TD--SCDMA基本原理

1、12q 前言前言:20:20年的不斷努力年的不斷努力q 移動通信技術及移動通信技術及CDMACDMA的基本特點的基本特點q TD-SCDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比較的比較q TD-SCDMATD-SCDMA現(xiàn)場試驗現(xiàn)場試驗q 結(jié)論結(jié)論Contents3l 1991-1994, 中國面臨發(fā)展第二代移動通信，采取的行動：開發(fā)模擬移動手持機，研究院，江陰GSM攻關，研究院和電子7所跟蹤 CDMA (IS-95)，研究院尋求新技術，研究院比較研究 GSM 和 IS-95，郵電部科技司組織l 1994：SCDMA 概念，研究院和留學生 90年代初4l 1994-95，中國面臨如何發(fā)

2、展自己的移動通信新技術的問題，在電信科學技術研究院作了下述工作：對SCDMA技術進行預研 決定進行深入研究工作 決定和留學生合資組建信威公司l 1995-97：全力開發(fā)SCDMA 國家九五重點攻關項目在電總支持下在重慶現(xiàn)場試驗比在香港回歸時參展97年12月通過國家鑒定 SCDMA5l 1997，ITU 征求 IMT-2000 RTT 建議IMT-2000：2000年，工作于2000MHz band，傳輸數(shù)據(jù)速率達到 2000kbps的國際移動通信標準（International Mobile Telecommunication standard） RTT：無線傳輸技術（Radio Transm

3、ission Technologies） l 1998香山會議：1998年元月6日起草標準建議郵電部審查通過并于98年6月30日提交ITU TD-SCDMA6l 1999, TD-SCDMA 被 ITU T/G8-1 通過作為 IMT-2000的一種RTT 與西門子合作l 2000: TD-SCDM 被 ITU-R 全會通過作為3G標準的一個組成部分 大唐和西門子開始合作開發(fā)基站l 2001: TD-SCDMA 被 3GPP 通過并寫入 R4l 2006: 中國宣布為中國3G行業(yè)標準 TD-SCDMA7q 前言前言q 移動通信技術及移動通信技術及CDMACDMA的基本特點的基本特點q TD-S

4、CDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比較的比較q TD-SCDMATD-SCDMA現(xiàn)場試驗現(xiàn)場試驗q 結(jié)論結(jié)論Contents8移動通信技術移動通信技術 網(wǎng)絡技術 程控交換 NGN 無線傳輸技術（RTT） 幀結(jié)構(gòu)、信號格式、調(diào)制、雙工、多址、擴頻、糾錯、等等，是保證信號正確傳輸?shù)募夹g RTT是技術進步最快為特征 無線傳輸技術確定了一代移動通信的基礎 1G：程控交換模擬技術（FDMA）/模擬話音 2G：程控交換數(shù)字技術（TDMACDMA）/數(shù)字話音 3G：程控交換/IP/NGN數(shù)字信號處理技術（CDMA）/移動多媒體 4G？9CDMA是一種多址技術是一種多址技術 移動通信每個用戶通

5、信時必須占用無線資源：頻率、時間、碼、空間位置。 CDMA是用碼，即波形來區(qū)分用戶 在CDMA系統(tǒng)中，不同用戶可以同時在相同頻率下通信，使用不同的擴頻碼 第一代移動通信采用FDMA，用不同頻率來區(qū)分用戶 第二代移動通信（GSM）采用TDMA，用不同時間（時隙）來區(qū)分用戶 第三代移動通信都采用CDMA，為了取得更高的頻譜效率10CDMA特點特點 高的頻譜利用率 頻率復用系數(shù)1，即相鄰小區(qū)使用相同頻率 比FDMA系統(tǒng)高10倍，比TDMA高7倍以上的頻譜效率（每MHz頻譜在每小區(qū)支持的同時通信的用戶數(shù)，按話音業(yè)務計算） 低的發(fā)射功率 強的信號保密 用擴頻碼和擾碼進行調(diào)制，幾乎無法竊聽11CDMA的主

6、要問題的主要問題 信號處理復雜 基于現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術，復雜都比GSM高數(shù)十倍 要求高線性 要求射頻系統(tǒng)高線性工作，導致射頻系統(tǒng)成本上升 自干擾系統(tǒng) 所有用戶同時同頻工作，不可能完全同步，必然存在互相干擾，導致只有不到（最多）一半碼道資源可以使用，限制了系統(tǒng)容量不能達到理論最大值（所有碼道均可同時使用）122G和和3G的區(qū)別的區(qū)別 業(yè)務：從以話音為主發(fā)展到以數(shù)據(jù)為主 容量：在同等用戶數(shù)量下3G系統(tǒng)容量要比2G系統(tǒng)高5倍以上 數(shù)據(jù)速率：從2.5 G的大約100kbps逐漸增加，從384kbps2Mbps10Mbps100Mbps 復雜度：3G數(shù)字信號處理比2G（GSM）復雜10倍以上，導致芯片

7、復雜。 如GSM手機芯片為30MHz的CPU30MIPS的處理器；而3G手機芯片為150MHz的CPU500MIPS的處理器。 要大大增加復雜度又不大增成本完全依靠微電子技術的進展 成本：3G設備價格：系統(tǒng)應當?shù)陀贕SM；終端相當133G中的移動數(shù)據(jù)中的移動數(shù)據(jù) 只提供話音業(yè)務：不需要 3G 2G，包括 2.5G 都不能滿足移動數(shù)據(jù)通信的要求 數(shù)據(jù)傳輸速率 系統(tǒng)容量 移動數(shù)據(jù)的主要業(yè)務：IP 型的業(yè)務，和固網(wǎng)中的數(shù)據(jù)業(yè)務一樣143G必須解決的問題必須解決的問題 系統(tǒng)設備價格 必須比 GSM低 數(shù)據(jù)速率 在同一小區(qū)內(nèi)必須同時提供多種數(shù)據(jù)速率的業(yè)務 目前速率太低 覆蓋 在2GHz 頻段完成室內(nèi)外覆

8、蓋15q 前言前言q 移動通信技術及移動通信技術及CDMACDMA的基本特點的基本特點q TD-SCDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比較的比較q TD-SCDMATD-SCDMA現(xiàn)場試驗現(xiàn)場試驗q 結(jié)論結(jié)論Contents163GPP網(wǎng)絡概念網(wǎng)絡概念 網(wǎng)絡拓撲 核心網(wǎng)（CN） 無線接入網(wǎng) 無線網(wǎng)絡控制器（RNC） 基站（Node_B） 用戶終端（UE） 不同標準的差別: 無線傳輸技術（RTT)Core NetworkRNCRNCIuIurIubUENode_BUu17TD-SCDMA vs WCDMA 共同點 提供的主要業(yè)務：移動多媒體 網(wǎng)絡拓撲：完全相同 核心網(wǎng)：完全相同（軟

9、件有很少差別） 網(wǎng)絡接口：定義及功能完全相同，具體與物理層相關的軟件有少量差別 RNC: 完全相同的結(jié)構(gòu)和功能，相同硬件平臺，差別主要在無線資源管理軟件 空間接口高層信令：相同結(jié)構(gòu)和功能，差別也在與物理層有關部分 主要差別在與RTT有關部分, 即物理層技術18TD-SCDMA vs WCDMA TD-SCDMA & WCDMA主要差別(按相同 10MHz 帶寬的小區(qū))ItemTD-SCDMAWCDMANote帶寬6x1.6MHz2x5MHz上下行天線6(8) element SA3 （分集接收）宏小區(qū)接收信號處理技術SA+JDRack上行同步 YNo碼道數(shù)6x6x16=5762x256

10、=512頻率x時隙x碼切換技術BatonSoft+Hard發(fā)射突發(fā)連續(xù)19TD-SCDMA vs WCDMA TD-SCDMA & WCDMA傳輸能力比較(以同樣 10MHz 小區(qū))ItemTD-SCDMAWCDMANote發(fā)射功率6(8)x1W21/24/30dBm1x10W21/24/30dBm基站手持機HSPDA6x2.8=16.6Mbps14.4Mbps話音信道6x24=1446012.2kbps test ch可視電話361564kbps384kbps ch2x62x42Mbps ch6220TD-SCDMA vs WCDMA TD-SCDMA & WCDMA比較It

11、emTD-SCDMAWCDMANote無線資源6 載波 x 6 時隙 x 16 碼128 碼隨機接入以最大功率逐漸試探接納簡單（有資源就接納）復雜（計算干擾）功率控制 (下行)非常有效難以進行上行相同切換接力切換軟切換硬切換慢速 DCA相同相同快速 DCA以波束為單位以小區(qū)為單位21Coverage 10k 100k 1M 10M 10k 100k 1M 10M 10k 100k 1M 10M10km1km100m10m10km1km100m10m室內(nèi)(DL) 手持機(UL) 高速移動(UL) 小區(qū)半徑 WCDMATD-SCDMA數(shù)據(jù)速率22覆蓋覆蓋 TD-SCDMA 高速移動環(huán)境: 3.3k

12、m (8 單元智能天線) 市內(nèi)（手持機）: 780m (8單元智能天線) 室內(nèi): 20-30m (單天線) WCDMA 高速移動環(huán)境: 3.8km (空間分集) 市內(nèi)（手持機） : 800m (空間分集) 室內(nèi): 20-30m (單天線) 23網(wǎng)絡設計建議網(wǎng)絡設計建議 城區(qū) 宏小區(qū): 基站間距：不超過 1km 微小區(qū): 熱點地區(qū)，小區(qū)半徑不超過200m 微微小區(qū): 室內(nèi)覆蓋，每天線覆蓋大約500m2 農(nóng)村及遠郊區(qū) 宏小區(qū): 小區(qū)間距: 6-8km 大量使用微波拉遠和直放站(干線放大器） 70以上業(yè)務在室內(nèi) 24不對稱業(yè)務不對稱業(yè)務 3G 移動數(shù)據(jù)的主要類型： IP型，不對稱 它是 TDD雙工方

13、式的基本特點，對 TD-SCDMA 目前能夠?qū)崿F(xiàn)的不對稱傳輸比例為 1:5 至 5:1 根據(jù)UMTS預測，08年前比例是恰當?shù)模?0年以后必須考慮1:10至 10:1的不對稱傳輸，此問題將在LTE中解決 相鄰小區(qū)之間采用不同不對稱比例傳輸時的干擾問題必須重視，解決方法： 室外：智能天線快速DCA，可大大降低干擾 室內(nèi)：有墻壁的隔離，干擾不大25天線技術天線技術 多天線技術，包括： 空間分集 智能天線 MIMO 目前TD-SCDMA 宏小區(qū)采用智能天線，對每個激活的用戶產(chǎn)生一個定向波束并跟蹤此用戶 降低干擾 擴大小區(qū)覆蓋 增加系統(tǒng)容量263G 網(wǎng)絡容量網(wǎng)絡容量 2G 主要考慮話音， 0.025e

14、rl/每用戶 用戶密度 3G 必須考慮數(shù)據(jù)業(yè)務，多種模型 簡單估計0.1erl/每用戶 覆蓋問題， 2GHz 比900MHz困難 必須考慮極高用戶密度的問題：10萬用戶/平方公里 27網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備 核心網(wǎng)及網(wǎng)管 RNC 及網(wǎng)管 基站 直放站網(wǎng)絡規(guī)劃最主要的是規(guī)劃基站建設中網(wǎng)絡優(yōu)化必須下功夫28TD-SCDMA Node_B 第一代： 宏基站：供室外宏小區(qū)使用 單扇區(qū)的全向，多（3至6）載波基站 三扇區(qū)的全向，多（3至6）載波基站 微基站：供室外或者室內(nèi)微小區(qū)或者微微小區(qū) 單天線，多（3至6）載波基站 第二代：超級基站29Supper Node_BIndoor rackRF/IFOptica

15、lMicrowaveMacro-cellPico-cellMicro-cellBetter coverage withlow cost solusion30射頻拉遠技術射頻拉遠技術 由于2GHz頻段下射頻損耗大，天線和基站的距離又不可能很近，故必須解決天線拉遠的技術 方法： 射頻電纜：基本解決上述問題，但： 拉遠距離限60m 多射頻電纜工程上成本高 中頻電纜：拉遠距離可達300m 數(shù)字光纖：理想方式 中頻與數(shù)字光纖的經(jīng)濟比較：拉遠距離在300m以內(nèi)時用中頻拉遠成本低，超過300m時光纖成本低31基站構(gòu)成基站構(gòu)成RF 及放大器DIF（數(shù)字中頻）基帶數(shù)字信號處理ACUIu接口ADC DACGPRS

16、MCU IPX32超級基站構(gòu)成超級基站構(gòu)成ACUACU中頻接口數(shù)字光纖接口Iub接口DIF單元Modem單元BBU33微波拉遠和直放站微波拉遠和直放站 解決城市密集地區(qū)的室內(nèi)外覆蓋的最佳方案超級基站，容量達72載扇以上（例如安裝在地下車庫）光纖至鄰近大樓支持3x6載扇宏小區(qū)中頻至本大樓頂支持3x6載扇宏小區(qū)微波拉遠至附近大樓支持1x6載扇室內(nèi)覆蓋直放站補盲34q 前言前言q 移動通信技術及移動通信技術及CDMACDMA的基本特點的基本特點q TD-SCDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比較的比較q TD-SCDMATD-SCDMA現(xiàn)場試驗現(xiàn)場試驗q 結(jié)論結(jié)論Contents35信

17、息產(chǎn)業(yè)部對信息產(chǎn)業(yè)部對3G的測試的測試 2003年成立專家組，主要針對WCDMA和TD-SCDMA兩種標準 03-04：空中接口測試：18個廠家 04-05：一致性測試，在北京，上海和廣州建試驗網(wǎng) 06：針對TD-SCDMA，規(guī)模應用試驗36試驗概況試驗概況 試驗網(wǎng)規(guī)模 保定：超過100基站，中電信運行，大唐和鼎橋供系統(tǒng)設備，覆蓋全城及至北京高速公路 青島：超過150基站，網(wǎng)通運行，大唐和中興供系統(tǒng)設備，覆蓋城市東部地區(qū) 廈門：超過100基站，中移動運行，鼎橋和中興供系統(tǒng)設備，覆蓋城市西北部地區(qū) 北京：網(wǎng)通的另一試驗網(wǎng)（非正式），覆蓋長安街37三個階段三個階段 空載測試：6月前 加載測試：9月

18、前 用戶試用：11月開始，計劃 北京 1，000用戶 青島 10，000用戶 保定和廈門各 5，000用戶38前階段測試結(jié)果前階段測試結(jié)果 系統(tǒng)穩(wěn)定性，呼叫成功率，保持率，切換成功率等均達到要求 系統(tǒng)容量獲得證實 網(wǎng)絡互通良好覆蓋達到設計要求TD-SCDMA網(wǎng)絡沒有顛覆性問題，可以商用39問題及現(xiàn)狀問題及現(xiàn)狀 目前基站設備工程架設困難 智能天線要多射頻饋線，用前述拉遠技術解決 多天線是發(fā)展方向 手持機品種少，數(shù)量少 已有多品種 數(shù)據(jù)業(yè)務應用少 數(shù)據(jù)卡已經(jīng)面市40主要優(yōu)點主要優(yōu)點 頻譜效率高 適合不對稱數(shù)據(jù)業(yè)務 無線資源管理的靈活性 成本主要優(yōu)點還未充分體現(xiàn)41商用試驗商用試驗 2007年開始大

19、規(guī)模商用試驗 10坐大中城市，15000基站北京：中移動ZTE天津：中移動ZTE， PT上海：中移動DTM秦皇島：中移動ZTE，PT廣州：中移動DTM沈陽：中移動ZTE，DTM深圳：中移動ZTE，TD-Tech青島：網(wǎng)通ZTE，DTM廈門：中移動ZTE，TD-Tech保定：中電信DTM，TD-Tech42待解決和完善的問題待解決和完善的問題 網(wǎng)絡優(yōu)化： 電波傳播造成的盲區(qū) 干擾問題 完善和穩(wěn)定系統(tǒng)：歷史證明要2-3年 加快手持機的開發(fā) 進一步降低系統(tǒng)成本（包括設備成本和工程造價）43技術發(fā)展技術發(fā)展移動速度50010010kmph10k 100k 1M 10M 100M 1000M每小區(qū)提供的峰值數(shù)據(jù)速率（bps）2G 3G HSDA LTE 4G44技術演進技術演進 現(xiàn)場試驗初期設備大規(guī)模商用超級基站為代表的第二代基站多載波同頻組網(wǎng) HSDALTE06 07 08 09 10 110.384 2 10 20 50 100MbpsB3G/4G 標準標準LTE標準產(chǎn)品開發(fā)茶頻商商用用45q 前言前言q 移動通信技術及移動通信技術及CDMACDMA的基本特點的基本特點q TD-SCDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比較的比較q TD-SCDMATD-SCDMA現(xiàn)場試驗現(xiàn)場試驗q