采用智能天线技术的TD-SCDMA在高速信道中的性能

TD-SCDMA已经由国际电联(ITU)正式采纳，成为未来第三代移动通信系统(IMT2000)的一个重要的部分并由3GPP组织[1]进一步标准化。作为TD-SCDMA系统中关键技术之一的智能天线技术能够使系统在高速运动的信道环境中达到较好的性能。在本文中，首先介绍了TD-SCDMA的系统模型，然后，解释了智能天线技术的基本概念以及在高速运动环境中应用该技术的可行性。同时，在文章中给出了在不同速度的高速运动环境中的相应的仿真结果。可以看到，在TD-SCDMA系统中使用智能天线技术可以获得很好的系统性能并能够满足第三代移动通信系统的各种需求。

Abstract: TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code division Multiple Access) has been accepted by the ITU (International Telecommunication Union) as a 3G standard and is being standardized in 3GPP (Third Generation Partnership Project) [1]. Smart antennas as one of the key technologies used in the TD-SCDMA can provide good system performance with high mobile velocity. In this paper, the system model of TD-SCDMA is introduced at first. Then the concept of smart antennas and its feasibility under high vehicle channel are described. Simulation results in the uplink with different high speeds are also included in this paper. It can been seen that smart antennas used in TD-SCDMA will get good performance and meet the requirements of the 3rd generation mobile systems.

关键词： TD-SCDMA；智能天线技术；联合检测技术

Key Words: TD-SCDMA, smart antenna, joint detection

1 前言

　　最近几年，移动通信已经成为一个飞速发展的领域。使用数字信号处理技术、时分多址接入和频分多址接入技术的第二代移动通信系统，例如GSM和IS54系统，已经广泛地应用在世界各地。与第二代移动通信系统相比，对于第三代移动通信系统的最大的挑战之一是不仅要能够提供像话音和图像等对称的电路交换业务，而且要能够提供例如移动互联网接入等非对称的数据包交换业务。同时，未来的用于第三代移动通信的频带中的部分可能是非对称的。这样，使得TDD 模式在未来的移动通信的发展中显得非常重要。

为了解决这些问题，TD-SCDMA系统融合了两种先进的技术，它是一种在同步模式下工作的具有自适应CDMA特点的先进的TDMA系统。随着移动通信市场的发展，对移动通信系统的要求越来越高，作为未来移动通信系统的TD-SCDMA必须能够满足各种类型的业务需求。中国无线通信标准组织(CWTS)提出TD-SCDMA并使其成为了全球第三代移动通信国际标准(IMT2000)之一。作为TD-SCDMA的关键技术之一的智能天线技术能够提高系统的容量，扩大小区的最大覆盖范围，减小移动台的发射功率，提高信号的质量并增大了数据传输速率。这些优点给移动网络运营商提供了很大的灵活性。

2 系统模型

在这一部分，我们介绍包括前向纠错编码在内的使用智能天线技术的TD-SCDMA移动通信系统的低通等效模型。在图1和图2中，我们给出了上行链路中的发射机和接收机的基本结构。

图1 移动台发射机的结构框图

在系统中的同一个小区中，在带宽为B的同一个频带上可以有K个用户同时进行通信，用户间通过不同的用户扩频码序列进行区分。我们假设每个移动台只有一个发射天线。在基站部分的上行接收机有M个天线可以接收移动台发射的信号。在我们的验证系统中使用的是Ray Tracing信道模型。这种信道模型是基于几何理论以及反射、折射、和散射传播模型的。通过利用指定场所的位置信息，例如建筑图纸数据库，这种技术能够确定地对传播信道进行建模，包括路径损耗、入射角和时延等。它非常适合应用在验证智能天线系统的有效性的仿真中，通过它得到的性能结果具有很强的说服力。

图 2 基站中使用智能天线技术的接收机的结构框图

图3 TD-SCDMA系统的基本帧结构

TD_SCDMA移动通信系统中的帧结构[2]与GSM的非常类似（见图3），它们都利用Midamble来做脉冲检测。
超帧的持续时间为320 ms，一个超帧能够分成32个无线帧。一个无线帧又可以分成2个持续时间为5 ms的无线子帧。每个无线子帧由7个持续时间为675 μs的业务时隙和3个特殊的时隙： DwPTS (下行导频时隙)、GP (保护时隙) 和UpPTS(上行导频时隙)组成。

TS0总是用于下行链路，TS1总是用于上行链路，其他的时隙则根据转换点的灵活配置来确定是用于上行或是下行链路。每个业务时隙的脉冲结构是由两个数据符号区和一个长度为144个码