TD-SCDMA 小常识

什么是TD-SCDMA？

　　TD－SCDMA的中文含义为时分同步码分多址接入，该项通信技术也属于一种无线通信的技术标准，它是由中国第一次提出并在此无线传输技术（RTT）的基础上与国际合作，完成了TD－SCDMA标准，成为CDMA TDD标准的一员的，这是中国移动通信界的一次创举，也是中国对第三代移动通信发展的贡献。在与欧洲、美国各自提出的３Ｇ标准的竞争中，中国提出的TD-SCDMA已正式成为
全球3G标准之一，这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。该方案的主要技术集中在大唐公司手中，它的设计参照了TDD(时分双工)在不成对的频带上的时域模式。

　　TDD模式是基于在无线信道时域里的周期地重复TDMA帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在TDD模式下，可以方便地实现上/下行链路间地灵活切换。这一模式的突出的优势是，在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务要求。这样，运用TD-SCDMA这一技术，通过灵活地改变上/下行链路的转换点就可以实现所有3G对称和非对称业务。合适的TD-SCDMA时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上/下行链路资源分配的问题。

　　TD―SCDMA的无线传输方案灵活地综合了FDMA，TDMA和CDMA等基本传输方法。通过与联合检测相结合，它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能天线，容量还可以进一步提高。智能天线凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。基于高度的业务灵活性，TD―SCDMA无线网络可以通过无线网络控制器（RNC）连接到交换网络，如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样。在最终的版本里，计划让TD―SCDMA无线网络与INTERNET直接相连。

　　TD－SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的，它运行在不成对的射频频谱上。TD－SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此，TD－SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率，可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。

　　TD－SCDMA为TDD模式，在应用范围内有其自身的特点：一是终端的移动速度受现有DSP运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区域，基站最大覆盖可达30－4km。所以，TD－SCDMA适合在城市和城郊使用，在城市和城郊这两个不足均不影响实际使用。因在城市和城郊，车速一般都小于200km/h，城市和城郊人口密度高，因容量的原因，小区半径一般都在15km以内。而在农村及大区全覆盖时，用WCDMA FDD方式也是合适的，因此TDD和FDD模式是互为补充的。


TD-SCDMA在3GPP国际标准化中的作用 　

　　众所周知，TD-SCDMA是一个由中国和欧洲的公司共同推动并正在开发的一种第三代移动通信技术，它特别适合中国市场对第三代移动通信服务的需求。目前，这一技术已经被国际电联（ITU）正式采纳成为第三代移动通信国际标准——IMT-2000家族的一员，并且被公认为能够全面支持第三代业务的技术。这一技术已经引起了多方的关注，同时，由于IMT-2000中包含TD-SCDMA技术，因此，在第三代协作项目组织（3GPP）内部正在加紧进行标准融合的工作，以促进第三代移动通信标准的发展，这一点，使TD-SCDMA更进一步地受到国际社会的关注。

　　实际上，人们很早便开始了对第三代移动通信系统的研究。1998年1月，欧洲标准化组织——欧洲通信标准协会特别移动部（ETSI SMG）采纳了一项关于第三代移动通信系统的空中接口提案，这一提案被命名为全球移动通信系统，即人们现在常说的UMTS。UMTS陆地无线接入（UTRA）包括了两种模式，频分双工模式（FDD）和时分双工模式（TDD）。

　　前者采用的技术为WCDMA，后者采用的技术为TD-CDMA。

　　在欧洲开发UMTS标准的时候，日本也对第三代移动通信系统进行了广泛的研究。日本的标准化组织——无线工业贸易协会（ARIB）同样选择WCDMA技术，即日本和欧洲对FDD模式的提案几乎是一致的。北美的T1标准化组织也在开发极其相似的概念。

　　与此同时，中国信息产业部电信科学技术研究院（CATT）、西门子公司和中国无线电信标准委员会（CWTS）也在加紧进行TDD模式的TD-SCDMA 技术的开发。

　　为了建立一个真正的全球第三代移动通信标准，1998年12月，第三代协作项目组织(3GPP，[url])[/url]成立。该组织由各个国家和地区的电信标准化组织组成，包括欧洲的ETSI、美国的T1、日本的ARIB、韩国的TTA、中国的CWTS等。3GPP非常好地协调了来自各地不同的标准化组织提出的建议，并为建立一个统一的第三代移动通信标准而努力。对于这个标准，我们现在仍称之为UTRA。UTRA是基于GSM核心网，并且包含FDD和TDD模式的第三代移动通信标准。

　　与此相对应，第三代协作项目2组织（3GPP2，[url]/[/url]）则正在发展一个被称为cdma2000的第三代移动无线标准。这一标准是基于IS-95 CDMA网络的。

　　第三代移动通信的发展离不开运营商的支持。1999年6月，运营商协调组织（OHG）中的主要国际运营商提出了一个统一的全球第三代移动通信（G3G）概念，这个概念已经被3GPP和3GPP2所接受。经协调的G3G概念是一个单一的标准并带有下列三种运行模式：

* 直序扩频CDMA（CDMA-DS），基于由3GPP规范的UTRA FDD模式；

* 多载波CDMA（CDMA-MC），基于由3GPP2规范的FDD模式的cdma2000；

* TDD（CDMA TDD），基于由3GPP规范的UTRA TDD模式。

　　通过同生产厂商团体合作，运营商协调组织将尽可能地使无线参数一致并定义通用的协议栈，从而达到所有基于CDMA建议的融合。这将使多模终端的实现得以简化并能接入现存的GSM MAP以及ANSI-41核心网。OHG的建议已被考虑进3GPP规范1999年的第一 版标准里，此标准已于1999年底完成。

　　为了将TD-SCDMA融入UTRA，新的协调工作已在3GPP里开始。作为第一步，根据码片速率的差异，分别将TD-CDMA和TD-SCDMA称为3.84 Mcps TDD和1.28 Mcps TDD 。 这些工作正在3GPP技术规范小组中的许多工作组里进行。包括：

* WG1 （物理层）

* WG2 （协议层，MAS 和RLC）

* WG3 （接口，IuB和IuR）

* WG4 (RF要求和测试规范)

　　来自欧洲、中国和韩国的工程师们对此作出了贡献。这项标准化工作的目标是要将TD-SCDMA吸收作为UTRA第四版标准的一部分（Release 2000）。这些规范在3GPP和3GPP2中进行了详细地阐述，并成为ITU的IMT-2000建议的一部分。

　　为了进一步发展这些标准，3GPP的所有成员和参与者定期会面，交换意见并提出新的观点。根据专家们的介绍和建议，3GPP组织针对一些特殊问题达成一致意见之后，将新的特性和改进推广到现有的规范中。

　　3GPP的工作组预期在2001年初完成2000年版本标准。 对于正期待着三代标准的市场，三个子标准——CDMA-DS（UTRA FDD），3.84Mcps TDD 和 1.28Mcps TDD (TD-SCDMA)将逐渐趋于成熟。

TD-SCDMA技术特点浅析　

　　TD-SCDMA的提出比其他标准较晚，这给其产品成熟性带来一定的挑战，但在另一方面，TD-SCDMA吸纳了九十年代以来移动通信领域最先进的技术，在一定程度上代表了技术的发展方向，具有前瞻性和强大的后发优势。与其他3G标准相比，TD-SCDMA系统及其技术有着如下突出优势：


　　频谱效率高


　　TD-SCDMA系统综合采用了联合检测、智能天线和上行同步等先进技术，系统内的多址和多径干扰得到了极大缓解，从而有效地提高了频谱利用率，进而提高了整个系统的容量。


　　具体来讲，联合检测和上行同步可极大降低小区内的干扰，智能天线则可以有效抑制小区间及小区内的干扰。另外，联合检测和智能天线对于缓解2G频段上更加明显的多径干扰也有极大作用。所以，TD-SCDMA系统的这一特点决定了它将非常适合于在3G网络建设初期提供大容量的网络解决方案。


　　支持多载频


　　对TD-SCDMA系统来说，其容量主要受限于码资源。TD-SCDMA支持多载波，载频之间切换很容易实现。因为TD-SCDMA是时分系统，手机可在控制信道时扫描其它频率，无需任何硬件轻松实现载波间切换，并能保证很高的成功率。另外通过多载波可以消除导频污染以及突发导频，从而降低掉话率。因为TD系统可以将邻小区的导频安排在不同的载波上，从而降低导频污染。大家都知道导频污染是CDMA系统最头疼的地方。TD在这方面有独特优势。另外TD在室内覆盖方面也有很大优势。


　　不存在呼吸效应及软切换


　　用户数的增加使覆盖半径收缩的现象称之为呼吸效应。CDMA系统是一个自干扰系统，当用户数显著增加时，用户产生的自干扰呈指数级增加，因此呼吸效应是一般CDMA系统的天生缺陷。


　　呼吸效应的另一个表现形式是每种业务用户数的变化都会导致所有业务的覆盖半径发生变化，这会给网络规划和网络优化带来很大的麻烦。TD-SCDMA是一个集CDMA、FDMA、TDMA于一身的系统，它通过低带宽FDMA和TDMA来抑制系统的主要干扰，使产生呼吸效应的因素显著降低；


　　由于TD-SCDMA在每个时隙中采用CDMA技术来提高容量，产生呼吸效应的唯一原因是单时隙中多个用户之间的自干扰，由于TD-SCDMA单时隙最多只能支持8个12.2k的话音用户，用户数量少，使用户的自干扰比较少。


　　同时，这部分自干扰通过联合检测和智能天线技术被进一步抑制，因此TD-SCDMA不再是一个干扰受限系统，而是一个码道受限系统，覆盖半径不随用户数的增加而变化，即没有呼吸效应。


　　组网灵活


　　频谱利用灵活、频率资源丰富


　　TD-SCDMA系统采用时分双工模式，它的一个载波只需占用1.6MHz的带宽就可以提供速率达2Mbps的3G业务，对于频率分配的要求简单和灵活了许多。在今后多家移动运营商共存的情形下，频谱资源的使用情况会相对复杂，而TD-SCDMA系统大大提高了对频谱资源利用的灵活性。


　　中国政府为TDD分配了155MHz的工作频段，对比于FDD上下行共90MHz的对称频段，TDD系统在频率资源方面的优势，为TDD系统的网络扩容和后续发展埋下了轻松的一笔。


　　除中国外，世界各国3G频谱规划都包括TDD频段，日本、欧洲运营商3G牌照中已经包括TDD频段，为未来TD-SCDMA进入国际市场提供了机遇。这为TD-SCDMA技术的国际化应用和国际漫游，提供了必要的条件。


　　与GSM组网易于实施


　　从系统角度看，TD-SCDMA与GSM均为时分复用系统，可以灵活进行系统之间的测量控制和切换。从终端角度看，TD-SCDMA与GSM的切换较易引入目前单模手机，TD-SCDMA/GSM双模手机成本低于WCDMA/GSM成本。目前，展讯，T3G等芯片厂商均支持TD-SCDMA/GSM双模手机解决方案。
　　灵活高效承载非对称数据业务


　　TDD技术的采用是TD-SCDMA系统与其他两大3G主流标准FDD系统的根本区别。TD-SCDMA系统子帧中上下行链路的转换点是可以灵活设置的，根据不同承载业务分别在上下行链路上数据量的分布，上下行资源可以有从3∶3的对称分配到1∶5的非对称分配调整。


　　在未来3G多样化的业务应用中，非对称的数据业务会占有越来越多的比例，大部分业务的典型特征是上行链路和下行链路中的业务量不对称。FDD系统由于其固定的上下行频率的对称占用，在承载非对称业务时会造成对频谱资源的浪费。而TD-SCDMA系统可以通过配置切换点位置，灵活地调度系统上下行资源，使得系统资源利用率最大化。因此TD-SCDMA系统更加适合未来的3G非对称数据业务和互联网业务方面。


　　综上所述，TD-SCDMA单独组网具有网络规划简单，建设和维护成本低的好处。而TD-SCDMA具有的非对称数据业务传输的特点使其更具有其他技术不可比拟的优势。


TD-SCDMA系统的接力切换技术

　　越区切换在蜂窝移动通信系统中占有重要的地位。在早期的频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）移动通信系统中，采用的是“硬切换技术”，该技术使系统在切换过程中大约丢失300ms的信息，同时占用信道资源较多。

　　美国高通公司开发的CDMAIS－95无线通信系统使用了“软切换技术”，软切换过程不丢失信息、不中断通信，还可增加CDMA系统的容量。但是，软切换技术只解决了终端在使用相同载波频率的小区或扇区间切换的问题，对于不同载波的基站之间，FDDCDMA系统仍然只能使用硬切换方式。而且，处于切换过程中的每一个终端要同时接收来自两个或三个基站的信息，并在反向链路中向这些基站发送相应信息，这占用了较多的通信设备和信道，造成系统资源的浪费。

　　而在TD－SCDMA系统中，采用了一种新的越区切换方法，即“接力切换”。TD－SCDMA的独特之处是使用了智能天线获得用户终端的方位（DOA），采用同步CD?MA技术获得用户终端与基站间的距离。若将这两个信息予以综合，基站就可以确定用户终端的具体位置，从而为接力切换奠定了基础。接力切换不丢失信息、不中断通信，节约了信道资源。

　　正是由于TD－SCDMA系统采用了智能天线以及使用两个基站对终端进行定位，具有对终端精确定位的功能，所以能够实现更有效的越区切换，即所谓的“接力切换”。在接力切换的过程中，同频小区之间的两个小区的基站都将接收同一个终端的信号，并对其定位，将确定可能切换区域的定位结果向基站控制器报告，完成向目标基站的切换，克服了“软切换”浪费信道资源的缺点。接力切换不仅具有上述的“软切换”功能，而且可以使用在不同载波频率的TD－SCDMA基站之间，甚至能够在TD－SCDMA系统与其它移动通信系统（如GSM、CDMAIS－95等）的基站之间，实现不丢失信息、不中断通信的理想的越区切换。在一般情况下，“接力切换”与“软切换”相比较，能够使系统容量增加一倍以上。

TD-SCDMA系统的智能天线技术

智能天线的基本概念

　　近年来，智能天线技术已经成为移动通信中最具有吸引力的技术之一。智能天线采用空分多址（SD?MA）技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。与无方向性天线相比较，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。同时，由于天线波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其它用户之间，以及与相邻小区用户之间的干扰，而且也减少了移动通信信道的多径效应。CDMA系统是个功率受限系统，智能天线的应用达到了提高天线增益和减少系统干扰两大目的，从而显著地扩大了系统容量，提高了频谱利用率。

　　智能天线在本质上是利用多个天线单元空间的正交性，即空分多址复用（SDMA）功能，来提高系统的容量和频谱利用率。这样，TD－SCDMA系统充分利用了CDMA、TDMA、FD?MA和SDMA这四种多址方式的技术优势，使系统性能最佳化。

　　智能天线的核心在于数字信号处理部分，它根据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向用户，并自动地调整系数以实现所需的空间滤波。智能天线须要解决的两个关键问题是辨识信号的方向和数字赋形的实现。

智能天线的工作原理

　　TD－SCDMA的智能天线使用一个环形天线阵，由8个完全相同的天线元素均匀地分布在一个半径为R的圆上所组成。智能天线的功能是由天线阵及与其相连接的基带数字信号处理部分共同完成的。该智能天线的仰角方向辐射图形与每个天线元相同。在方位角的方向图由基带处理器控制，可同时产生多个波束，按照通信用户的分布，在360°的范围内任意赋形。为了消除干扰，波束赋形时还可以在有干扰的地方设置零点，该零点处的天线辐射电平要比最大辐射方向低约40dB。TD－SCDMA使用的智能天线当N＝8时，比无方向性的单振子天线的增益分别大9dB（对接收）和18dB（对发射）。每个振子的增益为8dB，则该天线的最大接收增益为17dB，最大发射增益为26dB。由于基站智能天线的发射增益要比接收增益大得多，对于传输非对称的IP等数据、下载较大业务信息是非常适合的。

智能天线的主要功能

　　根据以上基本原理，在CDMA系统（无论是TDD或FDD方式）中，采用智能天线和波束赋形技术，能够在多个方面大大改善通信系统的性能，概括地讲主要有：提高了基站接收机的灵敏度，提高了基站发射机的等效发射功率，降低了系统的干扰，增加了CDMA系统的容量，改进了小区的覆盖，降低了无线基站的成本。

　　由于采用智能天线后，应用波束赋形技术显著提高了基站的接收灵敏度和等效发射功率，能够大大降低系统内部的干扰和相邻小区之间的干扰，从而使系统容量扩大一倍以上；同时也可以使业务高密度的市区和郊区所要求的基站数目减少。在业务稀少的乡村，无线覆盖范围将增加一倍，这也意味着在所覆盖的区域的基站数目降至通常情况的1/4。天线增益的提高也能够降低高频功率放大器（HPA）的线性输出功率。因为HPA的费用占收发信机成本的主要部分。所以，智能天线的采用将显著降低运营成本、提高系统的经济效益。

TD-SCDMA网络的优势有哪些？

　　相比与WCDMA和CDMA2000网络，TD－SCDMA网络是TDD和CDMA、TDMA技术完美结合，有很好技术优势：第一个优势，频谱利用率高，只需要一个1.6M带宽就可通信；第二个优势，TD－SCDMA采用智能天线、软件无线电等大量先进技术，可以提高系统容量；第三个优势，TD－SCDMA更适合传输不对称的互联网业务。从全球频率划分来看，各国都为TDD预留了频段，从这意义上来说，只有TD－SCDMA才有可能实现全球漫游。