对LCR TDD与HCR TDD通信系统技术的比较研究

摘要:第三代移动通信系统(3g)是由国际电信联盟(itu)提出的工作于2000mhz频段的陆地移动通信系统。itu于2000年5月经过严格筛选最终确定了5种3g技术,包括3种主流的cdma标准:wcdma、cdma2000和cdma tdd;以及2种非主流的tdma标准:uwc-136(目前已全面转向gsm edge和wcdma)和dect(因频谱原因而保留的)。其中,cdma tdd又包括由我国提出td-scdma(又称为低码片率tdd,lcr tdd)和欧洲提出的td-cdma(又称为高码片率tdd,hcr tdd)。本文介绍了第三代移动通信系统中基于时分双工技术的两种主要通信制式:低码片率的td-scdma以及高码片率的td-cdma。文章从应用的角度比较了两系统的物理层技术、适用范围等多个方面,为第三代移动通信制式的评估提供了参考依据。

关键词:td-scdma;td-cdma;物理信道;帧结构;组网

td-scdma与td-cdma在umts接口协议栈的结构方面是一致的,其最大差异在于空中接口l1层所采用的具体技术上的不同。td-scdma采用1.28mchips/s低码片速率技术,单载波仅需要1.6mhz的带宽,而td-cdma采用3.84mchips/s的不同于fdd,在3gpp的规范中,lcr tdd与hcr tdd空中接口l1规范在相同的协议中所定义,只是在协议中通过不同的章节以“1.28mcps option”和“3.84mcps option”加以区分。图2给出了适用于lcr tdd与hcr tdd的3gpp l1规范示意。

一、物理信道结构的差异

1、lcr tdd物理信道结构

lcr tdd系统的物理信道采用四层结构:系统帧号(sfn)、无线帧、子帧、时隙/码。系统使用时隙和扩频码来在时域和码域上区分不同的用户信号。图1给出了lcr tdd系统中物理信道的层次结构。系统定义的一个tdma帧长度为10ms,并将一个无线帧分成两个结构完全相同的子帧,每个子帧的时长为5ms。每一个子帧又分成长度为675us的7个常规时隙(ts0~ts6)和3个特殊时隙:dwpts(下行导频时隙)、g(保护间隔)和uppts(上行导频时隙)。

2、hcr tdd物理信道结构

与lcr tdd不同,hcr tdd系统的物理信道采用三层结构:系统帧号、无线帧、时隙/码。所有物理信道的每个时隙需要有一个保护周期(guard period)。系统使用时隙和扩频码来在时域和码域上区分不同的用户信号。每个无线帧长度10ms,它由15个时隙所构成,如图2所示。

二、帧结构的差异

1、lcr tdd帧结构

lcr tdd除dwpts和uppts外,其它所有用于信息传输的突发都具有相同的结构:由两个数据部分、一个训练序列码和一个保护时间片组成(参见图1)。数据部分对称地分布于训练序列的两端,一个突发的持续时间就是一个时隙。突发的训练序列是一个长为144chips的midamble码。lcr tdd每个子帧有两个转换点(ul到dl和dl到ul),第一个转换点固定在ts0结束处,而第二个转换点则取决于小区上下行时隙的配置。帧结构中共定义了4种类型的时隙,它们分别是dwpts、uppts、gp和ts0~ts6。其中dwpts和uppts分别用作上行同步和下行同步,不承载用户数据,gp用作上行同步建立过程中的传播时延保护,ts0~ts6用于承载用户数据或控制信息。gp是为避免uppts和dwpts间干扰而设置的,它确保无干扰接收dwpts,半径11.25km。

2、hcr tdd帧结构

hcr tdd突发由两个数据部分、一个训练序列和一个保护周期组成,训练序列有两种长度:256chips和512chips。系统有三种突发类型,包括业务型突发、随机接入型突发和同步型突发。随机接入型只用于上行链路,同步型只用于下行链路,业务型则是双向的。hcr tdd可以对一帧之内的15个时隙分别进行上行或下行链路分配。

三、lcr tdd与hcr tdd主要特征比较

lcr tdd与hcr tdd在3gpp范围内进行了融合,最大程度地共享了高层以及网元的重要特性。它们主要区别在于物理层结构和关键特征。为此,lcr tdd在hcr tdd的基础上,对高层和接口上的一些信元、参数进行了增加、修改或扩展以适应物理层上的变化。同时,它们在rf、系统性能和一致性测试等方面也表现出了不同的特点。具体表现如下:

⑴ hcr tdd的频谱带宽5mhz,而lcr tdd的频谱带宽只需1.6mhz。这样对于某些未获得5mhz带宽的运营商具有优势,utra fdd需上、下行对称的5mhz带宽,utra tdd也至少需要有5mhz的带宽。

⑵ lcr tdd的码片率为1.28mcps,而hcr tdd为3.84mcps。虽然lcr tdd的码片率仅有hcr tdd的1/3,但它仍然能够实现imt 2000对于3g的数据速率要求,即:室外步行环境至少384kbps、室内环境至少2mbps。lcr tdd除了采用qpsk调制方式外,对于2mbps时采用8psk调制方式。

⑶ 与fdd相对比,hcr tdd和lcr tdd均提供了对于不对称信道分配的高频谱使用效率。

⑷ hcr tdd与lcr tdd所采用的扰码相同,长度均为16chips。上、下行链路中较fdd更短的扰码使得联合检测的接收复杂度降低。

⑸ 在物理信道方面,fpach、dwpch、uppch为lcr tdd所专有,sch和pnbsch为hcr tdd所专有。

⑹ 信道编码和复用方案,fdd与lcr tdd、hcr tdd相差不大。来自mac层和高层的数据流经编码后在空中进行发送,并提供传输业务。数据包以每个tti的间隔提供给信道编码,fdd和utra tdd的tti取值可以是:10、20、40、80ms等四种可能;而lcr tdd系统中,对于rach基于5ms的子帧增加了一种5ms的可能。

cdma tdd是由itu确定的第三代移动通信标准之一,它与另外两种fdd技术(wcdma、cdma2000)共同成为全球三大3g通信体制。cdma tdd又包括lcr tdd和hcr tdd两种可选方案,其中lcr tdd即td-scdma是由我国提出的具有自主知识产权的通信系统,它不但可以单独运营组网,而且也可以与wcdma混合组网,它适合于向城市人口密集区提供高密度大容量话音、数据和多媒体等业务,同时也适合于农村、城乡结合部的非人口密集区域实现广域覆盖。而hcr tdd则主要应用于作为wcdma的热点覆盖补充,同时它主要定位于宽带无线接入领域的应用。