TD-SCDMA優勢在于美妙的應用

2019-11-03 09:29:17

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楊驊大唐移動通信設備有限公司　　T D-SCDMA不但由于采用了一系列特色技術，成為國際第三代移動通信技術標準，并因其在今后的使用中，可為最終用戶帶來實際的利益，為運營商在移動通信運營市場的競爭中增加優勢，從而成為極具有應用前景的3G技術。

　　我們分別從頻率利用率、成本、終端移動速度、網絡覆蓋、所支持的業務特點及漫游能力等幾個方面，來探討TD-SCDMA在今后3G運營中的應用前景。

　　頻譜利用率高：在移動通信系統中頻譜就是市場，頻譜利用率高的系統其網絡建設與運營成本必將下降。為使自己在移動通信市場競爭中處于有利的地位，運營商都在尋求頻譜利用率高的系統進行移動通信業務的運營。

　　從支持用戶語音業務來看，TD-SCDMA每1.6MHz的帶寬內可提供48個公共信道，若按每用戶的忙時平均話務量為20mErl來計算，則每個載波所支持的最大用戶數為2400個用戶/1.6MHz?？紤]到為保證一定的服務等級，呼損為1％時，用戶的阻塞因子為0.75，那么在宏小區情況下，每個只有一個載波的發射機所支持的語音用戶數為2400×0.75＝1800個用戶/1.6MHz。從支持用戶數據業務來看，TD-SCDMA每時隙總傳輸速率為281.6kbps，則每載波的所支持的最大的數據吞吐量（若全為非對稱的Internet下行業務）為1971.2Kbps。

　　在孤島式小區中，若設計每個發射機有3個載波，則最大的語音用戶數為2400×3＝7200個用戶/4.8MHz。考慮到為保證一定的服務等級，呼損為1％時，用戶的阻塞因子為0.875，那么在宏小區情況下，每個發射機所支持的語音用戶數為7200×0.875＝6300個用戶/1.6MHz。從數據業務來看，每個載波所支持的最大的數據吞吐量為1971.2Kbps，那么每個有三個載波的發射機所支持的最大的數據吞吐量（如全為非對稱的Internet下行業務）為1971.2×3＝5.9136Mbps。

　　可見從頻譜利用率而言，TD-SCDMA與其他系統相比有著很明顯的優勢，并且由于TD-SCDMA采用TDD的雙工方式，能使用各種頻率資源，不需要成對的頻率，可以做到見縫插針，只要有2M的帶寬，就可以運營TD-SCDMA系統，具有最高的頻譜利用率和頻率使用靈活性。此外，當未來3G系統發展到一定規模時，勢必會退出部分2G頻段用于3G網絡，由于TD-SCDMA不需要成對的頻率，并具有可充分利用零碎頻段的優勢。因此，從2G退出的頻段很有可能首先為TD-SCDMA所用。

　　TD-SCDMA的這種頻譜利用率高的特點，決定了今后實際運營中，在提供同等業務能力的情況下，可占用最少的頻率。即在今后的3G運營中TD-SCDMA的頻率使用費最低。

　　產品設備成本低：單從系統設備成本來看，TD-SCDMA也比其他技術有明顯優勢。第三代移動通信系統主要由三部分組成，即核心網、無線接入網和用戶終端。若與其他兩種技術比較，核心網和用戶終端的成本各系統基本相同。而接入網部分（主要是Node_B），即基站，各個不同的系統有較大的差異。TD-SCDMA由于采用了智能天線、軟件無線電等技術，使得其基站成本大幅下降。

　　TD-SCDMA一方面由于采用智能天線技術后，其基站的功放部分在天線上，避免了因饋線系統的衰減而需加大基站射頻發射功率的設計，大幅度降低了對大功率射頻器件的要求，降低了射頻器件的成本；另一方面，TD-SCDMA采用軟件無線電技術后，在系統功能增加、技術升級時，只需進行軟件升級而不需更換設備硬件，這樣也就降低了系統維護與升級的成本。

　　三載波的Node_B的成本比較如下表：

　　　　　　　

　

　　在移動通信系統中，投資最大的部分在于基站。因此，不同技術制式的設備成本主要差別在Node_B。此外，TD-SCDMA基站系統的獨特設計，保證了其基站既可與GSM核心網相接提供3G業務，又可與3GPP核心網相接提供3G業務。這就使已有GSM網絡的運營商在進行3G網絡建設時，可直接將TD-SCDMA基站建設在GSM核心網上，而不需再進行核心網的建設，這就進一步降低了TD-SCDMA網絡建設的成本，為移動通信運營商在市場中的競爭創造了有利條件。

　　可見，TD-SCDMA系統設備的低成本、網絡建設的低成本、高頻譜利用率、高收益的優勢終將會給運營商、最終用戶帶來實惠。ITU-R M.1225文件定義了第三代移動通信系統在四種工作環境下提供數據業務的最低要求：

　　* 移動衛星

　　* 高速移動：FDD：500km/h，TDD：120km/h, 64-144kbps

　　* 室內外慢速移動：30km/h, 384kbps

　　* 室內固定用戶：3km/h, 2Mbps

　　目前，沒有任何一個系統能夠達到500km/h的移動速度。根據計算機仿真的WCDMA系統的移動速度低于300km/h。而TD-SCDMA系統目前的現場演示實驗的終端移動速度為125km/h（受北京市汽車時速的限制），計算機仿真結果表明TD-SCDMA系統在移動速度達到250km/h時，仍能保持較好的誤碼特性?？梢?，TD-SCDMA系統在終端移動速度上的性能并不亞于其他三代標準。

　　從理論上分析，影響系統高速移動性能的主要原因是由多徑傳播引起的快衰落以及物體高速運動而導致的多普勒效應。TD-SCDMA系統采用快速功率控制來解決快衰落問題，用調整解調器適應的頻帶寬度來對抗多普勒效應（WCDMA系統也是如此）。但僅此并不足以完全解決上述問題，在TD-SCDMA系統中還另外采用了很多先進的技術來保證系統的良好性能。首先是智能天線技術。利用TD-SCDMA系統時分雙工的優良特性，使用智能天線利用上下行波束賦形減少發射的方向角，可以明顯地降低系統干擾，極大地緩解多徑傳播對系統性能的影響。然后是多用戶聯合檢測技術，使用訓練序列（Midamble）對信道進行估值，獲得主要多徑幅度和相位信息，然后利用算法將多徑干擾抵消，可以有效的解決快衰落問題。所以，就高速運動信道環境而言，TD-SCDMA移動通信系統的應用前景是十分樂觀的。倘若TD-SCDMA使用自適應信道估測技術，將會得到更好的系統在高速環境下的性能。

　　在3G技術的定義中，FDD模式的覆蓋距離是30km， TDD方式的覆蓋距離是11km，主要是根據TDD模式下受到上行和下行保護時隙間隔的影響。但由于TD－SCDMA采用了智能天線技術，因此，在發射電平和靈敏度和FDD相同的情況下，智能天線能增加通信距離。　　

TD-SCDMA系統的覆蓋半徑主要取決于兩方面的因素：一是系統的發射電平及接收靈敏度，二是收發時間間隙，主要是上下行保護時隙的寬度以及電波傳播速度之間的關系。

　　就系統的發射電平和接受靈敏度而言，TD-SCDMA系統與FDD系統是相同的。而且由于采用了智能天線，利用上、下行波束賦形技術，獲得了額外的系統增益，使得系統的鏈路預算要優于WCDMA系統，在同等發射功率條件下覆蓋半徑也明顯大于WCDMA系統。初步的推算為：由于TD-SCDMA的帶寬只有WCDMA的1/3，較WCDMA系統所獲得的增益為5dB，智能天線帶來的額外系統增益為9 dB，但由于采用了TDD多時隙的方案，使TD-SCDMA多失去8 dB，所以在相同的傳播情況下，TD-SCDMA的鏈路預算要比WCDMA系統多6dB，相當于覆蓋半徑要大50%。根據ITU規定的環境下最大通信距離的計算結果，WCDMA系統在8K的語音及384K的數據傳輸情況下的覆蓋半徑分別為10Km和5Km，而TD-SCDMA的這一數值分別為10Km和16Km，這一結果已經在1998年向ITU提交建議時一并提交，并獲得認可。而且，目前建成的演示系統也證明了上述分析的正確性。

　　就收發時間間隙而言，TD-SCDMA在進行幀結構設計時就充分考慮到了基站系統在作為宏小區應用時所需要的保護時隙，系統的設計完全能滿足廣域覆蓋要求。如下圖所示TD-SCDMA幀結構中用深藍色標識的即為上下行保護時隙。它的寬度為T=75us，用于區分上下行時隙，使距離較遠的終端能實現上行同步。在TD-SCDMA系統中，此時隙的寬度保證了小區的最大半徑可能達到11Km以上。初步的推算為T＞d/c（d為小區半徑，c為光速），可以看到，保護時隙的設置是保留有充分的余量的，TD-SCDMA完全可以在宏小區(Macro)，微小區(Micro)及微微小區(Pico)等各種環境下使用。當需要的小區覆蓋半徑超過12Km時，還可以通過靈活的對保護時隙進行設置來實現基站的超遠距離覆蓋，這時有可能需要犧牲一個業務主時隙，使系統的容量降低大概16%，但由于TD-SCDMA的系統容量要遠遠大于WCDMA系統，即使犧牲了這一部分容量，也仍然可以使系統的容量比WCDMA系統高。這一技術已經在現場演示實驗網中得到了驗證。目前的演示證明，當小區的覆蓋半徑超過16Km時，仍然能保證系統穩定的傳輸。根據智能天線的特點，TD-SCDMA可提供各種網絡配置：

　　■ 在用戶稀少的地區，每基站的覆蓋半徑可以超過10km，并支持高速移動的用戶進行多媒體通信（144kbps）；　　

　　　　　　　　　

　

　　■ 在城市內，每個基站的覆蓋半徑從500m至2km，每基站可提供超過200Erl. 的容量（5MHz頻寬，3扇區）；　　　　　　　　

　　　　　　　

　

　　■ 在用戶高度密集區，可使用分布式智能天線，提供3維小區覆蓋，小區半徑可在100m以下；

　　■ 如此，TD-SCDMA系統可以提供幾個用戶/平方公里到超過十萬用戶/平方公里的各種情況。

　　可見， TD-SCDMA不但因其頻譜利用率高、系統容量大而特別適合在人口高密度地區使用，而且也可在宏小區(Macro)、微小區(Micro)及微微小區(Pico)等各種環境下使用，能夠支持各種無線網絡環境。

　　業務應用是啟動3G移動通信市場的關鍵因素，第三代移動通信市場的發展需要開發出有特色的，用戶真正接受的業務內容?，F在手機用戶費用86%集中在話音，但以后隨著移動通信技術的發展，使用數據增值服務的用戶比例必將增多。基于移動互聯網開展的各種移動數據業務，可以不受時空地域的限制，為人們提供如移動證券、移動購物、移動銀行、移動在線支付和城市導航等豐富多彩的個性化信息服務，這將成為未來移動通信的發展方向，而無線互聯網的應用主要以非對稱業務為主。

　　在第二代移動通信系統中主要以提供話音業務為主，其上下行的占用的時間（或帶寬）基本相同。在這種應用中FDD與TDD的使用效率基本相同，均可提供對對稱業務的支持。但在第三代系統中，無線互聯網的應用將打破上下行傳統的對稱平衡傳輸模式。如下圖所示，我們知道FDD的模式因其上行鏈路和下行鏈路是相互獨立的，資源不能相互利用，而難以做到自動調節上下行帶寬。因此，在滿足非對稱業務應用時，其頻譜效率將大幅降低，造成頻率資源的浪費。　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　

　

　　TD-SCDMA采用了CDMA和TDMA的多址技術，可利用在每個無線信道時域里的一個定期重復的TDMA幀結構，然后再將這個幀分為幾個時隙。使TD-SCDMA在傳輸中很容易設置一個上行和下行鏈路的轉換點，來針對不同類型的業務。相當于可根據交通的流量來控制紅綠燈轉換的時間間隔，對于像因特網這樣的“不對稱”傳輸業務，可使其轉換“不對稱”，而對于像語音這樣的“對稱”傳輸業務可以使其轉換“對稱”，這樣，就使總的頻譜效率更高。

　　此外，TD-SCDMA可以根據無線環境的差別采用不同的調制技術，信號速率有2Mbps、768kbps、384kbps，192kbps和96kbps等多種方式。因此在無線傳輸上，TD-SCDMA依靠其獨特的操作模式，可根據傳輸要求的不同，靈活地選擇傳輸模式，充分利用現有的頻譜資源，滿足多種不同的需要。

　　再者，由于TD-SCDMA采用了智能天線、上行同步等先進技術，系統對基于位置的服務有其獨特的優勢。從2G增值業務的發展可以預測，運營3G的運營商若想獲取最大收入必須依靠增值業務，基于位置的服務將是其中最有前景的增值業務。由于TD-SCDMA系統可在不增加任何附加設備的情況下，系統通過智能天線測角，用同步CDMA測距，就可提供用戶精確的方位和距離等位置信息。這與2G以及其他3G技術提供的基于位置的增值服務有本質的不同，因為在其他系統中，系統需要增加額外的如GPS等設備來獲取用戶的位置信息。TD-SCDMA系統可為運營商降低運營此類業務的成本，為運營商獲取更多的利潤創造了條件。

　　所以，TD-SCDMA更適合今后移動數據及多媒體傳輸等業務的應用。

　　國際電聯在確定第三代移動通信標準時，定義了FDD與TDD兩種技術模式，并為這兩種制式規劃了相應的使用頻段。早在1999年3月歐洲某些國家已經完成了牌照的發放及頻段的分配（如芬蘭），也有一些國家至今還未完成牌照的發放工作（如愛爾蘭）。有的國家采用所謂的“選美”方式進行牌照發放，另外一些國家則采取“拍賣”的方式（其中德國和英國最為典型）。在亞洲的部分運營商也進行了TDD頻譜的分配，例如香港，臺灣，新加坡也分別對一些運營商分配了5MHz的TDD頻段。

　　而在美國，由于其國家無線電頻譜管理的特色，使其頻譜的使用比較自由和凌亂，3G頻率規劃困難較大，短期內難以清理出用于FDD方式的成對3G頻率。以FDD方式工作的純3G的WCDMA、CDMA2000制式設備的使用，尚看不到應用前景。前不久美國公布了TDD頻段的規劃，為TDD騰出了31MHz的頻率，這使TDD技術設備在美國的發展提供了一定的空間。從美國已清理出的TDD頻段來看，也都是一些零散的頻段，很少有超過4兆赫茲的，這樣的頻段在第三代移動通信系統中也只有TD-SCDMA才可使用。TD-SCDMA由于采用TDD方式，并且是低碼片速率的系統，只要運營商能提供2M以上的帶寬，就可以實現TD-SCDMA第三代移動通信系統的運營。

　　可見，無論采取哪種分配頻率的方式，除美國外多數國家共同點是FDD和 TDD頻段同時被授予運營商，部分國家有擁有單一TDD頻段的運營商。而隨著TDD技術融合，目前國際上只有TD-SCDMA一種TDD技術制式在進行實際的產品開發。因此，TD-SCDMA可實現在不同國家間的應用與漫游，其市場前景看好。

　　但由于FDD技術中有歐洲的WCDMA與美國的CDMA2000兩種技術制式，而歐美兩大陣營又互不相讓，致使美國的CDMA2000難以進入歐洲市場，歐洲的WCDMA也難以在北美大發展。結果將是此兩種技術的全球漫游均受到政治與經濟利益的制約而實現困難，其全球市場均有一定的局限性。

　　因此，TD-SCDMA具有頻譜利用率高，系統容量大,系統設備成本競爭優勢強，移動速度可滿足ITU的要求，網絡建設費用低，可最佳適合移動互聯網這種非對稱數據業務的應用，在全球均擁有可使用的TDD頻段，可實現全球漫游等特點。這使得今后使用TD-SCDMA技術設備的運營商，在第三代移動通信的市場競爭中，在資費競爭、開展各種基于移動非對稱及位置的業務，以及實現全球漫游等方面具有明顯的優勢?？梢?，TD-SCDMA是具有廣泛應用前景的3G技術。

摘自《移動通信在線》