TDD

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TDD(Time Division Duplexing,時分雙工)

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什麼是TDD

  TDD是移動通信系統中使用的全雙工通信技術的一種,與FDD相對應,是在幀周期的下行線路操作中及時區分無線通道以及繼續上行線路操作的一種技術。

  在TDD模式的移動通信系統中,接收和傳送在同一頻率通道(即載波)的不同時隙,用保證時間來分離接收和傳送通道。該模式在不對稱業務中有著不可比擬的靈活性,TD-SCDMA只需一個不對稱頻段的頻率分配,其每載波為1.6MHz。由於每RC內時域上下行切換的切換點可靈活變動,所以對於對稱業務(語音和多媒體等)和不對稱業務(包交換和網際網路等),可充分利用無線頻譜。

  在TDD模式的移動通信系統中,基站到移動台之間的上行和下行通信使用同一頻率通道(即載波)的不同時隙,用時間來分離接收和傳送通道,某個時間段由基站發送信號給移動台,另外的時間由移動台發送信號給基站。基站和移動台之間必須協同一致才能順利工作。

  FDD模式的特點是在分離的兩個對稱頻率通道上,進行接收和傳送,用保證頻段來分離接收和傳送通道。某些系統中上下行頻率間隔可以達到190MHz。

TDD的優缺點

  與FDD相比,TDD具有一些獨到的優勢,也有一些明顯的不足。

  優勢

  (1)使用TDD技術時,只要基站和移動台之間的上下行時間間隔不大,小於通道相干時間,就可以比較簡單的根據對方的信號估計通道特征。而對於一般的FDD技術,一般的上下行頻率間隔遠遠大於通道相干帶寬,幾乎無法利用上行信號估計下行,也無法用下行信號估計上行;這一特點使得TDD方式的移動通信體制在功率控制以及智能天線技術的使用方面有明顯的優勢。

  (2)TDD技術可以靈活的設置上行和下行轉換時刻,用於實現不對稱的上行和下行業務帶寬,有利於實現明顯上下行不對稱的互聯網業務。但是,這種轉換時刻的設置必須與相鄰基站協同進行。

  (3)與FDD相比,TDD可以使用零碎的頻段,因為上下行由時間區別,不必要求帶寬對稱的頻段。

  (4)TDD技術不需要收發隔離器,只需要一個開關即可。

  不足

  (1)移動台移動速度受限制。在高速移動時,多普勒效應會導致快衰落,速度越高,衰落變換頻率越高,衰落深度越深,因此必須要求移動速度不能太高。例如在使用了TDD的TD-SCDMA系統中,在目前晶元處理速度和演算法的基礎上,當數據率為144kb/s時,TDD的最大移動速度可達250km/h,與FDD系統相比,還有一定差距。一般TDD移動台的移動速度只能達到FDD移動台的一半甚至更低。

  (2)覆蓋半徑小。也是由於上下行時間間隔的緣故,基站覆蓋半徑明顯小於FDD基站。否則,小區邊緣的用戶信號到達基站時會不能同步。

  (3)發射功率受限。如果TDD要發送和FDD同樣多的數據,但是發射時間只有FDD的大約一半,這要求TDD的發送功率要大。

  (4)需要更複雜的網路規劃和優化技術。

  目前,由我國提出的3G技術標準TD-SCDMA是三個3G標準中唯一使用TDD技術的標準。

TDD相關關鍵技術[1]

  1.智能天線技術

  智能天線技術使用一組天線和對應的收發信機按照一定的方式進行排列和激勵,利用波的干涉原理產生具有較強方向性的輻射方向圖。智能天線以多個高增益窄波束動態地跟蹤不同的期望用戶,提高用戶接收的信號功率,同時將賦形波束之外的非期望用戶受到的干擾加以抑制。從而在一定程度上降低多址干擾(MAI),提高通信系統的容量,增加接收靈敏度。20世紀90年代中期.世界各國開始考慮將智能天線技術應用於移動通信系統。美國Arraycom公司在PHS系統中實現了智能天線;北京信威通信公司也成功開發使用智能天線技術的SCDMA無線通信系統。1998年中國向國際電聯提交的TD.SCDMARrr建議就是第一次提出以智能天線為核心技術的CDMA通信系統。在WiMAX寬頻無線接人技術中.將智能天線作為系統實現的一項可選技術.802.16e協議定義了專用流程來支持完全自適應的波束賦形演算法。

  在TDD系統中,上下行鏈路使用相同頻率,且間隔時間較短.鏈路無線傳播環境差異不大.在賦形演算法中可以近似使用相同權值。與之不同的是,由於FDD系統上下行鏈路信號傳播的無線環境受頻率選擇性衰落影響不同,根據上行鏈路計算得到的權值不能直接應用於下行鏈路。因而,TDD方式更能夠體現智能天線的優勢。

  但是智能天線在使用過程中依然存在諸多的限制。在採用TDD方式的移動通信系統中,智能天線對每個用戶的上行信號均採用賦形波束,提高系統性能較為直接。但當用戶僅處於接收狀態下.同時在基站覆蓋區域內移動時(空閑狀態),基站無法預知用戶方位,必須使用全向波束進行發射。

  此外.必須在智能天線演算法的複雜性和實時實現的可能性之間進行折中。目前的實用智能天線演算法還難以解決時延超過碼片寬度的多徑干擾和高速移動多普勒效應造成的通道惡化。在多徑嚴重的高速移動環境下,將智能天線和其他抗干擾的技術結合使用.才可能達到更好的效果。另外,智能天線的性能隨天線陣元數目的增加而增強,但是增加天線陣元的數量,必將提高系統的複雜性,特別是在較低頻段工作時.巨大的智能天線重量將會給工程施工帶來麻煩。

  2.聯合檢測技術

  聯合檢測技術是多用戶檢測技術的一種。傳統的CDMA系統信號分離方法是把MAI看作熱雜訊.將單個用戶信號看作是各自獨立的過程進行分離。實際上,由於MAI中包含一定的先驗信息,如已知的用戶通道碼和各用戶的通道估計等.因此MAI不應該被當作雜訊處理,它可以被利用起來以提高信號分離方法的準確性。在採用TDD方式的TD.SCDMA系統中,幀結構中專門設置了用於通道估計的訓練序列.根據接收的訓練序列信號和已知訓練序列估算通道衝激響應可以實現聯合檢測演算法。

  通過聯合檢測演算法,可以在一定程度上抑制干擾,擴大容量,降低功控要求,削弱遠近效應。理論上說,聯合檢測技術可以完全消除MAI的影響,但在實際應用中,通道估計準確性將直接影響到干擾消除的效果,同時,隨著處理通道數的增加,演算法的複雜度指數也增加,如果進一步考慮小區間干擾的抑制.實時演算法將難以達到理論性能。

  3.上下行時隙非對稱配置技術

  在TDD方式的移動通信系統中,接收和發送使用同一頻率的不同時隙,因此在支持不對稱業務方面具有一定的靈活性。依據不同TDD系統幀結構的特點,通過配置上下行業務時隙的數量.可以實現不同業務需求下的數據傳送以滿足上下行非對稱業務的需求,如瀏覽網頁、視頻點播等。圖2給出了對稱(上行3時隙,下行3時隙)和非對稱(上行1時隙,下行5時隙)的TDD幀結構.其中TS0時隙是下行公共控制時隙。這種通過調整上下行時隙比例以滿足不同業務需求.提高無線資源利用率的技術,被稱為上下行非對稱時隙配置技術。而在使用FDD方式的系統中.非對稱業務的實現對上行通道資源將存在一定的浪費.必須採用高速分組接人(HSPA)、EV.DO和廣播,組播等技術。

Image:TDD2.png

  上下行非對稱時隙配置技術在為非對稱業務的實現提供一定靈活性的同時,對採用非對稱時隙的相鄰小區也帶來相互干擾問題.目前通常採用犧牲過渡帶小區時隙的方法加以規避,但過渡帶小區所處區域和數量的確定都會加大網路規劃的難度。

參考文獻

  1. 朱雪田,孫震強.TDD的關鍵技術及其應用前景[J].電信科學.2007,6
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