TD-SCDMA主要关键技术及无线组网浅析

摘要：

TD-SCDMA|0">TD-SCDMA是我国自主研发的第3代移动通信标准之一，与其它两个标准WCDMA|0">WCDMA、CDMA2000|0">CDMA2000相比，虽然起步稍晚，但是，从技术与经济上看，有后来居上的优势。本文分析研究了TD-SCDMA的主要关键技术，并由此浅析影响其无线组网的主要因素。

　　TD-SCDMA是由我国自主创新提出的国际第3代移动通信标准，也是我国第一次被国际上采纳的通信标准。TD-SCDMA有4个明显的突出优势，即频谱利用率高、频谱灵活应用能力强、可适用多种移动通信环境和系统设备成本低。这些突出优势来源于其拥有多方面的关键技术。2006年春节前夕，信息产业部正式将TD-SCDMA列为我国第3代移动通信行业标准。由于组网、商业产业链等原因，我国3G牌照还处于待发放前夕，有的预计2007年将在经济发达地区首先试用，有的认为最晚在2008年北京奥运会前商用。无论如何，第3代移动通信系统的基础设施成本非常巨大，尤其是无线接入部分，充分考虑 TD-SCDMA的关键技术对组网的影响并提出合理的实现方法或策略是实现TD-SCDMA商用的基础。

1、TD-SCDMA主要关键技术分析

　　TD-SCDMA系统与WCDMA、CDMA2000相比，具有5个方面的关键技术优势。

　　1.1　智能天线技术

　　智能天线是由若干空间分隔的同心圆形天线阵列组成，每个天线的输出通过多输入接收机组合在一起，本质上，它是采用数字波束成型技术的自适应天线阵。其突出优点呈现在2个方面：第一，可增加系统容量及覆盖范围，借助有用信号和干扰信号在入射角上的差异，选择恰当的合并权值，将天线阵列方向图主瓣对准和自适应跟踪接收信号，而旁瓣或零陷对准主要的干扰信号，从而可有效地抑制干扰，更大比例地降低频率复用因子；第二，可减少多径效应，智能天线波束成型算法可将多径传播综合考虑，克服了多径传播引起数字无线通信系统性能的恶化，从接收角度看，基站利用智能天线对来自移动台的多径电波方向进行波达方向（DOA）估计，并进行空间滤波，也成为上行波束成型，可抑制其它移动台干扰和多径干扰。

　　智能天线的现存问题主要有2个。

　　第一，在高速移动环境下，性能受到影响。移动通信本身是一个时变信道，终端用户具有移动性，由于智能天线是由接收信号对上下行波束成型，因多谱勒频移特性，要求TDD的周期不能太长。例如，当移动用户速度达到100 Km/h时，其多谱勒频移接近20 Hz，用户端在10 ms内的位置变化达到28 CM，TD-SCDMA工作在2G Hz频段，已超过一个波长，这对下行波束成型将带来较大误差。为此，就要将TDD周期至少缩短一半，使收发间隔控制在子帧5 ms内，否则，无法保证智能天线的正常算法功能。

　　第二，在PLMN中，智能天线只能克服一个码片间隔内的多径干扰，而无法克服一个码片时间外多径时延引起的干扰。

　　1.2　同步CDMA技术

　　同步CDMA指上行链路各终端用户信号与基站解调器要求完全一致，其同步功能通过软件设计和物理层帧结构设计实现。具体的实现是根据一定算法由基站向终端用户发送一个"同步移动指令"。同步CDMA技术可让使用正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，从而克服了异步 CDMA多址技术存在的问题，大大提高了CDMA系统的容量和频谱利用率。

　　同步CDMA技术的问题在于，系统对同步要求非常严格，上行同步要求为1/8 Chip宽度，网络同步要求为5 us。此外，在移动环境下实现严格同步存在难度，特别是高速移动环境中，基站到用户的电波传播时间不断变化，实现严格同步更加困难。
　　1.3　联合检测技术

　　联合检测技术（JD）是在多用户检测技术（MUD）基础上提出的，TD-SCDMA首次在CDMA上采用JD，实现了智能天线与JD技术的有机结合。由于TD-SCDMA采用低码片速率，扩频增益较小，为了更好地解决智能天线主波束内多用户干扰问题和克服多径时延干扰问题，TD-SCDMA引入 JD算法。JD算法的核心问题是利用智能天线空域滤波的结果、小区内用户的已知信息、信号估计的结果，对小区内所有用户信号数据进行联合检测，以得到多个用户的数据信息，从而提取有用用户信息，并利用所有用户的信道编码和信道信息，消除符号间干扰（ISI）和用户间多址干扰（MAI）。

　　JD通过最小化MAI，分别允许每个载波高业务负载因子和每兆Hz的高数据吞吐量。从降低干扰看，JD具有提高系统容量、覆盖范围以及减少"呼吸效应"和远近效应等优点。

　　但是，JD运算量很大，并且仅消除了小区内的干扰。由于相关技术因素和成本限制，目前，JD仅能在基站内实现。

　　1.4　软件无线电技术

　　软件无线电技术的基本概念是高速A/D、D/A转换器硬件功能尽可能依靠天线来处理，芯片硬件上的功能由软件定义，从而采用软件编程实现专用芯片的特定功能。由于TD-SCDMA的TDD模式和低码片速率（1.28 Mchip/s），使数字信号的处理量大大降低，适合于基站和终端采用软件无线电结构，所有基带数字信号处理采用软件很方便。其最大优点首先是在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，针对不同的功能采用不同软件来处理，由于软件价格比高速硬件芯片低廉得多，可大大减少终端用户费用和系统基站成本；其次，当系统欲增加新功能时，可应用软件升级实现，因而具有高度的灵活性和可编程性，能实现多模式通信系统的无缝连接；最后，采用该技术，在TD-SCDMA系统中可实现智能天线、同步检测和载波恢复等功能。有待进一步解决的问题是多功能软件的开发和应用。