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必须纠正3G的错误发展方向

2008年07月25日 08:30 来源:新浪博客 作者: 文章性质:[转载]

1. 引言

3G的发展方法已讨论多年,2004年底的基调是2005年3、5月份必须发牌。笔者曾建议2005年不能发牌[1],被所登期刊加上“争鸣”文章标记并声称不代表本刊观点。2005年底狼烟又起,称2006年初即将发牌,但至今仍未见踪影。我们始终认为在发牌之前除了对3G标准要有一个正确认识外,还必须搞清楚下述问题:3G的主导业务是什么?若3G的主导业务是语音,则没有必要建设3G网络,采用2G扩容的方案将是最经济的做法。若3G的主导业务是移动因特网,则须研究所取标准是否能满足3G主导业务的需求?三个3G主流标准中哪一个标准更符合市场经济原则?只有在能够正确回答上述问题的条件下,才有可能实现3G发展的正确决策。任何盲目决策的做法,都将导致巨额投资失误,给国民经济的健康发展带来重大损失。

第三代移动通信系统(3G)标准自2000年5月公布以来,在国际、国内的发展并不顺利,其中由我国提出的TD-SCDMA(时分双工—同步码分多址),正在国内得到逐步应用。第二代移动通信系统(2G)已在国内得到长足发展,已经形成了一个能够基本满足人们语音和短信息通信需求的覆盖全国的移动通信网络。2G移动通信系统将在20~30年内长期存在。因此3G应该以提供因特网业务为主,此时下行容量应远大于上行容量,至少5倍以上。就此而言,3G的三个主流标准都存在一些问题。这三个标准都是以CDMA(码分多址)为基础,用于车载移动通信系统的标准。CDMA方式的主要技术缺陷是上下行容量基本相同,而且当发信功率上升时,系统产生的自干扰加大,容量基本保持不变。由于CDMA方式中还存在高速和低速数据用户之间的干扰问题,也很难提供大范围变化的用户数据速率。无法利用发功率换取频率资源效率,导致CDMA方式的小区频谱利用率很低,虽然可以利用一些高级技术,如多用户接收、Turbo纠错编码等技术改善上述问题,但系统的性价比会迅速下降。而且上行信道的宽带配置对用户而言是不需要的,将会导致频谱资源的严重浪费[2]。这也是导致美国停止执行cdma2000标准的3G部分cdma2000 3X,抛弃以码分多址为主转向以时分多址(TDMA)为基本方式的EV-DO(Evolution-Data only)的主要原因。由于TDMA的EV-DO方式需要一个独立的下行频道,专门用于为移动因特网用户提供下行高速数据业务,即高比特速率()业务。由此也可以看出国际电信联盟(ITU)将3G FDD频段对称划分的不合理性。

曾计划在1X EV-DO之后推出的1X EV-DV(Evolution-Data&Voice)标准与1x EV-DO的主要不同是可以用一个载波同时传输语音、低 和高 信号,在传输语音与低 时使用与cdma2000 1x相同的无线配置,并将剩余的Walsh码资源组成两个TDMA信道用于高信号的传输。相应的可分为81.6、158.4…3091.2kbps 18档,选用1/5 Turbo纠错编码,可选用QPSK、8PSK、16QAM调制方式。1x EV-DV的相关参数曾计划在命名为cdma2000系统RC10的无线配置中公布。然而现在可以证明在多个CDMA信道中不可能实现高速数据传输,1x EV-DV标准已胎死腹中[3]。而在WCDMA  R5中给出的HSDPA(高速下行分组接入)与1x EV-DV有类似的机制,亦可以证明该方式无法实现预期目标[4],但目前似乎还在流行。WCDMA标准现也提出了类似EV-DO需使用独立频点的HSDPA方式。

TD-SCDMA标准的绝大部分内容与TDD-WCDMA的标准的内容雷同,其中突出的差别是码片速率的不同和智能天线(SA)的引入.TD-SCDMA标准的码片速率为TDD-WCDMA标准的1/3.此项变动可使智能天线的实现难度下降,但并不会对系统的适用环境产生实质性的影响.TDD-WCDMA标准的设计者承认,TDD-WCDMA标准与FDD-WCDMA标准不同,由于采用时分双工方案,它适用于步行移动通信系统。但是标准的设计者没有认识到在用户信息速率上升后,FDD-WCDMA系统会蜕变为一个步行移动通信系统。因此TDD-WCDMA标准已经成为一个被抛弃的标准。这样的例子在3G标准中并不罕见。cdma2000标准的3G部分cdma2000 3x虽然比FDD-WCDMA标准合理,却也被弃之不用,这也说明FDD-WCDMA标准存在着许多不合理的设计内容,如具有对称的上、下行容量,过宽的上行带宽,手机价格偏高等等。

TD-SCDMA标准在时分双工,时分多址的基础上又引入码分多址,这些特点决定了它的发信机发信速率极高,在相同覆盖半径的条件下,与频分双工、码分多址方式相比,所需的发功率需大10倍以上,决定了它具有步行移动通信系统的基本特征。虽然在标准中引入了SA,试图利用SA的空分多址作用减少CDMA方式下的多重接入干扰(MAI),以达到减少发功率,满足满码道工作的要求。TD-SCDMA标准的参与者认为[5]“由于TD-SCDMA系统中采用智能天线技术,使得TDD模式的缺点均可克服,例如接收灵敏度低,主要适用于低速移动环境,仅支持半径较小的小区等。采用智能天线后,可以让TD-SCDMA系统的所有码道同时利用,这样就克服了低码片速率支持的信息传输速率较低的问题。采用智能天线后,可以实现单基站对移动台准确定位,从而可以实现接力切换。”文献[6]也认为智能天线作为TD-SCDMA的核心技术将在减少用户干扰,提高容量,切换控制等方面有着至关重要的作用。但是SA在CDMA 系统下行信道中的应用似乎还存在不可用性问题,文献[7]在理论上证明了SA在CDMA下行信道中的不可用性,尚有待于进一步的确认。论文作者也提出了两种改进方案[8] [9],尚有待于实验论证。但是TD-SCDMA系统的时分双工特征使该系统昂贵的基站智能天线收发信机只能在一半时间内工作,则必然使其成为一个设备价格高昂、能耗效率极低的劣质系统。这一系列的事实都说明3G标准是2000年左右信息泡沫的产物,对它们的推广应用必须慎之又慎。

与3G标准不同的是2G标准却相对合理,特别是在GSM系统基础上推出的EDGE(Enhanced data rate for GSM evolution)标准对提高用户的下行速率较为有效,鉴于我国已存在广泛应用的GSM网络,若能利用EDGE方式对其升级,则是一种既能节省投资,又能满足移动因特网需要的高效率方式。当然cdma2000 1X EV-DO方式也是一种更为合理的3G标准。cdma2000标准的这种根本性改变应当引起决策阶层的警觉,难道是CDMA方式的发明者甘愿抛弃他们的伟大发明,并自动退出与WCDMA竞争的宽带移动通信历史舞台?显然这两种可能性都是不存在的。

本文将首先介绍3 G的5个标准,并对一些常用移动通信系统的主要指标进行比较,用于研究它们的合理性。还将对3G的频率分配、TD-SCDMA标准的主要技术特征进行一些讨论。

2 3G标准简介

3G标准的基本目标是3G系统能在车载、步行和静止三种不同环境下为多个用户分别提供最高速率为144kbps、384kbps和2048kbps无线接入数据速率。为多个用户提供可变的无线接入是3G标准的核心要求。对应于不同的数据速率要求,基站的覆盖半径应分别约为12km、300m和10m。显然满足后两者应用要求的系统建设成本过高,应用价值很低。

  


 参数  FDD-WCDMA  TDD-WCDMA  TD-SCMA  CDMA2000
 双工方式  FDD  TDD  TDD  FDD
 码片速率(Mcps)  3.84  3.84  1.28

1X:1.2288

3X:上行:1.2288*3

   下行:1.2288

 扩频系数  下行512~4  16~1  16~1  约43~2
 射频调制  QPSK  QPSK  QPSK~8PSK 上行:BPSK

下行:BPSK,QPSK

 射频带宽(MHz)  5  5  1.6

1X:1.23

3X:上行:1.23*3

   下行:1.23

 载波方式  单载波 单载波  单载波  

3X:上行:单载波

   下行:单载波

 可工作频段(MHz)  2000  2000  900, 2000  900,2000

 

 

2000年5月ITU-R通过的“IMT-2000无线接口规范”中主要包括以下5个标准,它们应该是人们常说的3G标准。但是人们常常会忘记其中的两个标准,导致3G标准的一些认识问题。先考虑人们常常提及的三个3G标准,此处将它们归入3G主流标准。

             3G主流标准的比较

表1给出4种主流3G标准的主要参数。这4种方式均采用CDMA方式,FDD-WCDMA和TDD-WCDMA的主要倡议者为欧洲和日本,TD-SCDMA由中国提出,cdma2000由美国和北美为主要倡议者。

TD-SCDMA标准于1999年12月开始与TDD-WCDMA标准融合后[5],作为TDD-CDMA标准的一部分被公布。然而TDD-WCDMA是国际公认的步行移动通信标准,在国际上并没有应用实例,它是一个应用价值极低、被搁置的标准。TD-SCDMA标准的许多内容与TDD-WCDMA雷同,所以国际上有时也把它称为低码片速率的TDD-CDMA。

    应注意各种标准可用的工作频段,若可以用在两个不同频段时,该标准的灵活性较大。不过此处只有cdma2000可分别用于两个频段,并分别起到移动和个人(步行)移动通信系统的作用,甚至可以考虑在两个频段分别使用两个无线接入网(RAN),并合用一个核心网(CN)。TD-SCDMA标准的种种特征表明它适用于步行移动通信系统,实际上不应该用于900 MHz频段。

cdma2000 1x的码片速率与IS-95相同,两系统可以兼容。cdma2000 3x的下行链路采用多载波方式,码片速率亦与IS-95相同,射频设备仍可兼容;上行链路为单载波,码片速率为3.6864Mcps,此时才与FDD-WCDMA相当。显然FDD-WCDMA低用户或语音用户的移动台(MS)成本也会大幅上升,在cdma2000系统中则不会出现此类不合理现象。显然cdma2000的做法要比WCDMA系统要合理。但是在移动因特网应用中,要求的上行容量很小,所以上行的宽带频谱配置是一种浪费,然而所要求的下行容量极大,CDMA方式无法满足。所以cdma2000 3X标准还是被遗弃,这也从一个侧面说明WCDMA系统的不合理性,建设不合理的WCDMA系统将会导致重大投资失误。取代cdma2000 3X标准的1x EV-DO增加一个专门用于传输高速数据( 38.4kbps)带宽为1.23MHz 的载波,它的基本参数见表2[10],它是在cdma2000 1x无线配置RC3基础上建立的新标准,上行链路的要求较低,所以它的参数与cdma2000 1x RC3类似。突出的改变是在下行链路中采用TDMA(时分多址)方式区分多个用户,利用插入的前置区分不同的用户信道,并利用在各用户占用时隙中构成用户码分子信道。各用户的SF由基站BS据信号传播衰落情况决定,SF 80~2。

表2   1x EV-DO下行链路数据信道主要参数

(kbps)

 

调制方式

38.4~307.4

1/5

QPSK

614.4

1/3

QPSK

921.6

1/3

8PSK

 

 

2457.6

1/3

16QAM

             3G的其他两个标准

由美国提出的另一个3G标准是时分多址的UWC136标准,此标准以美国的2G标准DAMPS为基础,也包括了在北美大量使用的GSM标准,具有三种频道带宽,分别为30KHz,200KHz和1.6MHz。1.6MHz系统仅限于室内使用。在3G标准中公布UWC136标准说明DAMPS、GSM等2G标准还会长期存在。

欧洲的2G DECT标准也是3G标准之一,它是一个步行速度的移动通信标准,小灵通系统、日本的PHS系统和DECT系统在2G中作用相同,因此小灵通系统和PHS系统仍应有一定的发展空间。再考虑到cdma2000标准从CDMA到TDMA的突然转向,更应认识到上述标准的合理性。

             移动通信系统主要指标的比较

表3 移动通信系统发功率和占用带宽等指标的比较

 

FDD-WCDMA

TD-SCDMA

CDMA2000 1x

GSM

小灵通

频段(GHz)

2

2

0.8,1.8

0.9,1.8 

2

基站发功率(W)

20

20

20

2.5-320

0.5

移动台发功率(W)

2

2

0.01-0.2

0.02-20

0.01

覆盖半径(km)

0.01-12

0.1-12

0.5-50

0.5-35

0.3

分配带宽(MHz)

120+60

155

20

100

15

在表3中给出所关注的几个移动通信系统的主要指标。其中移动通信系统占用的频段和带宽是系统占用频谱资源效率的重要指标。800-900MHz的频谱资源是优质的车载移动通信频谱资源,应该用于小区覆盖半径较大,运动速度很快的车载移动通信系统,2GHz频段则适合用于覆盖半径小于300米的步行移动通信系统。系统占用带宽是频谱利用率的重要指标,表3中用分配带宽表示。显然就目前已应用的系统而言,小灵通占用的带宽仅为2G系统的15%,却同样能覆盖全部城区,因此小灵通的频谱利用率应该是最高的。我国给TD-SCDMA标准划分了155MHz带宽和ITU-3G建议相比多划了120MHz,这种划分是不太合理的。由于TDD方式做大范围覆盖时,所需的发功率很大,所以一般只用于300m以内的小区覆盖,此时可以利用小区复用取得很高的频谱利用率。由于TDD方式的设备和能源效率极低,一般只应用于那些无法进行对称分配的频谱资源。

    表3同时给出发功率指标,部分系统以最大发功率的形式给出,其中移动台的发功率和覆盖半径的关系应该是在发语音数据的条件下。发3G要求的高速数据时,发功率需成倍上升。从发功率指标可以判定,CDMA系统的主要优势是功率利用率较高,即可以用较小的发功率覆盖较大的小区半径,对人体健康和环境保护的影响较小。这也是3G系统最早都选择CDMA方式的初衷。由于cdma2000 1X 的下行信道数要远小于FDD-WCDMA,而且后者还使用2GHz频段,覆盖半径相同时,WCDMA标准所需的基站发功率要大得多。从表中可以看出,GSM系统要求的发功率远远大于cdma2000 1X系统,小灵通系统的要求的发功率最小。由于2GHz频段原属微波频段,对人体健康的影响较大,在城市环境中设立大功率基站时,环境电磁波辐射较大。小灵通系统的基站发功率才达0.5W,比较适合城市环境的应用。

   表中给出的FDD-WCDMA和TD-SCDMA的移动台最大发功率均为2W,实际上这么大的微波发功率并不适合用于手机,在计算覆盖半径的无线链路预算中一般取手机发功率为21dBm(0.126W),此时密集市区环境中FDD-WCDMA的覆盖半径约为560米[11],TD-SCDMA约为313米[12]。这说明它们的覆盖半径将接近小灵通的参数,将导致基站数和网络建设成本的快速上升。对于在800-900MHz频段工作的cdma2000 1X和GSM系统而言,则不会出现此类情况。

3.        3G的频率分配

    3G所取的频段为2GHz,2GHz属微波频段的低端,具有视距传播特性,对人体健康的影响比2G的900MHz频段大的多。而且2GHz频段的电波传播衰落在城区和郊区环境分别比900MHz频段大14.4和9.5dB,只考虑这一点,2GHz频段的MS发信功率约需分别增加至900MHz频段的27.5倍和9倍。也可以采用减小覆盖半径的方法以避免过大的发功率,但此时系统的建设成本上升。而且2GHz频段的电波穿透能力和绕射能力均较差,易产生覆盖盲区,即易掉话,此时即使增加发信功率也无济于事。1.8GHz GSM系统和小灵通的应用情况也证明了这一点。可以认为该频段并不是理想的移动通信频段。所以在FCC的规定[13]中将其定为个人通信频段,其含义是适用于覆盖半径r<300米的步行速度无线通信系统,并已在1995年采用分段、分地区的方法拍卖完毕。因此在美国并不存在3G的分配频段,虽然也可将此频段用于3G系统,却是极不合理的。

较理想的覆盖方法是用2GHz频段在人员稠密地区提供r<1km的小区覆盖,为低速移动用户提供无线接入。用900MHz频段提供1km<r<20km的小区重叠覆盖,提供高速移动用户业务。在上述小区覆盖条件下,若采用双频手机还是有可能给用户提供满足3G要求的各种数据速率。

因此我们认为ITU规定在2000年前后使用2 GHz频段实现车载、步行和静止条件下的3G无线接入是一种简单化的,不符合电波传播特性的规定。而且也未见说明原900 MHz频段的新用途,因此该规定是极不合理也不完备的定义。所以在现阶段还是以前述较理想的方法提供移动通信业务为好,即使用900MHz频段实现车载环境的移动通信,将2GHz频段用于步行及静止移动通信。只有这样才能实现频谱的高效利用及较高性价比的绿色环保移动通信系统。WCDMA标准的频道带宽BW=5MHz,基本无法在900MHz频段使用。在2GHz使用时,手机发功率增加倍数较大,缺点是对人体伤害的影响增加,待机时间下降,易产生盲区,即掉话,与已开通WCDMA网络所提供业务的性能评价相符,很难达到900MHz频段的使用效果。在此频段工作的小灵通由于r较小,上述影响下降。因此用2GHz一个频段要达到900MHz、2GHz两个频段的效果,几乎是不可能的。2GHz频段适用于步行或固定环境,用于无线局域网,小灵通之类的个人通信系统则更为合适。小灵通系统利用有线电话网连接基站,基站结构简单,网络建设成本很低。只占用15MHz无线频谱,频谱利用率极高,覆盖半径小,发功率也极小,符合绿色手机概念。相比之下既可工作在900MHz频段又能用于2GHz的cdma2000系统应该是公共移动通信网的最佳选择。

4.       TD-SCDMA标准的步行移动通信系统特征

移动通信系统按设计小区覆盖半径可以分为车载和步行移动通信系统两大类。TD-SCDMA标准作为步行移动通信系统3G标准TDD-CDMA的一部分被公布,必须强调指出的是,同属此类的TDD-WCDMA标准则是一个被搁置不用的标准。

TD-SCDMA标准的基础是电信科学技术研究院于1995年开始研发的SCDMA无线本地环路系统,其名称的实质性含义就是类似小灵通系统的步行移动通信系统。SCDMA系统也是一个时分双工(TD)的同步码分多址系统(SCDMA)。推出时亦强调其具有上行同步地址码,智能天线和软件无线电等技术特征。但是并未得到广泛应用。TD-SCDMA标准在SCDMA系统的基础上引入WCDMA标准的语音编码方式、信道命名和配置方法等,形成TD-SCDMA标准。所以“据说在TD-SCDMA的技术中也有不少还是合作者的专利”[14],据业内人士估计,我国拥有的专利可能在8%-18%之间。TD-SCDMA系统具有下列步行移动通信系统特征。

4.1  时分双工

TDD方式利用上下行时隙隔离上下行信道间的干扰,在覆盖半径较大时,由于传输时延的影响可能引入收发信号间干扰,这是限制它用于车载移动系统的主要原因。但是使用时分双工方式是步行移动通信系统的基本特征,所有类似小灵通的系统,如欧洲的数字无绳电话系统(DECT),美国的个人接入通信系统(PACS)等。均采用时分双工方式,它的特点是系统的上下行信道都使用一个载频,通信容量较小,收发信机简单,适用于半径小于300米的小区覆盖。此时小区范围较小,没有必要提供太大的通信容量。基站的小型化,连接链路的简单易行是主要的追求目标。由于小区覆盖范围较小,电波传播特性也较好,手机电路相对也可简化,使手机成本下降。由于小区覆盖范围小,小区间的频率规划难度上升,小灵通系统为了克服这一问题,引入小区间自动的频率规划机制。这是它相对于车载移动通信系统的一大进步。

小灵通系统利用有线电话网作为基站链路传输网,TDD方式构成廉价的基站和手机,小区间的自动频率规划机制使无线接入网的实施极为方便,上述特点使实现半径小于300米的小区代价大为降低,使2GHz频段的种种电波传播缺陷得以克服,使频谱利用率快速提升,结果只需占用15MHz的频谱资源就能覆盖全部城区用户。而且它还是一个最符合环境保护要求的绿色系统。

由于小区通信容量要求不高,所以在步行移动通信系统中一般都不使用扇区概念,TD-SCDMA系统的原设计也是如此。但是对于车载移动通信系统而言,由于它的覆盖范围较大,约在1-10km之间,则要求提供较大的小区通信容量,此时若继续采用时分双工,则会带来许多不利因素,因此所有的车载移动通信系统都采用频分双工方式并引入分扇区的应用方式。

TDD系统采用时分双工隔离相邻基站同频道收发信道间的干扰,收,发信时隙实际上是不能按需分配的。如小区a上行采用时隙,相邻小区b下行也采用,这样小区b在发的信号会被小区a接收,小区a的上行接收信号会受到很强的干扰,从而限制了时隙的按需分配。在考虑扇区使用时,此问题将会更加突出。此外智能天线还需要利用上行信道的信号估计下行信道发信号的方向,所以必须给用户安排一个上行信道,这对于移动因特网应用,短信发信而言都是一种不合理要求。因此TD-SCDMA系统原则上应该是一个上下行容量对称的步行系统,很难适应移动因特网的要求。

TDD系统带来的另一个问题是使RAKE接收机的应用产生困难。在CDMA方式中利用RAKE接收机可以接收多径传播信号,使发信功率利用率上升。在FDD方式中,收信号是连续的,易于RAKE接收机的实现。在TDD方式中,收信号是突发信号,其中带有训练序列,使RAKE接收机的效率下降。而且当到达接收机多径传播信号间时延较大,使某一路径的接收信号落入相邻时隙时,则会使RAKE接收失效,所以一般不使用RAKE接收机,将丧失CDMA方式能利用多径能量减小发功率的主要优点。TDD方式还会使基站收发信设备和能源的利用率下降一半,这对容量要求很大的车载移动通信系统而言,是很难容忍的。

4.2  同步码分多址(SCDMA

SCDMA的含义是在上行信道中也使用同步的Walsh地址码。常用的CDMA系统一般只在下行信道中使用Walsh地址码,使用同步地址码的优点是可以减少CDMA系统的自干扰,使系统容量上升。由于使用TDD方式,所以在上行信道中使用同步地址码。在上行信道中使用同步地址码时需要引入地址码同步调整机制,会增加系统的复杂性,并减少系统容量。在下行信道中则无须引入这种调整机制,所以一般CDMA系统只在下行信道中使用同步地址码,而且由于上行信道的容量要求一般小于下行信道,所以没有必要引入上行同步地址码。在TD-SCDMA标准中规定上行同步误差应小于1/8个码片,该允许的同步误差可能导致较大的自干扰,其干扰强度可能大于使用异步上行信道地址码的系统。而且由于多谱勒频移以及距基站距离等参数的影响,试图在高速移动环境中要保持各移动台到达基站接收机间的码片同步并不是一件易事。所以必须引入联合接收机以消除上述这种同步改善的影响,导致设备价格上升。此外在TD-SCDMA系统中用作小区地址码的扰码序列的长度仅为16个码元,一般而言,相邻小区间的干扰与该扰码序列的长度有关,在IS-95系统中该扰码序列的长度达 -1,在WCDMA系统中该扰码序列的长度为38399。由于TD-SCDMA系统相邻小区干扰的上升导致很难实现同频点分扇区应用,会使小区容量下降。也会使得相邻小区很难使用相同的频点,而CDMA正是利用这一点提升频谱利用率的,其影响将导致丢失CDMA的又一个主要优点。

4.3  扩频系数(SF)值

从表1中可以看出,TD-SCDMA的SF取值范围和TDD-WCDMA相同,这也是步行移动通信系统的特征之一。TD-SCDMA系统上行信道发语音时取SF=8和cdma2000的SF=43相比,约为1/5。这表示在同样的电波传播条件下,发功率需要增大至5倍多。而且TDD-SCDMA采用QPSK发送,发功率与cdma2000的2PSK相比,又有2倍因子的增加。由于发功率增加较大,因此据无线链路预算结果,它在城区环境的标准覆盖半径约为300米。和同属步行移动通信系统的小灵通类似。

4.4  智能天线(SA

在TD-SCDMA系统中计划使用由8根低增益偶极子天线元组成的智能天线。据称利用智能天线可估计接收信号的来波方向(DOA),确定MS的方位,使下行波束具有方向性,可减少多用户干扰,使时隙用户数升至可用地址码数。实际上这是极难做到的。文献[7]已经从理论上证明利用一副SA时无法同时产生多个CDMA码道所要求得定向发射,并指出在CDMA方式中,多个CDMA码道只能使用一个SA时,不可能产生CDMA方式所要求的空分多址作用。既然昂贵的SA无法实现定向发送,则8个偶极子天线元发出的全向辐射波之间必然会产生某种抵消作用,产生较大的空间电磁波污染。资料[15]还考虑在TD-SCDMA的扇区中使用带有反射板的8天线阵元线阵构成的SA,电波反射作用将使SA蜕变为定向天线,因为反射电波的方向不可能由天线阵元上的加权器进行控制,也将破坏偶极子线阵SA必须是均匀线阵的要求。所以上述线阵SA的设计根本是不合理的。智能天线利用到达各天线元载波的相位偏移和幅度变化调整发波束的方向和强度。这会对系统载波传输相位的准确性提出极其严格的要求。系统中影响载波传输相位的因素很多,如负载大小、滤波器参数、电路时延和匹配情况等,因此在应用中实现难度极大。而且由于多径传播的作用,基站接收机很难估计收信号的DOA,一旦发生估计错误,将导致更差的结果。其次,若用户集中在某一个方向上的话,如会场、道路应用等,智能天线波束的跟踪和自干扰隔离作用将急剧下降,这种要求用户在小区内均匀分布的特性是很难满足的。还需考虑车载移动通信系统中多普勒频移的影响,它也会使传输相位发生很大变化。

再则,由于TD-SCDMA采用时分方式,每隔2ms左右才能判定一次用户的DOA。调整用户发信波束方向时,只能使用上一次的DOA判定值,在时变信道情况下导致DOA的判定值误差较大,使它基本上只能适用于静止或步行移动通信环境。

而且使用智能天线时,一个基站可能需使用9套射频收、发信设备,导致系统成本上升,可靠性下降。在扇区应用时,对定向波束成形的方向性要求将进一步增加,实现难度极大。因此即使假定上行3个时隙的码道资源全部可用,最多也只能提供24路语音。与现有的cdma2000 1X,GSM在多频点三扇区配置条件下提供的小区容量约可达120路语音相比,要小得多。智能天线会使得多频点共用天线问题变得更为复杂,使TD-SCDMA的容量受限。

应该认识到还未得到大规模商用的智能天线技术目前还很不成熟,将它用于实际系统时,风险极大。

结束语

本文着重分析了可供国内3G应用建设选择的3个3G标准的可用性。3G的主导业务应该是移动因特网业务,然而最初的3G标准都是上下行信道容量对称的系统,因此存在严重技术缺陷。在发现上述问题后,cdma2000标准已做出重大改进,抛弃了cdma2000 3X标准和CDMA方式,转向时分多址的EV-DO方式。然而WCDMA和TD-SCDMA标准并未做出重大改动。因此采用cdma2000 1X和EV-DO方式建设国家3G网络将是最为经济,合理的方式。

TD-SCDMA标准的多项参数说明它是一个步行移动通信系统,智能天线技术的可用性值得怀疑。虽然在标准中采用多用户接收机、同步地址码和智能天线等高新技术,但它们对系统性能的改善较小,有些技术还会引入一些新问题。智能天线在实际系统中应用的风险极大。据分析极其复杂的智能天线技术也可用简单的地址码分扇区应用技术替代,同样能起到智能天线的作用。

在选择3G标准时,应当清楚高技术并不一定意味着高的性价比和市场占有率。铱星卫星通信系统的陨落就是最好的例证。

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