TD-SCDMA移動通信系統的應用

摘要：本文對TD-SCDMA移動通信系統的特點與應用做了簡要分析。

關鍵詞：TD-SCDMA

1 TD-SCDMA簡介

TD-SCDMA是時分同步碼分多址的意思，是一種無線通信的技術標準，TD-SCDMA系統由于采用了集TDMA、FDMA和CDMA系統組成模塊為一體的技術，能從國內大量應用的GSM系統平滑過濾。系統由用戶設備、基站和核心網組成。

TD-SCDMA信道的結構如下圖所示。由兩個結構完全相同的5ms的子幀構成一個10ms的幀，又由長度為675us的7個常規時隙和3個特殊時隙構成每一子幀。在7個常規時隙中TS1分配給上行鏈路，而TS0分配給下行鏈路。上行時隙和下行時隙之間由轉換點分開，通過靈活配置上下行時隙的個數，使TD-SCDMA適用于上下行對稱及非對稱業務的模式。在TD-SCDMA系統中，每個5ms子幀有兩個轉換點：第一個是DL到UL；第二個轉換點是UL到DL，TS0是第一個下行時隙。

由兩個長度分別為352chip的數據塊、一個長度為16chip的保護時隙和一個長度為144chipd的中間碼組成了TD-SCDMA系統采用的突發結構。TS0. TS1.TS2. TS3. TS4. TS5.TS6……是 TD-SCDMA在每個頻點的每個常規時隙可同時承載多個用戶，這些用戶按照不同的擴頻碼來區分，而系統根據一定的DCA算法，動態的將信道分配給用戶。

2 系統特色

TD-SCDMA通信專網有著先進的技術、穩定的產品、領先和實用的整體解決方案、完備的技術支持和售后服務，且都明顯的領先于其他廠商。TD-SCDMA專網系統是一個綜合性的通信調度系統，可提供數據業務和語音的綜合調度；可最大限度將通信方式從有線變為無線，終端可移動性極大的方便調度臺對人員的調度，增大調度范圍，提高調度效率；有力支撐了企業安全生產管理，專網高話質、高帶寬數據能力使企業通信與調度系統更高效、更便捷；系統采用分布式部署架構，組網更簡單，部署場景更靈活，能夠滿足不同行業在各種復雜環境和地質條件下的組網需求。TD-SCDMA是主流的通信技術，可以確保專網系統處于技術前沿，龐大的產業鏈可促使產品的成本不斷降低；專網系統可平滑地接入到公網系統（PSTN／PLMN）。并且，TD-SCDMA專網與中國移動3G網絡技術同源，使得專網系統伴隨中國移動3G公網的發展而發展，業務不斷豐富，性能不斷提升。TD-SCDMA采用了智能天線、聯合檢測、接力切換、同步CDMA、軟件無線電、低碼片速率、多時隙、可擴頻系統、自適應功率調整等技術。

TD通過低帶寬TDMA和FDMA、聯合檢測和智能天線技術來抑制系統的主要干擾和克服單時隙中多個用戶之間的干擾，從而能夠克服呼吸效應。根據通信距離的不同，實時地調整手機的發射功率來克服遠近效應。

3 TD-SCDMA無線空中接口

TD-SCDMA空中接口的協議棧分為3層：

物理層，是空中接口的最底層，支持比特流在物理介質上的傳輸。

數據層鏈路層，數據鏈路層在控制平面又分為MAC和RLC兩個子層，在用戶平面上還包括BMC子層。

網絡層，是RRC層，位于接入網的控制平面，完成UTRAN和終端間交互的所有信令處理。對呼叫控制、移動性管理及短消息等NAS業務透明處理。

4 TD-SCDMA 關鍵技術

4.1 智能天線是雷達系統自適應天線陣在通信中的新應用，目前使用在基站系統中。它分為兩類：自適應陣列天線和多波束天線。

自適應天線一般采用4-16天線陣元結構，陣元間為半波長。它可以完成用戶信號接受和發送。自適應陣列天線系統采用數字信號處理技術識別用戶信號到達方向，并在這個方向上形成天線主波束。

多波束天線采用多個并行波束覆蓋整個用戶區，每個波束的指向是固定的，而寬度隨天線元數目變化。當用戶在小區中移動時，基站在不同的響應波束中進行選擇，是接收信號最強。但多波束不能實現信號的最佳接收。與自適應天線陣列相比，多波束天線具有不需要判定用戶信號到達方向的優點。

總的來說，智能天線有兩個重要功能：一是對基站發送信號進行波速賦行，使基站發送信號能夠沿著移動臺電波的到達方向發送回移動臺，從而降低發射功率，減少對其他移動臺的干擾；二是對來自移動臺反射的多徑電波方向進行DOA估計，并進行空間濾波，抑制其他移動臺的干擾，提高基站接收機的靈敏度。

4.2 動態信道分配。基于CDMA一般受到小區內和小區間的干擾，是系統數據吞吐量減少，導致低頻譜效率和低經濟效益。TD-SCDMA系統的小區內干擾通過聯合檢測來最小化的，而小區間是采用干擾躲避算法，該算法是TDMA系統實現動態分配的一種典型方案。通過移動無線系統有效地實現動態信道分配。在TDMA/TDD模式下，在上下行鏈路中，每個移動用戶設備只在上下行鏈路每幀的一個時隙中活動，來操作一個雙工無線鏈路。目前，存在時域動態信道分配，頻域動態信道分配，空域動態信道分配這三種不同的動態分配形式。

時域動態信道分配就是在使用的無線載波的原有時隙中有干擾時，可通過改變時隙來進行時域動態信道分配。頻域動態信道分配是在無線載波的所有時隙中有干擾，可通過改變無線載波來進行頻域動態信道分配。空域動態信道分配是選擇最好的方向圖，進行空域動態信道分配。它是通過智能天線的定向性來實現的。TD-SCDMA系統通過合并時域、頻域和空域的動態信道分配技術能夠自動將系統自身的干擾最小化，從而取得最佳的業務質量、頻譜效率和經濟效益。

4.3 聯合檢測。TD-SCDMA系統中采用的聯合檢測技術是在傳統檢測技術基礎之上，充分利用造成MAI干擾的所有用戶信號及其多徑的先驗信息，把用戶信號的分離當作一個統一的相互關聯的聯合檢測過程來完成，從而具有優良的抗干擾性能，降低了系統對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行鏈路頻譜資源，顯著提高系統容量。聯合檢測算法的前提是能得到所有用戶的擴頻碼和信道沖激響應。TD-SCDMA系統在幀結構中設置了用來進行信道估計的訓練序列，根據接收到的訓練序列部分信號和已知的訓練序列就可以估算出信道沖激響應，而擴頻碼也是卻知的，那么就可以達到估計用戶原始信號的目的。聯合檢測算法有多種:非線性算法、線性算法和判決反饋算法。TD-SCDMA系統采用了線性算法中的破零線性塊均衡算法。

聯合檢測技術可以為系統帶來好處：降低干擾（可降低甚至消除MAI干擾）、擴大容量、削弱“遠近效應”的影響、降低功控的要求。

5 TD-SCDMA的技術優勢及行業應用優勢

TD-SCDMA是我國自主知識產權的、獲得國際電信聯盟（ITU）批準的國際通信標準，具有合法的使用頻率許可且頻率資源豐富；具有顯著的高頻譜利用率，可以降低網絡建設成本；采用時分雙工的接入方式，不需要成對分配頻段資源；網絡規劃和維護簡單，適合組建專網。此外，無論從終端芯片到主設備，還是從儀器儀表到業務應用，TD-SCDMA都擁有強大、成熟的產業聯盟作后盾，為專網后續的發展與技術演進提供強力的支持。數字化煤、油通信專網以及其它行業專網的建設加快了各行業通信信息化的發展步伐，為解決企業安全生產通信以及提高企業的應急通信能力奠定了堅實的基礎。TD-SCDMA專網的建設提供了高質量的語音和數據通信，有效提高了行業通信系統的實時性與可靠性；強化了人員的管理，提高了工作效率；系統還支持專網設備的平滑升級，不僅可滿足企業的通信需求，也使企業投資得到了長期保障。

6 TD-SCDMA無線網遠景

隨著TD-SCDMA技術標準的發展，TD-SCDMA標準也不同程度地引入了新的技術，來提高系統的性能。其中主要包括：①終端定位功能。可以通過智能天線，利用信道角DOA對終端用戶位置定位，以便更好地提供基于位置服務。②多天線輸入輸出技術。采用基站和終端多天線技術和信號處理，提高無線系統性能。③高速分組接入。包括高速下行(HSDPA)和高速上行（HSUPA），采用混合自動重傳、自適應編碼調制，實現高速率下行分組業務支持。④上行增強技術。采用自適應調制和編碼、混合ARQ技術、對專用、共享資源的快速分配以及相應的物理層信令支持機制，增強上行信道和業務能力。

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