網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng) >  5G > > 正文
TD-SCDMA移動通信技術(shù)原理
時間:2021-11-26 10:22:02

TD-SCDMA移動通信標準是信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院(現(xiàn)大唐電信集團)在

國家主管部門的支持下,根據(jù)多年的研究而提出的具有一定特色的第三代移動通

信系統(tǒng)標準。這是近百年來我國通信史上第一個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國際通

信標準,它的出現(xiàn)在我國通信發(fā)展史上具有里程碑的意義,并將產(chǎn)生深遠的影響

,是整個中國通信業(yè)的重大突破。TD-SCDMA標準公開之后,在國際上引起了強烈

的反響,得到西門子等許多著名公司的重視和支持。1999年月11月在芬蘭赫爾辛

基召開的ITU會議上,TD-SCDMA被列入ITU建議ITU-RM.1457,成為ITU認可的第三

移動通信無線傳輸主流技術(shù)之一。

一、TD-SCDMA技術(shù)概述

TD-SCDMA系統(tǒng)全面滿足IMT-2000的基本要求。它采用不需配對頻率的TDD雙

工模式,以及FDMA/TDMA/CDMA相結(jié)合的多址接入方式,同時使用1.28Mc/s的低碼

片率,擴頻帶寬為1.6MHz(表1)。

表1 TD-SCDMA主要參數(shù)

載波帶寬  最小頻譜  雙工型式 多址方式      碼塊速率  調(diào)制  最大蜂窩范圍  最大音頻容量(Erl.)  數(shù)據(jù)流量  1.6MHz   1.6MHz   TDD   TDMA,CDMA,F(xiàn)DMA  1.28Mc/s  QPSK  40km      EFR:55      6Mb/s                               8-PSK理論最大數(shù)據(jù)率/用戶  系統(tǒng)對稱性(DL:UP)  325kb/s/MHz/cell      1:6-6:1  

3G移動系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)之一是既要控制諸如談話和視頻等對稱線路交換業(yè)務(wù)

,又要控制移動因特網(wǎng)接入的非對稱分組交換業(yè)務(wù)。面對這一挑戰(zhàn),TD-SCDMA集

成了兩項先進技術(shù):一種是先進的TDMA/TDD系統(tǒng),另一種是自適應(yīng)CDMA組成的對

稱模式的運作。

TD-SCDMA技術(shù)所基于的基本技術(shù)標準如下:

(1)TDD(時分雙工),允許上行和下行在同一頻段上,而不需要成對的頻

段。在TDD中,上行和下行在同一頻率信道中的不同時間里傳輸。這可能改變雙

工交換點和從上行移動容量至下行,反之亦然,這樣就優(yōu)化了頻譜的使用。它允

許對稱和非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

(2)TDMA(時分多址),是一種數(shù)字技術(shù),它將每個頻率信道分割為許多

時隙,從而允許傳輸信道在同一時間由數(shù)個用戶使用。

(3)CDMA(碼分多址),在每個蜂窩區(qū)使多個用戶同時接入同一無線信道

成為可能,提高了通信息的密度。但每個用戶會干擾其他人,從而導(dǎo)致多接入干

擾(MAI)。

(4)聯(lián)合檢測(JD),允許接收機為所有信號同時估計無線信道和工作。

通過單個通信流量的并行處理,JD消除了多接入干擾(MAI),降低了蜂窩區(qū)內(nèi)

干擾,因此提高了傳輸容量。

(5)動態(tài)信道分配(DCA),先進的TD-SCDMA空中接口充分利用了所有可提

供的多址技術(shù),充分地使用了這些技術(shù)。TD-SCDMA依據(jù)干擾方案提供了無線資源

的自適應(yīng)分配,降低了蜂窩區(qū)之間的干擾。

(6)終端互同步,通過精確的對每個終端傳輸時隙的調(diào)諧,TD-SCDMA改善

了手機的跟蹤,降低了定位的計算時間,以及交付尋找的尋找時間。由于同步,

TD-SCDMA不需要軟交付,這樣可更有利于蜂窩覆蓋區(qū)降低蜂窩間的干擾,并降低

設(shè)施和運行成本。

(7)智能天線,是在蜂窩區(qū)域通過蜂窩和分配功率跟蹤移動用戶的使用的

波形控制天線。沒有智能天線,功率將分配至所有的蜂窩區(qū)域內(nèi)。智能天線降低

了多用戶干擾,通過降低蜂窩間的干擾而提高了系統(tǒng)容量,提高了接收的靈敏度

,并在增加蜂窩范圍的同時降低了傳輸功率。

二、無線信道接入

1.TDMA/TDD

結(jié)合了TDD(時分雙工)的TDMA(時分多址)極大地改善了網(wǎng)絡(luò)的性能,在

上行和下行方向,依據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源處理網(wǎng)絡(luò)通信流量。TDMA使用了5ms的幀分成7個

時隙,能夠靈活地安排幾個或一個要求多個時隙的用戶。TDD允許流量上行的規(guī)

格(從手機到基站),并使用同一幀的時隙下行(從基站到手機)。

對使用持續(xù)音頻電話和視頻電話(多媒體應(yīng)用)的對稱業(yè)務(wù)來說,雙向傳輸

的數(shù)量是相同的,上行或下行的時隙被平等地分開。對于使用因特網(wǎng)訪問(下載

)的非對稱業(yè)務(wù)來說,從基站到終端的傳輸數(shù)據(jù)容量高。相對于上行,下行使用

了更多的時隙(見圖1)。

圖1 TDMA/TDD

2.不成對頻段與成對頻段

在單一不成對的頻段里數(shù)據(jù)加載的自適應(yīng)上行/下行對稱性的這一能力,優(yōu)

化了空中接口的容量,因此能更有效地使用頻譜。相反,F(xiàn)DD(頻分雙工)方案

——使用于傳統(tǒng)的CDMA3G標準,使用一對頻段分別上行或下行。作為對稱加載,

部分頻譜被占用但沒用于數(shù)據(jù)傳輸,這些閑置的資源也不能為其他業(yè)務(wù)使用,導(dǎo)

致了頻譜的非有效利用。未來的移動應(yīng)用將要求所提供頻譜的有效利用,以及具

有控制極端非對稱數(shù)據(jù)流量的能力。TD-SCDMA十分適合這些要求,被視為3G業(yè)務(wù)

理想技術(shù)(見圖2)。

圖2 不成對頻段與成對頻段

3.集成TDMA/TDD和CDMA的操作

除了TDMA/TDD規(guī)格,TD-SCDMA使用CDMA(碼分多址)來進一步增加無線界面

的容量。根據(jù)CDMA,用戶的信息碼通過由CDMA的擴展碼產(chǎn)生的隨機碼(來自芯片

)來增加用戶數(shù)據(jù)的方式鋪在更寬廣的帶寬上。在每個時隙中,可傳輸最高達16

個數(shù)字的CDMA碼(CDMA的最大加載代理)。使用1.28Mc/s的芯片率,允許1.6MHz

的帶寬。根據(jù)其操作許可證,網(wǎng)絡(luò)運營商配置多TD-SCDMA1.6MHz的載波帶寬。每

個無線電資源設(shè)備因此被特殊的時隙和特殊載波頻率上的特別碼所確認。為了達

到高符碼率,TDMA/TDD支持變量擴展代理和多碼連接(見圖3)。

圖3 集成TDMA/TDD和CDMA的操作

三、聯(lián)合檢測

1.CDMA發(fā)射的問題和限制

移動無線電傳播受多反射、衍射和信號能量衰減的影響,起因包括諸如樓房

、山等普通障礙物,以及終端的移動性。其結(jié)果被稱為多徑傳播,產(chǎn)生兩種不同

的衰落:慢衰落和快衰落??焖ヂ浒l(fā)生在不同延遲路徑幾乎在同一瞬間到達的時

候,甚至接收機移動了短距離,也會發(fā)生信號的終止。慢衰落主要產(chǎn)生于漸變過

程,信號能量通過明確的可識別時間瞬間到達接收機。

此外,這些信號的衰減相對于每一種移動通信都很普遍。CDMA傳輸因其“自

干擾”特性而受限。每個CDMA信號與所有其他信號在相同無線載波上是超載的,

而且接收的(寬帶)信號可能比熱噪音要低(圖4a)。相關(guān)的接收器(匹配的過

濾相關(guān)器)用來去擴展和接收原始用戶的信號。理想的相關(guān)檢測,將依靠擴展代

理(相關(guān)增益)從干擾增殖中提高請求用戶信號。不同碼的正交性將保證請求信

號的正確檢測。

2.多接入干擾

CDMA系統(tǒng)的實際接收的擴展碼并不是完全地正交,相關(guān)的處理不能如此有效

。結(jié)果,多接入干擾(MCI)就在接收機里產(chǎn)生了:請求信號沒有有效地從干擾

用戶中區(qū)分出來。不容易從MAI里顯現(xiàn)出來的受檢測信號相對于噪聲來說要低(

圖4b)。多接入干擾使每個無線載波的通信流量受限。

圖4 聯(lián)合檢測

3.聯(lián)合檢測設(shè)備

一個有效的消除MAI的方法是在匹配過濾相關(guān)器的后面使用聯(lián)合檢測設(shè)備,

這是一個擴展所有CDMA信號為并行的經(jīng)過優(yōu)化的多用戶檢測接收機。TD-SCDMA技

術(shù)允許聯(lián)合檢測接收設(shè)備補充在基站和手機里。每個時隙里的特殊訓(xùn)練序列允許

接收機評估無線信道的參數(shù)。使用特殊的算法,DSP將所有CDMA碼擴展成并行,

并去除由內(nèi)在CDMA碼造成的干擾(MAI),從而為CDMA碼準備了一條清晰的信號

(圖4c)。

四、智能天線

使用全向天線,發(fā)射無線功率分發(fā)至整個蜂窩區(qū)。結(jié)果,使用相同的射頻載

波,蜂窩間的交擾產(chǎn)生于所有臨近蜂窩區(qū)。為了進一步改善系統(tǒng)抗干擾的突發(fā)性

,TD-SCDMA基站裝備了智能天線,該天線利用了波束賦形概念。另外,智能天線

通過特殊的終端直接發(fā)射和接收信號,改善了基站接收機方向增益的靈敏性,增

加了終端的接收功率,并降低了蜂窩區(qū)間和內(nèi)部間的干擾。TD-SCDMA配置的智能

天線技術(shù)不是傳統(tǒng)的差異波交換天線,而是更先進的波束賦形(以及波束控制)

雙向自適應(yīng)天線陣列?;竞褪謾C間的各自的方向性由一個可編程的相關(guān)電子調(diào)

相和調(diào)幅的8天線元件同中心陣列獲得。終端跟蹤由每秒200次的間隔5ms的測量

到達的快角度所完成(見圖5),并可低成本地提供基于位置的業(yè)務(wù)。

圖5 智能天線

五、動態(tài)信道分配

蜂窩間界面的進一步優(yōu)化由動態(tài)信道分配(DCA)獲得。先進的TD-SCDMA無

線界面充分利用了所有可提供多址技術(shù)的優(yōu)勢:TDMA(時分多址)、FDMA(頻分

多址)、CDMA(碼分多址)和SDMA(空分多址)。充分地最佳使用了這些技術(shù),

TD-SCDMA依據(jù)界面方案提供了理想的和適應(yīng)性的無線資源分配,使蜂窩間干擾最

小化。

使用DCA的三種不同方式

(1)時間域DCA(TDMA操作),通信量動態(tài)地分配至最小干擾的時隙里。   (2)頻率域DCA(FDMA操作),通信量動態(tài)地分配至最小干擾的無線載波(

在5MHz頻段上可提供3個1.6MHz載波)。   (3)空間域CDA(SDMA操作):自適應(yīng)智能天線選擇最合適的方向以單一用

戶方式來解除這種組合。  ?。?)編碼域CDA(CDMA操作):通信量隨機地分配至最少干擾的編碼(見圖

6)。

圖6 動態(tài)信道分配

六、終端同步

像所有的TDMA系統(tǒng)(GSM包括在內(nèi))一樣,TD-SCDMA需要手機和基站之間的

精確同步。這一同步因用戶的移動性而更加復(fù)雜,這是因為他們相對基站的距離

在變化,他們的信號的傳播時間也在不斷變化。預(yù)先置于手機里的精確的計時在

傳輸中消除了上述變化的時間延遲。為了補充這些延時,避免鄰近時隙的干擾,

手機預(yù)先在接收和發(fā)射間設(shè)有時間補償,這樣使得到達幀可在基站同步(見圖7

)。

圖7 終端同步

信號到達基站的這一精確同步的效果,使多用戶的聯(lián)合檢測得到了極大的改

善。同步配置提供了優(yōu)于異步的許多優(yōu)點。首先,終端的可跟蹤性得到改善,定

位時間的計算明顯地降低了。此外,在同步系統(tǒng)中,手機在不能自動接收或發(fā)射

時,能夠進行相鄰基站無線鏈接質(zhì)量的性能測量。這樣就降低了交付尋找的尋找

時間,并在鄰近時間里產(chǎn)生極大的改善。正因為同步,TD-SCDMA不需依靠軟交付

在蜂窩邊緣來改善覆蓋和降低干擾。

關(guān)鍵詞: TD-SCDMA 技術(shù)原理 移動通信

版權(quán)聲明:
    凡注明來網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng)的作品,版權(quán)均屬網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng)所有,未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,并注明"來源:網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng)"。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
    除來源署名為網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng)稿件外,其他所轉(zhuǎn)載內(nèi)容之原創(chuàng)性、真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考并自行核實。
熱文

網(wǎng)站首頁 |網(wǎng)站簡介 | 關(guān)于我們 | 廣告業(yè)務(wù) | 投稿信箱
 

Copyright © 2000-2020 m.netfop.cn All Rights Reserved.
 

中國網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng) 版權(quán)所有 未經(jīng)書面授權(quán) 不得復(fù)制或建立鏡像
 

聯(lián)系郵箱:920 891 263@qq.com

備案號:京ICP備2022016840號-15

營業(yè)執(zhí)照公示信息