TD-SCDMA

TD-SCDMA的中文含義為時分複用同步碼分多址接入，是由中國第一次提出、在無線傳輸技術(RTT)的基礎上完成並已正式成為被ITU接納的國際移動通信標準。這是中國移動通信界的一次創舉和對國際移動通信行業的貢獻，也是中國在移動通信領域取得的前所未有的突破 ^[2]  。

TD-SCDMA中的TD指時分複用，也就是指在TD-SCDMA系統中單用户在同一時刻雙向通信(收發)的方式是TDD(時分雙工)，在相同的頻帶內在時域上劃分不同的時段(時隙)給上、下行進行雙工通信，可以方便地實現上、下行鏈路間的靈活切換。例如根據不同的業務對上、下行資源需求的不同來確定上、下行鏈路間的時隙分配轉換點，進而實現高效率地承載所有3G對稱和非對稱業務。與FDD模式相比，TDD可以運行在不成對的射頻頻譜上，因此在當前複雜的頻譜分配情況下它具有非常大的優勢。TD-SCDMA通過最佳自適應資源的分配和最佳頻譜效率，可支持速率從8kb/s到2Mb/s以及更高速率的語音、視頻電話、互聯網等各種3G業務 ^[2]  。

移動通信的主要目的是實現任何時間、任何地點和任何通信對象之間的通信。移動通信的發展始於20世紀20年代在軍事及某些特殊領域的使用，到20世紀40年代才逐步向民用擴展，而最近十多年來才是移動通信真正蓬勃發展的時期。移動通信的發展過程大致可分為三個階段，這三階段對應的技術也被相應劃分為三代，如下圖移動通信發展史所示 ^[3]  。

TD-SCDMA的發展始於1998年初，當時在國家郵電部的直接領導下，由原電信科學技術研究院組織隊伍在 SCDMA技術的基礎上，研究和起草符合IMT-2000要求的TDSCDMA建議草案。該標準草案以智能天線、同步碼分多址、接力切換、時分雙工為主要特點，於ITU徵集IMT-2000第三代移動通信無線傳輸技術候選方案的截止日1998年6月30日提交到ITU，從而成為IMT2000的15個候選方案之一。ITU綜合了各評估組的評估結果。在1999年11月舉行的赫爾辛基ITU-RTG8/1第18次會議上和2000年5月舉行的伊斯坦布爾ITU-R全會上，TD-SCDMA被正式接納為CDMATDD制式的方案之中國無線通信標準研究組(CWTS)作為代表中國的區域性標準化組織，自1999年5月加入3GPP後，經過4個月的充分準備，與項目協調組(3 GPPPCG)、技術規範組(TSG)進行了大量協調工作，在同年9月向3GPP建議將TD- SCDMA納入3GPP標準規範的工作內容。1999年12月在法國尼斯舉行的3GPP會議上，提案被無線接入網(3 GPPTSGRAN)全會所接受，正式確定將TD- SCDMA納入 Release200(後拆分為R4和R5)的工作計劃中，並將 TD-SCDMA簡稱為即低碼片速率TDD方案(Low Code rate, LCRTDD) ^[4]  。

經過一年多時間，經歷了幾十次工作組會議幾百篇提交文稿的討論，在2001年3月美國棕櫚泉的RAN全會上，包含 TD-SCDMA標準在內的3GPPR4版本規範正式發佈，TDSCDMA在3GPP中的融合工作達到了第一個目標 ^[4]  。

至此，TD- SCDMA不論在形式上還是實質上，都已在國際上被廣大運營商、設備製造商所認可和接受，形成了真正的國際標準 ^[4]  。

在TD-SCDMA系統中，用到了以下幾種主要關鍵技術 ^[5]  ：

(1)時分雙工方式(Time Division Duplexing)；

(2)聯合檢測(Joint Detection)；

(3)智能天線(Smart Antenna)；

(4)上行同步(Uplink Synchronous)；

(5)軟件無線電(Soft Radio)；

(6)動態信道分配(Dynamic Channel Allocation)；

(7)功率控制(Power control)；

(8)接力切換(Baton Handover)；

(9)高速下行分組接入技術(High Speed Downlink Packet Access) ^[5]  。

第三代移動通信系統的空中接口即UE和網絡之間的Uu接口，由物理層(L1)、數據鏈路層(L2)和網絡層(L3)組成。所有的物理信道都採用四層結構：系統幀(0~4095)、無線幀(10ms)、子幀(5ms)和時隙/碼。依據不同的資源分配方案，子幀或時隙/碼的配置結構可能有所不同。所有物理信道的每個時隙間都需要有保護間隔。在TDMA系統中，使用時隙在時域和碼域上區分不同用户信號 ^[2]  。

TD-SCDMA系統佔用15MHz頻譜，其中2010MHz～2025MHz為一階段頻段，干擾小，劃分為3個5MHz的頻段。每個載頻佔用帶寬為1.6MHz，因此對於5M、10M、15M帶寬，分別可支持3、6、9個載頻，可以同頻組網或異頻組網。同頻組網頻譜利用率高，鄰小區同頻干擾大，需損失一定容量換取性能改善；異頻組網能有效減少鄰小區同頻干擾的影響，改善系統性能，但頻譜利用率較低，需要更多的頻率資源。目前TD系統的頻率規劃多采用N頻點方案，即每扇區配置N個載波，其中包含一個主載頻、N-1個輔載頻。公共控制信道均配置於主載頻，輔載頻配置業務信道。主載頻和輔助載頻使用相同的擾碼和mi-damble碼。N頻點方案可以降低系統干擾，提高系統容量，改善系統同頻組網性能 ^[6]  。

TD-SCDMA系統使用具有對應關係的下行導頻碼、上行導頻碼、擾碼和Midamble碼。TD-SCDMA系統128個基本擾碼按編號順序分為32個組，每組4個，每個基本擾碼用於下行UE區分不同的小區。在碼規劃中，首先確定每個邏輯小區下行導頻碼在32個可選碼組中的對應序號，然後根據所處的序列位置在對應的4個擾碼中為小區選擇一個合適的擾碼。基本Midamble碼與擾碼一一對應，可隨着擾碼的確定而確定。相比於WCDMA的512個碼字，TD-SCDMA系統碼資源相對較少，因此TD擾碼規劃較WCDMA網絡要求更高 ^[6]  。

TD-SCDMA系統可以靈活配置上下行時隙轉換點，來適應不同業務上下行流量的不對稱性。合理配置上下行時隙轉換點是提高系統頻譜利用率的有效手段。在具體進行時隙比例規劃時，可以根據業務發展狀況靈活配置，根據上下行承載所佔BRU比例進行時隙比例的計算。業務發展初期，適應語音業務上下對稱的特點可採用3∶3（上行∶下行）的對稱時隙結構；數據業務進一步發展時，可採用2∶4或1∶5的時隙結構 ^[6]  。

時隙靈活配置在提高資源利用率的同時，可能帶來相鄰小區之間由於上下行時隙分配比例不一致造成的干擾。因此在網絡規劃與組網時，可對上下行時隙比例的分配採取如下原則，對干擾進行適當規避：

⑴儘量避免任意分配上下行時隙比例，而應按照不同區域上下行業務流量要求，對大片區域採用統一的上下行時隙比例，使得這種干擾只在兩個不同區域交界處發生；

⑵在不同時隙比例的交界處，對於上下行時隙交疊的時隙，上行時隙容量損失比下行時隙嚴重，所能承載的用户較少，因此，不同時隙比例的交界處應選在有較多上行容量空餘的區域；

⑶應該避免相鄰基站上下行時隙比例差異過大（如1∶5和5∶1相鄰）；

⑷上下行時隙比例通常作為小區參數來配置，對於同一個扇區下的所有小區的上下行時隙比例應一致，同一基站內的多個扇區的時隙比例也最好相同。特殊情況下可以通過動態信道調整、空間隔離、避免基站天線正對和犧牲容量等方式來規避干擾 ^[6]  。

網絡規劃是無線網絡建設運營前的關鍵步驟，主要根據無線傳播環境、業務、社會等多方面因素，從覆蓋、容量、質量三方面對網絡進行宏觀配置。TD-SCDMA系統採用時分碼分結合多址方式、智能天線、聯合檢測、接力切換、動態信道分配等一系列新型關鍵技術和無線資源算法，提高系統性能，為網絡規劃帶來很多新特點，如不同業務的覆蓋具有一致性、小區呼吸效應不明顯、上下行信道配置靈活等 ^[6]  。

TD-SCDMA系統覆蓋性能主要取決於兩方面，一是上下行時隙轉換保護長度對覆蓋的限制，二是鏈路預算。TD-SCDMA在下行導頻時隙和上行導頻時隙之間有96個碼片寬的保護帶，限制了小區覆蓋範圍不能超過11.25km。如果通過DCA鎖住第一個上行時隙，基站理論覆蓋距離可進一步擴大。鏈路預算是TD-SCDMA網絡覆蓋規劃的關鍵，分為上行和下行。下行鏈路預算複雜，且一般基站的發射功率遠大於手機發射功率，因此一般通過計算上行鏈路來確定小區覆蓋半徑，然後從覆蓋受限方面估計出基站數目 ^[6]  。

TD-SCDMA鏈路預算指標受其獨特的幀結構、TDD雙工方式、智能天線、聯合檢測和接力切換等關鍵技術影響。根據TD-SCDMA獨特的幀結構，要分別考慮導頻信道、BCH信道等公共信道和業務信道的功率分配、干擾儲備和天線增益 ^[6]  。

實際工程設計中，TD-SCDMA系統的鏈路預算應根據具體無線網絡傳播環境、網絡設計目標、廠家設備性能、具體工程參數設定等進行具體調整 ^[6]  。

TD-SCDMA系統採用多種關鍵技術使得小區內和小區外的干擾基本被抑制，因此具有更大的頻譜利用率和容量。TD-SCDMA系統容量特點主要有：各種業務基本同徑覆蓋、小區呼吸效應不明顯、接力切換沒有宏分集、切換比較容易控制、上下行容量與時隙比例和最大發射功率有關 ^[6]  。

多種干擾抑制技術的採用，使TD-SCDMA系統中的容量受限呈現出多樣性（即功率受限、碼資源受限和干擾受限），但以碼資源受限為主。在密集城區和複雜環境中會表現為干擾受限，在一般城區、郊區、農村等環境和區域中表現為碼資源受限，因此TD-SCDMA系統容量規劃應針對不同環境區別對待。目前TD系統的容量估算方法主要有以下三種：公式法、BRU法和坎貝爾方法。BRU法和坎貝爾方法引入了基本資源單元、業務資源強度等概念，適用於TD-SCDMA這種資源受限系統，不適用於WCDMA這類干擾受限系統。WCDMA系統容量規劃一般採用基於干擾受限的公式法，但計算公式和TD-SCDMA有所不同 ^[6]  。