摘  要: 我国第三代移动通信TD-SCDMA系统的特点及其关键技术,TD-SCDMA系统在当今3G中的优势,简述其目前的研究状况、所面临的挑战及发展前景。  

    关键词: 3G TD-SCDMA  智能天线  联合检测  软件无线电

1 TD-SCDMA移动通信系统概述 

    TD-SCDMA 标准是由中国信息产业部电信科学技术研究院(CATT)和德国西门子公司合作开发的。2000年5月5日,在国际电信联盟(ITU)会议上,由信息产业部代表我国向ITU提交的TD-SCDMA标准,被ITU正式采纳,成为国际承认的3G系例标准之一。TD-SCDMA是中国提出的第三代移动通信技术标准,其目标是要建立一个具有我国自主知识产权的“三高”即高技术、高灵活性和高经济效率的最先进的移动通信系统。 

2 TD-SCDMA移动通信系统主要特点 

2.1采用TDD模式 

    TD-SCDMA系统的最大特点是采用了TDD模式。与FDD模式需要成对频谱相比,TDD上下行信道工作在同一频率上,通过不同的时间段来分割和区分上下行业务,其灵活的上行下行切换点可实现非对称业务,最大限度地利用频谱资源,这是FDD技术所无法做到的。因此在数据业务上有很大的优越性,如对称业务(语音和多媒体)和不对称业务(包交换和因特网)等。因此,在同样的频率上,TD-SCDMA可支持更多用户,将为运营商带来更丰厚的经济效益。 

2.2 所需频宽较窄 

    由于TD-SCDMA系统采用了低码片速率,其频宽仅为1.6MHz,是其它两种技术所需频宽的1/3。从第一、二代移动技术频谱逐渐向第三代过渡后,第一、二代频谱会逐渐空出来,TD-SCDMA可重新利用原有的频带,只要满足一个载波的频段1.6MHz就可使用。TD-SCDMA因其频宽较窄的优势,加之可以“见缝插针”, 灵活有效地利用现有的频率资源,更易被采纳。 

2.3采用多项尖端技术 

    一批尖端技术(如:联合检测、智能天线、同步CDMA、软件无线电等)在TD-SCDMA中得到了充分的体现,而这些技术在W-CDMA和CDMA-2000中是没有的。由于这些技术在未来第四代移动通信中是必须考虑的,目前,其它两种技术正在向这些方面发展。由此可见,TD-SCDMA是极有前景的技术。 

3 TD-SCDMA移动通信系统关键技术 

    TD-SCDMA提案之所以被国际电信联盟接受,除了TD-SCDMA具备CDMA  TDD的所有特点外,还采用了以下关键技术。 

3.1 多址技术 

为了让用户能够共享同一个资源,在公众移动通信系统中,都设法利用各方面的资源,设计出高效率的多址技术来满足要求。目前能考虑的资源是频率、时间和波形(码)。而TD-SCDMA是FDMA、TDMA和CDMA这三种技术的综合。 

    此外,TD-SCDMA正在研究另一种多址技术:空分多址(SDMA)技术。SDMA是基于智能天线技术,用波束赋形来分隔不同方向的用户,使同一组资源可以在不同方向上复用。因而空分多址将可能成倍地提高系统的容量。 

3.2 高效信道编译码技术 

    TD-SCDMA扩频技术在克服多径衰落以提供高质量的传输信道方面有很好的作用,但却存在频谱效率非常低的缺点。因此3G系统必须采用另一个核心技术即信道编译码技术以进一步改善通信质量。现在用于克服衰落效应采用的主要技术是前向信道纠错编码和交织技术。编码和交织都极大地依赖于信道的特征和业务需求。不仅对业务信道和控制信道采用不同的编码和交织技术,而且对于同一信道的不同业务也采用不同的编码和交织技术。 

3.3 功率控制技术 

    在CDMA系统中,由于用户共用相同的频带,且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性,用户发射功率的大小将直接影响系统的总容量,从而使得功率控制技术成为CDMA系统中最为重要的核心技术之一。CDMA系统有一套精确的功率控制方法,即开环、闭环和外环三种功率控制技术。开环功率控制用于确定用户的初始发射功率,或用户接收功率发生突变时的发射功率调节。闭环功率控制可较好地解决因上、下行信道电波功率的不对称性;而精确性难以保证的问题,通过对接收功率测量值与信干比门限值的对比,确定功率控制比特信息,然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端,并据此调节发射功率的大小。外环功率控制技术是通过对接收误帧率的计算,确定闭环功率控制所需的信干比门限。正是由于这些精确的功率控制,才使CDMA手机能保持适当的发射功率。 

3.4 智能天线技术 

    从本质上来说,智能天线技术是雷达系统自适应天线阵在通信系统中的新应用。智能天线系统由一个多天线阵、相干接收机和高级数字信号处理算法组成。与仅有一个固定波束的传统天线比较,智能天线能有效地形成多波束赋型,每一个波束指向一个特定的用户且能自适应地跟踪任何移动用户。如此特点使得在接收侧实现空间选择性分集,提高了接收灵敏度,减少了不同位置的同道用户的同道干扰,抵消了多径衰落和增加了上行容量。在发送侧,智能的空间选择波束成形传送降低了输出功率要求,减少了同道干扰和提高了下行容量,从而提高系统容量。 

3.5接力切换技术 

    TD-SCDMA系统提出了接力切换的概念,它不同于硬切换和软切换,是一种崭新的切换技术,是基于同步码分多址技术和智能天线的结合技术。在移动系统中,对于移动用户的准确定位一直是人们追求的目标。TD-SCDMA系统可以利用天线阵列和同步码分多址技术中码片周期的精巧测定,得出用户的大体位置;在手机辅助之下,伺服的基站根据周围空中传播条件和信号质量,命令手机切换到信号更为优良的基站。它可以对整个基站网络的容量进行动态地优化分配,也可以实现不同系统之间的切换,大大提高了系统容量。 

3.6 软件无线电技术 

    软件无线电台是一种波形可编程、多频段、多模式的无线电台,其最大的优点是基于同样的硬件环境,针对不同功能采用不同的软件来实施,其系统升级、多种模式的运行可以自适应地完成。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用A/D和D/A转换器,在通用的硬件平台上,尽可能通过软件来定义无线电的功能,以软件方式替代硬件实施信号处理,实时配置信号波形。软件无线电可以解决多种通信标准及频谱拥挤的问题,以达到多种通信频段、多种信道调制及多种数据格式的互操作性。 

3.7 联合检测技术 

    联合检测技术也就是“多用户干扰”抑制技术,是一项消除和减轻多用户干扰的主要技术,是TD-SCDMA系统中关键技术之一。在传统的CDMA接收机中,各个用户的接收是相互独立进行的。在多径衰落环境下,由于各个用户之间所用的扩频码通常难以保持正交,因而造成多个用户之间的相互干扰,并限制系统容量的提高,这就需要使用多用户检测技术。多用户检测的基本思想就是把所有用户的信号都当作有用信号而不是干扰信号来处理,这样可以充分利用每个用户信号的用户码、幅度、定时、延迟等信息,从而大幅度地降低多径多址干扰。 

4 TD-SCDMA系统面临的挑战 

    TD-SCDMA作为第三代的一个标准,其市场份额有多大,主要取决于以下几点: 

    (1)TD-SCDMA具有中国的知识产权,并已被ITU及3GPP所采纳。如果在全世界商用,最大的受益者当属中国的通信产业。国内的制造商不仅可以用自己的技术和产业占领国内的市场,而且还能将其推向世界,使其成为中国的又一出口工业。当然,TD-SCDMA在国际上的成功首先应取决于在中国的成功,这一点是至关重要的。 

    (2)TD-SCDMA是否成功,取决于其产品是否较之其它标准的产品更具有竞争力。这不仅体现在技术上,同时也取决于产品的价位和业务功能。产品必须具有竞争力才会被大众所接受,因此虽然TD-SCDMA具有许多优势,但最终还需要经过商用试验予以证实。 

    (3)众多厂商的参与是TD-SCDMA成功的另一关键。多家参与必然会减少研发和生产的投资,降低风险,引人竞争,使最终用户收益。 

5 TD-SCDMA系统的发展前景 

    (1)TD-SCDMA之所以能够被ITU接纳并受到世界的瞩目,其主要原因在于它采用了许多独有的先进技术,如联合检测、智能天线、同步CDMA、软件无线电等,而这些技术在W-CDMA和CDMA-2000中是没有的。由于这些技术在未来第四代移动通信中是必须考虑的,目前,其它两种技术正在向这些方面发展。 

    (2)上述新技术的综合使用,不仅可以高效率地满足不对称业务需要,简化硬件设备,降低产品成本和价格,而且可以充分利用不对称的频谱资源,大大提高了频谱利用率。 

    (3)在如何利用好我国现有的GSM系统资源、降低营运商的技术风险和商业风险方面,TD-SCDMA系统是最好的选择。在向第三代移动通信网络过渡时,原有的GSM无线基站完全可以继续使用,其总的投资也低于其它的3G标准。这为及早地开展3G业务,早日产生经济效益创造了条件。 

    TD-SCDMA具有中国的知识产权,并已被ITU及3GPP所采纳。2000年4月11日,全球首次TD-SCDMA通话演示在大唐电信集团成功举行,表明我国在发展具有自主知识产权的第三代移动通信产业化方面取得了历史性重大突破。目前,TD-SCDMA系统的软硬件开发工作已基本完成。随着系统中软硬件的逐步加载,TD-SCDMA系统将陆续实现数据、多媒体图像等高速数据传输功能。预计具有第三代移动通信功能的TD-SCDMA商用基站系统将于2002年上半年提供,人类通信的新时代即将到来。 

参考文献 

1 张 煦.21世纪通信技术发展趋势.上海:电子技术，2001(1) 

2 吴伟陵编著. 移动通信中的关键技术. 北京:北京邮电大学出版社， 2000 

3 杨 骅，李世鹤.第三代移动通信与中国提案TD-SCDMA.北京:电信技术,2001(1) 

4 周 寰. TD-SCDMA——第三代移动通信技术.广州:移动通信， 2001(5)