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

引言

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。

1 信號(hào)處理技術(shù)

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。

2 無線資源管理技術(shù)

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。

3 頻譜效率

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。

3.1 頻譜使用的靈活性

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。

3.2 頻譜利用率

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）