TD-SCDMA通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)

一 第三代移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)（3G），當(dāng)時(shí)稱為未來公共陸地移動(dòng)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(shí)繼承并進(jìn)一步加強(qiáng)了其研究內(nèi)容。近些年來，3G始終是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。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(dòng)視頻業(yè)務(wù)和多媒體服務(wù)，同時(shí)支持全球漫游特性。在IMT-2000的標(biāo)準(zhǔn)體系中，WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA是最具優(yōu)勢的三個(gè)主流標(biāo)準(zhǔn)。

二 TD-SCDMA通信系統(tǒng)

TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，時(shí)分同步碼分多址）是由中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（CWTS）制定的3G無線通信標(biāo)準(zhǔn)。TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)是由我國信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)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(jié)合，具有系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。其核心網(wǎng)基于GSM-MAP，同時(shí)可通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式提供基于ANSI-41的運(yùn)行能力。表1為TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)概況。

表1 TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)概況

復(fù)用方式 TDD
基本帶寬 1.6MHz
無線幀長 10ms（分為兩個(gè)5ms子幀）
子幀結(jié)構(gòu) 7個(gè)常規(guī)時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)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(wù)。系統(tǒng)可以單獨(dú)運(yùn)營，也可與其它無線接入技術(shù)配合使用。

目前，世界主要的移動(dòng)通信設(shè)備開發(fā)商都十分看好作為中國具有技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢的TD-SCDMA技術(shù)，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(yùn)營商也對TD-SCDMA的發(fā)展給予了長期的關(guān)注和支持。因此深入研究TD-SCDMA基帶關(guān)鍵技術(shù)以及相關(guān)算法的穩(wěn)健性、復(fù)雜度等，使其盡快得到實(shí)際應(yīng)用，是目前迫切需要解決的問題。

三 TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)

TD-SCDMA的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在基帶部分，如智能天線技術(shù)、聯(lián)合檢測技術(shù)、同步技術(shù)、動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)、軟切換技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、功率控制技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、信道估計(jì)與補(bǔ)償技術(shù)等。這里僅簡要介紹智能天線技術(shù)和聯(lián)合檢測技術(shù)。

1．智能天線技術(shù)

智能天線（Smart Antenna，SA）利用信號(hào)傳輸?shù)目臻g特性和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，通過先進(jìn)的算法處理，對基站的接收和發(fā)射波束進(jìn)行波束形成和賦形，從而達(dá)到降低干擾、增加容量、擴(kuò)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(yīng)智能天線。多波束智能天線采取準(zhǔn)動(dòng)態(tài)預(yù)多波束切換方式，利用多個(gè)不同固定指向的波束覆蓋整個(gè)用戶區(qū)，隨著用戶在小區(qū)中的移動(dòng)，基站選擇其中最合適的波束，從而增強(qiáng)接收信號(hào)的強(qiáng)度。自適應(yīng)智能天線采取全自適應(yīng)陣列自動(dòng)跟蹤方式，通過不同自適應(yīng)調(diào)整各個(gè)天線單元的加權(quán)值，達(dá)到形成若干自適應(yīng)波束，同時(shí)自動(dòng)跟蹤若干個(gè)用戶的目的，能夠?qū)Ξ?dāng)前的傳輸環(huán)境進(jìn)行最大可能匹配。

在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，TD-SCDMA是應(yīng)用智能天線技術(shù)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(shí)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(shí)現(xiàn)接力切換，減少信道資源浪費(fèi)。

2．聯(lián)合檢測技術(shù)

聯(lián)合檢測（Joint Detection，JD）技術(shù)是在多用戶檢測（Multi-User Detection，MUD）技術(shù)基礎(chǔ)上提出的。該技術(shù)是減弱或消除多址干擾、多徑干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的有效手段，能夠簡化功率控制，降低功率控制精度，彌補(bǔ)正交擴(kuò)頻碼互相關(guān)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(shù)已被納入第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)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(shù)的CDMA通信系統(tǒng)，同時(shí)采用聯(lián)合檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能天線和聯(lián)合檢測技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。由于各種技術(shù)因素的制約，聯(lián)合檢測技術(shù)只能在基站中實(shí)現(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)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(guān)于TD-SCDMA的研究情況

中興通訊始終關(guān)注IMT-2000技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，全面開展對關(guān)鍵技術(shù)的研究工作，積極參與國際、國內(nèi)等各種規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。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(luò)控制（RNC）等方面進(jìn)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(shù)方面，目前重點(diǎn)研究自適應(yīng)智能天線，而其中的核心就是自適應(yīng)算法�？紤]到通信系統(tǒng)的實(shí)際情況，主要采用時(shí)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(xùn)練序列的算法，根據(jù)接收的訓(xùn)練序列，按一定準(zhǔn)則確定或逐漸調(diào)整權(quán)值，使智能天線輸出與已知輸入最大相關(guān)，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(fèi)一定的系統(tǒng)資源。不需要訓(xùn)練序列的盲算法則是基于信號(hào)的一些特性來確定加權(quán)矢量，其特點(diǎn)是能夠提高系統(tǒng)的頻譜利用率，但是算法復(fù)雜，如LS-DRMT。將二者結(jié)合的是一種半盲算法，即先用非盲算法確定初始權(quán)值，再用盲算法進(jìn)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(diǎn)，而且與實(shí)際的通信系統(tǒng)相一致。中興通訊在全面深入分析的基礎(chǔ)上，正逐步提出適用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的自適應(yīng)算法。

在聯(lián)合檢測技術(shù)方面，聯(lián)合檢測技術(shù)是綜合利用均衡技術(shù)和多用戶檢測技術(shù)而形成的。其中算法有不同分類方法，按優(yōu)化準(zhǔn)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(chǔ)上，不斷提出適合實(shí)際系統(tǒng)的聯(lián)合檢測算法，在與原算法性能相當(dāng)?shù)那闆r下明顯降低運(yùn)算量，工程應(yīng)用前景良好。信道估計(jì)與補(bǔ)償技術(shù)是影響聯(lián)合檢測算法性能的關(guān)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(jì)、多普勒頻偏估計(jì)與補(bǔ)償?shù)确矫娴难芯抗ぷ�，獲得了許多很有價(jià)值的研究成果，使系統(tǒng)的整體性能不斷提高。