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TD-LTE终端产品

(2020-06-16 15:12:18) 百科

TD-LTE终端产品

TD-LTE终端产品是依据TD-LTE技术进行开发研製的终端产品。TD- LTE(Time Division Long Term Evolution,分时长期演进)是基于3GPP长期演进技术(LTE)的一种通讯技术与标準,属于LTE的一个分支。该技术由上海贝尔、诺基亚西门子 通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、中国移动、高通、ST-Ericsson等业者共同开发。

基本介绍

  • 中文名:TD-LTE终端产品
  • 外文名:TD-LTE Terminal products
  • 所属技术:OFDMA技术
  • 制定者:3GPP组织制定

TD-LTE终端产品分类

移动通信终端的基本硬体结构包含基带单元、射频单元、电源管理单元、套用处理单元以及外设单元等部分,如图1所示。
基带单元主要包含基带晶片和存储单元,负责无线信号与数据信息之间的处理和转换,完成调製解调、编解码、协定处理和对外部设备的控制管理等功能。
射频单元主要包含射频晶片、射频前端、射频放大器等元件,主要负责终端与基站之间的无线信号收发、上下变频、功率放大等。
电源管理单元主要包含一块或多块电源管理晶片,负责对整个终端的供电管理,将电池能量按照不同单元的需求分成若干路不同特性的电路,给各单元供电。
套用处理单元主要包含套用处理器晶片和记忆体单元,负责运行图形化用户操作界面、高层业务及套用、多媒体处理、用户数据的存储等。
外设单元的组成则与终端的类型和功能相关,主要包含USB接口、蓝牙、Wi-Fi、GPS、萤幕、键盘、触控萤幕等,根据终端实现功能的不同,外设的选取将有所不同。
图1  移动终端通用硬体架构示意图1 移动终端通用硬体架构示意

TD-LTE终端产品升级

随着4G LTE时代的到来,为适应LTE技术的特点和优势,终端硬体也面临相应调整,需要做相应升级,主要包含以下几方面:
— 终端需快速匹配全球多种制式和多种频段网路同时运营的局面,儘快满足多模多频段要求;在射频单元採用能支持多频段及多通道的射频晶片,以支持多种制式和频段的无线信号收发;减小晶片成本需提高射频晶片工艺、採用模组化射频前端器件和减小布板面积;
— 开发多模单晶片基带晶片,并採用45nm及28nm等晶片工艺、提高单位面积门电路数量,降低晶片面积和成本;多採用专用硬体加速器等器件,加速终端通信处理能力;
— 提高晶片电源管理技术,降低晶片和终端功耗。

终端形态

移动通信用户包含个人、企业、行业等多种类型,其使用需求和场景也存在较大的差异。为了满足用户基本通信、商旅出行、家庭、娱乐等多种多样的需求和使用场景,终端需要提供多种形态的产品,其中CPE、手机、数据卡、移动热点、平板电脑、无线通信模组等就是最基本的几种终端类型。

CPE终端

CPE(Customer Premise Equipment)是一种游牧式的宽频无线装置,与移动热点终端类似,也集无线数据机、Wi-Fi接入点和路由功能三者于一身,可实现多用户共享移动宽频接入。其内置的数据机可接入TD-LTE、TD-SCDMA等无线网路。其内部路由功能可在多个用户和无线设备间通过Wi-Fi共享同一无线网路连线。CPE可同时支持20位以上的Wi-Fi用户,支持Wi-Fi功能的手机、平板电脑、笔记本电脑等设备都可以通过CPE接入无线网路。同时,CPE也具备Wi-Fi路由器产品的所有通用功能,如802.11b/g/n、Web页面功能配置等。
TD-LTE CPE可以套用于家庭上网、企业上网等场景。用户通过购置TD-LTE CPE,并插入USIM卡,不需安装用户客户端,即可以实现上网功能。CPE在功能上与移动热点终端类似,其主要差别在于,CPE终端的体积较大,能够使用外置天线,允许同时接入的Wi-Fi终端的数量更多。它一般不含独立电池,所以不便于个人携带,多为固定场景下使用或者固定在特定车辆上,并有稳定的外接电源供电。

手机终端

手机终端即具备语音通话、简讯、彩信、数据上网并支持号码簿、拍照、音视频播放等功能的常见的手持终端。
手机从性能上一般可分为智慧型手机(Smart phone)和非智慧型手机(Feature phone)两大类。随着移动网际网路业务的迅速发展,目前非智慧型手机已逐步退出历史舞台,智慧型手机已占据市场的主要份额。而随着无线通信技术不断演进发展,手机在软体、硬体和外型方面也发生了巨大的变化,软体功能日趋丰富,硬体处理能力接近PC,触控手机逐渐取代键盘手机成为主流。现在,智慧型手机已越来越像一台个人电脑,具有独立的作业系统,支持多任务,集成浏览器、邮件、视频、音乐、办公等套用和功能,同时用户也可以自行安装套用软体、游戏等第三方服务商提供的程式,使得手机的功能不断扩充。
目前主流的智慧型手机作业系统包括Android、iOS和Windows Phone。智慧型手机为用户提供了足够大的萤幕尺寸和数据接入频宽,既方便随身携带,又为各种服务提供了套用平台。智慧型手机中的套用通过无线网路访问网际网路服务已经成为主流方式,如股票、新闻、天气、社交套用、地图、音乐等套用,使得用户在信息获取、社交、生活服务等日常生活领域的使用习惯不断改变,逐步进入了移动网际网路时代。随着4G时代的到来,无线网路接入频宽将达到100Mbit/s以上,智慧型手机的无线数据通信性能将大幅提升,将进一步促进移动网际网路业务的快速发展。

数据卡终端

数据卡是一种专门用于便携设备的无线上网通信设备,通常配合笔记本电脑和桌上型电脑等PC设备使用,通过行动网路接入宽频业务。
数据卡硬体结构简单,仅包含无线通信基带晶片、射频晶片、射频前端、USB接口单元等基本单元。使用时,通过USB接口与PC设备连线,能够实现无线上网、简讯收发等基本业务。用户可以通过在PC侧安装的客户端软体查看当前网路连线状态以及实现连线配置管理等功能。

移动热点终端(Mobile Hotspot)

移动热点终端,又叫MiFi,是一种携带型宽频无线接入装置,集数据机、Wi-Fi接入点和路由功能三者于一身,携带轻便,非常适用于商旅出行、多人户外上网等套用场景。内置数据机可接入无线通信网路(如TD-LTE、TD-SCDMA等),同时通过内置Wi-Fi接入点模组连线周围的Wi-Fi终端,使得周围的Wi-Fi终端可通过移动热点终端接入无线通信网路,进行数据上网业务。同时,其内部路由功能可使多个Wi-Fi用户或无线设备共享同一无线通信连线,具备良好的资源共享性能。
移动热点终端还具备操作简单、可独立电池供电等特点。因其通过Wi-Fi与其他终端进行连线,省却了移动热点终端与不同形态终端进行软硬体适配的过程,用户不需要安装特定的客户端软体,操作与现有WLAN无线路由器完全相同。
一般移动热点终端可同时支持5~8位用户,具体数量取决于移动热点终端产品的处理能力。包括手机、平板电脑、笔记本电脑在内的所有支持Wi-Fi的设备都可以通过移动热点终端接入网路。同时,移动热点终端还具备Wi-Fi路由器产品的所有通用功能,如802.11b/g/n、Web页面功能配置等。
在Wi-Fi终端设备越来越普及的今天,移动热点终端越来越受到用户的欢迎,它能使用户在不更换现有手机、平板电脑等终端的情况下通过Wi-Fi连线TD-LTE移动热点终端,使用基本的TD-LTE移动宽频数据业务。

平板电脑

平板电脑(Tablet Personal Computer,简称Tablet PC、Flat PC、Tablet),是一种小型、方便携带的个人电脑,以触控萤幕作为基本的输入设备,允许用户通过触控笔或数字笔来进行作业。用户也可以通过内建的手写识别、萤幕上的软键盘、语音识别或者一个真正的键盘(如果该机型配备的话)来进行输入。目前商用的平板电脑主要採用Android或iOS系统,基于Windows 8作业系统的平板产品正在逐步进入市场。目前平板电脑多採用集成Wi-Fi模组或者3G模组为用户提供无线网路连线。进入LTE时代后,集成LTE模组的平板电脑能够为用户提供更为高速的通信服务,使用户乐享移动通信带来的电子商务、娱乐生活为一体的便捷生活。

无线通信模组

无线通信模组是能够提供无线通信功能的最小硬体单元,一般不会独立存在,通常作为通信组成部分集成在平板电脑、物联网、行业套用等终端中。无线通信模组在硬体上包含无线通信基带处理单元、射频单元、物理外接接口3个组成部分。一个终端只要具有与模组接口相对应的接口,即可通过此接口与无线通信模组连线,再通过添加相应的天线,终端就可实现无线通信功能。
无线通信模组具备多方面的优点:
— 成本低廉:模组仅包含最基本的通信单元,设计和开发成本低廉;
— 扩展性好:模组採用通用的全球统一的接口类型,只要终端具备此接口就可与模组连线,并且可随时更换不同类型的模组,支持不同的无线通信制式,使得终端可以快速、低成本地升级支持更先进的无线通信制式;
— 套用方便,适应性好:在套用中,用户可根据不同的套用需求,将模组插入到不同的终端类型中,以满足多样化的业务套用。
相比于Wi-Fi或者3G模组,LTE模组能够提供更高的传输速率,更适合被广泛地套用于如车辆监控、遥控、遥测、物联网、工业数据採集、视频监控、门禁等行业套用系统中。

终端能力

在LTE技术演进过程中,3GPP定义了若干终端能力参数组合以适合市场多样化的需求。不同的终端形态(手机、数据卡、MiFi、CPE等)对尺寸、功耗的要求不同;消费者对终端价格的敏感程度会影响硬体成本、实现複杂度,如低端设备提供较简单的功能,而高端设备提供高性能;运营商对功能的优先权要求不同也决定了当地市场的终端要求。
终端能力参数的制定避免了过多的可选功能,保证有用的功能设为必选。对于可选功能的支持情况,终端需要通过信令告知网路,网路在配置和调度终端时需要考虑终端上报的EUTRA能力(UE-EUTRA-Capability),以便允许网路与不同能力的终端配合工作。
为了限制过多的终端能力组合,3GPP LTE标準在R8中定义了5种终端类别(UE-Category),在R10中根据新增加的载波聚合(Carrier Aggregation)和增强MIMO功能补充了3种终端类别,以对应不同的上下行速率、调製方式和MIMO技术。
考虑到不同运营商功能的需求,为了方便对所有必选功能的终端进行一致性测试和IOT测试,3GPP引入了功能组指示(Feature Group Indicators,FGI)来指明终端是否对其中一些必选功能已经完成IOT测试。

终端EUTRA能力

在终端发起附着LTE网路的过程中,在收到基站询问后,UE应上报终端EUTRA能力,包括UE类别(UE-Category)、指示索引(FGI)和其他与UE类别和指示索引独立的能力,如支持的协定版本、制式及相应频段、异频测量能力等。

UE类别(UE-Category)

与UTRA不同,LTE UE-Category定义一个上行和下行组合的无线接入能力。3GPP在R8中定义了终端类别Cat.1~5,在R10中新增了Cat.6~8。每种UE类别分别定义了下行和上行最大速率,见表1。
表1 8种UE Category
UE Category
下行MIMO空间复用最大层数
上行支持64QAM
L2 Buffer大小
上/下行峰值速率
Category 1
1
不支持
150 kB
5/10 Mbit/s
Category 2
2
不支持
700 kB
25/50 Mbit/s
Category 3
2
不支持
1 400 kB
50/100 Mbit/s
Category 4
2
不支持
1 900 kB
50/150 Mbit/s
Category 5
4
支持
3 500 kB
75/300 Mbit/s
Category 6
2 or 4
不支持
3 300 kB
50/300 Mbit/s
Category 7
2 or 4
不支持
3 800 kB
100/300 Mbit/s
Category 8
8
支持
42 200 kB
1500/3000 Mbit/s
如果考虑到TDD系统不同的时隙配比,表2提供了3种类别终端在上下行时隙配比为2∶2和1∶3时的最大峰值速率,其中下行採用2×2 MIMO。
表2 3种终端典型时隙配比的峰值速率
上行/下行理论峰值(特殊子帧配比 10∶2∶2)
上下行子帧配比
UL∶DL=2∶2
UL∶DL=1∶3
Category 3
20/60 Mbit/s
10/80 Mbit/s
Category 4
20/80 Mbit/s
10/110 Mbit/s
Category 5
25/80 Mbit/s
13/110 Mbit/s
在版本与UE类别的对应关係上,R10版本的终端仍可能为Cat.1~5,并且R10 Cat.6~8的终端识别出网路的版本为R8或R9后,为保证后项兼容性会报告自己的类别为相应的Cat.1~5。
在R10中,Cat.1~5的终端也可能支持R10的功能,比如连续两载波聚合。对于新增加Cat.6和Cat.7的终端,实现方式有很多可能,比如下行双流MIMO和两载波聚合,或下行四流MIMO。Cat.8为R10版本所能支持的最大终端能力,即支持5个20MHz载波聚合、下行八流MIMO和上行四流MIMO。

功能组指示(FGI)

UE在IE UE-EUTRA-Capability中包含功能组指示。对于一个特定的指示,如果特徵组中的所有功能均已实现并测试通过,那幺 UE 将该指示设定为1,否则(即,其罗列的特徵组中的任何一个功能还没有被实现和测试)将该指示设定为0。
UE对其不支持的RAT对应的所有指示设定为0。R8 featureGroupIndicators定义了32bit, R9 featureGroupIndRel9Add将其扩展为36bit,R10 featureGroupIndRel10 从101开始编号,现在已经定义到116。
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