??? 摘? 要: 我國第三代移動通信TD-SCDMA系統的特點及其關鍵技術,TD-SCDMA系統在當今3G中的優勢,簡述其目前的研究狀況、所面臨的挑戰及發展前景。 ?
??? 關鍵詞: 3G TD-SCDMA? 智能天線? 聯合檢測? 軟件無線電
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1 TD-SCDMA移動通信系統概述?
??? TD-SCDMA 標準是由中國信息產業部電信科學技術研究院(CATT)和德國西門子公司合作開發的。2000年5月5日,在國際電信聯盟(ITU)會議上,由信息產業部代表我國向ITU提交的TD-SCDMA標準,被ITU正式采納,成為國際承認的3G系例標準之一。TD-SCDMA是中國提出的第三代移動通信技術標準,其目標是要建立一個具有我國自主知識產權的“三高”即高技術、高靈活性和高經濟效率的最先進的移動通信系統。?
2 TD-SCDMA移動通信系統主要特點?
2.1采用TDD模式?
??? TD-SCDMA系統的最大特點是采用了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,通過不同的時間段來分割和區分上下行業務,其靈活的上行下行切換點可實現非對稱業務,最大限度地利用頻譜資源,這是FDD技術所無法做到的。因此在數據業務上有很大的優越性,如對稱業務(語音和多媒體)和不對稱業務(包交換和因特網)等。因此,在同樣的頻率上,TD-SCDMA可支持更多用戶,將為運營商帶來更豐厚的經濟效益。?
2.2 所需頻寬較窄?
??? 由于TD-SCDMA系統采用了低碼片速率,其頻寬僅為1.6MHz,是其它兩種技術所需頻寬的1/3。從第一、二代移動技術頻譜逐漸向第三代過渡后,第一、二代頻譜會逐漸空出來,TD-SCDMA可重新利用原有的頻帶,只要滿足一個載波的頻段1.6MHz就可使用。TD-SCDMA因其頻寬較窄的優勢,加之可以“見縫插針”, 靈活有效地利用現有的頻率資源,更易被采納。?
2.3采用多項尖端技術?
??? 一批尖端技術(如:聯合檢測、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,而這些技術在W-CDMA和CDMA-2000中是沒有的。由于這些技術在未來第四代移動通信中是必須考慮的,目前,其它兩種技術正在向這些方面發展。由此可見,TD-SCDMA是極有前景的技術。?
3 TD-SCDMA移動通信系統關鍵技術?
??? TD-SCDMA提案之所以被國際電信聯盟接受,除了TD-SCDMA具備CDMA? TDD的所有特點外,還采用了以下關鍵技術。?
3.1 多址技術?
為了讓用戶能夠共享同一個資源,在公眾移動通信系統中,都設法利用各方面的資源,設計出高效率的多址技術來滿足要求。目前能考慮的資源是頻率、時間和波形(碼)。而TD-SCDMA是FDMA、TDMA和CDMA這三種技術的綜合。?
??? 此外,TD-SCDMA正在研究另一種多址技術:空分多址(SDMA)技術。SDMA是基于智能天線技術,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用。因而空分多址將可能成倍地提高系統的容量。?
3.2 高效信道編譯碼技術?
??? TD-SCDMA擴頻技術在克服多徑衰落以提供高質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。因此3G系統必須采用另一個核心技術即信道編譯碼技術以進一步改善通信質量。現在用于克服衰落效應采用的主要技術是前向信道糾錯編碼和交織技術。編碼和交織都極大地依賴于信道的特征和業務需求。不僅對業務信道和控制信道采用不同的編碼和交織技術,而且對于同一信道的不同業務也采用不同的編碼和交織技術。?
3.3 功率控制技術?
??? 在CDMA系統中,由于用戶共用相同的頻帶,且各用戶的擴頻碼之間存在著非理想的相關特性,用戶發射功率的大小將直接影響系統的總容量,從而使得功率控制技術成為CDMA系統中最為重要的核心技術之一。CDMA系統有一套精確的功率控制方法,即開環、閉環和外環三種功率控制技術。開環功率控制用于確定用戶的初始發射功率,或用戶接收功率發生突變時的發射功率調節。閉環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射端,并據此調節發射功率的大小。外環功率控制技術是通過對接收誤幀率的計算,確定閉環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手機能保持適當的發射功率。?
3.4 智能天線技術?
??? 從本質上來說,智能天線技術是雷達系統自適應天線陣在通信系統中的新應用。智能天線系統由一個多天線陣、相干接收機和高級數字信號處理算法組成。與僅有一個固定波束的傳統天線比較,智能天線能有效地形成多波束賦型,每一個波束指向一個特定的用戶且能自適應地跟蹤任何移動用戶。如此特點使得在接收側實現空間選擇性分集,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。在發送側,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,從而提高系統容量。?
3.5接力切換技術?
??? TD-SCDMA系統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,是基于同步碼分多址技術和智能天線的結合技術。在移動系統中,對于移動用戶的準確定位一直是人們追求的目標。TD-SCDMA系統可以利用天線陣列和同步碼分多址技術中碼片周期的精巧測定,得出用戶的大體位置;在手機輔助之下,伺服的基站根據周圍空中傳播條件和信號質量,命令手機切換到信號更為優良的基站。它可以對整個基站網絡的容量進行動態地優化分配,也可以實現不同系統之間的切換,大大提高了系統容量。?
3.6 軟件無線電技術?
??? 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,其最大的優點是基于同樣的硬件環境,針對不同功能采用不同的軟件來實施,其系統升級、多種模式的運行可以自適應地完成。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施信號處理,實時配置信號波形。軟件無線電可以解決多種通信標準及頻譜擁擠的問題,以達到多種通信頻段、多種信道調制及多種數據格式的互操作性。?
3.7 聯合檢測技術?
??? 聯合檢測技術也就是“多用戶干擾”抑制技術,是一項消除和減輕多用戶干擾的主要技術,是TD-SCDMA系統中關鍵技術之一。在傳統的CDMA接收機中,各個用戶的接收是相互獨立進行的。在多徑衰落環境下,由于各個用戶之間所用的擴頻碼通常難以保持正交,因而造成多個用戶之間的相互干擾,并限制系統容量的提高,這就需要使用多用戶檢測技術。多用戶檢測的基本思想就是把所有用戶的信號都當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用戶信號的用戶碼、幅度、定時、延遲等信息,從而大幅度地降低多徑多址干擾。?
4 TD-SCDMA系統面臨的挑戰?
??? TD-SCDMA作為第三代的一個標準,其市場份額有多大,主要取決于以下幾點:?
??? (1)TD-SCDMA具有中國的知識產權,并已被ITU及3GPP所采納。如果在全世界商用,最大的受益者當屬中國的通信產業。國內的制造商不僅可以用自己的技術和產業占領國內的市場,而且還能將其推向世界,使其成為中國的又一出口工業。當然,TD-SCDMA在國際上的成功首先應取決于在中國的成功,這一點是至關重要的。?
??? (2)TD-SCDMA是否成功,取決于其產品是否較之其它標準的產品更具有競爭力。這不僅體現在技術上,同時也取決于產品的價位和業務功能。產品必須具有競爭力才會被大眾所接受,因此雖然TD-SCDMA具有許多優勢,但最終還需要經過商用試驗予以證實。?
??? (3)眾多廠商的參與是TD-SCDMA成功的另一關鍵。多家參與必然會減少研發和生產的投資,降低風險,引人競爭,使最終用戶收益。?
5 TD-SCDMA系統的發展前景?
??? (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有的先進技術,如聯合檢測、智能天線、同步CDMA、軟件無線電等,而這些技術在W-CDMA和CDMA-2000中是沒有的。由于這些技術在未來第四代移動通信中是必須考慮的,目前,其它兩種技術正在向這些方面發展。?
??? (2)上述新技術的綜合使用,不僅可以高效率地滿足不對稱業務需要,簡化硬件設備,降低產品成本和價格,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有的GSM系統資源、降低營運商的技術風險和商業風險方面,TD-SCDMA系統是最好的選擇。在向第三代移動通信網絡過渡時,原有的GSM無線基站完全可以繼續使用,其總的投資也低于其它的3G標準。這為及早地開展3G業務,早日產生經濟效益創造了條件。?
??? TD-SCDMA具有中國的知識產權,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成功舉行,表明我國在發展具有自主知識產權的第三代移動通信產業化方面取得了歷史性重大突破。目前,TD-SCDMA系統的軟硬件開發工作已基本完成。隨著系統中軟硬件的逐步加載,TD-SCDMA系統將陸續實現數據、多媒體圖像等高速數據傳輸功能。預計具有第三代移動通信功能的TD-SCDMA商用基站系統將于2002年上半年提供,人類通信的新時代即將到來。?
參考文獻?
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