2022年行業(yè)分析TD-CDMA前景分析-新型移動通信將如何發(fā)展

TD-CDMA前景分析:新型移動通信將如何發(fā)展(海峰編譯報(bào)道)隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，數(shù)字通信成了我們的身邊之物。從最初只有低速調(diào)制解調(diào)器，到現(xiàn)在通過ADSL實(shí)現(xiàn)高速通信。但由于ADSL屬于有線通信，其使用方式受到肯定局限，不能“隨時(shí)隨地”地使用?；蛟S用戶正渴望無線ADSL的問世吧。

提起無線接續(xù)互聯(lián)網(wǎng)，或許首先想到的是像無線LAN那樣的接入點(diǎn)服務(wù)。這種服務(wù)在美國好像已經(jīng)特別勝利。但實(shí)地考察一下就會發(fā)覺，美國有人群集中且可以長時(shí)間休閑的場所，而且國土寬廣，接入點(diǎn)與接入點(diǎn)間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了步行的范圍。與日本的國情完全不同。

因此，如何確保高速互聯(lián)網(wǎng)也能“隨時(shí)隨地”地接入就成為一項(xiàng)重要課題。確保移動敏捷性，作為無線ADSL，IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)中所包含的無線方式TD-CDMA（TimeDivision-CDMA）值得期盼。筆者堅(jiān)信這種TD-CDMA也肯定能適用于第4代移動通信。

圖1：CDMA的遠(yuǎn)近效應(yīng)

假如終端與基站距離不同的話，遠(yuǎn)處終端的放射信號將被近處終端的放射信號所掩蓋。

圖2：FDD需要防護(hù)頻帶

由于FDD的上行鏈路與下行鏈路分別使用不同的頻率，所以需要有較寬的防護(hù)頻帶。

圖3：在很短的愛護(hù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行切換的TDD

由于TDD使用同一頻率來實(shí)現(xiàn)上行鏈路與下行鏈路的切換，所以需要一段很短的愛護(hù)時(shí)間。

圖4：放射信號電平掌握系統(tǒng)

相對于基站與終端全都進(jìn)行掌握的FDD，TDD由于上行鏈路與下行鏈路的傳輸具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，終端可依據(jù)下行鏈路的電平來掌握上行鏈路的電平。

TD-CDMA起源于日本

TD-CDMA的原型來自于本文中川正雄與其同學(xué)RiazEsmailzadeh于1991年8月在日本電子信息通信學(xué)會SST（SpreadSpectrumTechnology）討論會上提出的方案。

從PHS（PersonalHandyphoneSystem）原理中感受到了TDD（TimeDivisionDuplex：時(shí)分雙工）在簡易性方面的魅力。所謂Duplex（雙工），就好比聲音中的“喂喂”、“是的是的”，或者圖像中為相互看到對方而發(fā)出的聯(lián)絡(luò)信號。TDD的別名又叫乒乓傳輸，能高速將雙方的短脈沖信號錯(cuò)開時(shí)間進(jìn)行交換。將目光轉(zhuǎn)向PHS以外的話，發(fā)覺有線通信中的ISDN也在使用這種方式。

筆者意識到將TDD用于CDMA首先會有以下好處，就是可將使用同一頻率進(jìn)行信號傳送的移動電話系統(tǒng)、特殊是CDMA中存在的放射信號電平掌握（TransmitPowerControl:TPC）問題大大簡化。

CDMA在討論階段遇到一個(gè)問題，就是距基站遠(yuǎn)近不同的手機(jī)混在一起使用時(shí)，離基站較遠(yuǎn)的手機(jī)無法進(jìn)行通信（圖1）。由于手機(jī)向基站發(fā)出的信號功率大小是一樣的，但遠(yuǎn)處手機(jī)的信號在到達(dá)基站前衰減較多。

這樣一來，由于近處手機(jī)的信號電平大于遠(yuǎn)處的手機(jī)，所以基站就只接收距離較近的手機(jī)信號。這就是所謂的遠(yuǎn)近效應(yīng)。為消退遠(yuǎn)近效應(yīng)，手機(jī)與基站間必需通過掌握信號將功率保持在適當(dāng)?shù)乃缴稀?/p>

但假如是TDD的話，無需交換掌握信號就可以掌握放射信號電平。分析結(jié)果表明，在通過TDD掌握信號電平常，即使基站不向終端發(fā)送掌握信號，手機(jī)本身也完全可以實(shí)現(xiàn)TPC。在當(dāng)時(shí)發(fā)表時(shí)被命名為TDD-CDMA，后來依據(jù)IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了改進(jìn)，就改名為TD-CDMA。

有效使用同一頻率

首先通過圖2與圖3來比較一下TDD與FDD（FrequencyDivisionDuplex：頻分雙工）的原理有何不同。

FDD繼第一代模擬手機(jī)之后仍采納傳統(tǒng)的雙工模式。手機(jī)到基站的上行鏈路（圖中朝上的箭頭）與基地到手機(jī)的下行鏈路（圖中朝下的箭頭）采納不同的頻帶。為防止這兩個(gè)頻帶相互干擾而必需保持肯定間隔。中間的間隔頻帶就是作為緩沖的愛護(hù)頻帶，可用于其他用途。在IMT-2000中愛護(hù)頻帶的帶寬達(dá)到100MHz。

為什么要有愛護(hù)頻帶呢？緣由就在于手機(jī)的結(jié)構(gòu)。手機(jī)將信號發(fā)送單元與信號接收單元全都收容到同一個(gè)小盒子里。因此，在用同一天線接收很微弱信號的同時(shí)，還必需將較強(qiáng)的信號發(fā)送出去。在對信號接收與發(fā)送進(jìn)行切換的檢波器上，有時(shí)接收信號與發(fā)送信號的電平差能達(dá)到100dB，此時(shí)若上行與下行鏈路的頻帶相鄰的話，檢波器就難以切斷發(fā)送信號。因此，需要一個(gè)愛護(hù)頻帶將信號頻帶隔開。假如頻率安排比較富裕的話，也就很簡單申請到愛護(hù)頻帶，但考慮到可以安排的頻率越來越少，今后要獲得頻率配額將會特別困難。

而TDD利用的則是同一頻帶。下行鏈路與上行鏈路進(jìn)行交互傳輸。這樣一來，就可以像圖3那樣通過很短的愛護(hù)時(shí)間將兩條鏈路分別開來。

另外，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)對上行鏈路與下行鏈路的利用時(shí)間進(jìn)行相互切換。與檢波器相比，轉(zhuǎn)換開關(guān)的切斷效果較好，縮短了愛護(hù)時(shí)間。但假如掩蓋區(qū)域較大時(shí)，產(chǎn)生的時(shí)間差也較大，因此要有更長的愛護(hù)時(shí)間。由于基站與移動臺之間還存在時(shí)間延遲問題。

如采納TD-CDMA，以目前的愛護(hù)時(shí)間可以完全滿意半徑7公里以內(nèi)的通信。但半徑范圍超過7公里后再采納這一愛護(hù)時(shí)間就不行了。

掌握放射信號電平更加簡潔

手機(jī)是否采納CDMA曾在80年月后半期到90年月初引起很大爭議。但不久以后，在“多個(gè)手機(jī)的放射信號可以以同一電平被基站接收”這一抱負(fù)狀態(tài)下CDMA具有優(yōu)勢的觀點(diǎn)被大多數(shù)人所認(rèn)可。

但FDD使用的TPC（放射信號電平掌握）結(jié)構(gòu)簡單。在變動較大的移動通信中，基站要不停地測定輸入信號電平，再將掌握信號反饋到移動臺以便進(jìn)行掌握。而且還存在延遲問題。

假如是TDD的話，由于使用的是同一頻率，只要上行鏈路的通信狀態(tài)保持良好，下行鏈路的通信狀態(tài)同樣也是良好的。因此，假如基站的放射信號電平固定的話，移動臺的接收信號電平降低后就會自動提高放射信號電平，從而使基站的放射信號電平保持穩(wěn)定（圖4）。也就是說，僅靠終端的掌握就能調(diào)整放射信號電平。而FDD的上行鏈路與下行鏈路頻率不同，所以無法通過一條鏈路的通信狀況去推算另一條鏈路的通信狀況，因此也就難以進(jìn)行這樣的操作。

松下通信產(chǎn)業(yè)（現(xiàn)松下移動通信公司）對這一特性進(jìn)行了具體試驗(yàn)。依據(jù)該公司的報(bào)告，在室內(nèi)試驗(yàn)中，TDD的放射信號電平掌握所需的輸出功率比FDD還要好數(shù)個(gè)dB，野外試驗(yàn)時(shí)在橫濱市佐江戶以40km時(shí)速行走了1km，完全證明了這一力量。

圖5：簡化掌握的分組傳輸

。

依據(jù)到基站的距離將終端分為幾個(gè)組，分別為每個(gè)組安排時(shí)隙。通過分組可以將放射信號電平掌握等掌握過程簡化。

通過分組傳輸提高效率

作為TD-CDMA更有效的傳輸方法，消失了GroupTransmission這么一個(gè)方案。所謂GroupTransmission，就是將手機(jī)歸類為幾個(gè)組，使用時(shí)分別為每個(gè)組定下時(shí)隙。相對于為每部手機(jī)分別安排時(shí)隙，這樣可以簡化整體掌握（圖5）。這樣一來，放射信號電平掌握不僅得到簡化而且還提高了精度。將這種TDMA思路融入CDMA后獲得了勝利。這一思路后來也被IMT-2000所采納。

在引入分組傳輸后，無論是上行鏈路還是下行鏈路，為時(shí)隙安排的移動臺數(shù)量都削減為1/N，因此CDMA的擴(kuò)頻信號間的相干機(jī)制也得到簡化。例如，往往很簡單簡單化的JointDetection（一種對CDMA擴(kuò)頻信號間的干擾進(jìn)行消退與發(fā)散的合成檢波方式）也可以很簡潔地完成了。JointDetection在接收到數(shù)種信號時(shí)，一邊對擴(kuò)頻碼進(jìn)行正交化一邊調(diào)整平衡。但也正由于如此，才使得TD-CDMA每幀的擴(kuò)頻碼最大為16，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于FCC的最大512。

美國廠商IPWireless已經(jīng)引進(jìn)了JointDetection裝置。FDD的W-CDMA則由于JointDetection過于簡單而無法實(shí)際安裝。該公司通過加入JointDetection裝置，頻率使用效率比FDD提高了數(shù)倍。

通過非對稱方式為下行鏈路增速

在TDD中采納像ADSL那樣的非對稱鏈路就可以很簡單地提高下行鏈路的傳輸容量。在TD-CDMA中可以轉(zhuǎn)變時(shí)隙數(shù)量，使上行鏈路有3個(gè)時(shí)隙、下行鏈路有9個(gè)時(shí)隙。這樣一來，假如采納相同調(diào)制方式、放射電平也相同的話，上行與下行速度就達(dá)到1:3，從而提高下行鏈路的容量。

而且與上行鏈路相比，下行鏈路還有多種有利條件。特殊是下行鏈路是由基站發(fā)出的，所以在加大放射電平常無需考慮電池因素，可以享受提高放射電平的好處。通過增加放射信號電平，可以提高16QAM等多值傳送的傳輸速度。

在FDD中，由于無法利用時(shí)間的非對稱性，所以只能依靠多值傳送。

保持同步的技術(shù)

除下行鏈路外，如何提高上行鏈路的頻率效率也出臺了一些方案。RiazEsmailzadeh在1994年提出了一個(gè)方案（標(biāo)準(zhǔn)中未接受）。詳細(xì)來講，就是如何與上行鏈路擴(kuò)頻信號保持同步的技術(shù)。中國正在推動的TD-SCDMA（TimeDivision-SynchronousCDMA）同樣也利用了同步技術(shù)。

該方案與中國推動的TD-SCDMA的區(qū)分在于不使用掌握信號就能取得同步。在TD-SCDMA中，打開電源的終端在首次向基站發(fā)去信號后，基站只要接到信號就馬上發(fā)送消退遠(yuǎn)近效應(yīng)的掌握信號。

而RiazEsmailzadeh提出的方案則不使用掌握信號，而是采納所謂的準(zhǔn)同步技術(shù)（Quasisynchronous），通過終端自身時(shí)鐘來保持信號間的同步。帶有時(shí)鐘的終端計(jì)算出來自基站的數(shù)據(jù)包與自身發(fā)出的數(shù)據(jù)包之間的時(shí)間差，然后調(diào)整愛護(hù)時(shí)間。由于終端自身可以轉(zhuǎn)變愛護(hù)時(shí)間，就不需要基站來掌握了。

TD-CDMA的頻帶為15MHz

TD-CDMA才剛剛開頭爭論商業(yè)化問題，在IMT-2000中也為TD-CDMA安排了頻率。日本為TD-CDMA安排了從2022M到2025MHz間的15MHz帶寬。

在日本供應(yīng)服務(wù)時(shí)，如何使用這15MHz帶寬特別重要。在實(shí)際服務(wù)中，15MHz帶寬完全可以滿意服務(wù)，但假如分給多家運(yùn)營商，分割為5MHz等來使用的話就難以發(fā)揮TD-CDMA的優(yōu)勢。

適合第4代通信的技術(shù)

以上介紹了作為第3代移動電話技術(shù)候選方案的TD-CDMA技術(shù)及優(yōu)勢。但TD-CDMA是一項(xiàng)隱含著擴(kuò)展性的技術(shù)，如能實(shí)現(xiàn)這些擴(kuò)展性，還很有盼望成為第3代以后的技術(shù)。

說起今后的話題，第4代移動通信立刻就要到來。推想大致狀況為：（1）利用4G到6GHz四周的頻率；（2）通信速度達(dá)到100Mbit/秒；（3）在蜂窩式與類似無線LAN那樣的AdHoc網(wǎng)絡(luò)間也能漫游。

筆者認(rèn)為，第4代移動通信將會采納TD-CDMA技術(shù)。并提出了基于TD-CDMA的方案，即不論所處位置、以機(jī)動性著稱的蜂窩技術(shù)將與