對(duì)時(shí)分碼分多址通信系統(tǒng)技術(shù)的比較分析

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）是由國際電信聯(lián)盟（ITU）提出的工作于2000MHz頻段的陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)。ITU于2000年5月經(jīng)過嚴(yán)格篩選最終確定了5種3G技術(shù)，包括3種主流的CDMA標(biāo)準(zhǔn)：WCDMA、CDMA2000和CDMA TDD；以及2種非主流的TDMA標(biāo)準(zhǔn)：UWC-136（目前已全面轉(zhuǎn)向GSM EDGE和WCDMA）和DECT（因頻譜原因而保留的）。其中，CDMA TDD又包括由我國提出的TD-SCDMA（又稱為低碼片率TDD，LCR TDD）和歐洲提出的TD-CDMA（又稱為高碼片率TDD，HCR TDD）。

TD-SCDMA與TD-CDMA在UMTS接口協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)方面是一致的，其最大差異在于空中接口L1層所采用的具體技術(shù)上的不同。TD-SCDMA采用1.28Mchips/s低碼片速率技術(shù)，單載波僅需要1.6MHz的帶寬，而TD-CDMA采用3.84Mchips/s的

不同于FDD，在3GPP的規(guī)范中，LCR TDD與HCR TDD空中接口L1規(guī)范在相同的協(xié)議中所定義，只是在協(xié)議中通過不同的章節(jié)以“1.28Mcps Option”和“3.84Mcps Option”加以區(qū)分。圖2給出了適用于LCR TDD與HCR TDD的3GPP L1規(guī)范示意。

一、物理信道結(jié)構(gòu)的差異

1、LCR TDD物理信道結(jié)構(gòu) LCR TDD系統(tǒng)的物理信道采用四層結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)幀號(hào)（SFN）、無線幀、子幀、時(shí)隙/碼。系統(tǒng)使用時(shí)隙和擴(kuò)頻碼來在時(shí)域和碼域上區(qū)分不同的用戶信號(hào)。圖1給出了LCR TDD系統(tǒng)中物理信道的層次結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)定義的一個(gè)TDMA幀長(zhǎng)度為10ms，并將一個(gè)無線幀分成兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的子幀，每個(gè)子幀的時(shí)長(zhǎng)為5ms。每一個(gè)子幀又分成長(zhǎng)度為675us的7個(gè)常規(guī)時(shí)隙（TS0~TS6）和3個(gè)特殊時(shí)隙：DwPTS（下行導(dǎo)頻時(shí)隙）、G（保護(hù)間隔）和UpPTS（上行導(dǎo)頻時(shí)

2、HCR TDD物理信道結(jié)構(gòu) 與LCR TDD不同，HCR TDD系統(tǒng)的物理信道采用三層結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)幀號(hào)、無線幀、時(shí)隙/碼。所有物理信道的每個(gè)時(shí)隙需要有一個(gè)保護(hù)周期（Guard Period）。系統(tǒng)使用時(shí)隙和擴(kuò)頻碼來在時(shí)域和碼域上區(qū)分不同的用戶信號(hào)。每個(gè)無線幀長(zhǎng)度10ms，它由15個(gè)時(shí)隙所構(gòu)成，如圖2所示。

二、幀結(jié)構(gòu)的差異

1、LCR TDD幀結(jié)構(gòu) LCR TDD除DwPTS和UpPTS外，其它所有用于信息傳輸?shù)耐话l(fā)都具有相同的結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)數(shù)據(jù)部分、一個(gè)訓(xùn)練序列碼和一個(gè)保護(hù)時(shí)間片組成（參見圖1）。數(shù)據(jù)部分對(duì)稱地分布于訓(xùn)練序列的兩端，一個(gè)突發(fā)的持續(xù)時(shí)間就是一個(gè)時(shí)隙。突發(fā)的訓(xùn)練序列是一個(gè)長(zhǎng)為144chips的midamble碼。LCR TDD每個(gè)子幀有兩個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)（UL到DL和DL到UL），第一個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)固定在TS0結(jié)束處，而第二個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)則取決于小區(qū)上下行時(shí)隙的配置。幀結(jié)構(gòu)中共定義了4種類型的時(shí)隙，它們分別是DwPTS、UpPTS、GP和TS0~TS6。其中DwPTS和UpPTS分別用作上行同步和下行同步，不承載用戶數(shù)據(jù)，GP用作上行同步建立過程中的傳播時(shí)延保護(hù)，TS0~TS6用于承載用戶數(shù)據(jù)或控制信息。GP是為避免UpPTS和DwPTS間干擾而設(shè)置的，它確保無干擾接收DwPTS，半徑11.25km。

2、HCR TDD幀結(jié)構(gòu) HCR TDD突發(fā)由兩個(gè)數(shù)據(jù)部分、一個(gè)訓(xùn)練序列和一個(gè)保護(hù)周期組成，訓(xùn)練序列有兩種長(zhǎng)度：256chips和512chips。系統(tǒng)有三種突發(fā)類型，包括業(yè)務(wù)型突發(fā)、隨機(jī)接入型突發(fā)和同步型突發(fā)。隨機(jī)接入型只用于上行鏈路，同步型只用于下行鏈路，業(yè)務(wù)型則是雙向的。HCR TDD可以對(duì)一幀之內(nèi)的15個(gè)時(shí)隙分別進(jìn)行上行或下行鏈路分配。

三、LCR TDD與HCR TDD主要特征比較

LCR TDD與HCR TDD在3GPP范圍內(nèi)進(jìn)行了融合，最大程度地共享了高層以及網(wǎng)元的重要特性。它們主要區(qū)別在于物理層結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵特征。為此，LCR TDD在HCR TDD的基礎(chǔ)上，對(duì)高層和接口上的一些信元、參數(shù)進(jìn)行了增加、修改或擴(kuò)展以適應(yīng)物理層上的變化。同時(shí)，它們?cè)赗F、系統(tǒng)性能和一致性測(cè)試等方面也表現(xiàn)出了不同的特點(diǎn)。具體表現(xiàn)如下：

⑴HCR TDD的頻譜帶寬5MHz，而LCR TDD的頻譜帶寬只需1.6MHz。這樣對(duì)于某些未獲得5MHz帶寬的運(yùn)營(yíng)商具有優(yōu)勢(shì)，UTRA FDD需上、下行對(duì)稱的5MHz帶寬，UTRA TDD也至少需要有5MHz的帶寬。⑵ LCR TDD的碼片率為1.28Mcps，而HCR TDD為3.84Mcps。雖然LCR TDD的碼片率僅有HCR TDD的1/3，但它仍然能夠?qū)崿F(xiàn)IMT 2000對(duì)于3G的數(shù)據(jù)速率要求，即：室外步行環(huán)境至少384kbps、室內(nèi)環(huán)境至少2Mbps。LCR TDD除了采用QPSK調(diào)制方式外，對(duì)于2Mbps時(shí)采用8PSK調(diào)制方式。⑶與FDD相對(duì)比，HCR TDD和LCR TDD均提供了對(duì)于不對(duì)稱信道分配的高頻譜使用效率。⑷HCR TDD與LCR TDD所采用的擾碼相同，長(zhǎng)度均為16chips。上、下行鏈路中較FDD更短的擾碼使得聯(lián)合檢測(cè)的接收復(fù)雜度降低。⑸在物理信道方面，F(xiàn)PACH、DwPCH、UpPCH為L(zhǎng)CR TDD所專有，SCH和PNBSCH為HCR TDD所專有。⑹信道編碼和復(fù)用方案，F(xiàn)DD與LCR TDD、HCR TDD相差不大。來自MAC層和高層的數(shù)據(jù)流經(jīng)編碼后在空中進(jìn)行發(fā)送，并提供傳輸業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)包以每個(gè)TTI的間隔提供給信道編碼，F(xiàn)DD和UTRA TDD的TTI取值可以是：10、20、40、80ms等四種可能；而LCR TDD系統(tǒng)中，對(duì)于RACH基于5ms的子幀增加了一種5ms的可能。⑺LCR TDD和HCR TDD均支持兩種不同的第二次交織模式：基于幀的交織和基于時(shí)隙的交織?；跁r(shí)隙的交織模式對(duì)于當(dāng)小區(qū)中干擾變化較大時(shí)有利。這一點(diǎn)上與UTRA FDD不一樣，F(xiàn)DD只有基于幀的交織模式。另外，由于LCR TDD在一個(gè)10ms的幀中分成了兩個(gè)5ms的子幀，這樣便要求有一個(gè)子幀的分割過程，編碼后的比特流需要平均分配到兩個(gè)5ms的子幀中。⑻TFCI對(duì)應(yīng)于來自高層的傳輸格式組合（TFC）指示，這些信息比特為接收方對(duì)相關(guān)DPCH中所使用的傳輸格式及其組合進(jìn)解碼提供了參考。對(duì)于TFCI的編碼取決于其長(zhǎng)度，根據(jù)長(zhǎng)度的不同，LCR和HCR均有三種不同的編碼方案：較長(zhǎng)TFCI（6~10bit）、較短TFCI（3~5bit）和極短TFCI（1~2bit），它們采用的具體編碼器也相同。

但是，由于LCR TDD另外支持8PSK的調(diào)制方式，TFCI的編碼也支持較長(zhǎng)TFCI（6~10bit）、較短TFCI（3~5bit）和極短TFCI（1~2bit）的編碼方案，但具體采用的編碼器與QPSK調(diào)制時(shí)不一樣。

另外，TFCI碼字在HCR TDD中是映射到一個(gè)業(yè)務(wù)突發(fā)中midamble碼的兩側(cè)的，而LCR TDD則是映射到連續(xù)兩個(gè)子幀的4個(gè)位置上。

CDMA TDD是由ITU確定的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)之一，它與另外兩種FDD技術(shù)（WCDMA、CDMA2000）共同成為全球三大3G通信體制。CDMA TDD又包括LCR TDD和HCR TDD兩種可選方案，其中LCR TDD即TD-SCDMA是由我國提出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通信系統(tǒng)，它不但可以單獨(dú)運(yùn)營(yíng)組網(wǎng)，而且也可以與WCDMA混合組網(wǎng)，它適合于向城市人口密集區(qū)提供高密度大容量話音、數(shù)據(jù)和多媒體等業(yè)務(wù)，同時(shí)也適合于農(nóng)村、城鄉(xiāng)結(jié)合部的非人口密集區(qū)域?qū)崿F(xiàn)廣域覆蓋。而HCR TDD則主要應(yīng)用于作為WCDMA的熱點(diǎn)覆蓋補(bǔ)充，同時(shí)它主要定位于寬帶無線接入領(lǐng)域的應(yīng)用。