TD-SCDMA移動通信的發展演變

2019-11-03 09:17:41

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李光高劍青
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　　[摘要] 本文描述了第三代移動通信系統的發展和3G頻譜劃分并敘述3G無線接口標準及其關鍵技術。

　　[關鍵詞] IMT-2000 3G空中接口參數關鍵技術

　　一．概述

　　IMT-2000是國際電信聯盟（ITN）提出的第三代移動通信系統。最早稱為未來公眾陸地移動通信系統（FPLMTS），其目的在于全球使用統一的頻率，統一的標準，實現全球漫游和提供多種業務。IMT-2000總共包括了5大標準體系，其中TD-SCDMA、WCDMA、和CDMA2000，這3個標準是主宰移動市場的航母。

　　在1999年是一個移動市場快速發展的一年，推動了3G的進程之路也是這一年，當時焦點之爭是愛立信為首的歐洲WCDMA和高通為代表美國CDMA2000的技術，在巴西會議上確定了給中國TD-SCDMA和TDD技術融合提供了舞臺，后在北京TG8/1會議上中國的TD-SCDMA技術有了初步地進展，于2000年舉行ITU-R2000年會上（RA-2000）最終批準通過被正式命名為IMT2000無線接口技術規范（M1457）。內容包括碼分多址（CDMA）和時分多址（TDMA）2類5種技術，其CDMA是主流技術，它包括頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）技術。TD-SCDMA是2種技術融合靈活應用。

　　3G的融合反映出移動業務全球化的需求，全球漫游也是3G的特點之一。它將主要基于寬帶CDMA技術，可使語音、數據、多媒體業務實現綜合并可實現全球一體化的個人通信。同時提供功能之四：提供更大的通信容量和覆蓋范圍；具有可變的高速數據率，在快速移動環境下最高數據率達144Kbit/s，在室內環境下最高2Mbit/s,在步行情況下為384KBIT/S速率；提供了高速電路交換和分組交換業務，終端均可同時使用多種業務；更有高的頻譜利用率，在我國TD-SCDMA技術上采用智能天線和多用戶聯合檢測技術，同時也劃分了3G的頻譜，其中FDD（包括WCDMA和CDMA2000）的上行使用為1920～1980MHZ,下行使用為2110～2170 MHZ；TDD方式（包括TD-SCDMA和UTRA TDD）使用2010～2075 MHZ，不區分上下行。

　　二．3G系統的無線接口標準。如表1所示：

　　如表1描述IMT-2000 CDMA DS是3GPP的WCDMA2000技術的直接擴頻部分（DS）融合的技術，稱為WCDMA。此標準將同時支持GSM MAP和ANSI-41兩個核心網絡；IMT-2000 CDMA MC即CDMA 2000。經過融合后只含多載波方式，即1X 、3X等；此標準將同時支持GSM MAP和ANSI-41兩個核心網絡；IMT-2000 CDMA TDD目前包括低碼片速率TD-SCDMA和高碼片速率UTRA TDD兩個技術。這兩個技術的物理層在3GPP內歸屬在同一文擋；IMT-2000 CDMA SC是在美國的IS-136基礎上發展的UMC-136標準，對美國的IS-136網有繼承性，屬于TDMA接入方式，雙工方式可以是FDD或TDD，此體制在北美以外沒有使用價值；IMT-2000 CDMA FDMA/TDMA是在歐洲DECT基礎上提出的EP-DECT，對于沒采用第二代DECT的地區沒有意義。

　　三．TD-SCDMA空中接口參數。如表2 所示：

　　四．關鍵技術

　　第三代移動通信系統是綜合以前移動的優點組合成了新的移動通信系統，系統提出了更高的技術要求，對其TD-SCDMA系統應用的關鍵技術論述如下：

　　4.1多用戶檢測（Multi-user detection）主要是指利用多個用戶碼元、時間、信號幅度以及相位等信息來聯合檢測單個用戶的信號，以達到較好的接收效果。最佳多用戶檢測的目標就是要找出輸出序列最大的輸入序列。對于同步系統，就是要找出函數最大的輸入序列。而使聯合檢測的頻譜利用率提高并在基站和用戶終端的功率控制部分更加簡單，更值得一提的是在不同智能天線情況下，通過聯合檢測就可在現存的GSM基礎設備是通過C=3的蜂窩再復用模式下使TD-SCDMA進行最終的結果是TD-SCDMA可以在1.6MHZ的低載波頻帶下通過。

　　4.2 Turbo編/譯碼(Turbo encode/decode)主要是由于Turbo碼譯碼采用軟輸出迭代譯碼算法，充分利用了譯碼輸出的軟信息。另外Turbo碼還采用了偽隨機交織器分隔的遞歸系統卷積碼（RSC）作為分量碼。交織碼除了抗信道突發錯誤外，還改變碼的重量分布，控制編碼序列的距離特性，使重量頻窄帶化。從而使Turbo碼的整體糾錯性能得以提高。但隨著Turbo碼關鍵技術研究的突破和硬件計算速度及工藝水平的提高，Turbo碼必將取代現在業已成熟的卷積編碼方法，成為第三代移動通信系統中高業務質量和高速率數據傳輸業務的最佳信道編碼方案。

　　4.3 軟件無線電(Software defined radio)它的基本原理就是將寬帶A/D和D/A轉換器近可能靠近天線處，從而以軟件來代替硬件實施信號處理。采用軟件無線電的優越性在于，基于同樣的硬件環境，采用不同的軟件就可以實現不同的功能。軟件無線電在TD-SCDMA系統中的應用是基站收發信機的校準等。

　　4.4 智能天線(Smart antenna) 智能天線也叫自適應天線，由多個天線單元組成，每一個天線后接一個復數加權器，最后用相加器進行合并輸出。這種結構的智能天線只能完成空域處理，同時具有空域、時域處理能力的智能天線在結構上相對復雜些，每個天線后接的是一個延時抽頭加權網絡（結構上與時域FIR均衡器相同）。自適應或智能的主要含義是指這些加權系數可以根據一定的自適應算法進行自適應更新調整；智能天線是一種安裝在基站現場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性TD-SCDMA智能天線的高效率是基于上行鏈路和下行鏈路的無線路徑的對稱性（無線環境和傳輸條件相同）而獲得的。此外，智能天線可減少小區間干擾也可減少小區內干擾。智能天線的這些特性可顯著提高移動通信系統的頻譜效率。具體而言TD-SCDMA 系統的智能天線是由8個天線單元的同心陣列組成的，直徑為25 cm。同全方向天線相比，他可獲得8 dB的增益。其原理是使一組天線和對應的收發信機按照一定的方式排列和激勵，利用波的干涉原理可以產生強方向性的輻射方向圖，使用DSP方法使主瓣自適應地指向移動臺方向，就可達到提高信號的載干比，降低發射功率等目的。智能天線的上述性能允許更為密集的頻率復用，使頻譜效率得以顯著地提高。如圖3所示：

　　總之，TD-SCDMA的關鍵技術還有接力切換，綜合采用多種多址方式，動態信道分配等技術，這里不一一介紹了，第三代移動通信是數字化、智能化、平面化的融合體，她的實現是把人類帶入自由通信時代的理想境界。我國提出百年之夢終于實現，同時也代表了國際上移動通信無線傳輸技術的發展方向。

　　參考文獻：

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　　[2] 劉嵐，吳微 TD-SCDMA的系統結構及關鍵技術 [J] 通信世界 2003 （12）

　　[3] 楊遠年大唐移動TD-SCDMA專輯 [J] 電信快報 2003 （1）

　　[4] 薛波，顏彪 TD-SCDMA的系統結構與關鍵技術 [J] 通信世界 2003 （12）

　　[5] 李光，高劍青 TD-SCDMA的系統指標測試方法 [J] 通信移動 2003 （8）

　　作者簡介：

　　李光（1976-），男，內蒙古人，職務/職稱，工程師,主要從事大唐電信的SP30CN、SP30iEXE、SP30前置交換機以及CISCO的路由器的調試和西門子LMT軟件從MS-BTS-BSC-TRAU-MSC的調試全過程。

　　高劍青（1982-），女，開封人，職務/職稱,工程師,主要從事ISO9001及QS9000和ISO14001，ISO18001，3C的標準咨詢與認證。聯系地址:西安太白南路363號影視大酒店郵編:710068 電話:029 87991098 13335389189

　　
由CHINA通信網組稿

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