TD-SCDMA通信系統(tǒng)及其關鍵技術

一 第三代移動通信系統(tǒng)

1985年，國際電信聯(lián)盟（ITU）成立了ITU-R TG8/1工作組，開始研究第三代移動通信系統(tǒng)（3G），當時稱為未來公共陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS）。1996年，ITU將3G由原先的FPLMTS正式命名為IMT-2000，同時繼承并進一步加強了其研究內(nèi)容。近些年來，3G始終是人們關注的熱點。IMT-2000的目的在于為用戶提供高速數(shù)據(jù)傳輸、Internet訪問、移動視頻業(yè)務和多媒體服務，同時支持全球漫游特性。在IMT-2000的標準體系中，WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA是最具優(yōu)勢的三個主流標準。

二 TD-SCDMA通信系統(tǒng)

TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，時分同步碼分多址）是由中國無線通信標準化組織（CWTS）制定的3G無線通信標準。TD-SCDMA標準是由我國信息產(chǎn)業(yè)部電信科學技術研究院（CATT）和Siemens合作開發(fā)的，是FDMA、TDMA和CDMA這三種基本傳輸模式的靈活結合，具有系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強等特點。其核心網(wǎng)基于GSM-MAP，同時可通過網(wǎng)絡擴展方式提供基于ANSI-41的運行能力。表1為TD-SCDMA標準概況。

表1 TD-SCDMA標準概況

復用方式 TDD
基本帶寬 1.6MHz
無線幀長 10ms（分為兩個5ms子幀）
子幀結構 7個常規(guī)時隙和3個特殊時隙
碼片速率 1.28Mcps
數(shù)據(jù)傳輸速率 12.2kbps、64kbps、144kbps、384kbps，最大2Mbps
載頻帶寬 1880～1920、2010～2025、2200～2300MHz

TD-SCDMA系統(tǒng)特別適合于在城市人口密集區(qū)提供高密度大容量話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務。系統(tǒng)可以單獨運營，也可與其它無線接入技術配合使用。

目前，世界主要的移動通信設備開發(fā)商都十分看好作為中國具有技術和知識產(chǎn)權優(yōu)勢的TD-SCDMA技術，我國政府主管部門長期以來對TD-SCDMA的發(fā)展給予了巨大的支持，運營商也對TD-SCDMA的發(fā)展給予了長期的關注和支持。因此深入研究TD-SCDMA基帶關鍵技術以及相關算法的穩(wěn)健性、復雜度等，使其盡快得到實際應用，是目前迫切需要解決的問題。

三 TD-SCDMA關鍵技術

TD-SCDMA的關鍵技術主要集中在基帶部分，如智能天線技術、聯(lián)合檢測技術、同步技術、動態(tài)信道分配技術、軟切換技術、無線網(wǎng)絡技術、功率控制技術、軟件無線電技術、信道估計與補償技術等。這里僅簡要介紹智能天線技術和聯(lián)合檢測技術。

1．智能天線技術

智能天線（Smart Antenna，SA）利用信號傳輸?shù)目臻g特性和數(shù)字信號處理技術，通過先進的算法處理，對基站的接收和發(fā)射波束進行波束形成和賦形，從而達到降低干擾、增加容量、擴大覆蓋、改善通信質(zhì)量、降低發(fā)射功率和提高無線數(shù)據(jù)傳輸速率的目的。

智能天線通常包括多波束智能天線和自適應智能天線。多波束智能天線采取準動態(tài)預多波束切換方式，利用多個不同固定指向的波束覆蓋整個用戶區(qū)，隨著用戶在小區(qū)中的移動，基站選擇其中最合適的波束，從而增強接收信號的強度。自適應智能天線采取全自適應陣列自動跟蹤方式，通過不同自適應調(diào)整各個天線單元的加權值，達到形成若干自適應波束，同時自動跟蹤若干個用戶的目的，能夠對當前的傳輸環(huán)境進行最大可能匹配。

在第三代移動通信系統(tǒng)中，TD-SCDMA是應用智能天線技術的典型范例。TD-SCDMA系統(tǒng)采用TDD方式，使上下射頻信道完全對稱，可同時解決諸如天線上下行波束賦形、抗多徑干擾和抗多址干擾等問題。該系統(tǒng)具有精確定位功能，可實現(xiàn)接力切換，減少信道資源浪費。

2．聯(lián)合檢測技術

聯(lián)合檢測（Joint Detection，JD）技術是在多用戶檢測（Multi-User Detection，MUD）技術基礎上提出的。該技術是減弱或消除多址干擾、多徑干擾和遠近效應的有效手段，能夠簡化功率控制，降低功率控制精度，彌補正交擴頻碼互相關性不理想所帶來的消極影響，從而改善系統(tǒng)性能、提高系統(tǒng)容量、增大小區(qū)覆蓋范圍。

聯(lián)合檢測技術已被納入第三代移動通信系統(tǒng)的關鍵技術體系中。我國向國際電信聯(lián)盟（ITU）提交的TD-SCDMA第一次提出以智能天線為核心技術的CDMA通信系統(tǒng)，同時采用聯(lián)合檢測技術，實現(xiàn)了智能天線和聯(lián)合檢測技術的有機結合。由于各種技術因素的制約，聯(lián)合檢測技術只能在基站中實現(xiàn)，隨著科學技術的不斷進步和發(fā)展，基站和終端都將可能采用聯(lián)合檢測算法以消除MAI和ISI這兩種干擾。

四 中興通訊關于TD-SCDMA的研究情況

中興通訊始終關注IMT-2000技術標準，全面開展對關鍵技術的研究工作，積極參與國際、國內(nèi)等各種規(guī)模的標準化活動。目前針對TD-SCDMA，中興通訊主要在Node B、核心網(wǎng)（CN）、無線網(wǎng)絡控制（RNC）等方面進行研發(fā)，已經(jīng)取得了許多令人滿意的階段性成果。由于篇幅有限，下面以Node B為例，簡述基帶算法仿真的部分研究情況。

在智能天線技術方面，目前重點研究自適應智能天線，而其中的核心就是自適應算法�？紤]到通信系統(tǒng)的實際情況，主要采用時間參考（TR）算法。TR算法又可分為非盲算法、盲算法和半盲算法。TR算法中的非盲算法是指需要訓練序列的算法，根據(jù)接收的訓練序列，按一定準則確定或逐漸調(diào)整權值，使智能天線輸出與已知輸入最大相關，如LMS、RLS等，非盲算法通常誤差較小，收斂速度也較快，但需浪費一定的系統(tǒng)資源。不需要訓練序列的盲算法則是基于信號的一些特性來確定加權矢量，其特點是能夠提高系統(tǒng)的頻譜利用率，但是算法復雜，如LS-DRMT。將二者結合的是一種半盲算法，即先用非盲算法確定初始權值，再用盲算法進行跟蹤和調(diào)整，不僅綜合了非盲算法和盲算法二者各自的優(yōu)點，而且與實際的通信系統(tǒng)相一致。中興通訊在全面深入分析的基礎上，正逐步提出適用性強、應用范圍廣的自適應算法。

在聯(lián)合檢測技術方面，聯(lián)合檢測技術是綜合利用均衡技術和多用戶檢測技術而形成的。其中算法有不同分類方法，按優(yōu)化準則可分為基于迫零（ZF）和最小均方誤差（MMSE）的算法，按判決反饋方法可分為線性和非線性算法，按矩陣求逆方法則可分為Cholesky、FFT、Schur算法等。中興通訊在系統(tǒng)研究上述算法的基礎上，不斷提出適合實際系統(tǒng)的聯(lián)合檢測算法，在與原算法性能相當?shù)那闆r下明顯降低運算量，工程應用前景良好。信道估計與補償技術是影響聯(lián)合檢測算法性能的關鍵因素之一，中興通訊從不同的角度出發(fā)，積極開展快衰變信道估計、多普勒頻偏估計與補償?shù)确矫娴难芯抗ぷ�，獲得了許多很有價值的研究成果，使系統(tǒng)的整體性能不斷提高。