TD-SCDMA系統(tǒng)是中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)三大主流標(biāo)準(zhǔn)之一，采用了大量世界領(lǐng)先的技術(shù)：第一個(gè)使用時(shí)分雙工方式，同時(shí)采用了同步CDMA、智能天線、聯(lián)合檢測(cè)、接力切換、低碼片速率和軟件無(wú)線電等一系列高新技術(shù)，與其他第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)相比，它有很多獨(dú)特的地方。
　　不過(guò)人們普遍認(rèn)為3G系統(tǒng)僅僅是一個(gè)從窄帶向未來(lái)通信系統(tǒng)過(guò)渡的階段，目前大家已經(jīng)把目光投向3G的長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)^[1]。該系統(tǒng)可以容納龐大的用戶群、改善現(xiàn)有通信質(zhì)量，達(dá)到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，而正交頻分復(fù)用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術(shù)將有可能成為其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　因此，人們都主張將OFDM技術(shù)引入TD-SCDMA系統(tǒng)，提高TD-SCDMA系統(tǒng)的容量并增強(qiáng)它的性能，形成TDD＋OFDM的3G演進(jìn)系統(tǒng)的移動(dòng)通信物理層標(biāo)準(zhǔn)方案版本是非常有必要的。本文給出了一種新的基于OFDM技術(shù)的演進(jìn)TDD系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)參數(shù)，它能滿足與已有3G系統(tǒng)共存的要求，并且有更大的吞吐量和頻譜效率。仿真表明，新參數(shù)在短CP時(shí)性能優(yōu)于CATT的參數(shù)，而在使用長(zhǎng)CP時(shí)，兩組參數(shù)的性能也幾乎一致。
1 OFDM系統(tǒng)的參數(shù)選擇
　　OFDM技術(shù)將整個(gè)信道帶寬劃分成若干個(gè)子信道，每一子信道用子載波調(diào)制時(shí)，允許相鄰子載波之間有很大程度的重疊，頻譜利用率高；OFDM技術(shù)通過(guò)串并轉(zhuǎn)換過(guò)程將高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變?yōu)檩^低速率的傳輸，從而使傳輸信道具有平衰落特性，可有效地克服信道頻率選擇性的影響，減少I(mǎi)SI對(duì)系統(tǒng)性能" title="系統(tǒng)性能">系統(tǒng)性能的影響;OFDM實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)不同于傳統(tǒng)的調(diào)制方式，而是通過(guò)FFT的正、逆變換實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度不高；OFDM易于與其他多種接入方式相結(jié)合，構(gòu)成OFDMA系統(tǒng)。各種OFDM參數(shù)的選擇就是需要在多項(xiàng)要求沖突中進(jìn)行折衷考慮。通常來(lái)講，首先要確定3個(gè)參數(shù)：帶寬（Bandwidth）、比特速率（Bit Rate）和保護(hù)間隔（Guard Interval）。
　　為了有效地對(duì)抗多徑時(shí)延擴(kuò)展，最大限度地消除符號(hào)間干擾，應(yīng)該在每個(gè)OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間隔。保護(hù)間隔的時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)該大于移動(dòng)環(huán)境信道的最大多徑時(shí)延擴(kuò)展，通常取為時(shí)延擴(kuò)展均方根值的2～4倍^[2]。
　　確定了保護(hù)間隔即可確定OFDM符號(hào)周期長(zhǎng)度。為了最大限度減少由于插入保護(hù)比特帶來(lái)的信噪比損失，希望OFDM符號(hào)周期長(zhǎng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保護(hù)間隔長(zhǎng)度，但是符號(hào)周期長(zhǎng)度不能任意大，否則OFDM系統(tǒng)中要包括更多的子載波數(shù)，從而導(dǎo)致子載波間隔" title="載波間隔">載波間隔相應(yīng)減小，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度增加，而且加大了系統(tǒng)的峰均比^[3]，同時(shí)使系統(tǒng)對(duì)頻率偏差更加敏感^[4]。
　　每個(gè)信道中所傳輸?shù)谋忍厮俾士梢杂烧{(diào)制類(lèi)型、編碼速率和符號(hào)速率來(lái)確定。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的吞吐量，子載波數(shù)目和FFT的長(zhǎng)度要有相對(duì)較大的數(shù)量。子載波數(shù)可以由信道帶寬、數(shù)據(jù)吞吐量和有用符號(hào)持續(xù)時(shí)間決定，而子載波間隔必須足夠大才能使得多普勒頻移可以被忽略。
　　下面，將對(duì)在TD-SCDMA系統(tǒng)中如何選擇OFDM參數(shù)進(jìn)行討論。為了統(tǒng)一，參數(shù)討論都是針對(duì)下行鏈路" title="下行鏈路">下行鏈路。
2 已有的TD－SCDMA長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)的OFDM參數(shù)
　　先分析一下TD－SCDMA系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)。物理信道用4層結(jié)構(gòu)^[5]：超幀、無(wú)線幀、子幀和時(shí)隙" title="時(shí)隙">時(shí)隙/碼。一個(gè)720ms超幀長(zhǎng)由72個(gè)無(wú)線幀組成，每個(gè)無(wú)線幀長(zhǎng)10ms。TD－SCDMA將每個(gè)無(wú)線幀分為兩個(gè)5ms的子幀，每個(gè)子幀由長(zhǎng)度675μs的7個(gè)主時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙組成。3個(gè)特殊時(shí)隙分別是下行導(dǎo)頻時(shí)隙（DwPTS，75μs）、上行導(dǎo)頻時(shí)隙（UpPTS，125μs）和保護(hù)時(shí)隙（G，75μs）。在這7個(gè)主時(shí)隙中，Ts0總是分配給下行鏈路，而Ts1總是分配給上行鏈路，其他時(shí)隙既可作為上行鏈路的時(shí)隙，也可作為下行鏈路的時(shí)隙。上、下行鏈路的時(shí)隙之間由一個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)分開(kāi)，在每個(gè)5ms的子幀中有兩個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)（UL到DL和DL到UL），轉(zhuǎn)換點(diǎn)的位置取決于小區(qū)上、下行時(shí)隙的配置。
　　由于OFDM技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，國(guó)際上許多公司和科研團(tuán)體都把它作為增強(qiáng)3G系統(tǒng)性能特別是TD-SCDMA系統(tǒng)性能的方案之一。目前，由CATT、RITT、 ZTE、Huawei、TD-tech等共同提出的一種針對(duì)TDD LCR系統(tǒng)的增強(qiáng)和演進(jìn)方案?jìng)涫苋藗冴P(guān)注^[6]。這種基于E-UTRA TDD系統(tǒng)的下行鏈路OFDM信道參數(shù)由表1所示。
　　從該表可以看出：下行鏈路子載波間隔為15kHz，與FDD OFDMA系統(tǒng)類(lèi)似；頻譜利用率達(dá)到了90%；根據(jù)不同的傳輸速率需要，可以使用長(zhǎng)、短兩種保護(hù)間隔；1個(gè)675ms的傳輸間隔可以支持9個(gè)使用短保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)，或者8個(gè)使用長(zhǎng)保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)；支持UTRALCR TDD系統(tǒng)的演進(jìn)，傳輸帶寬為1.6MHz。
　　可以粗略的估算一下該系統(tǒng)的容量。傳輸帶寬為1.6MHz時(shí)，不同編碼速率和調(diào)制方式下的系統(tǒng)容量表如表2所列。
　　按照3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)計(jì)劃的要求，系統(tǒng)應(yīng)該擁有盡可能大的吞吐量和良好的性能。通過(guò)對(duì)該組幀結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)容量還有很大的提高余地。為此，在下節(jié)中給出了一組新的幀結(jié)構(gòu)參數(shù)。
3 新的TD－SCDMA長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)的OFDM參數(shù)
　　從OFDM參數(shù)分析可知，當(dāng)傳輸帶寬固定時(shí)，要進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量，只有相應(yīng)減小子載波間隔，增加子載波數(shù)；只要子載波間隔的長(zhǎng)度滿足信道環(huán)境的要求，仍然可以忽略多普勒頻移的影響，而系統(tǒng)性能影響不大。因此，給出了一組新的OFDM參數(shù)，假設(shè)采樣頻率F=1.6MHz：
　　(1) 長(zhǎng)保護(hù)間隔情況
　　當(dāng)使用長(zhǎng)保護(hù)間隔，循環(huán)前綴CP=40(25μs)；

　　表3是基于TDD系統(tǒng)的下行鏈路OFDM的新參數(shù)。從該表可以看到：符合目前UTRA(一)LCR(一)TDD系統(tǒng)的要求，傳輸帶寬仍然為1.6MHz；根據(jù)不同的傳輸速率需要，也分為長(zhǎng)、短保護(hù)間隔兩種情況。而與前述方案不同的是：1個(gè)675ms的傳輸間隔可以支持4個(gè)使用短保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)，或者3個(gè)使用長(zhǎng)保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)；子載波間隔減小（長(zhǎng)保護(hù)間隔時(shí)△f=5kHz，短保護(hù)間隔時(shí)△f=6.25kHz）；頻譜利用率更高。

　　筆者粗略估算一下該系統(tǒng)在不同編碼速率和調(diào)制方式下的系統(tǒng)容量，由表4所列。
　　從表2和表4的比較中可以看到，使用新參數(shù)時(shí)較之現(xiàn)有參數(shù)時(shí)的系統(tǒng)容量有了明顯提高（在相同調(diào)制方式和編碼速率下，當(dāng)分別使用長(zhǎng)、短CP方案時(shí)，新參數(shù)的系統(tǒng)容量比現(xiàn)有參數(shù)的系統(tǒng)容量分別高出近18%和10%）。
4 仿真性能
　　最后，比較一下兩組參數(shù)的仿真性能。信道模型采用3G系統(tǒng)環(huán)境的“case3”信道^[5]，其中速度120km/h，相對(duì)時(shí)延0、781ns、1563ns、2344ns，功率衰減為0、-3dB,-6dB、-9dB，最大多徑時(shí)延約為4個(gè)抽樣時(shí)間間隔，小于保護(hù)間隔的長(zhǎng)度。系統(tǒng)信道編碼采用1/2卷積編碼，調(diào)制方式采用QPSK。信道估計(jì)采用理想信道估計(jì)。其他涉及的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)^[5]。使用短CP和長(zhǎng)CP時(shí)的系統(tǒng)性能仿真分別見(jiàn)圖1和圖2。

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