱效率是一个主要挑战。非对称数据业务（如移动因特网）的显著特征在于下行和上行的话务负载明显不同。因此，2G对称成对频带的FDD系统会导致频谱使用率的降低。解决这种问题的方案之一是通过TDD系统，在不成对频带内的上下行之间，采用灵活的转换点。通过这种灵活的的转换点，TDD方式允许完全的频率使用，并适配于平衡和不平衡的话务负载。在TDD模式下，要保证快速移动的用户终端（UE）可靠运行，必须要有一个新的方法来对抗周期性的码道中断，支持时分（TDMA）传输方案，因此，TD－SCDMA将是FDMA、TDMA和CDMA技术的综合。很显然，该方案使每收发器的无线信道数（TRX效率）非常高，这就能够将基站的体积缩小。在移动无线环境下，TDMA系统的主要参数基于时隙结构和联合检测的系统设计。TD－SCDMA的时隙结构与有训练序列（为了时隙检测）的GSM非常相似。在TD－SCDMA中，最多可支持16个不同码型的突发脉冲在TDMA帧的一个时隙中同时传输。每个数据符号由最多可达16个码片的码字组成。每个码字与～个CDMA信道相对应。信道状态检测的训练序列位于每个突发脉冲的中心。由于有这个训练序列，通过循环相关就可完成信道估计。对每个时隙所有信号的检测都使用联合检测。通过减少多址干扰（MAI），在大约20dB的动态范围内，每个信号都能被检测到。在有更强信号存在的情况下，联合检测也可检测到弱信号，因此对功率控制的要求减弱了许多，例如：减弱由慢衰落（通常是对数正态衰落）引起的平均信号波动。通过时隙结构和联合检测的共同作用，一个时隙中的每个编码信号都可被检测到，这种检测与其它时隙的码道无关。因此，TD－SCDMA完全能够支持不连续的 TDMA和TDD传输式。若一个码分信道分配给一个话音用户，则每个时隙里最多有16个码道，并且每帧7个时隙，TD－SCDMA能够同时支持多96个单向话音信道，这相当于 48个同时使用时分双工的话音用户若每用户的话务量为20mErl，每小区在忙时的一个TDD无线信道最多可以支持48／0.02＝2400个用户。话音用户数与每载波在TDD模式的1.6MHz带宽和智能天线的使用有关。对宽带传输而言，很多个码被用作一个高比特率数据链路。对2Mb/s传输而言，所有的码都被一起使用，并采用更高阶的调制方式（8QPSK）。在TDD方式下，帧的时隙方案采用灵活的上／下行转换点。该转换点由时域的上／下行分隔所定义。转换点的宽度决定了运行的小区半径。由于TD－SCDMA有本身放有的帧、码道和符号结构，以及联合检测和灵活的TDD分隔，所以能提供8kb／s-2Mb／s不同的传输速率。它不仅能够在电路和包交换的模式下工作，而且可以提供不同的话音编码速率。进一步讲，TD－SCEMA方案的TDD模式是引人智能天线的最佳前提条件，这是由于在不成对的频率段内上行和下行链路的信道条件是一样的。3TD－SCDMA中传输容量的优化由于综合采用了FDMA、TDMA、CDMA和SDMA基本传输原理，TD－SCDMA方案可以十分灵活地通过动态信道分配，使小区间干扰最小化。联合检测和智能无线的采用使它同时具有很高的频谱效率。（1）FDMA允许使用不同的载波，通过频域将小区间干扰降至最低。（2）TDMA通过时分，确保在一个时隙内只有相对较少的用户同时工作。这样，只有相邻小区内个别分散的相对较少的部分用户之间，会产生小区间干扰。通过时域的动态信道分配，能将各时隙的干扰降至最低。（3）CDMA允许在每个时隙上实现多址接入。加之利用联合检测消除多址干扰，就可以改善系统性能，并提高灵活性。通过基站接收信号采用的非常精确的互同步措施，联合检测的效力被进一步加强。综合这些方法，可以提高CDMA话务流量因子，并取得更高的频谱效率。（4）采用智能无线，在TDMA模式下，可以实现在每个时隙内同时使用少数移动用户的方向性解耦。这样，通过空域动态信道分配SDMA，就能进一步降低小区间干扰。不同的自适应DCA技术综合起来就可以在总体上获得最小的小区间干扰，并显著提高系统的传输容量。当使用方向性智能天线时，将采用一种特殊的切换，即接力切换。该切换过程利用了用户的位置信息。4 TD－SCDMA技术数据·载频间隔： 1.6MHZ·码片速率：1.28MC／S·小区重用模式：C＝3（采用智能天线时，C＝1）·最小要求的△f：5MHz·操作模式：TDD·帧长度： 5ms／10ms·时隙数： 7／14block·扩频因子： 1／2／4／8／16·射频调制方式：QPSK，滚降因子0.22·数据速率：8kb／S…384kb／S…2Mb／S·对称和非对称数据业务模式·电路与分组交换·联合检测·智能天线·基于用户定位的接力切换·多基站同步·多模的软件无线电5小结第三代业务要求综合已有的PDMA、TDMA、CDMA和SDMA等传输技术的优势。鉴于此要求，设计出了技术性能先进的TD－SCDMA的传输模式。根据UMTS／ITM2000的要求，它可以提供从8kb／s～2Mb／s的对称和非对称数据传输业务。TD－SCDMA是基于TDD模式的非成对频带之上，利用灵活的上下行链路转换点支持单项业务和混合业务，并实现可用频率的最大利用率。频谱效率可通过联合检测和消除多址干扰进一步提高，并向大检测动态范围方向发展。由于有了联合检测，可放松对功率控制的要求。TD－SCDMA技术的另一个关键在于能采用智能天线支持空间分集，使频谱效率提高。此外，TD－SCDMA经济性设计可支持3G业务初期对2G运营商投资的保护。未来移动通信业务的发展显示出两个方向：（1）可在成对频带（FDD）或带有对称转换点的非成对频带（TDD）上，支持话音业务；（2）非对称移动因特网业务。TDD技术能确保最佳话音业务灵活性和频谱利用率，由于先进的系统框架和设计方案的灵活性，TD－SCDMA将十分适合于未来的无线移动业务。