四川 胡海華
TD-SCDMA系統(tǒng)中幾個(gè)重要技術(shù)問題的考慮
四川 胡海華
第三代移動(dòng)通信TD-SCDMA系統(tǒng)在信號(hào)處理技術(shù)方面有新的要求;該系統(tǒng)需要無線資源管理技術(shù)來提高其利用效率,為了保持通信質(zhì)量又能夠充分使用無線資源,研究和探討無線資源管理的科學(xué)算法研究已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)課題。
信號(hào)處理技術(shù);無線資源管理技術(shù);頻譜效率;TD
近年來,無線通信計(jì)算發(fā)展的一個(gè)主要方向便是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。第三代移動(dòng)通信無線傳輸技術(shù)的很大一部分都集中在此。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)是話音,所需要的資源種類比較簡(jiǎn)單;無論對(duì)頻分和時(shí)分的系統(tǒng),其可使用的無線資源是比較固定的,每個(gè)基站有多少條話路就占用多少資源,第三代無線通信中無線資源管理應(yīng)引起人們的重視。
下面我們僅僅簡(jiǎn)單地比較一下數(shù)字信號(hào)的接收處理技術(shù)。在CDMA系統(tǒng)中,我們?cè)谝粋€(gè)相同頻段內(nèi)同時(shí)接收到的將是多個(gè)碼道,即這些相互重疊的信號(hào)是以碼或者波形區(qū)分的。而且,由于電波多經(jīng)傳播,每個(gè)不同的碼還有多條時(shí)延不同的信號(hào),或者稱之為不同的經(jīng),從這些復(fù)雜的接收數(shù)據(jù)中找出我們需要的某一碼道的信號(hào),就是現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的基本任務(wù)??偟恼f來,主要有下面兩種方法:
一種是單信道檢測(cè),如第三代移動(dòng)通信FDD系統(tǒng)中使用的Rake接收機(jī),這種方法是找出一個(gè)需要解調(diào)的碼道及其各個(gè)經(jīng)并進(jìn)行合并,以獲得最好的檢測(cè)結(jié)果;另一種是多信道檢測(cè),如TD-SCDMA系統(tǒng)中使用的聯(lián)合檢測(cè)技術(shù),這種方法是將各個(gè)相關(guān)的碼道檢測(cè)及其多經(jīng)信號(hào)聯(lián)合進(jìn)行處理。
從理論上,多信道檢測(cè)比單信道檢測(cè)的效率要高,但其處理的復(fù)雜度隨碼道數(shù)的3次方增加。對(duì)第三代移動(dòng)通信FDD系統(tǒng),其擴(kuò)頻系數(shù)比較大(幾十甚至超過100),使用現(xiàn)代信號(hào)處理器是難以實(shí)時(shí)完成的。而TD-SCDMA的最大擴(kuò)頻系數(shù)僅為16,信號(hào)處理的技術(shù)復(fù)雜度減少,可以方便地予以實(shí)現(xiàn)。這也是設(shè)計(jì)帖結(jié)構(gòu)時(shí),使用多時(shí)隙的結(jié)構(gòu),而不使用大的擴(kuò)頻系數(shù)的一個(gè)原因。
隨著CDMA技術(shù)的出現(xiàn),在頻率復(fù)用系數(shù)為1的網(wǎng)絡(luò)中,所有用戶同時(shí)、同頻工作又相互干擾,此時(shí),CDMA系統(tǒng)無線資源管理技術(shù)的重要性就顯現(xiàn)出來。特別是在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中,每個(gè)用戶要求的業(yè)務(wù)從話音、低速率數(shù)據(jù)到2Mbit/s的高速數(shù)據(jù),每種業(yè)務(wù)對(duì)通信質(zhì)量的要求又各不相同。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中,一個(gè)用戶的接入和退出都會(huì)對(duì)本小區(qū)及鄰近小區(qū)內(nèi)的干擾狀況造成影響,特別是高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),其影響更為明顯。為了保持通信質(zhì)量又能夠充分使用無線資源,研究和探討無線資源管理的科學(xué)算法已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)課題。
一個(gè)無線系統(tǒng)的效率,在很大程度上取決與其無線資源管理技術(shù)。TD-SCDMA系統(tǒng)從設(shè)計(jì)之初就考慮到此復(fù)雜性問題。TD-SCDMA系統(tǒng)的無線資源十分豐富,除了碼以外,還有時(shí)隙和載波頻率。而且,在使用了智能天線技術(shù)以后,所有碼道都可以投入業(yè)務(wù)傳輸,故整個(gè)無線資源管理要簡(jiǎn)單并有效。而CDMA FDD系統(tǒng)的無線資源管理卻是相當(dāng)復(fù)雜的。
關(guān)于移動(dòng)通信的頻譜效率,主要從兩個(gè)方面進(jìn)行考察:頻譜使用的靈活性和在給定頻寬內(nèi)能提供的業(yè)務(wù)能力。
TD-SCDMA在使用頻譜方面的靈活性主要?dú)w功于采用TDD方式,及其較小的頻帶要求。TDD方式不需要成對(duì)頻率,使用一小段頻帶就可以工作,承擔(dān)第三代移動(dòng)通信要求的對(duì)稱與非對(duì)稱業(yè)務(wù)。由于使用了1.28Mchip/s低碼片速率,每個(gè)載波只需要占用1.6MHz的帶寬,帶寬窄便于頻譜安排。然而,WCDMA系統(tǒng)的一對(duì)載波需要10MHz的頻帶(上、下行各5MHz帶寬),CDMA2000 1x系統(tǒng)的一對(duì)載波需要2.5MHz的頻帶(上、下行各1.25MHz帶寬)。很顯然,TD-SCDMA不僅占用帶寬窄,便于管理部門進(jìn)行頻譜安排,也有利于運(yùn)營(yíng)商尋找可用的工作頻段。這一點(diǎn),對(duì)于當(dāng)前移動(dòng)通信頻率非常緊張的狀況是極其重要的。
第三代移動(dòng)通信不僅支持對(duì)稱的話音業(yè)務(wù),還要支持不對(duì)稱的IP業(yè)務(wù)。對(duì)于話音業(yè)務(wù),頻譜利用率的一般定義是計(jì)算其在每小區(qū)每兆赫帶寬所能提供的話音信道數(shù),即:
對(duì)于第一代移動(dòng)通信中的模擬FDMA系統(tǒng),頻率復(fù)用系數(shù)為11,對(duì)第二代移動(dòng)通信中的TDMA系統(tǒng)和第三代移動(dòng)通信中的CDMA系統(tǒng),其頻率復(fù)用系數(shù)分別為7和1。各種系統(tǒng)的話音頻譜利用率見下表。
各種不同移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的話音頻譜利用率
對(duì)于非對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),主要應(yīng)當(dāng)考慮兩個(gè)方面:傳輸非對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)是否有頻譜的浪費(fèi),以及其峰值傳輸數(shù)據(jù)速率的大小。
因?yàn)榉菍?duì)稱業(yè)務(wù)所需要的上、下行鏈路所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率是不相等的,應(yīng)該按照其業(yè)務(wù)的大小,隨時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整上、下行鏈路所使用的頻帶,以使頻譜得到最佳利用。對(duì)此,TDD方式是很容易實(shí)現(xiàn)的,而FDD方式卻是無法做到的,總是要浪費(fèi)一部分頻率資源(尤其是上行鏈路)。
再考慮峰值傳輸速率,此時(shí)每小區(qū)在同一時(shí)刻只有一個(gè)用戶,沒有多址干擾,往往也不需要擴(kuò)頻,所以峰值傳輸速率只決定于數(shù)據(jù)調(diào)制方式。目前在各種第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中的HSDPA都使用16QAM調(diào)制。WCDMA HSDPA可以實(shí)現(xiàn)的峰值速率為14.4兆比特載波(占用2×5MHz帶寬),TD-SCDMA HSDPA則可以實(shí)現(xiàn)的峰值速率為2.8兆比特載波(占用1.6MHz帶寬),也可以根據(jù)實(shí)際需要采用多載波捆綁方式,使用6載波(和一個(gè)載波的WCDMA占用相同帶寬)時(shí)則可以達(dá)到19.3兆比特載波,比WCDMA高20%以上。
以上分析可見,TD-SCDMA系統(tǒng)可以提供最高的頻譜利用率。
[1]李世鶴,楊運(yùn)年.TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng).北京:人民郵電出版社,2007.
[2]索紅光,王海燕,趙清杰,等.現(xiàn)代通信技術(shù)概論.北京:國防工業(yè)出版社,2004.
[3]祁玉生,邰世祥.現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng).北京:人民郵電出版社,1999.
(編輯 劉麗娜)
(作者單位:成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院)