TD-SCDMA通信系统及其关键技术

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一 第三代移动通信系统
1985年，国际电信联盟（ITU）成立了ITU-R TG8/1工作组，开始研究第三代移动通信系统（3G），当时称为未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）。1996年，ITU将3G由原先的FPLMTS正式命名为IMT-2000，同时继承并进一步加强了其研究内容。近些年来，3G始终是人们关注的热点。IMT-2000的目的在于为用户提供高速数据传输、Internet访问、移动视频业务和多媒体服务，同时支持全球漫游特性。在IMT-2000的标准体系中，WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA是最具优势的三个主流标准。
二 TD-SCDMA通信系统
TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）是由中国无线通信标准化组织（CWTS）制定的3G无线通信标准。TD-SCDMA标准是由我国信息产业部电信科学技术研究院（CATT）和Siemens合作开发的，是FDMA、TDMA和CDMA这三种基本传输模式的灵活结合，具有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强等特点。其核心网基于GSM-MAP，同时可通过网络扩展方式提供基于ANSI-41的运行能力。表1为TD-SCDMA标准概况。
表1 TD-SCDMA标准概况
复用方式 TDD
基本带宽 1.6MHz
无线帧长 10ms（分为两个5ms子帧）
子帧结构 7个常规时隙和3个特殊时隙
码片速率 1.28Mcps
数据传输速率 12.2kbps、64kbps、144kbps、384kbps，最大2Mbps
载频带宽 1880～1920、2010～2025、2200～2300MHz
TD-SCDMA系统特别适合于在城市人口密集区提供高密度大容量话音、数据和多媒体业务。系统可以单独运营，也可与其它无线接入技术配合使用。
目前，世界主要的移动通信设备开发商都十分看好作为中国具有技术和知识产权优势的TD-SCDMA技术，我国政府主管部门长期以来对TD-SCDMA的发展给予了巨大的支持，运营商也对TD-SCDMA的发展给予了长期的关注和支持。因此深入研究TD-SCDMA基带关键技术以及相关算法的稳健性、复杂度等，使其尽快得到实际应用，是目前迫切需要解决的问题。
三 TD-SCDMA关键技术
TD-SCDMA的关键技术主要集中在基带部分，如智能天线技术、联合检测技术、同步技术、动态信道分配技术、软切换技术、无线网络技术、功率控制技术、软件无线电技术、信道估计与补偿技术等。这里仅简要介绍智能天线技术和联合检测技术。
1．智能天线技术
智能天线（Smart Antenna，SA）利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行波束形成和赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速率的目的。
智能天线通常包括多波束智能天线和自适应智能天线。多波束智能天线采取准动态预多波束切换方式，利用多个不同固定指向的波束覆盖整个用户区，随着用户在小区中的移动，基站选择其中最合适的波束，从而增强接收信号的强度。自适应智能天线采取全自适应阵列自动跟踪方式，通过不同自适应调整各个天线单元的加权值，达到形成若干自适应波束，同时自动跟踪若干个用户的目的，能够对当前的传输环境进行最大可能匹配。
在第三代移动通信系统中，TD-SCDMA是应用智能天线技术的典型范例。TD-SCDMA系统采用TDD方式，使上下射频信道完全对称，可同时解决诸如天线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干扰等问题。该系统具有精确定位功能，可实现接力切换，减少信道资源浪费。
2．联合检测技术
联合检测（Joint Detection，JD）技术是在多用户检测（Multi-User Detection，MUD）技术基础上提出的。该技术是减弱或消除多址干扰、多径干扰和远近效应的有效手段，能够简化功率控制，降低功率控制精度，弥补正交扩频码互相关性不理想所带来的消极影响，从而改善系统性能、提高系统容量、增大小区覆盖范围。
联合检测技术已被纳入第三代移动通信系统的关键技术体系中。我国向国际电信联盟（ITU）提交的TD-SCDMA第一次提出以智能天线为核心技术的CDMA通信系统，同时采用联合检测技术，实现了智能天线和联合检测技术的有机结合。由于各种技术因素的制约，联合检测技术只能在基站中实现，随着科学技术的不断进步和发展，基站和终端都将可能采用联合检测算法以消除MAI和ISI这两种干扰。

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四 中兴通讯关于TD-SCDMA的研究情况
中兴通讯始终关注IMT-2000技术标准，全面开展对关键技术的研究工作，积极参与国际、国内等各种规模的标准化活动。目前针对TD-SCDMA，中兴通讯主要在Node B、核心网（CN）、无线网络控制（RNC）等方面进行研发，已经取得了许多令人满意的阶段性成果。由于篇幅有限，下面以Node B为例，简述基带算法仿真的部分研究情况。
在智能天线技术方面，目前重点研究自适应智能天线，而其中的核心就是自适应算法。考虑到通信系统的实际情况，主要采用时间参考（TR）算法。TR算法又可分为非盲算法、盲算法和半盲算法。TR算法中的非盲算法是指需要训练序列的算法，根据接收的训练序列，按一定准则确定或逐渐调整权值，使智能天线输出与已知输入最大相关，如LMS、RLS等，非盲算法通常误差较小，收敛速度也较快，但需浪费一定的系统资源。不需要训练序列的盲算法则是基于信号的一些特性来确定加权矢量，其特点是能够提高系统的频谱利用率，但是算法复杂，如LS-DRMT。将二者结合的是一种半盲算法，即先用非盲算法确定初始权值，再用盲算法进行跟踪和调整，不仅综合了非盲算法和盲算法二者各自的优点，而且与实际的通信系统相一致。中兴通讯在全面深入分析的基础上，正逐步提出适用性强、应用范围广的自适应算法。
在联合检测技术方面，联合检测技术是综合利用均衡技术和多用户检测技术而形成的。其中算法有不同分类方法，按优化准则可分为基于迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）的算法，按判决反馈方法可分为线性和非线性算法，按矩阵求逆方法则可分为Cholesky、FFT、Schur算法等。中兴通讯在系统研究上述算法的基础上，不断提出适合实际系统的联合检测算法，在与原算法性能相当的情况下明显降低运算量，工程应用前景良好。信道估计与补偿技术是影响联合检测算法性能的关键因素之一，中兴通讯从不同的角度出发，积极开展快衰变信道估计、多普勒频偏估计与补偿等方面的研究工作，获得了许多很有价值的研究成果，使系统的整体性能不断提高。

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