TD—SCDMA系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

摘 要：本文作者通過(guò)學(xué)習(xí)有關(guān)TD-SCDMA系統(tǒng)知識(shí)，針對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)，以自己的深刻理解詳細(xì)分析了TD-SCDMA必須使用的關(guān)鍵技術(shù)，其中主要包括TDD、智能天線、動(dòng)態(tài)信道分配、聯(lián)合檢測(cè)、功率控制、接力切換六大技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智能天線 聯(lián)合檢測(cè) TDD

中圖分類(lèi)號(hào)：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（c）-0001-02

移動(dòng)通信的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩代，其中第二代的GSM和窄帶CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)是正在全世界營(yíng)運(yùn)的主要移動(dòng)通信系統(tǒng)?，F(xiàn)在，移動(dòng)通信系統(tǒng)又進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，就是人們普遍關(guān)注的第三代移動(dòng)通信，其三大主流標(biāo)準(zhǔn)為：歐洲與日本提出的WCDMA、美國(guó)提出的CDMA2000和中國(guó)提出的TD-SCDMA。

TD-SCDMA系統(tǒng)具有其突出的特點(diǎn)：在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的三種主流標(biāo)準(zhǔn)中唯一采用時(shí)分雙工（TDD）方式，在頻譜利用上具有較大的靈活性。該系統(tǒng)綜合采用了智能天線、聯(lián)合檢測(cè)、軟件無(wú)線電等無(wú)線通信中的先進(jìn)技術(shù)，解決了這些技術(shù)應(yīng)用中的各種問(wèn)題，使系統(tǒng)具有較高的性能和頻譜利用率。由于TD-SCDMA是三大主流標(biāo)準(zhǔn)中提出最晚的，很多人對(duì)系統(tǒng)還缺乏了解，信心不足，在這種情況下，覺(jué)得對(duì)自己所認(rèn)識(shí)到的TD-SCDMA的優(yōu)勢(shì)做一個(gè)詳細(xì)的介紹比較重要，下面本人通過(guò)對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的學(xué)習(xí)及網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的使用作了比較詳細(xì)的總結(jié)。

1 TD-SCDMA概念簡(jiǎn)述

這里將TD-SCDMA從字面上分解開(kāi)來(lái)解釋TD-SCDMA系統(tǒng)。

TD：TDD時(shí)分雙工

S：智能天線、軟件無(wú)線電

CDMA：碼分多址

2 三代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)單比較

第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)為80年代的模擬系統(tǒng)，采用FDMA多址方式。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)為90年代的數(shù)字系統(tǒng)GSM其采用FDMA+TDMA多址方式，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)為IMT-2000其采用FDMA+TDMA+ CDMA的多址方式。下面舉例對(duì)FDMA、TDMA、CDMA進(jìn)行區(qū)分解釋。

假設(shè)共10個(gè)人要開(kāi)會(huì)，2人一組，分成了5組。

如果采用FDMA，要用5個(gè)房間可以滿(mǎn)足。

如果采用TDMA，可以將5個(gè)組分成5個(gè)不同的時(shí)間段，這樣一個(gè)房間即可以滿(mǎn)足。

如果采用CDMA，5個(gè)組分別使用不同的語(yǔ)言，互相之間聽(tīng)不懂談話的內(nèi)容，這樣可以同時(shí)使用一個(gè)房間，能源更加節(jié)省。

TD-SCDMA系統(tǒng)采用了CDMA多址方式，雖然各組之間互相聽(tīng)不懂談話的內(nèi)容，但是能夠聽(tīng)得到，這就是所謂的碼間干擾，如果在同一個(gè)房間內(nèi)講話的人增多，則互相之間談話的音量就要受到控制，TD-SCDMA系統(tǒng)要解決這樣的問(wèn)題，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，就要采用關(guān)鍵的技術(shù)，以下著重介紹TD-SCDMA系統(tǒng)中采用的關(guān)鍵技術(shù)。

3 TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)的使用

針對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括TDD技術(shù)、智能天線技術(shù)、動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)、聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)、功率控制及接力切換技術(shù)。

3.1 TDD技術(shù)

TDD即時(shí)分雙工：上下行采用相同的頻帶，用時(shí)間來(lái)區(qū)分上下行。

TDD的好處。

（1）不用具有特定的雙工間隔的成對(duì)頻段。

（2）頻率公用給上下行，可以靈活的配置上下行時(shí)隙比例，以達(dá)到快速率下載數(shù)據(jù)的要求。

（3）上下行使用相同的頻率，所以無(wú)線傳播的環(huán)境是對(duì)稱(chēng)的，有利于職能天線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

（4）上下行同頻，不用使用射頻雙工器，降低成本。

3.2 智能天線技術(shù)

智能天線技術(shù)簡(jiǎn)單的歸納一下就是利用TD-SCDMA上下行同頻的特點(diǎn)，上下行無(wú)線環(huán)境基本相同，通過(guò)接受的上行來(lái)波方向（DOA）估計(jì)出用戶(hù)所在的方向，使得天線的能量?jī)H指向小區(qū)內(nèi)處于激活狀態(tài)的移動(dòng)終端，激活狀態(tài)的終端在整個(gè)小區(qū)內(nèi)處于受跟蹤狀態(tài)。

智能天線在形狀上分為圓陣（用于全向基站）和線陣（用于定向基站）。從波束上分為多波束智能天線（事先設(shè)計(jì)好多個(gè)方向的固定波束）和自適應(yīng)天線能夠自動(dòng)判斷移動(dòng)終端的來(lái)波方向，目前所使用的即時(shí)自適應(yīng)天線。從陣元數(shù)來(lái)分目前分為4陣元天線、6陣元天線和8陣元天線。

可能大家不清楚為什么TD-SCDMA系統(tǒng)更適合職能天線的使用，以下列出幾條理由。

（1）TDD模式，上下行無(wú)線傳播環(huán)境對(duì)稱(chēng)，根據(jù)上行可以確定用戶(hù)方向。

（2）單時(shí)隙的用戶(hù)數(shù)少（每時(shí)隙話音用戶(hù)最大8個(gè)），便于時(shí)時(shí)地自適應(yīng)權(quán)值生成。

（3）子貞時(shí)間短（5 ms），可以支持高速移動(dòng)，因?yàn)橐苿?dòng)系統(tǒng)中要求一個(gè)子貞內(nèi)移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)的距離要小于一個(gè)波長(zhǎng)。

下面看一下智能天線怎樣估計(jì)上行的來(lái)波方向即上行DOA估計(jì)。

圖1中畫(huà)了3個(gè)智能天線陣子，也是各個(gè)陣子在空間上接受的來(lái)波，兩個(gè)陣元之間距離為1/2λ而且固定為0.075 m，3個(gè)陣元接收到的來(lái)波時(shí)間分別為t1、t2、t3，波束1與波束3的信號(hào)距離差為d，θ即是來(lái)波方向。從圖1知：波束1與波束3到達(dá)的時(shí)間差Δt=t1-t3已知，則d=Δt*v（光速）可知，L=λ已知，則cosθ=d/L可以求出，從而得到來(lái)波的方向估計(jì)出移動(dòng)終端的方向，智能天線的能量會(huì)集中在此用戶(hù)上，但是如果同一個(gè)方向上由多個(gè)用戶(hù)同時(shí)發(fā)送信號(hào)怎么辦？這就要用到下面介紹的動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)。

3.3 動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)

動(dòng)態(tài)信道分配（DCA）就是為了接納更多的用戶(hù)通過(guò)系統(tǒng)負(fù)荷、干擾、用戶(hù)空間方向角確定最優(yōu)的資源分配方案進(jìn)行的信道的分配及重新調(diào)整，降低系統(tǒng)干擾提高系統(tǒng)容量。所以動(dòng)態(tài)信道分配分為三個(gè)步驟：接入控制、信道分配、信道調(diào)整。TD-SCDMA的一個(gè)信道由頻率、時(shí)隙、擴(kuò)頻碼唯一確定。

動(dòng)態(tài)信道分配主要分為慢速DCA（事先確定好時(shí)隙轉(zhuǎn)換點(diǎn)）和快速DCA。而快速DCA又分為頻域DCA、時(shí)域DCA、碼域DCA和空域DCA。其中頻域、時(shí)域、碼域DCA都是根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求選取干擾最小的資源分配給該用戶(hù)使用。對(duì)于空域DCA，在使用智能天線時(shí)提到如果在同一個(gè)空間方向（即同一波束區(qū)域）有多個(gè)用戶(hù)時(shí)，就采用空域DCA技術(shù)將這些用戶(hù)放到不同的時(shí)隙上去用，同時(shí)對(duì)空間不同的用戶(hù)放到同一個(gè)時(shí)隙上，這樣就降低了彼此間的干擾。另外要在對(duì)多用戶(hù)解碼時(shí)同時(shí)解讀多個(gè)用戶(hù)的信息還要用到下面的技術(shù)—聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)。

3.4 聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)

在TD-SCDMA系統(tǒng)中有多種干擾存在，下面介紹幾種干擾。

（1）ISI：符號(hào)間干擾，即碼間干擾，因碼片間的時(shí)延而產(chǎn)生的干擾。

（2）MAI：多用戶(hù)之間的干擾，碼字之間因不會(huì)完全正交而產(chǎn)生的干擾。

（3）多徑干擾：指一個(gè)用戶(hù)的某2路信號(hào)到達(dá)時(shí)間間隔大于1個(gè)碼片時(shí)產(chǎn)生的干擾（小于1個(gè)碼片時(shí)會(huì)認(rèn)為是ISI）。

為了清晰了解聯(lián)合檢測(cè)的作用，這里仍然用開(kāi)會(huì)的例子來(lái)說(shuō)明：因?yàn)槭褂昧薈DMA技術(shù)即各組使用了不同的語(yǔ)言在TD-SCDMA系統(tǒng)里就是給不同的用戶(hù)分配了不同的碼字，為了接收時(shí)分出哪些信息是某個(gè)用戶(hù)的，就用其使用的碼字去正交解出此用戶(hù)的具體信息。有兩種檢測(cè)方法。

（1）單用戶(hù)檢測(cè)：即每次只用一個(gè)用戶(hù)的碼字去正交，一次只能解出一個(gè)用戶(hù)，因?yàn)榇a字不會(huì)理想到完全正交，所以其余的用戶(hù)信息不可能完全消除，只是將其強(qiáng)度大大降低了，成為干擾信號(hào)，這樣隨著用戶(hù)數(shù)的增多干擾累積會(huì)很大，使系統(tǒng)的容量受到限制。

（2）多用戶(hù)檢測(cè)：同時(shí)用多個(gè)用戶(hù)的碼字去解，將所有用戶(hù)一次性解出，將所有的信號(hào)都作為有用的信號(hào)，這樣有效的降低多用戶(hù)干擾。

聯(lián)合檢測(cè)功能有效的消除多用戶(hù)干擾，這樣就對(duì)開(kāi)會(huì)時(shí)講話的音調(diào)要求放寬了，即緩解對(duì)了功率控制精度的要求。

3.5 功率控制

多個(gè)組在同一個(gè)房間里同時(shí)開(kāi)會(huì)，控制自己的音量是必不可少的，否則都以自己最大的音量講話，則所有人的會(huì)議都將無(wú)法正常進(jìn)行，這就是功率控制技術(shù)是TD-SCDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有功率控制就沒(méi)有CDMA系統(tǒng)。

功率控制分為開(kāi)環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制。

開(kāi)環(huán)功率控制只能在決定接入初期發(fā)射功率和切換時(shí)決定切換后初期發(fā)射功率的時(shí)候使用，接收機(jī)測(cè)量接收到的寬帶導(dǎo)頻信號(hào)的功率，并估計(jì)傳輸路徑損耗，根據(jù)路徑損耗計(jì)算得到需要發(fā)射的功率。

開(kāi)環(huán)功率控制完成后開(kāi)始進(jìn)行閉環(huán)功率控制，閉環(huán)功率控制包括內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制。內(nèi)環(huán)控制是NodeB測(cè)量接收到的信號(hào)的SIR值并與設(shè)定的SIRtar比較，下發(fā)TPC命令給UE，UE根據(jù)此命令調(diào)整自己的發(fā)射功率，此過(guò)程只有UE和NodeB參與。外環(huán)功率控制是RNC測(cè)量傳輸信道上的BLER并與設(shè)定的BLERtar比較，從而設(shè)定SIRtar通知NodeB，NodeB再下發(fā)TPC命令給UE，UE調(diào)整發(fā)射功率，此過(guò)程UE、NodeB和RNC都參與。

功率控制的目的：內(nèi)環(huán)是使信號(hào)到達(dá)接收端剛好能夠解調(diào)。而外環(huán)不但要解調(diào)還要保證一定的SIR、BLER。

3.6 接力切換技術(shù)

大家都已經(jīng)熟悉GSM的硬切換及了解WCDMA的軟切換過(guò)程，下面將接力切換與他們的區(qū)別做一簡(jiǎn)單的描述，以接力跑賽為例。

硬切換：先斷后連，第一人到達(dá)接棒地點(diǎn)后，將棒放下等待接棒的人，但有保護(hù)時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)若對(duì)方仍沒(méi)有接到棒而且第一人沒(méi)能再次拿起，則棒掉即掉話。

軟切換：先連后斷，到達(dá)接棒地點(diǎn)兩個(gè)人同時(shí)拿著棒跑，持續(xù)一段時(shí)間后第一人放開(kāi)。

接力切換：到達(dá)接棒地點(diǎn)時(shí)，第一人不能站立不動(dòng)，要第一人拿著棒陪跑一段，使得兩個(gè)人的速度接近即預(yù)同步后，棒才能穩(wěn)定的傳遞過(guò)去，降低的掉話的幾率。

接力切換包括無(wú)線測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)判決和系統(tǒng)執(zhí)行的過(guò)程。接力切換只所以能夠預(yù)同步，就是利用智能天線獲取UE的位置距離信息，在切換測(cè)量期間，采用上行預(yù)同步技術(shù)，提前獲取切換后的上行信道發(fā)送時(shí)間、功率信息，從而達(dá)到減少切換時(shí)間，提高切換成功率，降低切換掉話率的目的。

以上就是本人在學(xué)習(xí)TD-SCDMA系統(tǒng)過(guò)程中對(duì)TD-SCDMA關(guān)鍵技術(shù)的了解，TD-SCDMA系統(tǒng)離不開(kāi)這些技術(shù)的支持，了解了這些先進(jìn)技術(shù)，我們就會(huì)對(duì)TD-SCDMA充滿(mǎn)信心，而且只有了解這些技術(shù)，我們才能夠更好的從事網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作。