TD-SCDMA(TD-SCDMA標準)

TD-SCDMA

TD-SCDMA標準一般指本詞條

TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access(時分同步碼分多址)的簡稱,它是以我國智慧財產權為主的、被國際上廣泛接受和認可的無線通信國際標準,也被國際電信聯盟ITU正式列為第三代移動通信空口技術規範之一。後來,為了在行動網路基礎上以最大的靈活性提供高速數據業務,第三代移動通信又引入了HSPA+技術。

基本介紹

  • 中文名:時分同步碼分多址
  • 外文名:Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access
  • 簡稱:TD-SCDMA
  • 標準CDMA2000WCDMA
  • 學科信息科學
簡介,發展史,關鍵技術,幀、時隙結構,頻率和碼規劃,時隙規劃,覆蓋規劃,容量規劃,

簡介

TD-SCDMA的中文含義為時分復用同步碼分多址接入,是由中國第一次提出、在無線傳輸技術(RTT)的基礎上完成並已正式成為被ITU接納的國際移動通信標準。這是中國移動通信界的一次創舉和對國際移動通信行業的貢獻,也是中國在移動通信領域取得的前所未有的突破。
TD-SCDMA中的TD指時分復用,也就是指在TD-SCDMA系統中單用戶在同一時刻雙向通信(收發)的方式是TDD(時分雙工),在相同的頻帶內在時域上劃分不同的時段(時隙)給上、下行進行雙工通信,可以方便地實現上、下行鏈路間的靈活切換。例如根據不同的業務對上、下行資源需求的不同來確定上、下行鏈路間的時隙分配轉換點,進而實現高效率地承載所有3G對稱和非對稱業務。與FDD模式相比,TDD可以運行在不成對的射頻頻譜上,因此在當前複雜的頻譜分配情況下它具有非常大的優勢。TD-SCDMA通過最佳自適應資源的分配和最佳頻譜效率,可支持速率從8kb/s到2Mb/s以及更高速率的語音、視頻電話、網際網路等各種3G業務。

發展史

移動通信的主要目的是實現任何時間、任何地點和任何通信對象之間的通信。移動通信的發展始於20世紀20年代在軍事及某些特殊領域的使用,到20世紀40年代才逐步向民用擴展,而最近十多年來才是移動通信真正蓬勃發展的時期。移動通信的發展過程大致可分為三個階段,這三階段對應的技術也被相應劃分為三代,如下圖移動通信發展史所示。
TD-SCDMA
移動通信發展史
TD-SCDMA的發展始於1998年初,當時在國家郵電部的直接領導下,由原電信科學技術研究院組織隊伍在 SCDMA技術的基礎上,研究和起草符合IMT-2000要求的TDSCDMA建議草案。該標準草案以智慧型天線、同步碼分多址、接力切換、時分雙工為主要特點,於ITU徵集IMT-2000第三代移動通信無線傳輸技術候選方案的截止日1998年6月30日提交到ITU,從而成為IMT2000的15個候選方案之一。ITU綜合了各評估組的評估結果。在1999年11月舉行的赫爾辛基ITU-RTG8/1第18次會議上和2000年5月舉行的伊斯坦堡ITU-R全會上,TD-SCDMA被正式接納為CDMATDD制式的方案之中國無線通信標準研究組(CWTS)作為代表中國的區域性標準化組織,自1999年5月加入3GPP後,經過4個月的充分準備,與項目協調組(3 GPPPCG)、技術規範組(TSG)進行了大量協調工作,在同年9月向3GPP建議將TD- SCDMA納入3GPP標準規範的工作內容。1999年12月在法國尼斯舉行的3GPP會議上,提案被無線接入網(3 GPPTSGRAN)全會所接受,正式確定將TD- SCDMA納入 Release200(後拆分為R4和R5)的工作計畫中,並將 TD-SCDMA簡稱為即低碼片速率TDD方案(Low Code rate, LCRTDD)。
經過一年多時間,經歷了幾十次工作組會議幾百篇提交文稿的討論,在2001年3月美國棕櫚泉的RAN全會上,包含 TD-SCDMA標準在內的3GPPR4版本規範正式發布,TDSCDMA在3GPP中的融合工作達到了第一個目標。
至此,TD- SCDMA不論在形式上還是實質上,都已在國際上被廣大運營商、設備製造商所認可和接受,形成了真正的國際標準。

關鍵技術

在TD-SCDMA系統中,用到了以下幾種主要關鍵技術:
(1)時分雙工方式(Time Division Duplexing);
(2)聯合檢測(Joint Detection);
(3)智慧型天線(Smart Antenna);
(4)上行同步(Uplink Synchronous);
(5)軟體無線電(Soft Radio);
(6)動態信道分配(Dynamic Channel Allocation);
(7)功率控制(Power control);
(8)接力切換(Baton Handover);
(9)高速下行分組接入技術(High Speed Downlink Packet Access)。

幀、時隙結構

第三代移動通信系統的空中接口即UE和網路之間的Uu接口,由物理層(L1)、數據鏈路層(L2)和網路層(L3)組成。所有的物理信道都採用四層結構:系統幀(0~4095)、無線幀(10ms)、子幀(5ms)和時隙/碼。依據不同的資源分配方案,子幀或時隙/碼的配置結構可能有所不同。所有物理信道的每個時隙間都需要有保護間隔。在TDMA系統中,使用時隙在時域和碼域上區分不同用戶信號。
TD-SCDMA(TD-SCDMA標準)
物理信道的信號格式

頻率和碼規劃

TD-SCDMA系統占用15MHz頻譜,其中2010MHz~2025MHz為一階段頻段,干擾小,劃分為3個5MHz的頻段。每個載頻占用頻寬為1.6MHz,因此對於5M、10M、15M頻寬,分別可支持3、6、9個載頻,可以同頻組網或異頻組網。同頻組網頻譜利用率高,鄰小區同頻干擾大,需損失一定容量換取性能改善;異頻組網能有效減少鄰小區同頻干擾的影響,改善系統性能,但頻譜利用率較低,需要更多的頻率資源。目前TD系統的頻率規劃多採用N頻點方案,即每扇區配置N個載波,其中包含一個主載頻、N-1個輔載頻。公共控制信道均配置於主載頻,輔載頻配置業務信道。主載頻和輔助載頻使用相同的擾碼和mi-damble碼。N頻點方案可以降低系統干擾,提高系統容量,改善系統同頻組網性能。
TD-SCDMA系統使用具有對應關係的下行導頻碼、上行導頻碼、擾碼和Midamble碼。TD-SCDMA系統128個基本擾碼按編號順序分為32個組,每組4個,每個基本擾碼用於下行UE區分不同的小區。在碼規劃中,首先確定每個邏輯小區下行導頻碼在32個可選碼組中的對應序號,然後根據所處的序列位置在對應的4個擾碼中為小區選擇一個合適的擾碼。基本Midamble碼與擾碼一一對應,可隨著擾碼的確定而確定。相比於WCDMA的512個碼字,TD-SCDMA系統碼資源相對較少,因此TD擾碼規劃較WCDMA網路要求更高。

時隙規劃

TD-SCDMA系統可以靈活配置上下行時隙轉換點,來適應不同業務上下行流量的不對稱性。合理配置上下行時隙轉換點是提高系統頻譜利用率的有效手段。在具體進行時隙比例規劃時,可以根據業務發展狀況靈活配置,根據上下行承載所占BRU比例進行時隙比例的計算。業務發展初期,適應語音業務上下對稱的特點可採用3∶3(上行∶下行)的對稱時隙結構;數據業務進一步發展時,可採用2∶4或1∶5的時隙結構。
時隙靈活配置在提高資源利用率的同時,可能帶來相鄰小區之間由於上下行時隙分配比例不一致造成的干擾。因此在網路規劃與組網時,可對上下行時隙比例的分配採取如下原則,對干擾進行適當規避:
⑴儘量避免任意分配上下行時隙比例,而應按照不同區域上下行業務流量要求,對大片區域採用統一的上下行時隙比例,使得這種干擾只在兩個不同區域交界處發生;
⑵在不同時隙比例的交界處,對於上下行時隙交疊的時隙,上行時隙容量損失比下行時隙嚴重,所能承載的用戶較少,因此,不同時隙比例的交界處應選在有較多上行容量空餘的區域;
⑶應該避免相鄰基站上下行時隙比例差異過大(如1∶5和5∶1相鄰);
⑷上下行時隙比例通常作為小區參數來配置,對於同一個扇區下的所有小區的上下行時隙比例應一致,同一基站內的多個扇區的時隙比例也最好相同。特殊情況下可以通過動態信道調整、空間隔離、避免基站天線正對和犧牲容量等方式來規避干擾。
網路規劃是無線網路建設運營前的關鍵步驟,主要根據無線傳播環境、業務、社會等多方面因素,從覆蓋、容量、質量三方面對網路進行巨觀配置。TD-SCDMA系統採用時分碼分結合多址方式、智慧型天線、聯合檢測、接力切換、動態信道分配等一系列新型關鍵技術和無線資源算法,提高系統性能,為網路規劃帶來很多新特點,如不同業務的覆蓋具有一致性、小區呼吸效應不明顯、上下行信道配置靈活等。

覆蓋規劃

TD-SCDMA系統覆蓋性能主要取決於兩方面,一是上下行時隙轉換保護長度對覆蓋的限制,二是鏈路預算。TD-SCDMA在下行導頻時隙和上行導頻時隙之間有96個碼片寬的保護帶,限制了小區覆蓋範圍不能超過11.25km。如果通過DCA鎖住第一個上行時隙,基站理論覆蓋距離可進一步擴大。鏈路預算是TD-SCDMA網路覆蓋規劃的關鍵,分為上行和下行。下行鏈路預算複雜,且一般基站的發射功率遠大於手機發射功率,因此一般通過計算上行鏈路來確定小區覆蓋半徑,然後從覆蓋受限方面估計出基站數目。
TD-SCDMA鏈路預算指標受其獨特的幀結構、TDD雙工方式、智慧型天線、聯合檢測和接力切換等關鍵技術影響。根據TD-SCDMA獨特的幀結構,要分別考慮導頻信道、BCH信道等公共信道和業務信道的功率分配、干擾儲備和天線增益。
實際工程設計中,TD-SCDMA系統的鏈路預算應根據具體無線網路傳播環境、網路設計目標、廠家設備性能、具體工程參數設定等進行具體調整。

容量規劃

TD-SCDMA系統採用多種關鍵技術使得小區內和小區外的干擾基本被抑制,因此具有更大的頻譜利用率和容量。TD-SCDMA系統容量特點主要有:各種業務基本同徑覆蓋、小區呼吸效應不明顯、接力切換沒有宏分集、切換比較容易控制、上下行容量與時隙比例和最大發射功率有關。
多種干擾抑制技術的採用,使TD-SCDMA系統中的容量受限呈現出多樣性(即功率受限、碼資源受限和干擾受限),但以碼資源受限為主。在密集城區和複雜環境中會表現為干擾受限,在一般城區、郊區、農村等環境和區域中表現為碼資源受限,因此TD-SCDMA系統容量規劃應針對不同環境區別對待。目前TD系統的容量估算方法主要有以下三種:公式法、BRU法和坎貝爾方法。BRU法和坎貝爾方法引入了基本資源單元、業務資源強度等概念,適用於TD-SCDMA這種資源受限系統,不適用於WCDMA這類干擾受限系統。WCDMA系統容量規劃一般採用基於干擾受限的公式法,但計算公式和TD-SCDMA有所不同。

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