TD-SCDMA标准关键技术和特点分析

　　TD-SCDMA标准由中国信息产业部电信科学技术研究院（CATT）和德国西门子公司合作开发，它采用时分双工（TDD）、TDMA / CDMA多址方式工作，基于同步CDMA、智能天线、软件无线电、联合检测及正向可变扩频系数等技术,其目标是建立具有高频谱效率、高经济效益和先进的移动通信系统。 

　　1.1 时分双工

　　在TDD模式下，TD-SCDMA采用在周期性重复的时间帧里传输基本TDMA突发脉冲的工作模式（与GSM相同），通过周期性转换传输方向，在同一载波上交替进行上下行链路传输。该方案的优势是：（1）根据不同业务，上下行链路间转换点的位置可任意调整。在传输对称业务（如话音、交互式实时数据业务等）时，可选用对称的转换点位置；在传输非对称业务（如互联网方式业务）时，可在非对称的转换点位置范围内选择。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；（2）TD-SCDMA采用不对称频段，无需成对频段，系统采用1.28Mchip / s的低码片速率,扩频因子有1、2、4、8、16五种选择，这样可降低多用户检测器的复杂度，灵活满足3G要求的不同数据传输速率；（3）单个载频带宽为1.6MHz，帧长为5ms，每帧包含7个不同码型的突发脉冲同时传输，由于它占用带宽窄，所以在频谱安排上有很大灵活性；（4）TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术，可达到提高性能、降低成本的目的；（5）TDD系统设备成本低，无收发隔离的要求，可使用单片IC实现RF收发信机，其成本比FDD系统低20%～50%。

　　TDD系统的主要缺陷在于终端的移动速度和覆盖距离：（1）采用多时隙不连续传输方式，抗快衰落和多普勒效应能力比连续传输的FDD方式差，因此ITU要求TDD系统用户终端移动速度为120km / h，FDD系统为500km / h；（2）TDD系统平均功率与峰值功率之比随时隙数增加而增加，考虑到耗电和成本因素，用户终端的发射功率不可能很大，故通信距离（小区半径）较小，一般不超过10km，而FDD系统的小区半径可达数10km。

　　1.2 智能天线

　　TD-SCDMA系统利用TDD使上下射频信道完全对称，以便基站使用智能天线。智能天线系统由一组天线及相连的收发信机和先进的数字信号处理算法构成。能有效产生多波束赋形，每个波束指向一个特定终端，并能自动跟踪移动终端。在接收端，通过空间选择性分集，可大大提高接收灵敏度，减少不同位置同信道用户的干扰，有效合并多径分量，抵消多径衰落，提高上行容量。在发送端，智能空间选择性波束成形传送，降低输出功率要求，减少同信道干扰，提高下行容量。智能天线改进了小区覆盖，智能天线阵的辐射图形完全可用软件控制，在网络覆盖需要调整等使原覆盖改变时，均可通过软件非常简单地进行网络优化。此外，智能天线降低了无线基站的成本，智能天线使等效发射功率增加，用多只低功率放大器代替单只高功率放大器，可大大降低成本，降低对电源的要求及增加可靠性。

　　智能天线无法解决的问题是时延超过码片宽度的多径干扰和高速移动多普勒效应造成的信道恶化。因此，在多径干扰严重的高速移动环境下，智能天线必须和其它抗干扰的数字信号处理技术同时使用，才可能达到最佳效果。这些数字信号处理技术包括联合检测、干扰抵消及Rake接收等。

　　1.3  联合检测

　　CDMA系统是干扰受限系统，干扰包括多径干扰、小区内多用户干扰和小区间干扰。这些干扰破坏各个信道的正交性，降低CDMA系统的频谱利用率。过去传统的Rake接收机技术把小区内的多用户干扰当作噪声处理，而没有利用该干扰不同于噪声干扰的独有特性。联合检测技术即“多用户干扰”抑制技术，是消除和减轻多用户干扰的主要技术，它把所有用户的信号都当作有用信号处理，这样可充分利用用户信号的拥护码、幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址干扰，但存在多码道处理复杂和无法完全解决多址干扰问题。结合使用智能天线和多用户检测，可获得理想效果。

　　1.4  同步CDMA

　　同步CDMA指上行链路各终端信号在基站解调器完全同步，它通过软件及物理层设计实现，这样可使使用正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步CDMA
多址技术由于每个移动终端发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰，大大提高了CDMA系统容量，提高了频谱利用率，还可简化硬件，降低成本。

　　同步CDMA的缺点是系统对同步的要求非常严格，上行的同步要求为1 / 8码片宽度，网络同步要求为5μs。由于移动终端的小区位置不断变化，即使在通信过程中也可能高速移动，电波从基站到移动终端的传播时间不断变化，引起同步变化，若再考虑多径传播影响，同步将更加困难，一旦同步破坏，将导致通信阻塞和严重干扰。系统同步要求在基站有GPS接收机或公共的分布式时钟，增加了系统成本。

　　1.5  软件无线电

　　软件无线电是利用数字信号处理软件实现无线功能的技术，能在同一硬件平台上利用软件处理基带信号，通过加载不同的软件，可实现不同的业务性能。其优点是：（1）通过软件方式，灵活完成硬件功能；（2）良好的灵活性及可编程性；（3）可代替昂贵的硬件电路，实现复杂的功能；（4）对环境的适应性好，不会老化；（5）便于系统升级，降低用户设备费用。对TD-SCDMA系统来说，软件无线电可用来实现智能天线、同步检测和载波恢复等。

　　1.6  接力切换

　　移动通信系统采用蜂窝结构，在跨越空间划分的小区时，必须进行越区切换，即完成移动台到基站的空中接口转换，及基站到网入口和网入口到交换中心的相应转移。由于采用智能天线可大致定位用户的方位和距离，所以TD-SCDMA系统的基站和基站控制器可采用接力切换方式，根据用户的方位和距离信息，判断手机用户现在是否移动到应该切换给另一基站的临近区域。如果进入切换区，便可通过基站控制器通知另一基站做好切换准备，达到接力切换的目的。接力切换可提高切换成功率，降低切换时对临近基站信道资源的占用。基站控制器（BSC）实时获得移动终端的位置信息，并告知移动终端周围同频基站信息，移动终端同时与两个基站建立联系，切换由BSC判定发起，使移动终端由一个小区切换至另一小区。TD-SCDMA系统既支持频率内切换，也支持频率间切换，具有较高的准确度和较短的切换时间，它可动态分配整个网络的容量，也可以实现不同系统间的切换。

　　2 结论

　　TD-SCDMA系统是FDMA、TDMA和CDMA三种基本传输模式的灵活结合。TD-SCDMA是第三代移动通信CDMA TDD标准中最具竞争力的技术。第三代移动通信网络将是综合网络，卫星移动通信系统用于实现全球无缝覆盖，FDD系统用于建设国内和国际移动通信网，TDD系统用于为城市人口密集区提供高密度大容量话音、数据和多媒体业务，用户通过双频双模或多模终端实现全球漫游。在GSM网络中引入TD-SCDMA，是向第三代移动通信演进中的首选方案，考虑到我国GSM网络的现状，分阶段完成向第三代移动通信网络的过渡。第一步，在GSM网络中采用TD-SCDMA系统，提供高容量、低成本的第三代移动通信业务。第二步，到2004、2005年，全面建设第三代移动通信。