TD--SCDMA基本原理

1、12q 前言前言:20:20年的不断努力年的不断努力q 移动通信技术及移动通信技术及CDMACDMA的基本特点的基本特点q TD-SCDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比较的比较q TD-SCDMATD-SCDMA现场试验现场试验q 结论结论Contents3l 1991-1994, 中国面临发展第二代移动通信，采取的行动：开发模拟移动手持机，研究院，江阴GSM攻关，研究院和电子7所跟踪 CDMA (IS-95)，研究院寻求新技术，研究院比较研究 GSM 和 IS-95，邮电部科技司组织l 1994：SCDMA 概念，研究院和留学生 90年代初4l 1994-95，中国面临如何发

2、展自己的移动通信新技术的问题，在电信科学技术研究院作了下述工作：对SCDMA技术进行预研 决定进行深入研究工作 决定和留学生合资组建信威公司l 1995-97：全力开发SCDMA 国家九五重点攻关项目在电总支持下在重庆现场试验比在香港回归时参展97年12月通过国家鉴定 SCDMA5l 1997，ITU 征求 IMT-2000 RTT 建议IMT-2000：2000年，工作于2000MHz band，传输数据速率达到 2000kbps的国际移动通信标准（International Mobile Telecommunication standard） RTT：无线传输技术（Radio Transm

3、ission Technologies） l 1998香山会议：1998年元月6日起草标准建议邮电部审查通过并于98年6月30日提交ITU TD-SCDMA6l 1999, TD-SCDMA 被 ITU T/G8-1 通过作为 IMT-2000的一种RTT 与西门子合作l 2000: TD-SCDM 被 ITU-R 全会通过作为3G标准的一个组成部分 大唐和西门子开始合作开发基站l 2001: TD-SCDMA 被 3GPP 通过并写入 R4l 2006: 中国宣布为中国3G行业标准 TD-SCDMA7q 前言前言q 移动通信技术及移动通信技术及CDMACDMA的基本特点的基本特点q TD-S

4、CDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比较的比较q TD-SCDMATD-SCDMA现场试验现场试验q 结论结论Contents8移动通信技术移动通信技术 网络技术 程控交换 NGN 无线传输技术（RTT） 帧结构、信号格式、调制、双工、多址、扩频、纠错、等等，是保证信号正确传输的技术 RTT是技术进步最快为特征 无线传输技术确定了一代移动通信的基础 1G：程控交换模拟技术（FDMA）/模拟话音 2G：程控交换数字技术（TDMACDMA）/数字话音 3G：程控交换/IP/NGN数字信号处理技术（CDMA）/移动多媒体 4G？9CDMA是一种多址技术是一种多址技术 移动通信每个用户通

5、信时必须占用无线资源：频率、时间、码、空间位置。 CDMA是用码，即波形来区分用户 在CDMA系统中，不同用户可以同时在相同频率下通信，使用不同的扩频码 第一代移动通信采用FDMA，用不同频率来区分用户 第二代移动通信（GSM）采用TDMA，用不同时间（时隙）来区分用户 第三代移动通信都采用CDMA，为了取得更高的频谱效率10CDMA特点特点 高的频谱利用率 频率复用系数1，即相邻小区使用相同频率 比FDMA系统高10倍，比TDMA高7倍以上的频谱效率（每MHz频谱在每小区支持的同时通信的用户数，按话音业务计算） 低的发射功率 强的信号保密 用扩频码和扰码进行调制，几乎无法窃听11CDMA的主

6、要问题的主要问题 信号处理复杂 基于现代数字信号处理技术，复杂都比GSM高数十倍 要求高线性 要求射频系统高线性工作，导致射频系统成本上升 自干扰系统 所有用户同时同频工作，不可能完全同步，必然存在互相干扰，导致只有不到（最多）一半码道资源可以使用，限制了系统容量不能达到理论最大值（所有码道均可同时使用）122G和和3G的区别的区别 业务：从以话音为主发展到以数据为主 容量：在同等用户数量下3G系统容量要比2G系统高5倍以上 数据速率：从2.5 G的大约100kbps逐渐增加，从384kbps2Mbps10Mbps100Mbps 复杂度：3G数字信号处理比2G（GSM）复杂10倍以上，导致芯片

7、复杂。 如GSM手机芯片为30MHz的CPU30MIPS的处理器；而3G手机芯片为150MHz的CPU500MIPS的处理器。 要大大增加复杂度又不大增成本完全依靠微电子技术的进展 成本：3G设备价格：系统应当低于GSM；终端相当133G中的移动数据中的移动数据 只提供话音业务：不需要 3G 2G，包括 2.5G 都不能满足移动数据通信的要求 数据传输速率 系统容量 移动数据的主要业务：IP 型的业务，和固网中的数据业务一样143G必须解决的问题必须解决的问题 系统设备价格 必须比 GSM低 数据速率 在同一小区内必须同时提供多种数据速率的业务 目前速率太低 覆盖 在2GHz 频段完成室内外覆

8、盖15q 前言前言q 移动通信技术及移动通信技术及CDMACDMA的基本特点的基本特点q TD-SCDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比较的比较q TD-SCDMATD-SCDMA现场试验现场试验q 结论结论Contents163GPP网络概念网络概念 网络拓扑 核心网（CN） 无线接入网 无线网络控制器（RNC） 基站（Node_B） 用户终端（UE） 不同标准的差别: 无线传输技术（RTT)Core NetworkRNCRNCIuIurIubUENode_BUu17TD-SCDMA vs WCDMA 共同点 提供的主要业务：移动多媒体 网络拓扑：完全相同 核心网：完全相同（软

9、件有很少差别） 网络接口：定义及功能完全相同，具体与物理层相关的软件有少量差别 RNC: 完全相同的结构和功能，相同硬件平台，差别主要在无线资源管理软件 空间接口高层信令：相同结构和功能，差别也在与物理层有关部分 主要差别在与RTT有关部分, 即物理层技术18TD-SCDMA vs WCDMA TD-SCDMA & WCDMA主要差别(按相同 10MHz 带宽的小区)ItemTD-SCDMAWCDMANote带宽6x1.6MHz2x5MHz上下行天线6(8) element SA3 （分集接收）宏小区接收信号处理技术SA+JDRack上行同步 YNo码道数6x6x16=5762x256

10、=512频率x时隙x码切换技术BatonSoft+Hard发射突发连续19TD-SCDMA vs WCDMA TD-SCDMA & WCDMA传输能力比较(以同样 10MHz 小区)ItemTD-SCDMAWCDMANote发射功率6(8)x1W21/24/30dBm1x10W21/24/30dBm基站手持机HSPDA6x2.8=16.6Mbps14.4Mbps话音信道6x24=1446012.2kbps test ch可视电话361564kbps384kbps ch2x62x42Mbps ch6220TD-SCDMA vs WCDMA TD-SCDMA & WCDMA比较It

11、emTD-SCDMAWCDMANote无线资源6 载波 x 6 时隙 x 16 码128 码随机接入以最大功率逐渐试探接纳简单（有资源就接纳）复杂（计算干扰）功率控制 (下行)非常有效难以进行上行相同切换接力切换软切换硬切换慢速 DCA相同相同快速 DCA以波束为单位以小区为单位21Coverage 10k 100k 1M 10M 10k 100k 1M 10M 10k 100k 1M 10M10km1km100m10m10km1km100m10m室内(DL) 手持机(UL) 高速移动(UL) 小区半径 WCDMATD-SCDMA数据速率22覆盖覆盖 TD-SCDMA 高速移动环境: 3.3k

12、m (8 单元智能天线) 市内（手持机）: 780m (8单元智能天线) 室内: 20-30m (单天线) WCDMA 高速移动环境: 3.8km (空间分集) 市内（手持机） : 800m (空间分集) 室内: 20-30m (单天线) 23网络设计建议网络设计建议 城区 宏小区: 基站间距：不超过 1km 微小区: 热点地区，小区半径不超过200m 微微小区: 室内覆盖，每天线覆盖大约500m2 农村及远郊区 宏小区: 小区间距: 6-8km 大量使用微波拉远和直放站(干线放大器） 70以上业务在室内 24不对称业务不对称业务 3G 移动数据的主要类型： IP型，不对称 它是 TDD双工方

13、式的基本特点，对 TD-SCDMA 目前能够实现的不对称传输比例为 1:5 至 5:1 根据UMTS预测，08年前比例是恰当的，10年以后必须考虑1:10至 10:1的不对称传输，此问题将在LTE中解决 相邻小区之间采用不同不对称比例传输时的干扰问题必须重视，解决方法： 室外：智能天线快速DCA，可大大降低干扰 室内：有墙壁的隔离，干扰不大25天线技术天线技术 多天线技术，包括： 空间分集 智能天线 MIMO 目前TD-SCDMA 宏小区采用智能天线，对每个激活的用户产生一个定向波束并跟踪此用户 降低干扰 扩大小区覆盖 增加系统容量263G 网络容量网络容量 2G 主要考虑话音， 0.025e

14、rl/每用户 用户密度 3G 必须考虑数据业务，多种模型 简单估计0.1erl/每用户 覆盖问题， 2GHz 比900MHz困难 必须考虑极高用户密度的问题：10万用户/平方公里 27网络设备网络设备 核心网及网管 RNC 及网管 基站 直放站网络规划最主要的是规划基站建设中网络优化必须下功夫28TD-SCDMA Node_B 第一代： 宏基站：供室外宏小区使用 单扇区的全向，多（3至6）载波基站 三扇区的全向，多（3至6）载波基站 微基站：供室外或者室内微小区或者微微小区 单天线，多（3至6）载波基站 第二代：超级基站29Supper Node_BIndoor rackRF/IFOptica

15、lMicrowaveMacro-cellPico-cellMicro-cellBetter coverage withlow cost solusion30射频拉远技术射频拉远技术 由于2GHz频段下射频损耗大，天线和基站的距离又不可能很近，故必须解决天线拉远的技术 方法： 射频电缆：基本解决上述问题，但： 拉远距离限60m 多射频电缆工程上成本高 中频电缆：拉远距离可达300m 数字光纤：理想方式 中频与数字光纤的经济比较：拉远距离在300m以内时用中频拉远成本低，超过300m时光纤成本低31基站构成基站构成RF 及放大器DIF（数字中频）基带数字信号处理ACUIu接口ADC DACGPRS

16、MCU IPX32超级基站构成超级基站构成ACUACU中频接口数字光纤接口Iub接口DIF单元Modem单元BBU33微波拉远和直放站微波拉远和直放站 解决城市密集地区的室内外覆盖的最佳方案超级基站，容量达72载扇以上（例如安装在地下车库）光纤至邻近大楼支持3x6载扇宏小区中频至本大楼顶支持3x6载扇宏小区微波拉远至附近大楼支持1x6载扇室内覆盖直放站补盲34q 前言前言q 移动通信技术及移动通信技术及CDMACDMA的基本特点的基本特点q TD-SCDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比较的比较q TD-SCDMATD-SCDMA现场试验现场试验q 结论结论Contents35信

17、息产业部对信息产业部对3G的测试的测试 2003年成立专家组，主要针对WCDMA和TD-SCDMA两种标准 03-04：空中接口测试：18个厂家 04-05：一致性测试，在北京，上海和广州建试验网 06：针对TD-SCDMA，规模应用试验36试验概况试验概况 试验网规模 保定：超过100基站，中电信运行，大唐和鼎桥供系统设备，覆盖全城及至北京高速公路 青岛：超过150基站，网通运行，大唐和中兴供系统设备，覆盖城市东部地区 厦门：超过100基站，中移动运行，鼎桥和中兴供系统设备，覆盖城市西北部地区 北京：网通的另一试验网（非正式），覆盖长安街37三个阶段三个阶段 空载测试：6月前 加载测试：9月

18、前 用户试用：11月开始，计划 北京 1，000用户 青岛 10，000用户 保定和厦门各 5，000用户38前阶段测试结果前阶段测试结果 系统稳定性，呼叫成功率，保持率，切换成功率等均达到要求 系统容量获得证实 网络互通良好覆盖达到设计要求TD-SCDMA网络没有颠覆性问题，可以商用39问题及现状问题及现状 目前基站设备工程架设困难 智能天线要多射频馈线，用前述拉远技术解决 多天线是发展方向 手持机品种少，数量少 已有多品种 数据业务应用少 数据卡已经面市40主要优点主要优点 频谱效率高 适合不对称数据业务 无线资源管理的灵活性 成本主要优点还未充分体现41商用试验商用试验 2007年开始大

19、规模商用试验 10坐大中城市，15000基站北京：中移动ZTE天津：中移动ZTE， PT上海：中移动DTM秦皇岛：中移动ZTE，PT广州：中移动DTM沈阳：中移动ZTE，DTM深圳：中移动ZTE，TD-Tech青岛：网通ZTE，DTM厦门：中移动ZTE，TD-Tech保定：中电信DTM，TD-Tech42待解决和完善的问题待解决和完善的问题 网络优化： 电波传播造成的盲区 干扰问题 完善和稳定系统：历史证明要2-3年 加快手持机的开发 进一步降低系统成本（包括设备成本和工程造价）43技术发展技术发展移动速度50010010kmph10k 100k 1M 10M 100M 1000M每小区提供的峰值数据速率（bps）2G 3G HSDA LTE 4G44技术演进技术演进 现场试验初期设备大规模商用超级基站为代表的第二代基站多载波同频组网 HSDALTE06 07 08 09 10 110.384 2 10 20 50 100MbpsB3G/4G 标准标准LTE标准产品开发茶频商商用用45q 前言前言q 移动通信技术及移动通信技术及CDMACDMA的基本特点的基本特点q TD-SCDMATD-SCDMA和和WCDMAWCDMA的比较的比较q TD-SCDMATD-SCDMA现场试验现场试验q