当前课程知识点：移动通信原理 > 第十四章 TDD移动通信系统 > 14.1 TDD原理 > 14.1 TDD原理
同学们大家好
今天我们讲第14章的内容
TDD移动通讯系统
这一章我们分为5个部分来介绍
首先先给大家
概念性的
描述一下TDD的一个基本原理
也就是时分双功
它的基本原理
然后我们从3G还有B3G
移动通信的一些典型方案
出发给大家讲一讲
实际的移动通信标准当中的应用
第二部分
我们重点给大家介绍了
TD-SCDMA
也就是我们国家的
自主知识产权的3G标准
它的一些关键技术
第三部分
和第四部分
我们简单的描述一下
3G之后
TDD系统的一些增强
包括UTRA TDD和TD-HSPA
最后我们做一下总结
好
首先我们先看一下呢
TDD
时分双功这个概念
咱们在前面
其实已经反复的提到过
我们是单独列到这一张内容
给大家重点介绍一下
它相对于FDD
频分双功的一些差异性
我们在第三章
讲多址的时候
曾经已经提到过
现在最主要的双功方式
就是两种
一种是FDD
双功方式
也就是所谓的频分双功
另外一种也就是时分双功
那么所谓双功
指的是它的上下型链路
工作的模式有所差异性
如果是频分双功的话
上下线电路采用的是不同的频率
假如是时分双功TDD方式的话
上下行实际上采用的是相同的
频率
但是不同的这个时间
我们用时间来区分的上下限
这个系统
它的从射频端来看
我们看一看
TDD系统
相对于FDD系统
它的主要的特点
大家看胶片上给的
这就是一个tTDD系统的结构
那么上半支路是发送
下半支路是接收
我们把这个系统
与FDD的系统做一下比较
我们看FDD的系统
它也是类似的
有基带发送
这是鸡蛋
然后中频有射频
这是一个功放
发出去
然后类似接受端
也应该有个低噪放
来接受放大
然后再进行了下变频和基带处理
我们就不写了
对于FDD系统来讲
大家注意
它也是依附天线
但是有两个支路方向
那么这两个支路方向
对于FDD系统而言
它是通过合路器
因为我们这儿应该有个合路器
也就是所谓的上下行两个链路
我们把它合并到一起去
通过耦合合录的方式
然后在同一幅天线上进行发送
人家观察
上之路相当于是发送
下之路相当于是接收
那么上下这两个之路
他都是在同一个天线上
承载的
所以fFDD系统
它实际上区分上下行链路
我们合路器
你可以理解为是两个滤波器
那么是
发送呢
得有一个发送的载波
比如这是fc1
接收
有个接收的载波
比如说fc2
所谓合路器
有两个滤波器
合并起来的
那么发送和接收他们的工作频段
有滤波器可以隔离
这就是FDD的结构
一般来讲
合路器
它的成本是比较高的
它这个是一个宽带的
高指标的高性能的模拟滤波器
一组模拟滤波器
所以它的成本比较贵
我们与之相类比
咱们看对比分析一下
看看TDD系统结构
它在基带产生信号以后
要进行上变频
这个和FDD是一样的
我们经过正交调制
然后把它从基带搬移到
或者是中频
或者直接临中频搬移到射频
上变频了之后
搬到载波频段以后
然后进行带通滤波
滤波以后把小型号放大
后面加上一个大功率的功放
这是一个大功率
工作
那么这样的话就发出去了
收端一样的
也要做一个低噪放带通滤波
然后下变频
从射频或者中频的搬运到基站
然后基带来进行接收处理
因为这就是接收制度
那么发射之路和接收之路
在FDD系统当中
我们观察
它与 TDD系统而言
主要的差别
就在这天线
下来的信号
那么天线端口信号的合并处理
以我们刚才已经提到过
FDD的系统
它有上下行两个链路上的
信号
实际上是通过这种合路器
来合并为一路的
而在系统当中
我们不再用合路器了
我们换成了开关
大家观察这就是个开关
如果开关打到上支路
那么这个信号
也就发送的信号
就能从天线上发出去
如果说开关打到呢下支路
那么天线就所接收到的信号
就能够送到
接收电路当中来
而这个开关它是一个
模拟器件
请大家注意
它是一个
模拟器件
不是数字的这是模拟器件
开关
它是靠靠这个时间
不同时间段
来进行控制的
有的时间段
打到上之路发送
另外的时间段
切换到下之路来进行接收
也就是说我们靠
不同的时间或者时期
来区分上下行
所以
TDD和FDD之间的差别
就在于这
FDD是靠合路器
来合并上下进行链路
而它是靠这种模拟的开关
和开关器件
来合并上下行的支路
这就是它们两者最主要的差别
一般而言
模拟开关
它的成本要远低于
合路器
所以TDD在器件上的成本
相对于FDD而言
要低一些
所以这是它在设备成本方面的
一个优势
我们简单的回顾一下
TDD双功方式
在移动通信当中的应用
用TDD这种双功方式
它的应用可以追溯到2G时代
在GSM那个时代
有一些2G局部区域
有一些国家的2G商用系统里面
已经初步应用了TDD系统
比如说
PHS
我们在前面
曾经给大家介绍它的
一些基本概念
就是小灵通
那么日本原来运营过的小灵通
业务
后来在咱们国家也做过
一段时间的运营
还要能像欧洲的
这些知识当中
其实已经拥有过了TDD双功方式
但是当年因为模拟器件呢
模拟开关
它的质量
还不是令人特别满意
在控制上面还有一些缺陷
所以这个只是一个初步应用
到了3G时代
我们国家集中了很多的人力物力
还是研究
我们具有我国自主知识产权的
3G标准
那么代表性置身就是TD
SCDMA
由于TD-SCDMA的
标准化
以及后来
中国移动
大规模商用
3G制式
也就TDSCDMA 所以TDD技术
优势
越来越得到人们的重视
到了第4代移动通讯体制当中
TDLTE就变得
成为
与FDDLTE同等重要的
制式
那么现在TDD的模式
与MD一样
它具有很大的商用的成熟度和
潜力
下面我们就来给大家归纳一下
TDD在技术上面
它的一些特点
它主要的一些优势
首先我们先看一看呢
TDD最典型的一个特点
所谓的信道互易性
我们举胶片上的场景图
是做示例
我们说明一下
大家看
在这个场景图当中
有基站有移动台
基站和移动盘
相互通信的时候
因为我们现在是TDD模式
时分双功的场景下
那么基站和移动台
它的工作频段
是相同的
比如说都是载波fc
因此
基站向移动台发射的电磁波
和移动台向基站发射的电磁波
也就是上下线电路的信号
因为他工作在相同的频段上
所以上下行链路
他经历的电磁波
所在传播环境当中
所经历的衰落
或者是地理环境的差变化
实际上呢是类似的
也就是说
上下行
链路
具有对称性
同学们看这个场景图当中
移动台到基站
还有这4条路径
对吧
有路径一
这是一棵树
一个路径二
这是一个房子
有路径三
这是辆汽车
路径四
这可能是个建筑物
因为他的工作频段
上下心是一致的
第一站段来看
基站发射的电磁波
也要经过这4个不同的障碍物
或者路径
才能够汇聚到移动台段
所以我们就能观察到的
基站和移动台
它所经历的衰落
或者地理环境是类似的
近似相等
我们就称为是互易
也就是说它的上行和下行电路
它经历了相同的地理环境
或者接近于相同的
路径衰落
或者信道衰落
这就是它的信道互易系统
信道互易性是TDD最大的一个
特点
这是它的典型特性
典型的特性
正因为有这样的典型特性
大家想想
相当于是说信道的冲激响应
在上行和下行
移动台和基站端
所经历的信道冲击响应
就是近似相等的
正因为具有特性
那么我们就没有必要
在上下线链路发送的时候
插入
这个开销很大的导频了
实际上
因为它上一项新内容是类似的
我们在一端插入一部分导频
那么在另外一个方向上进行估计
只要信道响应
都属于是同一个相干带宽
那么这个时延
就我要估计的时间
小于呢
相干带宽的话
那么我们就能够在基站和移动台
这两侧
都能够获得
相对比较准确的
信贷响应信息
这样既能够减少
当庭的看一下
又能够提高信道估计的准确性
所以信道互易性
就是很大的一个优势
它是TDD系统的
最典型的一个特性
但是需要指出的是
请大家注意
信道互易性
我们现在讨论的
只是一个理想的情况
也就是只讨论单链路上的TDD
系统
它的发射和接收
确实具有信道互易行
但如果在实际的蜂窝场景当中
有临小区的干扰
有同频的用户间干扰
那么由于这些干扰的存在呢
这个信道互易性
只能是近似成立的
那么理论上
我们可以知道呢
信道互易
要成立的话
必须要求信道
是一个线性系统
一般来说只有
它是一个对于实际情况而言
只有衰落性倒是线性时变
或者时不变系统
那么信达互易行才是成立的
假如我们是多小区
多基站
多用户来进行组网的话
往往发射机和接收机
它经历的干扰会有差一些
还有其他一些非线性效应
这个时候呢
信道互易性就不完全成立了
这是它的第一个特点
第二个请大家注意
信道互易性
我们在延时上面是有要求的
其实我们刚才已经强调过了
也就是说
你要插入
再比如说在基站端我插入导频
那么在下行发送
移动台这一侧
我在上行进行估计
一个方向上插着导频
在另外一个方向上
估计新岛襄应
想这么做
一方面
我们得利用了信道互易性的特点
另外一方面
请大家注意
它的信道互易在延时上面
必须要满足
这个信道估计
与我预测
你要信道估计和预测
它的时间间隔
也是我们刚才提到的T
要远小于呢
相干时间
也就是说呢我这是一个
信道冲激响应
你要在这个地方插导频
我估计
一个相干时间当中的
其他位置上的寻找响应
估计或者预测
这是可以做得到的
因为它是在一个相干时间里面
这都是一个TC 但如果说
你是在这个位置上插导频
然后隔了好几个相干时间之后
故这个位置上信道响应
那这是不可能的
因为这已经超过了相干时间了
插导屏的位置
和你估计的位置之间
它们已经不具有相关性
它就变成了独立了
所以这样的话就失去意义了
考虑到这个问题
请大家想一想
信到互易性的成立
实质上是依赖于相干时间的长短
只有相干时间
相对长一些的情况下
那么我们插导频估信道
才能够得到比较准确的结果
假如相干时间很短
信道变化特别剧烈的话
那么我们这种信道互易性就不
满足了
它就跟不上现代的动态时变
信到的相干时间
我们前面曾经提到的倒数
它的
实际上就约等于
最大多谱的平移
也就意味着说
只有在低速运动
多普勒效应
不是特别明显的情况下
TDD
利用信道互易性
才能够做到减少开
提高了新的估计的准确性
反之
如果说
是高速运动
车速
或者是高铁
或者是磁悬浮
或者是飞机
这些高速运动的场景下
它的多普勒平移很大
相干时间呢就会非常的短
这种情况下
信道互易很难成立
所以我们进行插入导频
进行对端
或者另外一个方向的估计
误差就非常大了
在高速运动的情况下
其实TDD系统
它们是没有优势的
往往是存在一定的
具技术的局限性
这也是 TDD系统
它的一些技术局限性
一般情况下
TDD系统只适用于中低速移动
通信
在高速运动的情况下
的早期
人们认为这是TDD不太适用
的场景
当然因为现在随着技术的发展
哪怕是4G
或者5G这样的系统当中
即使是TDD的模式
实质上讲
也可以支持高速移动
场景下的传输了那么嗯
对于信互易行
我们就介绍这么多了
我们下面再看
TDD系统的另外一个特点
TDD系统
因为它的上下行
都是工作在相同频段
不同时间的
所以它比较方便的
可以对非对称的业务进行适配
我们在移动通信当中
有两大类业务
一类是话音业务
一类是数据业务
这个数据业务
往往具有这种非对称性
那么是一般来讲是下行链路
速率高
上行链路
一般是速率低的
也就是说呢我们下载的多
上传的少
数据业务与无线
或者移动的数据业务
是一种典型的非对称业务
那么在FDD系统当中
对于这种非对称业务的支持
实际上是不够经济的
我不管你是上下型电路
它的数据实际传输的速率有多高
差异性有多大
我总得跟你分配两个对称的频段
一个频段传下去
一个频段传上去
而对于TDD系统来讲
它就可以比较灵活和方便的
去支持非德省业务
因为它都是时分方式的
也分配不同的时间
给上下线链路
假如说下行链路数据速率高
我再分配时隙的时候
你就多分配一些
上线链路数据速率低
我分配时隙的时候
就可以少分配一些
并且上下行时隙的配比
可以根据
业务上下行的数据速率的变化
而进行优化调整
这样
方式
对于TDD系统而言
相比于FDD系统
可以更好的去适配
非对称的数据业务的要求
所以这种信道的非对称性
对于TDD系统而言
是更容易支持的
TDD系统的第4个特点
我们得着重强调一下
这个并不是他的技术优势
而是他必须要保证的一个技术
条件
TDD系统当中
非常严格的要求
同步关系
这是我们所谓的同步发送
请大家再回顾一下
我在前面提到过的同步这个概念
我们这儿讲的同步
并不是最基本的
收发之间
数字通讯系统的同步
我们这儿讲的是
一个小区当中
各个用户之间的同步
也就是所谓的小区内
同步
同时我们在考虑小区间同步
那么对于TDD系统来讲
比如说我们在胶片上
给的场景图
这是一个基站
有两个移动台
有UE1有UE2
这是
同一个服务小区的两个移动台
因为这两个移动台
他距离基站有远有近
比如说
U1
还是在小区中心
距离基站比较近
它的相对时间比较小
U2在小区边缘
它距离基站远时间
那么对于这两个
不同延时的用户而言
如果我们不考虑这个时延的补偿
那就变成一个用户间的异步系统
如果是这样的话
这两个用户之间
由于达到了理想的同步关系
就很容易产生用户间的相互干扰
这种干扰请大家注意
还不是我们在FDD系统当中
只是下行和下行
或者上行和上行之间的干扰
实际上比这些干扰
要增加一倍以上的干扰
因为这两个用户
他们还要靠
时分的方式
来区分的上下行电路
也就是说在UE1和UE2这两
与基站的通信的这两条链路上
它既有下行
也有上行
极有可能
一个链路的下行
与另外一个链路的上行
因为时序没有对齐
没有同步
没有完全同步
它们之间会有重叠
换言之的这样的干扰呢
比原来的同步情况下的
FDD系统
要增加一倍以上
考虑到这个问题
在系统当中
要求采用两类措施
第一类措施
必须在上下行之间
上下行时隙之间
要引入保护时间间隔
要实现可靠稳定的上下行的切换
要有一段保护时间
保护时间里面
什么都不传
只不过是在保护时间里面
必须实现的双向性的切换
第二个
我们要求严格同步
对于TDD系统而言
都要求严格同步
请大家注意
这个地方的同步指的是各个用户
之间
他们在时序上
在接收端看起来是同步的
就像我们在胶片上给的事例一样
用户一和用户二发送和发送
接收和接收
从两侧来看
我收到的
这个不管是用户的信号
还是基站的信号
都应当相互对齐
这样才能够不产生
链路间
以及用户间的相互干扰
所以同步的发送
对于TDD系统来讲
是必不可少的
如何来实现呢
同步发送呢
它所用到的机制
和我们在上一章讲过的是类似的
其实都是通过反馈
信令通过反馈的信令
发送同步的调整指令
从而能够保证
这个接收端所说的
不同用户的信号
在时序上是相互对齐的
是近似同步的 那么紧接着我们再看
TDD系统的
第5个特点
这个特点实际上和前一个同特点
就同步发送
是密切关联的
TDD系统对于同步的要求
比FDD系统要严格
只有在严格同步的情况下
TDD系统才能够正常工作
如果我们从反面来理解的话
假如说这个系统它存在
由于偶发的原因
导致存在的同步误差差
那么这个时候
TDD系统
相对FDD系统来讲
更容易受到干扰
它所经历的干扰更大
这也就是 TDD系统
它的一个根本性的局限
也就是说我们看胶片给的示意
假如说你同步完全同步好了
那么用户之间
是没有任何干扰的
也就是我们看到这个图的右侧
这就无干扰情况
但是如果说你同步不好的话
这干扰也很大
他们上下行之间相互干扰
上行之间相互干扰
同时上限和下限之间也相互干扰
所以这样的话
这个系统的干扰
相对FDD系统而言
是更大的
为了减少系统内部的干扰
一般来讲
TDD系统当中
往往需要采用一些
减少干扰的措施的
典型的措施
你比如说可以采用异频组网
相邻的小区
采用的工作频率是不一样
这样子虽然可以减少干扰
但是也降低了
整个频谱的使用效率
也就是频频谱的用率
更好一点的方法是
现在我们普遍采用的
也就是所谓的
无线资源管理
或者是动态性的分配
就DCA
通过这样的时隙的动态分配
可以尽量降低用户间的干扰
提高了系统的吞吐率
这也是TDD一个一大特色
好
那么我们把前面讲过的
TDD的一些技术特点
我们做一些归纳
它既有优势也有缺点
TDD系统的技术优势
主要可以概括为三点
第一点
我们刚才已经介绍了
它用模拟的切换开关
代替了双功器
那么模拟切换开关的成本也远
低于双功器
所以它的系统结构比较简化
成本比较低
有利于新技术的应用
第二个特点
TDD系统它灵活支持
非对称业务
它对于非数据业务的
非对称性适配
要远好于FDD系统
第三个优点就是TDD系统
它的频段分配
更灵活
它的频谱效率呢更高
或者频谱的利用率更高
这一点是很容易理解的
因为我们知道
TDD系统
它其实只需要一个频道
因为上下行
都是工作在频段上的
好多在这种无线频段当中
很难去找到完全对称的两个宽频段
用于去支持ITD系统
很难去找到完全对称的两个宽频段
用于去支持ITD系统
好多时候呢有一些频谱碎片
那么只有很窄的一段带宽
那么这样的
碎片化的一些频谱
就可以拿来做TDD运营
因为它只要一个平台就够了
所以它的灵活性
和平台利用率
相对于FDD要更好一些
当然整个TDD技术
也是存在一些缺点
就没有任何一项技术
是只有优点
没有缺点
这是不够客观的
我们从辩证的角度来讲
也可以归纳TDD系统的一些缺陷
第一个
由于它的信道互易性
它的应用是受限制
它只能应用于低速场景
所以TDD的技术
它的移动速度
是受到限制的
小区的覆盖距离也受到限制
这是它首要的一个缺陷
第二个我们看
TDD系统
它的信号的发射
实际上是一个间隙式发射的
因为它的上下行要进行切换
有信号
在特定的时期发送
那么过了这个时期
你就能静默了
所以它这个信号是突发式的
或者说
是脉冲式的
脉冲式的这样的发送信号
它往往在瞬时
信号的功率会比较大
对其他的一些这种电器信号设备
会产生比较明显的干扰
你比如说像电视机
就会很容易受到
这个低频移动通信的
一些低频的突发事干扰
比如说像以前的GSM
我们大家有过这样的生活经验
以前我们看电视
都看的是那种
外接电视
就靠天线
然后收到无线的电
整个电视台的信号
然后在球形屏幕上放出来
那个时候如果我们在
用GSM手机打电话
这个有手机信号
并且我这个电话
简直放到了
电视屏幕的附近
而且很容易能看到的
电视屏幕上的
球星屏幕上的扫描线会有波纹
那就是受到了
Gsm的突破信号的干扰
那么TDD系统也是类似的
还有这样的突发干扰
第三个局限性就是TDD
它对于时频
或者系统的时频
同步要求是比较高的
同步精度要求是比较高的
因为这个原因
TDD系统
它在时频同步技术上的处理难度
比FDD系统比较大一些
在尤其是网络侧的处理
是比较复杂的
好
以上就是我们对TDD的一些
基本原理的介绍
-1.1 前言
--1.1 前言
-1.2 移动通信发展的回顾
-1.3 第四代移动通信技术
-1.4 第五代移动通信技术
-1.5 未来移动通信技术
-第一章 作业
--第一章 作业
-2.1 移动信道的特点
-2.2 三类主要快衰落
-2.3 传播类型与信道模型的定量分析
-2.4 无线信道模型
-第二章 作业
--第二章 作业
-3.1 多址技术的基本概念
-3.2 移动通信中的典型多址接入方式
-3.3 码分多址CDMA中的地址码
-3.4 伪随机序列(PN)和扩频码的理论基础与分析
-第三章 作业
--第三章 作业
-4.1 语音压缩编码
-4.2 移动通信中的语音编码
-4.3 图像压缩编码
-4.4 我国音视频标准
-第四章 作业
--第四章 作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 保密学的基本原理
-5.3 GSM系统的鉴权与加密
-5.4 IS-95系统的鉴权与加密
-5.5 3G系统的信息安全
-5.6 B3G与4G系统的信息安全
-第五章 作业
--第五章 作业
-6.1 移动通信系统的物理模型
-6.2 调制/调解的基本功能与要求
-6.3 MSK/GMSK调制
-6.4 π/4-DQPSK调制
-6.5 3π/8-8PSK调制
-6.6 用于CDMA的调制方式
-6.7 MQAM调制
-第六章 作业
--第六章 作业
-7.1 信道编码的基本概念
-7.2 线性分组码
-7.3 卷积码
--7.3 卷积码
-7.4 级联码
--7.4 级联码
-7.5 Turbo码
-7.6 交织编码
--7.6 交织编码
-7.7 ARQ与HARQ简介
-7.8 信道编码理论上的潜在能力与最大编码增益
-7.9 GSM系统的信道编码
-7.10 IS-95系统中的信道编码
-7.11 CDMA2000系统的信道编码
-7.12 WCDMA系统的信道编码
-第七章 作业
--第七章 作业
-8.1 分集技术的基本原理
-8.2 RAKE接收与多径分集
-8.3 均衡技术
--8.3 均衡技术
-8.4 增强技术与应用
-第八章 作业
--第八章 作业
-9.1 多用户检测的基本原理
-9.2 最优多用户检测技术
-9.3 线性多用户检测技术
-9.4 干扰抵消多用户检测器
-第九章 作业
--第九章 作业
-10.1 OFDM基本原理
-10.2 OFDM中的信道估计
-10.3 OFDM中的同步技术
-10.4 峰平比(PAPR)抑制
-第十章 作业
--第十章 作业
-11.1 多天线信息论简介
-11.2 空时块编码（STBC）
-11.3 分层时空码
-11.4 空时格码（STTC）
-11.5 空时预编码
-11.6 MIMO技术在宽带移动通信系统中的应用
-第十一章 作业
--第十一章 作业
-12.1 引言
--12.1 引言
-12.2 多功率控制原理
-12.3 功率控制在移动通信中的应用
-12.4 无限资源的最优分配
-12.5 速率自适应
-第十二章 作业
--第十二章 作业
-13.1 标准化进程
-13.2 HSPA系统
-13.3 EVDO系统
-13.4 LTE系统
-13.5 WiMax系统
-第十三章 作业
--第十三章 作业
-14.1 TDD原理
-14.2 TD-SCDMA
-14.3 UTRA TDD
-14.4 TD-HSPA
-第十四章 作业
--第十四章 作业
-15.1 移动网络的概念与特点
-15.2 从GSM/GPRS至WCDMA网络演讲
-15.3 第三代（3G）移动通信与3GPP网络
-15.4 从IS-95至CDMA2000网络演讲
-15.5 B3G与4G移动通信网络
-第十五章 作业
--第十五章 作业
-16.1 移动通信中的业务类型
-16.2 呼叫建立与接续
-16.3 移动性管理
-16.4 无线资源管理RRM
-16.5 跨层优化
-第十六章 作业
--第十六章 作业
