1 TD-SCDMA系統(tǒng)

　　大唐電信集團(tuán)開(kāi)發(fā)的TD-SCDMA系統(tǒng)采用時(shí)分雙工TDD，TDMA/CDMA多址方式工作，基于同步CDMA、智能天線(xiàn)、多用戶(hù)檢測(cè)、正交可變擴(kuò)頻因數(shù)、Turbo編碼技術(shù)、CDMA等新技術(shù)，工作于2 010～2 025 MHz。我國(guó)為T(mén)D-SCDMA劃分了155 MHz非對(duì)稱(chēng)頻段，具體為1 880～1 920MHz，2 010～2 025 MHz和2 300～2 400MHz。

　　1.1 TD—SCDMA標(biāo)準(zhǔn)概況

　　多址接入方式：DS-CDMA/CDMA/SDMA;碼片速率：1.28 MCPS;雙工方式：TDD;載頻寬度：1.6 MHz;擴(kuò)頻技術(shù)：OVSF;調(diào)制方式：QPSK，8PSK;編碼方式：卷積編碼，Turbo編碼;功率控制：200次/s。

　　TD—SCDMA的主要優(yōu)勢(shì)有：

　　使用智能天線(xiàn)、多用戶(hù)檢測(cè)等新技術(shù);可高效率地滿(mǎn)足不對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)需要;簡(jiǎn)化硬件，可降低產(chǎn)品成本和價(jià)格;便于利用不對(duì)稱(chēng)的頻譜資源，頻譜利用率大大提高;可與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)兼容。

　　1.2 TD—SCDMA關(guān)鍵技術(shù)

　　(1)綜合的尋址(多址)方式

　　TD-SCDMA空中接口采用了四種多址技術(shù)：TDMA，CDMA，F(xiàn)DMA，SDMA(智能天線(xiàn))。綜合利用四種技術(shù)資源分配時(shí)在不同角度上的自由度，得到可以動(dòng)態(tài)調(diào)整的最優(yōu)資源分配。

　　(2)靈活的上下行時(shí)隙配置

　　靈活的時(shí)隙上下行配置可以隨時(shí)滿(mǎn)足您打電話(huà)，上網(wǎng)瀏覽、下載文件、視頻業(yè)務(wù)等的需求，保證您清晰、暢通享受3G業(yè)務(wù)。

　　(3)TD克服呼吸效應(yīng)和遠(yuǎn)近效應(yīng)

　　呼吸效應(yīng)：在CDMA系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)小區(qū)內(nèi)的干擾信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，基站的實(shí)際有效覆蓋面積就會(huì)縮小;當(dāng)一個(gè)小區(qū)的干擾信號(hào)很弱時(shí)，基站的實(shí)際有效覆蓋面積就會(huì)增大。簡(jiǎn)言之，呼吸效應(yīng)表現(xiàn)為覆蓋半徑隨用戶(hù)數(shù)目的增加而收縮。形成呼吸效應(yīng)的主要原因是CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，用戶(hù)增加導(dǎo)致干擾增加而影響覆蓋。

　　對(duì)于TD—SCDMA而言，通過(guò)低帶寬FDMA和TDMA來(lái)抑制系統(tǒng)的主要干擾，在單時(shí)隙中采用CDMA技術(shù)提高系統(tǒng)容量，而通過(guò)聯(lián)合檢測(cè)和智能天線(xiàn)技術(shù) (SDMA技術(shù))克服單時(shí)隙中多個(gè)用戶(hù)之間的干擾，因而產(chǎn)生呼吸效應(yīng)的因素顯著降低，故TD系統(tǒng)不再是一個(gè)干擾受限系統(tǒng)(自干擾系統(tǒng))，覆蓋半徑不像 CDMA那樣因用戶(hù)數(shù)的增加而顯著縮小，因而可認(rèn)為T(mén)D系統(tǒng)沒(méi)有呼吸效應(yīng)。

　　遠(yuǎn)近效應(yīng)：由于手機(jī)用戶(hù)在一個(gè)小區(qū)內(nèi)是隨機(jī)分布的，而且是經(jīng)常變化的，同一手機(jī)用戶(hù)可能有時(shí)處在小區(qū)的邊緣，有時(shí)靠近基站。如果手機(jī)的發(fā)射功率按照最大通信距離設(shè)計(jì)，則當(dāng)手機(jī)靠近基站時(shí)，功率必定有過(guò)剩，而且形成有害的電磁輻射。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是根據(jù)通信距離的不同，實(shí)時(shí)地調(diào)整手機(jī)的發(fā)射功率，即功率控制。

　　功率控制的原則是，當(dāng)信道的傳播條件突然變好時(shí)，功率控制單元應(yīng)在幾微妙內(nèi)快速響應(yīng)，以防止信號(hào)突然增強(qiáng)而對(duì)其他用戶(hù)產(chǎn)生附加干擾;相反當(dāng)傳播條件突然變壞時(shí)，功率調(diào)整的速度可以相對(duì)慢一些。也就是說(shuō)，寧愿單個(gè)用戶(hù)的信號(hào)質(zhì)量短時(shí)間惡化，也要防止對(duì)其他眾多用戶(hù)產(chǎn)生較大的背景干擾。

　　(4)動(dòng)態(tài)信道分配(DCA)

　　動(dòng)態(tài)信道分配(Dynamic Channel Allocation，DCA)就是根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的資源(頻率、時(shí)隙、碼字等)分配。動(dòng)態(tài)信道分配的優(yōu)點(diǎn)：頻帶利用率高、無(wú)需網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的信道預(yù)規(guī)劃、可以自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載和干擾的變化等。

　　(5)智能天線(xiàn)技術(shù)

　　智能天線(xiàn)的高效率是基于上行鏈路和下行鏈路的無(wú)線(xiàn)路徑的對(duì)稱(chēng)性(無(wú)線(xiàn)環(huán)境和傳輸條件相同)而獲得的。此外，智能天線(xiàn)可減少小區(qū)間干擾也可減少小區(qū)內(nèi)干擾。智能天線(xiàn)的這些特性可顯著提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜效率。

　　2 智能天線(xiàn)技術(shù)

　　智能天線(xiàn)又稱(chēng)為自適應(yīng)天線(xiàn)陣列，技術(shù)核心是陣列信號(hào)處理。早期應(yīng)甩集中于雷達(dá)和聲納檢測(cè)領(lǐng)域，主要用來(lái)完成空間濾波和定位。20世紀(jì)70年代后期被引入軍事通信，智能天線(xiàn)真正的發(fā)展是90年代被應(yīng)用于民用蜂窩通信，成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。固定的天線(xiàn)陣列與數(shù)字信號(hào)處理器的結(jié)合，就構(gòu)成了可以動(dòng)態(tài)配置天線(xiàn)特性的智能天線(xiàn)，所以到90年代中期，在美國(guó)和中國(guó)開(kāi)始考慮將智能天線(xiàn)技術(shù)使用于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。在1997年，北京信威通信技術(shù)公司成功開(kāi)發(fā)使用智能天線(xiàn)技術(shù)的SCDMA無(wú)線(xiàn)用戶(hù)環(huán)路系統(tǒng)，美國(guó)Redcom公司則在時(shí)分多址的PHS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了智能天線(xiàn)。以上是最先商用化的智能天線(xiàn)系統(tǒng)，同時(shí)，在國(guó)內(nèi)外眾多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)內(nèi)也廣泛研究了多種智能天線(xiàn)的波束形成算法和實(shí)現(xiàn)方案。

　　2.1 智能天線(xiàn)在TD-SCDMA中的應(yīng)用

　　智能天線(xiàn)可以用于基站端，也可用于移動(dòng)終端。目前主要研究的是在基站端的智能無(wú)線(xiàn)收與發(fā)，即上行收與下行發(fā)，如圖1所示?！　?/p>

　　TD-SCDMA系統(tǒng)的智能天線(xiàn)是由8個(gè)天線(xiàn)單元的同心陣列組成的，直徑為25 cm。同全方向天線(xiàn)相比，它可獲得較高的增益。TD-SCDMA智能天線(xiàn)的高效率是基于上行鏈路和下行鏈路的無(wú)線(xiàn)路徑的對(duì)稱(chēng)性而獲得的。此外，智能天線(xiàn)可減少小區(qū)間干擾，也可減少小區(qū)內(nèi)干擾。智能天線(xiàn)的這些特性可顯著提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜效率。

　　由于每個(gè)用戶(hù)在小區(qū)內(nèi)的位置都是不同的。這一方面要求天線(xiàn)具有多向性，另一方面則要求在每一獨(dú)立的方向上，系統(tǒng)都可以跟蹤個(gè)別的用戶(hù)。通過(guò)DSP控制用戶(hù)的方向測(cè)量使上述要求可以實(shí)現(xiàn)。每用戶(hù)的跟蹤通過(guò)到達(dá)角進(jìn)行測(cè)量。在TD—SCDMA系統(tǒng)中，由于無(wú)線(xiàn)子幀的長(zhǎng)度是5 ms，則至少每秒可測(cè)量200次，每用戶(hù)的上下行傳輸發(fā)生在相同的方向，通過(guò)智能天線(xiàn)的方向性和跟蹤性，可獲得其最佳的性能。

　　在TD-SCDMA系統(tǒng)中，基站系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與自適應(yīng)算法，使智能天線(xiàn)動(dòng)態(tài)地在覆蓋空間中形成針對(duì)特定用戶(hù)的定向波束，充分利用下行信號(hào)能量并最大程度的抑制干擾信號(hào)?；就ㄟ^(guò)智能天線(xiàn)可在整個(gè)小區(qū)內(nèi)跟蹤終端的移動(dòng)，這樣終端得到的信噪比得到了極大的改善，提高業(yè)務(wù)質(zhì)量。

　　WCDMA和CDMA 2000都允許在上行和下行鏈路為每個(gè)移動(dòng)用戶(hù)分配專(zhuān)門(mén)的導(dǎo)頻信道，但是要求使用智能天線(xiàn)系統(tǒng)。對(duì)于WCDMA和CDMA 2000系統(tǒng)而言，智能天線(xiàn)雖然是推薦配置，但是當(dāng)今的一些WCDMA和CDMA 2000的基站產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始支持智能天線(xiàn)了。

　　2.2 TD—SCDMA中智能天線(xiàn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

　　智能天線(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)各陣元信號(hào)的加權(quán)幅度和相位來(lái)改變陣列的方向圖形狀，即自適應(yīng)或以預(yù)置方式控制波束幅度、指向和零點(diǎn)位置，使波束總是指向期望方向，而零點(diǎn)指向干擾方向，實(shí)現(xiàn)波束隨著用戶(hù)走，從而提高天線(xiàn)的增益和信干噪比。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示?！　?/p>

　　由圖可見(jiàn)，智能天線(xiàn)系統(tǒng)由3部分組成：天線(xiàn)陣列、波束形成網(wǎng)絡(luò)、控制算法。天線(xiàn)以多個(gè)高增益的動(dòng)態(tài)窄波束分別跟蹤多個(gè)期望信號(hào)，來(lái)自窄波束以外的信號(hào)被抑制。但智能天線(xiàn)的波束跟蹤并不意味著一定要將高增益的窄波束指向期望用戶(hù)的物理方向，事實(shí)上，在隨機(jī)多徑信道上移動(dòng)用戶(hù)的物理方向是難以確定的，特別是在發(fā)射臺(tái)至接收機(jī)的直射路徑上存在阻擋物時(shí)，用戶(hù)的物理方向并不一定是理想的波束方向。

　　智能天線(xiàn)波束跟蹤的真正含義是在最佳路徑方向形成高增益窄波束，并跟蹤最佳路徑的變化。理想前景是空分多址(SDMA)，它不是信道復(fù)用的概念，而是一種信道倍增方式，可與FDMA，TDMA，CDMA等系統(tǒng)完全兼容，從而實(shí)現(xiàn)組合的多址方式。智能天線(xiàn)關(guān)鍵是自適應(yīng)波束形成算法，常用的波束形成算法主要有兩種：非盲波束形成算法和盲波束形成算法。智能天線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)如下：提高頻譜利用率;抗衰落;改善鏈路質(zhì)量，增加可靠性;減小多徑效應(yīng);降低功率，減小成本;提高通信的安全性;實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)定位業(yè)務(wù)。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　美國(guó)、歐洲和日本非常重視未來(lái)移動(dòng)通信中智能天線(xiàn)的作用，已經(jīng)開(kāi)展大量的理論分析和研究。我國(guó)也已經(jīng)將研究智能天線(xiàn)技術(shù)列入國(guó)家863—317通信技術(shù)主題研究中。在ITU認(rèn)定的幾個(gè)技術(shù)發(fā)展方向中，包含了智能天線(xiàn)和TDD時(shí)分雙工技術(shù)，認(rèn)為這兩種技術(shù)都是以后技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，而智能天線(xiàn)和TDD時(shí)分雙工這兩項(xiàng)技術(shù)，在目前的TD—SCDMA標(biāo)準(zhǔn)體系中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)和應(yīng)用。