TD-SCDMA移动通信系统的特点分析

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使用GSM的SIM卡；(5)语音编译码，GSM/3G，8kbit/s；(6)终端配备数据接口或大尺寸LCD显示屏幕；(7)TD－SCDMA系统的价位，平均每户价格将比GSM扩容降低至少20％，与GSM系统同基站安装不需另投资。

3．时分双工通信

TD-SCDMA作为CDMA TDD的一种，具备CDMA TDD的一切特点。CDMA TDD上行和下行链路在同一频点、不同的时隙进行双工通信。这不同于在不同频点上进行双工通信的FDD（FDD是在上下对称的一对频点上进行双工通信）。由于CDMA TDD在同一频点上进行双工通信，这就使得上、下链路的信道特性基本一致，从而保证智能天线等先进技术的采用。这个方案的优势还在于在TDD模式下，采用在周期性重复的时间帧里传输基本的TDMA突发脉冲的工作模式（和GSM相同），通过周期性地转换传输方向，在同一个无线电载波上交替地进行上下行链路传输，上下行链路间的转换点的位置可以因业务的不同而任意调整。当进行对称业务传输时，可选用对称的转换点位置；当进行非对称业务传输时，可在非对称的转换点位置范围选择。这样，对于上述两种业务，TDD模式都可提供最佳频谱利用率和最佳业务容量。CDMA TDD的时隙按上、下行链路所需的数据量动态分配，这不仅仅适合于对称的如传统的语音业务，尤其适合于日益增长的非对称的实时、非实时数据业务，如多媒体、Internet所需要的不对称的、基于包交换（IP）的业务。动态地按需分配时隙，可以使得频谱资源得以最大、最优地利用。

二、TD－SCDMA移动通信关技术

TD-SCDMA除了具备CDMA TDD的所有特点外，还采用了以下的技术，保证TD-SCDMA有着其独特的特色和优点，这也是TD-SCDMA提案被国际电联接受的重要原因。

1.多址技术

在IMT－2000中的CDMA TDD模式同时使用了FDMA、TDMA、SDMA和CDMA的技术。众所周知，在移动通信系统中，必须使用多个载波频率，以充分利用一个频段资源，这就是传

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统的FDMA。CDMA和TDMA的联合使用可以进一步提高系统的容量和灵活性，特别是对不对称的IP业务。

空分多址（SDMA）能成倍地提高系统的容量。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。此技术的使用首先要求天线波束赋形的技术更完善，不同波束之间的干扰大大降低。

2．信道编码

TD-SCDMA系统将工作于ITU划定的频段内，每一载波带宽为1.6MHz，扩频后的码片速率大约为 1.3542Mchip/s，预留200kHz作为频率合成器的步长。每一个射频码道包括10时隙，去除保护时隙后，每一时隙平均长度为478μs,每一个时隙又包含16个Walsh区分的码道，这些时隙和码道通过使用直接扩频技术来共享同一射频信道。横向每一帧的时隙数共有10个；纵向码道数共有16个。由每一时隙和码道确定的物理信道可以作为资源单元，分配给任何一个用户。上、下行业务的保护时隙可以保证手机和基站之间20km的通信范围。在每一时隙单元之间，还有8个码片的保护时隙，以防止不同时隙之间的重叠。上行导标序列，用于手机和基站间的接入，它是一个长度为96bit的二进制序列码，用于上行接入码道的区别。下行接入序列是长度为128bit的序列码，用于对基站小区的识别，这一序列码可以采用复用的方式用于不同的基站，目的是用于正向接入信道。上述的码道经过动态分配，可以支持多至2048kbit/s的数据业务，但此时至少要有一个码道用于上行的接入。

中国第三代移动通信系统TD-SCDMA最为重要的特点是同步码分多址技术，它意味着代表所有用户的伪随机码在到达基站时是同步的，由于伪随机码之间是同步正交性的，因而这一系统可以有效地消除码间干扰，在系统容量方面将带来极大的好处，它的系统容量是其他第三代移动通信标准的４～５倍。同步的建立过程是，当一个手机加电工作时，它将接收来自基站的最强信号，通过解相关获得接收同步，并且从公共控制物理信道中获得要求的信息。在接收同步建立之后，手机用户将开始空中注册。基站的响应则是，接收注册信息，搜寻发射的功率冗余度和同步，并且将功率控制和同步偏移信息在

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下一个下行的公共控制物理通道中发送。手机将调整它的发射功率和发射时间以建立起初始的同步。

TD-SCDMA系统中，上行链路和下行链路一样，都采用正交码扩频。移动台动态调整发往基站的发射时间，使上行信号到达基站时保持同步，保证了上行信道信号的不相关，降低了码间干扰。这样，系统的容量由于码间干扰的降低大大提高，同时基站接收机的复杂度也大为降低。

如果码序列在传输中有传输时延，在收端便不能解调恢复出原始数据，需要在接收端通过人工的时延来补偿传输及数字信号处理造成的时延。要做到这种补偿，必须建立一种同步体制，即必须使收、发端产生的码序列同步。这就是CDMA系统的同步问题。由于CDMA系统中的码速率非常高，因此必须有一套高精度的同步时钟作为参考，协调全网所有基站的工作。全球卫星定位系统（GPS）是这种参考时钟的最佳选择。作为备份，远距离导航（LORAN-C）系统也是一个很好的选择。

3．功率控制

CDMA系统的功率控制尤为重要，功率控制被认为是所有CDMA关键技术的核心。可以设想，如果小区中的所有用户均以相同的功率发射信号，则靠近基站的手机到达基站的信号就强，而远离基站的手机到达基站的信号就弱，这样将导致强信号掩盖弱信号，这就是移动通信中的“远近效应”问题。

因为所有用户共同使用同一频率（载波），所以“远近效应”问题更加突出。CDMA功率控制的目的就是克服“远近效应”，使系统既能维持高质量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。CDMA系统有一套精确的功率控制方法。为了克服宽带CDMA系统的远近效应，需要动态范围达80dB的功率控制。CDMA系统中的功率控制分为前向功率控制和反向功率控制。反向功率控制又分为仅有手机参与的开环控制和手机、基站同时参与的闭环功率控制。开环功率控制主要用来克服距离衰减。反向开环功率控制由手机独立完成，手机根据自身在小区中所接收功率的变化，迅速调节手机发射功率。

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闭环功率控制用于克服多普勒频率产生的衰落，以此保证基站接收到的所有移动台信号具有相同的功率。在下行链路中，为了实现快速和自适应的功控算法，也插入功控子信道实现前向的闭环功控。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。

4．智能天线

智能天线的理论基础是信号统计检测与估计理论、信号处理及最优控制理论。 TD-SCDMA系统中所用的智能天线采用波束成形技术，智能天线阵在干扰和噪声环境下，方向图随移动台的移动而动态跟踪（基站装配智能天线），通过其自身的反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应以及其他参数，使接收机输出端有最大的信噪比。

智能天线阵由N单元天线阵、A／D转换器、波束形成器（Beam-former）、波束方向估计及跟踪器等几部分组成。N单元天线阵是收发射频信号的辐射单元；A／D转换器完成模数转换以便进行数字域处理；波束形成器由自适应控制处理器和波束形成网络组成，把一定规律的激励信号转换成与各波束相对应的幅度相位分别提供给各辐射单元，以确定波束形成网络的各部分方向图（波束）的增益，计算各支路之间的耦合以及耦合与各部分方向图的交叉电平的关系，以消除各支路之间的耦合；波束方向估计及跟踪器估计并跟踪接收信号的到达方向（DOA），以控制波束形成器改变波束方向来跟踪发送信号源。可以给出多个波束赋形，每一个波瓣对应于一个特别的手机用户，波束也可以动态地追踪用户。它通过满足某种准则的算法去调节各阵元信号的加权幅度和相位，从而调节天线阵列的方向图形状，增强所需信号，抑制干扰信号。利用信号入射方向上的差别，将同频率、同时隙的信号区分开来，从而成倍地扩展通信系统容量。

为了能够动态地接收多频段的射频信号(串行或并行),必须使用宽带天线。同时,要根据电波传播条件设计天线.使之具有一定的极化或方向图分集控制能力。智能天线是普遍被人们看好的一个解决方案。智能天线要实现所谓的智能化,就必须重点依靠算法,依

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靠软件来进行控制。它有以下优点：(1)减少接收到的多径信号的数量,降低衰落；

(2)对接收到的多径信号进行最佳合并,充分利用多径信号的信息能量；(3)利用智能天线的较强的抑制多径干扰的能力,提高系统性能；(4)提高频谱的利用率。

此外,智能天线的不少功能也是用数字的方法完成的,即采用各种DSP技术,精确地测向、测频。因此它适合与多频段、多功能电台，即软件无线电台配套使用。

5．接力切换

中国的第三代移动通信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。

由于TD-SCDMA系统中智能天线的使用，系统可得到移动台所在的位置信息。接力切换就是利用移动台的位置信息，准确地将移动台切换到新的小区。接力切换避免了频繁的切换，大大提高了系统容量。

6．软件无线电

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，因此必须要使用可编程软件，使波形、频段以及工作模式可以进行识别与选择。DSP（数字信号处理）技术的发展为软件无线电技术的实现提供了可能性。由于软件无线电的软、硬件便于升级，因而具有很强的适应性与兼容性。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、调制方式，提供不同的无线通信功能与业务。

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软件无线电技术是多种技术的结合。智能RF波束赋形、RF校正、载波恢复以及定时调整许多传统无线传输功能将由DSP技术来完成。A/D、D/A变换器取样率、数字信号处理能力的限制，大多数频段的RF变换部分还必须是模拟的。因此,只能在中频部分进行数字化。一个中频数字化的软件无线电的信号处理,接收时,流程有,多频段天线技术、射频转换技术、宽带ADC和DAC以及在通用可编程器件上实现中频信号、基带信号、比特流的处理等等。ADC模数转换器,和DAC(数模转换器)是软件无线电的关键部件之一，必须仔细地设计或选择。就性能指标而言A/D变换器要求有较高的采样率与分辨率,以便在恢复时降低失真。除此之外,还要求大的线性动态范围，以减少互调失真,使接收的弱信号仍能在强的干扰信号中检测出来。这在移动通信中有远近效应时尤为重要。

软件无线电最大的优点是基于同样的硬件环境，针对不同的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。它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。

7．联合检测

联合检测即多用户检测，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。联合检测是TD－SCDMA系统中使用的又一重要技术。在基站侧，由于信号从移动台多径到达基站，因此上行同步技术只能保证主径在一定范围内的同步。联合检测技术把同一时隙中多个用户的信号及多径信号一起处理，精确地解调出各个用户的信号。在移动台侧，基站智能天线的波束成形，虽然极大地降低了多用户干扰的强度，但是多用户干扰依然存在，尤其是当用户的位置非常靠近时，多用户干扰问题仍很严重。联合检测技术能很好地解决多用户干扰问题。

目前，第三代移动通信系统的框架已确定，将以卫星移动通信网与地面移动通信网结合，形成一个对全球无缝覆盖的立体通信网络，满足城市和偏远地区不同密度用户的通信需求，支持话音、数据和多媒体业务，实现人类个人通信的理想。

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