TD-LTE重要技術:時分雙工、多址與多天線
在無線移動通信標準的發展演進上,TD-SCDMA的一些特點越來越受到重視,LTE等后續各項標準也采納了這些技術,并且吸收了一些TD-SCDMA的設計思想。TDD的雙工技術、基于OFDM的多址接入技術、基于MIMO/SA的多天線技術是TD-LTE標準的三個關鍵技術。
TD-SCDMA(中國自主第三代移動通信標準)的發展演進有兩個大的階段:第一個階段是從3GPP(第三代伙伴計劃)的R4標準到R5/R6/R7標準,第二個階段是后續的TD-LTE(TD-SCDMA后續演進技術)演進標準。
通過TD-SCDMA產品的研究、開發,我們看到TD-SCDMA作為一個基于TDD(時分雙工)的標準和技術,它的技術特點為系統性能提高帶來很多好處。同時也看到,在無線移動通信標準的發展演進上,TD-SCDMA的一些特點越來越受到重視,后續各項標準也采納了這些技術,并且吸收了一些TD-SCDMA的設計思想。
TD-SCDMA具有許多優勢
TD-SCDMA的技術特點:第一是基于時分雙工技術。第二是TD-SCDMA靈活的多址方式,為資源的管理和調度帶來了方便,為提高網絡性能提供了空間。第三是智能天線技術為網絡覆蓋、干擾抑制、數據速率等方面帶來好處。第四是短碼CDMA(碼分多址)與低碼片速率,以及完備的時隙結構。第五是優化的空口過程,在TD-LTE中物理層其實借鑒了TD-SCDMA的運用。第六是系統同步機制,TD-SCDMA技術是需要系統同步的,對于LTE-FDD性能的評估,也是建立在同步的基礎上進行分析。
移動通信系統有三大基本特性:一是信道的動態特性;二是移動用戶的動態特性;三是移動通信業務的動態特性。移動通信三大動態特性,實際上也決定了我們對移動通信系統研究、標準演進發展的過程。
大唐移動基于TD-SCDMA考慮發展和演進問題,把TD-LTE、IMT-Advanced(高級國際移動通信)TDD定位于TD-SCDMA的演進版本,延續和發展我國在3G領域的成果。
TD-LTE三大關鍵技術
在TD-LTE中有幾個關鍵的技術:第一個就是基于TDD的雙工技術。在TDD方式里面,TDD時間切換的雙工方式是在一個幀結構中定義了它的雙工過程。通過國內各家企業的共同合作與努力,在2007年10月份,形成一個單獨完整的雙工幀結構的LTE-TDD規范。
在討論TDD系統的同時要考慮FDD(頻分雙工)系統,在TDD/FDD雙模中,LTE規范提供了技術和標準的共同性。我們還要注意到TDD和FDD的基本差異。首先是對頻譜的需求不同,收發射頻工作方式不同。TDD設備需要進行頻繁的收發轉換開關,FDD則需隔離發送和接收通道的雙工濾波器;TDD模式分配是時間間隔,FDD模式分配是頻帶。其次,TDD與FDD的上下行信道對稱性不同,將來的P2P(對等網絡技術)應用中會明顯地感覺到這一差別。較后,兩種系統的同步要求不一樣。通過TDD和FDD系統的差異比較,使我們將來在系統關鍵參數設計時要進行整體考慮。
第二個關鍵技術是OFDM(正交頻分復用技術)。其中有兩個關鍵點,一是OFDM技術和MIMO(多輸入多輸出)技術如何結合,使移動通信系統性能進一步提升;二是OFDM技術在蜂窩移動通信組網的條件下,如何克服同頻組網帶來的問題。
OFDM有自身的優勢,例如抗多徑傳播和頻率選擇性衰落能力強,動態信道分配技術使系統達到較大傳輸速率,對脈沖干擾的抵抗能力比單載波系統強,頻譜效率高于串行系統。
OFDM中小區內的干擾問題,以現有無線接入、有線接入的成熟技術,小區內的干擾可以比較輕松地消除或者避免。
第三個是基于MIMO/SA的多天線技術。智能天線技術是通過賦形,提供覆蓋和干擾協調能力的技術。MIMO技術通過多天線提供不同的傳輸能力,提供空間復用的增益,這兩種技術在LTE以及LTE的后續演進系統中是非常重要的技術。我們同時也很關注MIMO技術和智能天線技術在后續演進上的結合。
采用多天線技術,一方面是性能的需要,另一方面是后續標準演進的需要。多天線技術提出了一些指標,在多天線運用上可以提供空間復用和傳輸分級。
在LTE中多天線的配置,下行可以支持單天線、兩天線、四天線的發送,同時支持智能天線的應用,可以超過四個天線,例如八天線的應用。上行是單天線發送,后續不排除多天線應用。在LTE里面多天線應用的標準化過程中,經過多方努力,在去年4月份,3GPP標準組織較后接受智能天線的應用作為TDD模式的特征之一。
目前3GPP已經啟動LTE-Advanced項目,需要支持更高的峰值速率,更高的頻譜效率,還有更高的用戶吞吐量和用戶數目,還需要進一步提高小區邊緣用戶的體驗。
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