Chapter1TDSCDMA系统概述.docx

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Chapter1TDSCDMA系统概述

第一章

TD-SCDMA系统概述

1.1移动通信系统的发展4

1.1.1第一代移动通信系统5

1.1.2第二代移动通信系统7

1.1.32.5G移动通信系统10

1.1.4第三代移动通信系统14

1.1.5移动通信系统发展及长期演进24

1.1.5.1移动通信系统目前所处阶段24

1.1.5.2移动通信系统的发展及长期演进25

1.2TD-SCDMA的发展历史28

1.2.1TD-SCDMA的里程碑28

1.2.2从TSM到LCR的发展30

1.2.3TD-SCDMA的产业链37

1.2.4TD-SCDMA技术论坛38

1.2.5TD-SCDMA产业联盟39

1.3TDD的频谱规划41

1.3.1TDD在中国的频谱规划41

1.3.2TDD在欧洲的频谱规划42

1.3.3TDD在亚太地区的频谱规划43

1.4TD-SCDMA技术规范44

1.4.13GPP规范综述44

1.4.2TD-SCDMA物理层规范45

1.4.3TD-SCDMA行业标准45

1.5本章练习48

本章目标：

∙了解移动通信发展过程中空中接口技术的变化

∙了解3G主流国际标准

∙了解TD-SCDMA标准化的历史和TD-SCDMA技术演进

∙了解TD-SCDMA在中国的频谱规划

∙了解TD-SCDMA产业链情况

∙了解TD-SCDMA规范体系

1.1移动通信系统的发展

移动通信的历史可以追溯到十九世纪八十年代，在第二次世界大战期间种种军事上的需求导致了移动通信技术的巨大变化，二次大战后，移动通信技术开始转向民用。

从八十年代初的模拟蜂窝移动通信系统出现以来，移动通信技术得到了迅猛发展，特别是九十年代后，无论是发展中国家还是发达国家，移动通信技术都走进了千家万户。

图1.1移动通信系统的发展

缩写

英文解释

中文解释

FirstGeneration

AMPS

AdvancemobilePhonesystem

NMT

NordicmobiletelephoneSystem

TACS

TotalAccessCommunicationSystem

SecondGeneration

GSM

GlobalSystemforMobilecommunication

CDMA

CodeDivisionMultipleAccess

PDC

PersonalDigitalCellular

2G＋

SecondGenerationPlus

HSCSD

HighSpeedCircuitSwitchData

GPRS

GeneralPacketRadioService

EDGE

EnhancedDataRateforGSMEvolution

ThirdGeneration

WCDMA

WidebandCDMA

CDMA2000

TD-SCDMA

TimeDivision-SynchronousCDMA

IMT2000

InternationalMobileTelecommunication2000

表1.1移动通信系统发展术语缩写

1.1.1第一代移动通信系统

移动通信的高速发展是建立在技术发展和市场需求的基础上，第一代模拟移动通信技术诞生在二十世纪四十年代，美国底特律警察使用车载无线电系统进行联络，主要采用大区制模拟技术。

到了二十世纪七十年代中期，贝尔实验室提出了蜂窝通信的概念，移动通信开始广泛应用。

第一代移动通信系统采用模拟调制技术，主要提供语音业务。

在标准上主要有：

AMPS-AdvancemobilePhonesystem（先进的移动电话系统）

使用800MHz频带，在北美、南美和部分环太平洋国家广泛使用。

NMT-NordicmobiletelephoneSystem（北欧移动电话系统）

使用450MHz、900MHz，在欧洲广泛使用。

TACS-TotalAccessCommunicationSystem（全接入通信系统）

使用900MHz，分ETACS（欧洲）和NTACS（日本）两种版本，

英国、日本和部分亚洲国家广泛使用此标准。

尽管模拟蜂窝系统取得了巨大的成功，但在实际的使用过程中也暴露出一些问题：

－频谱效率较低，有限的频谱资源和不断增加的用户容量的矛盾十分突出；

－业务种类比较单一，主要是语音业务；

－模拟系统存在同频干扰和互调干扰；

－模拟系统保密性差；

...............。

当然最主要的因素还是容量与日益增长的市场之间的矛盾。

因此模拟系统在经历了二十世纪八十年代的辉煌后，很快被九十年代推出的数字蜂窝系统所取代了。

标准

频率MHz

信道带宽（kHz）

信道数目

地区

AMPS

824-849/869-894

832

美国

TACS

890-915/935-960

1000

欧洲

ETACS

872-905/935-960

1240

英国

NMT450

453-457.5/463-467.5

180

欧洲

NMT900

890-915/935-960

12.5

1999

欧洲

表1.2第一代蜂窝移动通信系统

第一代移动通信的技术特点：

以TACS系统为例

图1.2第一代移动通信系统的空中信道

✓蜂窝的概念

✓每载波带宽:

25kHz

✓基本物理层技术

✓复用方式:

FDMA

✓模拟调制（FM）

✓双工方式（FDD）

✓网络功能

✓电路交换

✓硬切换

图1.3FDMA频分多址接入

问题：

在第一代移动通信系统中，如何来区别或标识用户呢？

——————————————————————————————————————

1.1.2第二代移动通信系统

随着超大规模集成电路，低速话音编码以及近二十年来计算机技术的发展，数字化处理技术比模拟技术具有更大的优势，现代通信已经由模拟方式转化向数字化处理方式。

1992年第一个数字蜂窝移动通信系统GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）全球移动通信系统网络在欧洲铺设，由于其性能优越，所以在全球范围内得到迅猛发展。

美国在数字蜂窝移动通信的起步较欧洲要晚，但是在美国发展数字蜂窝移动通信时，却呈现了多元化的趋势，除了制定了与欧洲类似的基于TDMA的IS-54,IS-136标准的数字网络，1992年，高通公司向CTIA（CellularTelecommunications&InternetAssociation）移动通信产业联盟提出了CDMA码分多址的数字蜂窝通信系统的建议和标准，该建议于1993年被CTIA和TIA（美国通信工业协会）批准为中期标准IS-95。

CDMA技术因其固有的抗多经衰落的性能，并且具有软容量，软切换，系统容量大而在移动通信系统中备受青睐。

标准

GSM,DCS-1900

CdmaOne,IS-95

IS-54/IS-136

上行频率

890-915MHz

（欧洲）

1850-1910MHz

（美国PCS）

824-849MHz

（美国蜂窝网）

1850-1910MHz

（美国PCS）

800MHz,1500MHz

（日本）

1850-1910MHz

（美国PCS）

下行频率

935-960MHz

（欧洲）

1930-1990MHz

（美国PCS）

869-894MHz

（美国蜂窝网）

1930-1990MHz

（美国PCS）

800MHz,1500MHz

（日本）

1930-1990MHz

（美国PCS）

双工方式

FDD

多址接入技术

TDMA

CDMA

TDMA

调制方式

GMSK（BT=0.3）

OQPSK/QPSK

DQPSK

载波间隔

200kHz

1.25MHz

30kHz（IS-136）

（25kHzforPDC）

信道数据速率

270.833kps

1.2288Mchips/sec

46.8kps（IS-136）

（42kbpsforPDC）

每载波语音信道数

语音编码

CELP-13kps

EVRC-8kps

RPE-LTP

13kbps

VSELP

7.95kbps

表1.1第二代蜂窝移动通信系统

第二代移动通信的技术特点：

以GSM为例

1.GSM系统

图1.2GSM系统的空中信道

✓蜂窝的概念

✓每载波带宽:

200kHz

✓基本物理层技术

✓复用方式:

TDMA+FDMA

✓每载波8个时隙

✓数字调制（GMSK，8PSK）

✓双工方式（FDD）

✓网络功能

✓电路交换

✓硬切换

✓国际间漫游

✓9.6kbps数据（电路交换）

图1.3TDMA频分多址接入

问题：

在第二代移动通信系统中，如何来区别或标识用户呢？

——————————————————————————————————————

1.1.32.5G移动通信系统

20世纪末，移动通信技术和Internet技术的发展极大的影响了人们的生活学习和工作，两者结合是信息产业发展的必由之路，由于GSM系统采用传统的电路交换方式处理数据业务，这样极大的限制了数据传输的速率，随着技术的发展，人们把包交换技术引入了传统的GSM网络，使数据传输速率在移动通信网络中得到了迅速的提升。

因此出现了介于2G和3G之间的2.5G。

HSCSD、GPRS、EDGE、IS-95B等技术都是2.5G技术。

2G移动通信网络可以通过以下方式向2.5G网络演进：

图1.12.5G移动通信系统

2.5G移动通信系统传输数据速率比较：

（以GSM演进为例）

图1.22.5G移动通信系统数据传输速率

2.HSCSD（高速电路交换数据）

HSCSD（HighSpeedCircuitSwitchedData）是采用无线链路的多时隙技术，在常规GSM语音及数据通信中，每信道占用200KHz带宽8个时隙中的一个，而HSCSD则同时利用多个时隙建立链路，每个时隙数据传输速率可由9.6kbit/s提高到14.4kbit/s。

如果使用4个TDMA时隙，HSCSD传输速率可达57.6kbit/s。

HSCSD业务的实现比较简单，它只需对无线链路的协议做一些修改，而不需要对核心网进行改造，所以费用比较低。

3.GPRS（通用分组无线业务）

GPRS---GeneralPacketRadioService，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。

通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。

GPRS网络在GSM现网的基础上引入了两个主要的新网元SGSN：

ServingGPRSSupportNode服务GPRS支持节点和

GGSN：

GatewayGPRSSupportNode网关GPRS支持节点。

图1.3GPRS在移动通信网络中的应用

图1.4GPRS业务时隙在空中接口的分配

4.EDGE（增强型数据速率GSM演进技术）

EDGE是英文EnhancedDataRateforGSMEvolution的缩写，即增强型数据速率GSM演进技术。

EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术，它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法，即8PSK调制技术。

由于8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的信号空间从2扩展到8，从而使调制效率大大提高。

之所以称EDGE为GPRS到第三代移动通信的过渡性技术方案，主要原因是这种技术能够充分利用现有的GSM资源。

因为它除了采用现有的GSM频率外，同时还利用了大部分现有的GSM设备，而只需对网络软件及硬件做一些改动，就能够使运营商向移动用户提供诸如互联网浏览、视频电话会议和高速电子邮件传输等无线多媒体服务，即在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。

图1.5不同调制方式星座图比较

不同通信系统调制方式的比较：

移动通信系统

调制方式

GSM

IS-95CDMA

WCDMA

CDMA2000

TD-SCDMA

表1.1不同移动通信系统调制方式比较

1.1.4第三代移动通信系统

1.3G标准化过程

第三代（3G）移动通信系统也叫“未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）”，后由国际电信联盟（ITU）正式命名为IMT-2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）,即该系统预期在2000年左右投入使用，工组频段位于2000MHz频带，最高传输速率为2000kbit/s。

IMT-2000最关键的是无线传输技术（RTT），无线传输技术主要包括多址技术，调制解调技术，信道编解码和交织，双工技术，信道结构和复用，帧结构，射频信道参数等。

ITU于1997年制定了M.1225建议，对IMT-2000无线传输技术提出了最低要求，并向世界范围征求无线传输建议。

IMT-2000要求3G系统运行在不同的无线环境中，例如：

室内或室外，市内，郊区或乡村。

终端用户可以是固定的或是以各种速度移动的，以下为3G系统应该支持的各种典型环境：

∙静止或步行用户（最高速率为0-10km/h）

∙普通车载（最高速率为100km/h）

∙高速车载（最高速率为500km/h）

∙航空应用（最高速率为1500km/h）

∙卫星（最高速率为27000km/h）

用于传输3G业务的基础设施即可以基于陆地也可以基于卫星，信息类型包括语音，声音，数据，文本，图像和录像等。

3G支持许多不同尺寸的蜂窝，它们可以是：

∙半径大于35km的大或超大小区

∙半径在1-35km之间的宏小区

∙半径在1km内的室内或室外的微小区

∙半径小于50m的室内或室外的微微小区

3G网络必须能与原有的网络互相兼容，例如PSTN“公众交换电话网”或ISDN“综合业务数字网”以及“分组交换公共数据网”如Internet等。

一些用户可以按需要进行带宽申请，网络保证其服务质量-QoS。

核心网应该能够基于用户的请求进行资源分配，确保全部用户得到所要求的业务质量。

3G标准要求有效利用频谱，在一些情况下，要求阶段性的引入这些业务，例如：

第一阶段支持144kbit/s的数据速率，第二阶段支持384kbit/s，最后支持2.048Mbit/s,且所有阶段向下兼容等。

为了能在未来的全球化标准的竞争中取得领先的地位，各个地区，国家，公司及标准化组织纷纷提出了自己的技术标准，到截至日期1998年6月30日，ITU共收到16项建议，针对移动通信的就有10项之多。

下表列出了10种IMT-2000地面无线传输技术提案。

技术名称

提交组织

双工方式

适用环境

W-CDMA

日本ARIB

FDD,TDD

所有环境

UTRA-UMTS

欧洲ETSI

FDD,TDD（UTRA）

所有环境

WIMSWCDMA

美国TIA

FDD

所有环境

WCDMA/NA

美国T1P1

FDD

所有环境

GlobalCDMAII

韩国TTA

FDD

所有环境

TD-SCDMA

中国CWTS

TDD

所有环境

CDMA2000

美国TIA

FDD,TDD

所有环境

GlobalCDMAI

韩国TTA

FDD

所有环境

UWC-136

美国TIA

FDD

所有环境

EP-DECT

欧洲ETSI

TDD

室内，室外到室内

表1.1IMT-2000地面无线传输技术的10种提案

图1.2各国标准化组织

3GPP：

ThirdGenerationPartnershipProject第三代合作项目

OHG：

OperatorHarmonizationGroup运营商融合组

在IMT－2000地面无线传输技术的10种方案中，欧洲提出5种UMTS/IMT-2000无线传输技术方案，其中WCDMA和TD-CDMA比较具有影响力，前者主要由爱立信，诺基亚公司提出，后者由西门子公司提出。

ETSI将WCDMA和TD-CDMA融合为一种方案，统称为UTRA（UniversalTerrestrialRadioAccess）通用陆地无线接入。

美国负责IMT-2000研究的组织是ANSI下的T1P1，TIA，和EIA。

美国提出的IMT-2000方案是CDMA2000，主要由高通，朗讯，摩托罗拉和北电等公司一起提出；美国还提出了另外一些类似于WCDMA的标准和时分多址标准的UWC-136。

日本的ARIB提出WCDMA和欧洲的WCDMA极为类似，两者相互融合。

通过一年半时间的评估和融合，1999年11月5日ITU在赫尔辛基举行的TG8/1的第18次会议上，通过了输出文件ITU-RM.1457，确认了5种第三代移动通信无线传输技术。

其中：

∙TDMA的技术由两种：

▪SC-TDMA（UWC-136）

▪MC-TDMA（EP-DECT）

∙CDMA的技术有三种：

▪MC-CDMA（CDMA2000MC）

▪DS-CDMA（UTRA/WCDMA和CDMA2000DS）

▪TDDCDMA（TD-SCDMA和UTRATDD）

图1.33G全球标准

空中接口标准

UTRATDD

TD－SCDMA

占用带宽Mhz

1.6

每载波码片速（Mchip/s）

3.84

1.28

扩频方式

DSSF=1/2/4/8/16

调制方式

QPSK

QPSK/8PSK

交织ms

10/20/40/80

帧长ms

10ms

（包含两个5ms子帧）

时隙数

上行同步精度

4chips

1/8chip

表1.1两种TDD标准物理层参数和特性比较

2.FDD系统和TDD系统的区别

首先我们来看一下什么是TDD（时分双工），它和FDD（频分双工）有什么区别呢？

图1.4FDD和TDD的区别

区别：

___________________________________________________

TDD系统相对于FDD系统的优势：

___________________________________________________

目前在中国正在使用的移动通信系统中，哪些系统使用了TDD技术？

哪些系统使用了FDD技术呢？

TDD系统

FDD系统

3.WCDMA系统

WCDMA是一种直接序列码分多址技术（DS-CDMA）信息被扩展成3.84MHz的带宽，然后在5MHz的带宽内进行传送，WCDMA的无线帧长为10ms,分成15个时隙，信道的信息速率将根据符号率变化，而符号率取决于不同的扩频因子（SF），SF的取值上行为

4-256，下行为4-512。

图1.5WCDMA的空中信道

✓蜂窝的概念

✓每载波带宽:

5Mhz

✓相邻小区可以使用相同频率

✓基本物理层技术

✓复用方式:

CDMA+FDMA

✓数字调制（QPSK，16QAM）

✓数字信号

✓网络功能

✓电路、包交换

✓硬，软，更软切换

✓国际漫游

✓高速数据

图1.6CDMA码分多址接入

在WCDMA系统中如何来区分和标识用户呢？

___________________________________________________________________

4.TD-SCDMA系统

TD-SCDMA系统综合了TDD和CDMA的技术优势，具有灵活的空中接口，并采用了智能天线，联合检测等先进的技术。

图1.7TD-SCDMA的空中信道

✓蜂窝的概念

✓每载波带宽:

1.6MHz

✓相邻小区可以使用相同频率

✓基本物理层技术

✓复用方式:

TDMA+CDMA+FDMA＋SDMA

✓每时隙有1，2，4，8，16个码道（根据扩频因子不同）

✓数字调制（QPSK，8PSK，16QAM）

✓数字信号

✓网络功能

✓电路，包交换

✓硬，接力切换

✓国际漫游

✓高速数据

图1.8TDMA＋FDMA＋CDMA多址接入

在TD-SCDMA系统中如何来区分和标识用户呢？

___________________________________________________________________

5.三种主流3G标准技术性能比较

三种技术中，WCDMA和cdma2000采用频分双工（FDD）方式，需要成对的频率规划。

WCDMA即宽带CDMA技术，其扩频码速率为3.84Mchip/s，载波带宽为5MHz，而cdma2000的扩频码速率为1.2288Mchip/s，载波带宽为1.25MHz；另外，WCDMA的基站间同步是可选的，而cdma2000的基站间同步是必需的，

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