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基于同步碼分多址技術的第三代移動通信系統(tǒng)----陳金岳 黃丹云
摘要 中國的第三代移動通信系統(tǒng)（TD－SCDMA）是基于同步碼分多址技術（SCDMA）的
未來陸地通信系統(tǒng)，它廣泛采用了智能天線和軟件無線電技術，工作于TDD方式。
系統(tǒng)向下兼容在中國有廣大基礎的第二代GSM網絡，同時支持電路交換和分組數
據交換業(yè)務。TD－SCDMA相對于第二代移動通信和其他的第三代移動通倍建議，
有更好的頻譜利用率，并且支持更為精確的接力切換概念和系統(tǒng)切換的概念。未
來的系統(tǒng)將工作于ITU為IMT－20O0劃定的頻率范圍內，完全滿足國際電信聯(lián)盟對
IMT-2000所提出的各項要求。
關鍵詞 SCDMA TD－SCDMA IMT－2OOO RTT
1 引言
20世紀末，移動通信技術和Internet技術的發(fā)展極大地影響了人們的生活、學習和
工作方式，二者的結合是信息產業(yè)發(fā)展的必然之路。人們對移動通信的多媒體接入能力
提出了較高的要求，由于制式、技術以及其他各方面的原因，第二代移動通信系統(tǒng)在支
持全球漫游、頻譜利用率以及數據業(yè)務方面都有較大的不足，盡管GSM的Phase 2+支持
較高的數據傳輸速率，但是由于它只是對第二代移動通信技術的補綴，并且是以犧牲其
他用戶的利益為代價的，對系統(tǒng)對用戶并不利。因而，ITU和世界上其他的電信標準實
體和研究單位都早已開始了未來移動通信的研究，以期望未來的移動通信系統(tǒng)有較強的
多媒體接入能力、固定電話的線路質量、更高的頻譜利用率，以及真正的全球漫游能
力。在滿足話音通信的同時，能滿足未來無所不及的移動計算時代的需求。到1998年6月
30日ITU征求第三代移動通信標準建議的最后截止日，共收到了16份有關第三代移動通信
的標準建議，其中陸地環(huán)境的10份，衛(wèi)星通信的6份，大部分由主要的工業(yè)國家提出。中
國的第三代移動通信系統(tǒng)標準是由北京信威通信公司代表中國電信技術研究院向ITU提交
的，它是由在廣泛試驗和理論基礎之上的同步碼分多址無線本地環(huán)路系統(tǒng)演變而來，也
是中國在移動通信領域所提出的第一個完整建議。
中國的第三代移動通信系統(tǒng)采用 TDMA和 SCDMA作為系統(tǒng)接入的框架結構，同時包含
有關同步接入的機理。系統(tǒng)在基站采用智能天線技術以提高系統(tǒng)接收靈敏度，消除同信
道干擾，抵消多徑，降低手機的發(fā)射功率（綠色手機的概念）。TDD雙工方式的采用可以
最大限度地提高接入的效率并簡化智能天線的實現(xiàn)，同時為將來Internet的非對稱業(yè)務
提供了動態(tài)碼道分配的前提，TDD方式的采用還適合于頻率不成對的部署環(huán)境。本文介紹
中國第三代移動通信系統(tǒng)空中接口的主要技術參數和相應的各種性能，作為系統(tǒng)根基的
SCDMA－WLL的現(xiàn)場運行結果，足以證明基于TD－SCDMA技術的第三代移動通信系統(tǒng)的建議
是一套可行的成熟的第三代移動通信系統(tǒng)的標準。本系統(tǒng)的關鍵技術同樣可以適用于基
于FDD的第三代移動通信系統(tǒng)。
2 TD－SCDMA的無線傳輸技術
TD-SCDMA標準建議所采用的空中接口技術是最為先進的傳輸技術之一，TDD類的標準
建議容易融合進各種各樣的先進技術，如智能天線技術、同步CDMA技術以及軟件無線電
技術，同時這可以避免FDD－CDMA技術領域諸多專利的糾紛。TD－SCDMA技術相對于其他
第三代移動通信的標準有較多的優(yōu)勢。表1為TD-SCDMA的無線參數。
（l）RF信道
從表1中可以看出，TD－SCDMA系統(tǒng)將工作于ITU劃定的頻段內，每一載波帶寬為1.6M-
Hz，擴頻后的碼片速率大約為l.3542 Mchip／s，預留2O0 kHz作為頻率合成器的步長。
（2）系統(tǒng)的碼道
每一個射頻碼道包括10時隙，去除保護時隙后，每一時隙平均長度為 478 us，每一
個時隙又包含 16個Walsh區(qū)分的碼道，這些時隙和碼道通過使用直接擴譜技術來共享同
一射頻信道。圖1為系統(tǒng)碼道的示意圖。圖中橫向代表每一幀的時隙數，共有10個；縱向
代表碼道數，共有16個。
圖1中由每一時隙和碼道確定的物理信道（ Mux0d，Muxd，Mux0u，Muxu，Muxlu等）
可以作為資源單元，分配給任何一個用戶。G代表著上、下行業(yè)務的保護時隙，它可以保
證手機和基站之間 20 km的通信范圍。在每一時隙單元之間，還有8個碼片的保護時隙，
以防止不同時隙之間的重疊。UP代表著上行導標序列，用于手機和基站間的接入，它是
一個長度為96 bit的二進制序列碼，用于上行接入碼道的區(qū)別。DP代表著下行接入序列，
它是長度為128 bit的G0ld序列碼，用于對基站小區(qū)的識別，這一序列碼可以采用復用的
方式用于不同的基站，目的是用于正向接入信道。上述的碼道經過動態(tài)分配，可以支持
多至 2 O48 kbit／S的數據業(yè)務，但此時至少要有一個碼道用于上行的接入。圖1為數據
業(yè)務的對稱傳輸形式，即上下行業(yè)務各占用一半的資源單元。對于非對稱的業(yè)務，特別
是Internet業(yè)務可以使下行的資源單元多于上行的資源單元。圖2為一個基本的數據結構
單元圖，即Mux的結構圖示。
圖 2的數據結構，可以復用于下行或上行的碼道中，D／V／C代表著數據、語音和控
制信令。當D／V／C全部為控制信令時，此時整個數據結構主要用于上、下行的接入。L1
是第一物理層的各種信令，它攜帶著功率控制、同步偏離、忙閑指示等信令。Midamble主
要用于聯(lián)合檢測，以消除同碼道的干擾。G的長度為8個碼片，主要是為避免時隙與時隙之
間的重疊。
（3）同步碼分多址技術（SCDMA）
中國第三代移動通信系統(tǒng)最為重要的特點是同步碼分多址技術，它意味著代表所有用
戶的偽隨機碼在到達基站時是同步的，由于偽隨機碼之間是同步正交性，因而這一系統(tǒng)可
以有效地消除碼間干擾，在系統(tǒng)容量方面將帶來極大的好處，它的系統(tǒng)容量是其他第三代
移動通信標準的4～5倍。
同步的建立過程是，當一個手機加電工作時，它將接收來自基站的最強信號，通過解
相關獲得接收同步，并且從公共控制物理信道中獲得要求的信息。在接收同步建立之后，
手機用戶將開始空中注冊�；镜捻憫獎t是，接收注冊信息，搜尋發(fā)射的功率冗余度和同
步，并且將功率控制和同步偏移信息在下一個下行的公共控制物理通道中發(fā)送。手機將調
整它的發(fā)射功率和發(fā)射時間以建立起初始的同步。
同步的維持依靠在每一個上行時隙中的EMPTY或者SYNC2序列（上行的接入幀除外），
只有當這一時隙某一碼道分配的Walsh數和現(xiàn)行的幀號匹配時，SYNC2才有功率發(fā)射，而其
他手機雖然處于同一時隙，但由于被分配以不同的Walsh碼，它們的SYNC2轉到Empty狀態(tài)，
不進行任何功率發(fā)射。這一設計的目的可以使基站以較少的干擾來接收SYNC2序列以維持
手機與基站的同步。在下行的幀中，同步偏移和功率控制信息被傳送給手機以進行閉環(huán)的
功率控制和同步控制。
（4）智能天線技術
在中國的第三代移動通信系統(tǒng)建議中將采用智能天線技術，它由一個環(huán)形的天線陣列
和相應的發(fā)送接收單元組成，由相應的算法來控制。不同于傳統(tǒng)的全向天線只產生一個波
束，智能天線系統(tǒng)可以給出多個波束賦形，每一個波瓣對應于一個特別的手機用戶，波束
也可以動態(tài)地追蹤用戶。在接收方面，它可以實現(xiàn)空間選擇接收，不但能增加接收靈敏度，
而且還能將來自不同位置的手機的共碼道干擾降至最小以增加容量。智能天線的波束賦形
是雙向的，它在消除干擾的同時增大了CDMA系統(tǒng)的容量，并且也降低了基站的發(fā)射功率要
求，即便是有某個天線單元損壞，也不影響系統(tǒng)的工作。
（5）切換技術
中國的第三代移動通信系統(tǒng)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，主要原理是基于同步碼分多址技術和智能天線的結合。在移動系統(tǒng)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(tǒng)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，在手機的輔助之下，伺服
的基站根據周圍的空中傳播條件和信號質量，命令手機切換到信號更為優(yōu)良的
基站。它可以對整個基站網絡的容量進行動態(tài)地優(yōu)化分配，也可以實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的切
換。
（6）軟件無線電技術
DSP（數字信號處理技術）技術的發(fā)展為軟件無線電技術的實現(xiàn)提供了可能性。在本系
統(tǒng)中，許多由RF、基帶模擬電路和ASIC實現(xiàn)的傳統(tǒng)無線傳輸功能將由DSP技術來完成。這些
功能包括智能RF波束賦形、板內RF校正、載波恢復以及定時調整。采用軟件無線電技術的
主要優(yōu)勢在于：通過軟件的方式靈活地完成硬件的功能；在重復性和精確性方面有獨特的
優(yōu)勢；不會老化也不對環(huán)境過分敏感；以簡單的硬件成本實現(xiàn)復雜的硬件功能；隨著DSP技
術的不斷發(fā)展，成本進一步下降而性能則不斷增強。
3 TD－SCDMA系統(tǒng)的性能和特征
基于TD－SCDMA的中國第三代移動通信系統(tǒng)完全可以滿足ITU對第三代移動通信系統(tǒng)的
各項要求。它所具有的主要性能為：相對于第二代移動通信系統(tǒng)在容量和頻譜利用率方面
的改進；多媒體業(yè)務的提供，除了傳統(tǒng)的語音業(yè)務之外，還提供基于分組的數據業(yè)務；在
操作的靈活性方面，它完全向下兼容在中國占主導地位的第二代移動通信網（GSM網）。
（1）頻譜利用率
頻譜利用率是ITU對第三代移動通信提出的一個主要要求。在我們常見的第二代移動通
信系統(tǒng)中，IS－95的CDMA技術提供了最高的頻譜利用率。對于CDMA這種自干擾系統(tǒng)來說，
假若能解決偽隨機碼之間的碼間干擾和遠近問題，那么系統(tǒng)將具有巨大的容量。TD-SCDMA
技術通過擴頻碼之間的正交性并結合智能天線技術，提供的容量將是IS－95CDMA系統(tǒng)的4～
5倍，這已經由SCDMA技術的無線本地環(huán)路的現(xiàn)場運行得以證實。
TD-SCDMA系統(tǒng)容量是GSM的20倍，是其他第三代標
準的4倍。另外，由于采用了碼分多址技術，系統(tǒng)的部署不需要頻率規(guī)劃。再者，TD－SCD-
MA系統(tǒng)是工作于TDD方式的，它不需要像其他基于FDD的第三代移動通信系統(tǒng)那樣需要成對
的頻率源，因而在頻率的利用方面更具有靈活性。
（2）多媒體業(yè)務的提供
基于TD-SCDMA的第三代移動通信系統(tǒng)，將提供從基本的語音通信業(yè)務到數字業(yè)務和分
組視頻方面的業(yè)務。雖然所有的用戶共享同一頻率資源，但是由于結合了智能天線，可以
根據業(yè)務的質量級別和要求動態(tài)地分配功率給用戶，并且能保證干擾不超出上限，因而在
提供業(yè)務的種類和質量方面具有無可比擬的優(yōu)越性。
在TD－SCDMA系統(tǒng)中，通信資源是由Walsh碼道和時隙確定的資源單元為單位來分配給
用戶的，可以是每個用戶一個資源單元，也可以是一個用戶占用多個資源單元。系統(tǒng)的總
碼道數為：Walsh擴譜系數*每幀的時隙數=16*1O=16o，這16o個資源單元也可以被定義為
碼道。對同一用戶不同業(yè)務碼道的組合，就形成了多媒體業(yè)務，一個用戶在獲得語音通信
業(yè)務的同時，也可以進行數據方面的通信，像WWW和E－mail。對于2 Mbit／s的業(yè)務，超
過 90％的碼道將分配給一個用戶，同時亦可保證部分語音通信業(yè)務的同時開展。TD－SC-
DMA可提供的業(yè)務種類如下：
·室內環(huán)境下，多至2 Mbit／s的數據業(yè)務。
·步行或低速移動環(huán)境下，多至 384 kbit/s的數據業(yè)務。
·高速移動環(huán)境下，多至 144 kbit/s的數據業(yè)務。
TD-SCDMA的第三代移動通信系統(tǒng)中的同一連接可同時傳送語音、數據、視頻等多種業(yè)
務。它們可以是基于分組的數據業(yè)務，方便Internet接入，其無處不在的全球網絡連接能
力可以支持未來的移動計算，適應普遍計算時代的需求。
（3）互操作性
作為第三代移動通信系統(tǒng)，它必須考慮到成千上萬的GSM的用戶，特別是在GSM堪稱是
世界第一大網的中國，兼容性更是一個突出的問題。第三代移動通信系統(tǒng)必須兼容第二代
移動通信系統(tǒng)，在兼容的基礎上逐步實現(xiàn)由第二代到第三代的轉變�？紤]到這一點，TD-
SCDMA系統(tǒng)通過多時隙組合，以GSM超長幀的方式實現(xiàn)對GSM基站信號的同步搜尋，另外在
手機的輔助下，第三代移動通信系統(tǒng)的基站通過精確的接力切換技術，實現(xiàn)由第三代系統(tǒng)
到第二代移動通信系統(tǒng)的切換。
由于采用了同步碼分多址技術，所有的TD－SCDMA的基站都應該保持同步以利于切換
的實現(xiàn)。同步的信號可以來自上一層的控制單元，或者由GPS提供。中國TD-SCDMA技術支
持多種蜂窩分布技術，從宏蜂窩到微微蜂窩，適合于多種地理環(huán)境。
4 結論
基于TD－SCDMA的中國第三代移動通信系統(tǒng)工作于TDD方式，因而它得以采用更多的新
技術。由于采用了同步碼分多址技術、智能天線技術、軟件無線電技術，系統(tǒng)以最高的頻
譜利用率滿足了ITU對第三代移動通信的各種要求，并在部署和業(yè)務的靈活性方面具有無
可比擬的優(yōu)越性，理論和實踐都證實，采用TD-SCDMA技術的中國第三代移動通信系統(tǒng)是一
套行之有效的下一代移動通信的解決方案。
