??? 摘? 要: 我國第三代移動(dòng)通信TD-SCDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù),TD-SCDMA系統(tǒng)在當(dāng)今3G中的優(yōu)勢,簡述其目前的研究狀況、所面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展前景。 ?
??? 關(guān)鍵詞: 3G TD-SCDMA? 智能天線? 聯(lián)合檢測? 軟件無線電
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1 TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)概述?
??? TD-SCDMA 標(biāo)準(zhǔn)是由中國信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院(CATT)和德國西門子公司合作開發(fā)的。2000年5月5日,在國際電信聯(lián)盟(ITU)會(huì)議上,由信息產(chǎn)業(yè)部代表我國向ITU提交的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn),被ITU正式采納,成為國際承認(rèn)的3G系例標(biāo)準(zhǔn)之一。TD-SCDMA是中國提出的第三代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其目標(biāo)是要建立一個(gè)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的“三高”即高技術(shù)、高靈活性和高經(jīng)濟(jì)效率的最先進(jìn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)。?
2 TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)主要特點(diǎn)?
2.1采用TDD模式?
??? TD-SCDMA系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是采用了TDD模式。與FDD模式需要成對頻譜相比,TDD上下行信道工作在同一頻率上,通過不同的時(shí)間段來分割和區(qū)分上下行業(yè)務(wù),其靈活的上行下行切換點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)非對稱業(yè)務(wù),最大限度地利用頻譜資源,這是FDD技術(shù)所無法做到的。因此在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上有很大的優(yōu)越性,如對稱業(yè)務(wù)(語音和多媒體)和不對稱業(yè)務(wù)(包交換和因特網(wǎng))等。因此,在同樣的頻率上,TD-SCDMA可支持更多用戶,將為運(yùn)營商帶來更豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。?
2.2 所需頻寬較窄?
??? 由于TD-SCDMA系統(tǒng)采用了低碼片速率,其頻寬僅為1.6MHz,是其它兩種技術(shù)所需頻寬的1/3。從第一、二代移動(dòng)技術(shù)頻譜逐漸向第三代過渡后,第一、二代頻譜會(huì)逐漸空出來,TD-SCDMA可重新利用原有的頻帶,只要滿足一個(gè)載波的頻段1.6MHz就可使用。TD-SCDMA因其頻寬較窄的優(yōu)勢,加之可以“見縫插針”, 靈活有效地利用現(xiàn)有的頻率資源,更易被采納。?
2.3采用多項(xiàng)尖端技術(shù)?
??? 一批尖端技術(shù)(如:聯(lián)合檢測、智能天線、同步CDMA、軟件無線電等)在TD-SCDMA中得到了充分的體現(xiàn),而這些技術(shù)在W-CDMA和CDMA-2000中是沒有的。由于這些技術(shù)在未來第四代移動(dòng)通信中是必須考慮的,目前,其它兩種技術(shù)正在向這些方面發(fā)展。由此可見,TD-SCDMA是極有前景的技術(shù)。?
3 TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)?
??? TD-SCDMA提案之所以被國際電信聯(lián)盟接受,除了TD-SCDMA具備CDMA? TDD的所有特點(diǎn)外,還采用了以下關(guān)鍵技術(shù)。?
3.1 多址技術(shù)?
為了讓用戶能夠共享同一個(gè)資源,在公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)中,都設(shè)法利用各方面的資源,設(shè)計(jì)出高效率的多址技術(shù)來滿足要求。目前能考慮的資源是頻率、時(shí)間和波形(碼)。而TD-SCDMA是FDMA、TDMA和CDMA這三種技術(shù)的綜合。?
??? 此外,TD-SCDMA正在研究另一種多址技術(shù):空分多址(SDMA)技術(shù)。SDMA是基于智能天線技術(shù),用波束賦形來分隔不同方向的用戶,使同一組資源可以在不同方向上復(fù)用。因而空分多址將可能成倍地提高系統(tǒng)的容量。?
3.2 高效信道編譯碼技術(shù)?
??? TD-SCDMA擴(kuò)頻技術(shù)在克服多徑衰落以提供高質(zhì)量的傳輸信道方面有很好的作用,但卻存在頻譜效率非常低的缺點(diǎn)。因此3G系統(tǒng)必須采用另一個(gè)核心技術(shù)即信道編譯碼技術(shù)以進(jìn)一步改善通信質(zhì)量。現(xiàn)在用于克服衰落效應(yīng)采用的主要技術(shù)是前向信道糾錯(cuò)編碼和交織技術(shù)。編碼和交織都極大地依賴于信道的特征和業(yè)務(wù)需求。不僅對業(yè)務(wù)信道和控制信道采用不同的編碼和交織技術(shù),而且對于同一信道的不同業(yè)務(wù)也采用不同的編碼和交織技術(shù)。?
3.3 功率控制技術(shù)?
??? 在CDMA系統(tǒng)中,由于用戶共用相同的頻帶,且各用戶的擴(kuò)頻碼之間存在著非理想的相關(guān)特性,用戶發(fā)射功率的大小將直接影響系統(tǒng)的總?cè)萘?從而使得功率控制技術(shù)成為CDMA系統(tǒng)中最為重要的核心技術(shù)之一。CDMA系統(tǒng)有一套精確的功率控制方法,即開環(huán)、閉環(huán)和外環(huán)三種功率控制技術(shù)。開環(huán)功率控制用于確定用戶的初始發(fā)射功率,或用戶接收功率發(fā)生突變時(shí)的發(fā)射功率調(diào)節(jié)。閉環(huán)功率控制可較好地解決因上、下行信道電波功率的不對稱性;而精確性難以保證的問題,通過對接收功率測量值與信干比門限值的對比,確定功率控制比特信息,然后通過信道把功率控制比特信息傳送到發(fā)射端,并據(jù)此調(diào)節(jié)發(fā)射功率的大小。外環(huán)功率控制技術(shù)是通過對接收誤幀率的計(jì)算,確定閉環(huán)功率控制所需的信干比門限。正是由于這些精確的功率控制,才使CDMA手機(jī)能保持適當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率。?
3.4 智能天線技術(shù)?
??? 從本質(zhì)上來說,智能天線技術(shù)是雷達(dá)系統(tǒng)自適應(yīng)天線陣在通信系統(tǒng)中的新應(yīng)用。智能天線系統(tǒng)由一個(gè)多天線陣、相干接收機(jī)和高級數(shù)字信號處理算法組成。與僅有一個(gè)固定波束的傳統(tǒng)天線比較,智能天線能有效地形成多波束賦型,每一個(gè)波束指向一個(gè)特定的用戶且能自適應(yīng)地跟蹤任何移動(dòng)用戶。如此特點(diǎn)使得在接收側(cè)實(shí)現(xiàn)空間選擇性分集,提高了接收靈敏度,減少了不同位置的同道用戶的同道干擾,抵消了多徑衰落和增加了上行容量。在發(fā)送側(cè),智能的空間選擇波束成形傳送降低了輸出功率要求,減少了同道干擾和提高了下行容量,從而提高系統(tǒng)容量。?
3.5接力切換技術(shù)?
??? TD-SCDMA系統(tǒng)提出了接力切換的概念,它不同于硬切換和軟切換,是一種嶄新的切換技術(shù),是基于同步碼分多址技術(shù)和智能天線的結(jié)合技術(shù)。在移動(dòng)系統(tǒng)中,對于移動(dòng)用戶的準(zhǔn)確定位一直是人們追求的目標(biāo)。TD-SCDMA系統(tǒng)可以利用天線陣列和同步碼分多址技術(shù)中碼片周期的精巧測定,得出用戶的大體位置;在手機(jī)輔助之下,伺服的基站根據(jù)周圍空中傳播條件和信號質(zhì)量,命令手機(jī)切換到信號更為優(yōu)良的基站。它可以對整個(gè)基站網(wǎng)絡(luò)的容量進(jìn)行動(dòng)態(tài)地優(yōu)化分配,也可以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的切換,大大提高了系統(tǒng)容量。?
3.6 軟件無線電技術(shù)?
??? 軟件無線電臺是一種波形可編程、多頻段、多模式的無線電臺,其最大的優(yōu)點(diǎn)是基于同樣的硬件環(huán)境,針對不同功能采用不同的軟件來實(shí)施,其系統(tǒng)升級、多種模式的運(yùn)行可以自適應(yīng)地完成。其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用A/D和D/A轉(zhuǎn)換器,在通用的硬件平臺上,盡可能通過軟件來定義無線電的功能,以軟件方式替代硬件實(shí)施信號處理,實(shí)時(shí)配置信號波形。軟件無線電可以解決多種通信標(biāo)準(zhǔn)及頻譜擁擠的問題,以達(dá)到多種通信頻段、多種信道調(diào)制及多種數(shù)據(jù)格式的互操作性。?
3.7 聯(lián)合檢測技術(shù)?
??? 聯(lián)合檢測技術(shù)也就是“多用戶干擾”抑制技術(shù),是一項(xiàng)消除和減輕多用戶干擾的主要技術(shù),是TD-SCDMA系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)之一。在傳統(tǒng)的CDMA接收機(jī)中,各個(gè)用戶的接收是相互獨(dú)立進(jìn)行的。在多徑衰落環(huán)境下,由于各個(gè)用戶之間所用的擴(kuò)頻碼通常難以保持正交,因而造成多個(gè)用戶之間的相互干擾,并限制系統(tǒng)容量的提高,這就需要使用多用戶檢測技術(shù)。多用戶檢測的基本思想就是把所有用戶的信號都當(dāng)作有用信號而不是干擾信號來處理,這樣可以充分利用每個(gè)用戶信號的用戶碼、幅度、定時(shí)、延遲等信息,從而大幅度地降低多徑多址干擾。?
4 TD-SCDMA系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)?
??? TD-SCDMA作為第三代的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),其市場份額有多大,主要取決于以下幾點(diǎn):?
??? (1)TD-SCDMA具有中國的知識產(chǎn)權(quán),并已被ITU及3GPP所采納。如果在全世界商用,最大的受益者當(dāng)屬中國的通信產(chǎn)業(yè)。國內(nèi)的制造商不僅可以用自己的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)占領(lǐng)國內(nèi)的市場,而且還能將其推向世界,使其成為中國的又一出口工業(yè)。當(dāng)然,TD-SCDMA在國際上的成功首先應(yīng)取決于在中國的成功,這一點(diǎn)是至關(guān)重要的。?
??? (2)TD-SCDMA是否成功,取決于其產(chǎn)品是否較之其它標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品更具有競爭力。這不僅體現(xiàn)在技術(shù)上,同時(shí)也取決于產(chǎn)品的價(jià)位和業(yè)務(wù)功能。產(chǎn)品必須具有競爭力才會(huì)被大眾所接受,因此雖然TD-SCDMA具有許多優(yōu)勢,但最終還需要經(jīng)過商用試驗(yàn)予以證實(shí)。?
??? (3)眾多廠商的參與是TD-SCDMA成功的另一關(guān)鍵。多家參與必然會(huì)減少研發(fā)和生產(chǎn)的投資,降低風(fēng)險(xiǎn),引人競爭,使最終用戶收益。?
5 TD-SCDMA系統(tǒng)的發(fā)展前景?
??? (1)TD-SCDMA之所以能夠被ITU接納并受到世界的矚目,其主要原因在于它采用了許多獨(dú)有的先進(jìn)技術(shù),如聯(lián)合檢測、智能天線、同步CDMA、軟件無線電等,而這些技術(shù)在W-CDMA和CDMA-2000中是沒有的。由于這些技術(shù)在未來第四代移動(dòng)通信中是必須考慮的,目前,其它兩種技術(shù)正在向這些方面發(fā)展。?
??? (2)上述新技術(shù)的綜合使用,不僅可以高效率地滿足不對稱業(yè)務(wù)需要,簡化硬件設(shè)備,降低產(chǎn)品成本和價(jià)格,而且可以充分利用不對稱的頻譜資源,大大提高了頻譜利用率。?
??? (3)在如何利用好我國現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)資源、降低營運(yùn)商的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)方面,TD-SCDMA系統(tǒng)是最好的選擇。在向第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)過渡時(shí),原有的GSM無線基站完全可以繼續(xù)使用,其總的投資也低于其它的3G標(biāo)準(zhǔn)。這為及早地開展3G業(yè)務(wù),早日產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造了條件。?
??? TD-SCDMA具有中國的知識產(chǎn)權(quán),并已被ITU及3GPP所采納。2000年4月11日,全球首次TD-SCDMA通話演示在大唐電信集團(tuán)成功舉行,表明我國在發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)化方面取得了歷史性重大突破。目前,TD-SCDMA系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工作已基本完成。隨著系統(tǒng)中軟硬件的逐步加載,TD-SCDMA系統(tǒng)將陸續(xù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、多媒體圖像等高速數(shù)據(jù)傳輸功能。預(yù)計(jì)具有第三代移動(dòng)通信功能的TD-SCDMA商用基站系統(tǒng)將于2002年上半年提供,人類通信的新時(shí)代即將到來。?
參考文獻(xiàn)?
1 張 煦.21世紀(jì)通信技術(shù)發(fā)展趨勢.上海:電子技術(shù)，2001(1)?
2 吳偉陵編著. 移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù). 北京:北京郵電大學(xué)出版社， 2000?
3 楊 驊，李世鶴.第三代移動(dòng)通信與中國提案TD-SCDMA.北京:電信技術(shù),2001(1)?
4 周 寰. TD-SCDMA——第三代移動(dòng)通信技術(shù).廣州:移動(dòng)通信， 2001(5)