TD—SCDMA系統關鍵技術

摘 要：本文作者通過學習有關TD-SCDMA系統知識，針對TD-SCDMA系統的特點，以自己的深刻理解詳細分析了TD-SCDMA必須使用的關鍵技術，其中主要包括TDD、智能天線、動態信道分配、聯合檢測、功率控制、接力切換六大技術。

關鍵詞：智能天線 聯合檢測 TDD

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0001-02

移動通信的發展已經經歷了兩代，其中第二代的GSM和窄帶CDMA移動通信系統是正在全世界營運的主要移動通信系統。現在，移動通信系統又進入了一個新的發展時期，就是人們普遍關注的第三代移動通信，其三大主流標準為：歐洲與日本提出的WCDMA、美國提出的CDMA2000和中國提出的TD-SCDMA。

TD-SCDMA系統具有其突出的特點：在第三代移動通信系統的三種主流標準中唯一采用時分雙工（TDD）方式，在頻譜利用上具有較大的靈活性。該系統綜合采用了智能天線、聯合檢測、軟件無線電等無線通信中的先進技術，解決了這些技術應用中的各種問題，使系統具有較高的性能和頻譜利用率。由于TD-SCDMA是三大主流標準中提出最晚的，很多人對系統還缺乏了解，信心不足，在這種情況下，覺得對自己所認識到的TD-SCDMA的優勢做一個詳細的介紹比較重要，下面本人通過對TD-SCDMA系統的學習及網絡測試，對TD-SCDMA系統關鍵技術的使用作了比較詳細的總結。

1 TD-SCDMA概念簡述

這里將TD-SCDMA從字面上分解開來解釋TD-SCDMA系統。

TD：TDD時分雙工

S：智能天線、軟件無線電

CDMA：碼分多址

2 三代移動通信系統簡單比較

第一代移動通信系統為80年代的模擬系統，采用FDMA多址方式。第二代移動通信系統為90年代的數字系統GSM其采用FDMA+TDMA多址方式，第三代移動通信系統為IMT-2000其采用FDMA+TDMA+ CDMA的多址方式。下面舉例對FDMA、TDMA、CDMA進行區分解釋。

假設共10個人要開會，2人一組，分成了5組。

如果采用FDMA，要用5個房間可以滿足。

如果采用TDMA，可以將5個組分成5個不同的時間段，這樣一個房間即可以滿足。

如果采用CDMA，5個組分別使用不同的語言，互相之間聽不懂談話的內容，這樣可以同時使用一個房間，能源更加節省。

TD-SCDMA系統采用了CDMA多址方式，雖然各組之間互相聽不懂談話的內容，但是能夠聽得到，這就是所謂的碼間干擾，如果在同一個房間內講話的人增多，則互相之間談話的音量就要受到控制，TD-SCDMA系統要解決這樣的問題，使得系統能夠穩定的運行，就要采用關鍵的技術，以下著重介紹TD-SCDMA系統中采用的關鍵技術。

3 TD-SCDMA關鍵技術的使用

針對TD-SCDMA系統的特點，采用的關鍵技術主要包括TDD技術、智能天線技術、動態信道分配技術、聯合檢測技術、功率控制及接力切換技術。

3.1 TDD技術

TDD即時分雙工：上下行采用相同的頻帶，用時間來區分上下行。

TDD的好處。

（1）不用具有特定的雙工間隔的成對頻段。

（2）頻率公用給上下行，可以靈活的配置上下行時隙比例，以達到快速率下載數據的要求。

（3）上下行使用相同的頻率，所以無線傳播的環境是對稱的，有利于職能天線技術的實現。

（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

智能天線技術簡單的歸納一下就是利用TD-SCDMA上下行同頻的特點，上下行無線環境基本相同，通過接受的上行來波方向（DOA）估計出用戶所在的方向，使得天線的能量僅指向小區內處于激活狀態的移動終端，激活狀態的終端在整個小區內處于受跟蹤狀態。

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（事先設計好多個方向的固定波束）和自適應天線能夠自動判斷移動終端的來波方向，目前所使用的即時自適應天線。從陣元數來分目前分為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，上下行無線傳播環境對稱，根據上行可以確定用戶方向。

（2）單時隙的用戶數少（每時隙話音用戶最大8個），便于時時地自適應權值生成。

（3）子貞時間短（5 ms），可以支持高速移動，因為移動系統中要求一個子貞內移動臺移動的距離要小于一個波長。

下面看一下智能天線怎樣估計上行的來波方向即上行DOA估計。

圖1中畫了3個智能天線陣子，也是各個陣子在空間上接受的來波，兩個陣元之間距離為1/2λ而且固定為0.075 m，3個陣元接收到的來波時間分別為t1、t2、t3，波束1與波束3的信號距離差為d，θ即是來波方向。從圖1知：波束1與波束3到達的時間差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，從而得到來波的方向估計出移動終端的方向，智能天線的能量會集中在此用戶上，但是如果同一個方向上由多個用戶同時發送信號怎么辦？這就要用到下面介紹的動態信道分配技術。

3.3 動態信道分配技術

動態信道分配（DCA）就是為了接納更多的用戶通過系統負荷、干擾、用戶空間方向角確定最優的資源分配方案進行的信道的分配及重新調整，降低系統干擾提高系統容量。所以動態信道分配分為三個步驟：接入控制、信道分配、信道調整。TD-SCDMA的一個信道由頻率、時隙、擴頻碼唯一確定。

動態信道分配主要分為慢速DCA（事先確定好時隙轉換點）和快速DCA。而快速DCA又分為頻域DCA、時域DCA、碼域DCA和空域DCA。其中頻域、時域、碼域DCA都是根據用戶的實際需求選取干擾最小的資源分配給該用戶使用。對于空域DCA，在使用智能天線時提到如果在同一個空間方向（即同一波束區域）有多個用戶時，就采用空域DCA技術將這些用戶放到不同的時隙上去用，同時對空間不同的用戶放到同一個時隙上，這樣就降低了彼此間的干擾。另外要在對多用戶解碼時同時解讀多個用戶的信息還要用到下面的技術—聯合檢測技術。

3.4 聯合檢測技術

在TD-SCDMA系統中有多種干擾存在，下面介紹幾種干擾。

（1）ISI：符號間干擾，即碼間干擾，因碼片間的時延而產生的干擾。

（2）MAI：多用戶之間的干擾，碼字之間因不會完全正交而產生的干擾。

（3）多徑干擾：指一個用戶的某2路信號到達時間間隔大于1個碼片時產生的干擾（小于1個碼片時會認為是ISI）。

為了清晰了解聯合檢測的作用，這里仍然用開會的例子來說明：因為使用了CDMA技術即各組使用了不同的語言在TD-SCDMA系統里就是給不同的用戶分配了不同的碼字，為了接收時分出哪些信息是某個用戶的，就用其使用的碼字去正交解出此用戶的具體信息。有兩種檢測方法。

（1）單用戶檢測：即每次只用一個用戶的碼字去正交，一次只能解出一個用戶，因為碼字不會理想到完全正交，所以其余的用戶信息不可能完全消除，只是將其強度大大降低了，成為干擾信號，這樣隨著用戶數的增多干擾累積會很大，使系統的容量受到限制。

（2）多用戶檢測：同時用多個用戶的碼字去解，將所有用戶一次性解出，將所有的信號都作為有用的信號，這樣有效的降低多用戶干擾。

聯合檢測功能有效的消除多用戶干擾，這樣就對開會時講話的音調要求放寬了，即緩解對了功率控制精度的要求。

3.5 功率控制

多個組在同一個房間里同時開會，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，則所有人的會議都將無法正常進行，這就是功率控制技術是TD-SCDMA系統的基礎，沒有功率控制就沒有CDMA系統。

功率控制分為開環功率控制和閉環功率控制。

開環功率控制只能在決定接入初期發射功率和切換時決定切換后初期發射功率的時候使用，接收機測量接收到的寬帶導頻信號的功率，并估計傳輸路徑損耗，根據路徑損耗計算得到需要發射的功率。

開環功率控制完成后開始進行閉環功率控制，閉環功率控制包括內環控制和外環控制。內環控制是NodeB測量接收到的信號的SIR值并與設定的SIRtar比較，下發TPC命令給UE，UE根據此命令調整自己的發射功率，此過程只有UE和NodeB參與。外環功率控制是RNC測量傳輸信道上的BLER并與設定的BLERtar比較，從而設定SIRtar通知NodeB，NodeB再下發TPC命令給UE，UE調整發射功率，此過程UE、NodeB和RNC都參與。

功率控制的目的：內環是使信號到達接收端剛好能夠解調。而外環不但要解調還要保證一定的SIR、BLER。

3.6 接力切換技術

大家都已經熟悉GSM的硬切換及了解WCDMA的軟切換過程，下面將接力切換與他們的區別做一簡單的描述，以接力跑賽為例。

硬切換：先斷后連，第一人到達接棒地點后，將棒放下等待接棒的人，但有保護時間，在此時間內若對方仍沒有接到棒而且第一人沒能再次拿起，則棒掉即掉話。

軟切換：先連后斷，到達接棒地點兩個人同時拿著棒跑，持續一段時間后第一人放開。

接力切換：到達接棒地點時，第一人不能站立不動，要第一人拿著棒陪跑一段，使得兩個人的速度接近即預同步后，棒才能穩定的傳遞過去，降低的掉話的幾率。

接力切換包括無線測量、網絡判決和系統執行的過程。接力切換只所以能夠預同步，就是利用智能天線獲取UE的位置距離信息，在切換測量期間，采用上行預同步技術，提前獲取切換后的上行信道發送時間、功率信息，從而達到減少切換時間，提高切換成功率，降低切換掉話率的目的。

以上就是本人在學習TD-SCDMA系統過程中對TD-SCDMA關鍵技術的了解，TD-SCDMA系統離不開這些技術的支持，了解了這些先進技術，我們就會對TD-SCDMA充滿信心，而且只有了解這些技術，我們才能夠更好的從事網絡規劃和網絡優化工作。