【正文】 代移動通信技術(shù)之后的新一代移動通信系統(tǒng)，目前3G 存在 3 種標(biāo)準(zhǔn)： CDMA20 WCDMA、 TDSCDMA。目前已有 538 個 WCDMA 運營商在 246 個國家和地區(qū)開通了 WCDMA 網(wǎng)絡(luò)， 3G 商 用市場份額超過 80%，而 WCDMA 向下兼容的 GSM 網(wǎng)絡(luò)已覆蓋 184 個國家，遍布全球， WCDMA 用戶數(shù)已超過 6 億。 4G 的概念可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的超過2Mb/s 的數(shù)據(jù)傳輸能力。 第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)比第三代標(biāo)準(zhǔn)具有更多的功能。此外，第四代移動通信系統(tǒng)是集成多功能的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬帶接入 IP 系統(tǒng)。 LTE 是基于 OFDMA 技術(shù)、由 3GPP組織制定的全球通用標(biāo)準(zhǔn)，包括 FDD 和 TDD 兩種模式用于成對頻譜和非成對頻譜。 TDD 即 時分雙工 (Time Division Duplexing)，是 移動通 信技術(shù) 使用的雙工技術(shù)之一，與 FDD 頻分雙工 相對應(yīng)。 TDSCDMA是 CDMA（ 碼分多址 ）技術(shù)， TDLTE 是 OFDM（ 正交頻分復(fù)用 ）技術(shù)。 不過第四代通信技術(shù)仍然是采用半雙半通信，為了讓通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)生質(zhì)的飛躍，全雙工通信的概念漸漸凸顯出了其重要性。 另外，目前頻譜利用率還不理想，頻譜段緊缺，這也推動了新一代移動通信技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程。 選題意義 全雙工通信的概念 全雙工通信又稱為雙向同時通信，即通信的雙方可以同時發(fā)送和接受信息的信息交互方式。 同時同頻全雙工 (CCFD)近端設(shè)備與遠(yuǎn)端設(shè)備的無線業(yè)務(wù)相互傳輸發(fā)生在同樣的時間、相同的頻率帶寬上，這與現(xiàn)有的時分雙工 (TDD: Time Division Duplexing)和頻分雙工 (FDD: Frequency Division Duplexing)體制相比，理論頻率效率可以提升 1 倍。目前斯坦福大學(xué)和萊斯大學(xué)的研究人員，聯(lián)合業(yè)內(nèi)其他一些學(xué)術(shù)組，提出了多種帶內(nèi)全雙工收發(fā)機的設(shè)計方案。 b、頻譜虛擬化：全雙工可以看成是 FDD 的一種極端情況，只不過它的兩個信道是完全重疊的，并且利用 SIC 技術(shù)可以將成對的同頻率的發(fā)送和接收信號分離開來。 c、任何分（ ADD）雙工： SIC 消除了 TDD 和 FDD 之間的區(qū)別， TDD 將會被帶內(nèi)全雙工取代，而傳統(tǒng)的 FDD 則大大受益于 SIC 的可配置性。 e、增強干擾協(xié)調(diào)能力：在傳送數(shù)據(jù)時同時接收反饋信息（如控制信道指令），能夠縮短無線接口的延遲，有利于干擾協(xié)調(diào)技術(shù)及時間 /相位同步技術(shù)的作用。如圖 1 所示，當(dāng)發(fā)射機發(fā)送某個信號時，其中的部分能量會被自身的接收裝置接收到。并且由于信號源離自身的接收機很近，所以自己發(fā)射出去的信號能量可能會比接收到的信號能量高數(shù)十億倍（ 100dB+）。這個問題一直未能解決，所以到目前為止無線通信設(shè)備都只能以半雙工模式工作， 比如 TDD，在同一頻率下將發(fā)送和接收信號的時間錯開來避免自干擾。但是如果收發(fā)機能夠完全消除自干擾，未來的無線通信網(wǎng)絡(luò)將會有怎樣的改變呢？目前，通過在現(xiàn)實世界環(huán)境中的幾組現(xiàn)場演示結(jié)果來看，自干擾消除技術(shù)（ SIC）已經(jīng)在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界取得了巨大的進(jìn)步，這也為未來網(wǎng)絡(luò)新的技術(shù)變革帶來了福音。但在實際中，卻并非那么簡單：盡管無線收發(fā)機確切知道被發(fā)送的數(shù)字基帶信號，但是一旦該信號轉(zhuǎn)變成模擬信號，并且還加上載波進(jìn)行上變頻之后，那么被發(fā)送信號和原來的基帶信號會大不相同。由此可見，直接減去“已知的”基帶信號而不考 慮上述模擬失真是不行的。這其中有兩個效應(yīng)要注意：接收機飽和度和非線性自干擾。任何對數(shù)字信號采取的消除技術(shù)必須先對扭曲失真進(jìn)行建模并且根據(jù)信號發(fā)生的變化隨時進(jìn)行調(diào)整。 1832 年莫爾斯發(fā)明了電報，它傳送的信息是由眾所周知的 點劃碼組成的，可以認(rèn)為人類最早的無線通信是采用數(shù)字方式進(jìn)行的。一個多世紀(jì)以來，以電話服務(wù)為主的電信業(yè)走了一條成功之路，取得了極大的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代通信又進(jìn)入了數(shù)字時代。帶給我們的啟示是，問題的核心在于“信息”。人類需要寬帶的無線通信技術(shù)，來滿足多媒體化、普及化、多樣化、全球化和個性化的信息交流。早在 1897 年，馬可尼使用 800KHZ 中波信號進(jìn)行了從英國至北美紐芬蘭的世界上第一次橫跨大西洋 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 的線無電報通信試驗，開創(chuàng)了人類無線通信的新紀(jì)元。 20 世紀(jì) 20 年代初人們發(fā)現(xiàn)的短波通信，直到 20 世紀(jì) 60 年代衛(wèi)星通信興起前，它一直是遠(yuǎn)程國際通信的重要手段，并且目前對應(yīng)急通信和軍用通信依然有一定實用價值。模擬調(diào)頻傳輸容量高達(dá) 2700 路，亦可同時傳輸高質(zhì)量彩色電視信號；爾號逐步進(jìn)入中容量至大容量數(shù)字微波傳輸。特別應(yīng)該指出的是 20 世紀(jì) 80 年代到 90年代發(fā)展起來的一整套高速多狀態(tài)自適應(yīng)編碼調(diào)制解調(diào)技術(shù)與信息號處理及信號檢測技術(shù)，對現(xiàn)今衛(wèi)星通信、移動通信、全數(shù)字 HDTV 傳輸、通用高速有線 /無線接入，乃至高質(zhì)量磁性記錄等諸多領(lǐng)域的信號設(shè)計與信號處理及應(yīng)用，發(fā)揮了重要作用。 FDD 和 TDD FDD 與 TDD 概念 FDD（ Frequency Division Duplexing），即頻分雙工，操作時需要兩個獨立的 信道 ，一個 信道 用來向下傳送信息，另一個信道用來向上傳送信息，兩個 信道之間存在一個 保護(hù)頻段，以防止鄰近的發(fā)射機和接收機之間產(chǎn)生相互干擾。 TDD（ Time Division Duplexing），即時分雙工，是在幀周期的下行線路操作中及時區(qū)分無線信道以及繼續(xù)上行線路操作的一種技術(shù)，也是移動通信技術(shù)使用的雙工技術(shù)之一，與 FDD 相對應(yīng)。 TDD 的發(fā)射和接收信號是在同一頻率 信道 的不同時隙中進(jìn)行的，彼此之間采用一定的保證時間予以分離。 FDD 和 TDD 原理圖如下： 由上圖可見，在 TDD 模式的移動通信系統(tǒng)中，接收和傳送在同一頻率 信道 (即載波 )的不同 時隙 ，用保證時間來分離接收和傳送信道。 TDD 與 FDD 的對比 FDD 系統(tǒng)是指系統(tǒng)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)使用不同的頻率，在上 行和下行頻率之間有雙工間隔，如 GSM、 CDMA、 WCDMA 系統(tǒng)都是典型的 FDD 系統(tǒng)；時分雙工系統(tǒng)則是系統(tǒng)的發(fā)送和接收使用相同的頻段，上下行數(shù)據(jù)發(fā)送在時間上錯開，通過在不同時隙發(fā)送上下行數(shù)據(jù)可有效避免上下行干擾，如TDSCDMA 就是 TDD 系統(tǒng)。而對于一般的 FDD 技術(shù)，一般的上下行頻率間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道相干帶寬，幾乎無法利用上行信號估計下行，也無 法用下行信號估計上行；這一特點使得TDD 方式的移動通信體制在功率控制以及智能天線技術(shù)的使用方面有明顯的優(yōu)勢。否則，小區(qū)邊緣的用戶信號到達(dá)基站時會不能同步。但是，這種轉(zhuǎn)換時刻的設(shè)置必須與相鄰基站協(xié)同進(jìn)行。 （ 4） TDD 技術(shù)不需要收發(fā)隔離器，只需要一個開關(guān)即可。在高速移動時，多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深，因此必須要求移動速度不能太高。一般 TDD 移動臺的移動速度只能達(dá)到FDD 移動臺的一半甚至更低。如果 TDD 要發(fā)送和 FDD 同樣多的數(shù)據(jù)，但是發(fā) 射時間只有 FDD 的大約一半，這要求 TDD 的發(fā)送功率要大。 根據(jù) FDD、 TDD 兩種工作模式的特點，在 移動通信網(wǎng) 絡(luò)中，它們各自有著不同的適用范圍：采用 FDD 模式工作的系統(tǒng)是連續(xù)控制的系統(tǒng)，適應(yīng)于大區(qū)制的國家和國際間覆蓋 漫游 ，適合于對稱業(yè)務(wù)如 話音、交互式適時數(shù)據(jù)等。特別是它的可不對稱傳輸數(shù)據(jù)的功能，尤為適合接入當(dāng)今世界流行的 Inter。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 FDD 是在分離的兩個對稱頻率信道上進(jìn)行接收和發(fā)送，用保護(hù)頻段來分離接收和發(fā)送信道。 FDD 在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但 在支持非對稱業(yè)務(wù)時，頻譜利用率將大大降低。在 TDD 方式的移動通信系統(tǒng)中 ,接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載 ,其單方向的資源在時間上是不連續(xù)的，時間資源在兩個方向上進(jìn)行了分配。 TDD 中存在的問題 (1) 干擾問題 TDD 模式的 CDMA 移動通信系統(tǒng)的干擾問題主要包括上下行鏈路之間的干擾，不同運營者之間的干擾和來自功率脈沖的干擾。前者是因為在一個小區(qū)內(nèi)用戶間的同步受到破壞或上下行鏈路的時間分配不平衡。 當(dāng)同一地理環(huán)境有幾個運營商用同一 TDD 頻率時，由于基站之 間的同步問題以及上下行 鏈路 之間非對稱的動態(tài)分配，不同運營者之間會發(fā)生干擾，這是 TDD 模式所特有的。 (2) 同步要求高 由于基站不能同時接收和發(fā)送，移動終端的傳送必須在基站停止發(fā)送時開始，這意味著同一小區(qū)內(nèi)的不同用戶之間，用戶與基站之間需嚴(yán)格同步，后一同步破壞會發(fā)生通信阻塞，前一同步破壞將導(dǎo)致 嚴(yán)重干擾，這是 FDD 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 的 CDMA 移動通信系統(tǒng)所沒有的問題。這樣的同步要求在基站有GPS 接收機或公共的分布式時鐘，這些都增加了移動蜂窩網(wǎng)的費用。因為 TDD 幀很短，導(dǎo)致移動速度受到限制，所以通常人們認(rèn)為 TDD 模式適合于室內(nèi)、低速移動的微小區(qū)環(huán)境。 FDD 的優(yōu)缺點 采用 FDD 模式的 移動系統(tǒng) 與采用 TDD 模式的移動系統(tǒng)相比，互有以下優(yōu)缺點： (1) FDD 必須使用成對的收發(fā)頻率。而 TDD 則不需要成對的頻率， 通信網(wǎng)絡(luò) 可根據(jù)實際情況靈活地變換 信道 上下行的切換點，有效地提高了系統(tǒng)傳輸不對稱業(yè)務(wù)時的 頻譜利用率 。兩者相比， TDD 系統(tǒng)明顯稍遜一籌。 (3) 采用 TDD 模式工作的系統(tǒng)，上、下行工作于同一頻率，其電波傳輸?shù)囊恢滦允怪苓m于運用 智能天線技術(shù) ，通過智能天線具有的自適應(yīng)波束賦形，可有效減少多徑干擾，提高設(shè)備的可靠性。同時， 智能天線 技術(shù)要求采用多個小功率的線性功率放大器代替單一的大功率 線性放大器 ，其價格遠(yuǎn)低于單一大功 率線性放大器。 (4) 在抗干擾方面，使用 FDD 可消除鄰近蜂窩區(qū) 基站 和本區(qū)基站之間的干擾。而使用 TDD 則能引起鄰區(qū) 基站 對本區(qū)基站、鄰區(qū)基站對本區(qū)移動機、鄰區(qū)移動機對本區(qū)基站及鄰區(qū)移動機對本區(qū)移動機四項干擾。 但隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)， TDD系統(tǒng)的抗干擾能力一定會有大幅度的提高。 未來發(fā)展 由于移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長、通信個人化和寬帶化的要求，移動通信正在向第五代發(fā)展，估計 2020 年前后，第五代移動通信系統(tǒng)將開始全面商用。自從 1997 年中國提交了第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)草案（ TDSCDMA）之后，其 TDD 模式及智能天線新技術(shù)等特色受到高度評價并成為三個主要候選標(biāo)準(zhǔn)之一，同時 TDSCDMA 移動通信系統(tǒng)的基站設(shè)備正在加緊開發(fā)。尤其是第五代移動通信系統(tǒng)，由于要實現(xiàn)同時同頻全雙工， TDD 模式基本宣告終結(jié)，而對于 FDD 來說，則有相當(dāng)大的頻譜資源被釋放出來，大大提高通信效率。 CDMA 技術(shù)的原理是基于 擴頻 技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬 的高速偽隨機碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。 碼分多址（ CDMA）通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。接收機用相關(guān)器可以在多個 CDMA 信號中選出其中使用預(yù)定碼型的信號。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲和干擾，通常稱之為多址干擾。為了實現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個 頻率，即通常所謂的頻分雙工。為了傳送不同的信息，需要設(shè)置相應(yīng)的信道。類似的信道屬于邏輯信道，這些邏輯信道無論從頻域或者時域來看都是相互重疊的，或者說它們均占用相同的頻段和時間。除了傳統(tǒng)的空間分集外。 (2) 采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。 (3) 采用了移動臺輔助的軟切換。處于切換區(qū)域的移動臺通過分集接收多個基站的信號，可以減低自身的發(fā) 射功率，從而減少了對周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范圍。 (5) 具有軟容量特性。當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷一輕一重時，負(fù)荷重的小區(qū)可以通過減少導(dǎo)頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負(fù)擔(dān)分擔(dān)。由于 CDMA 的帶寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率話密度低，對窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小，因此兩者可以共存。 (7) CDMA 的頻率 利用率高，不需頻率規(guī)劃，這也是 CDMA 的特點之一。話音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個重要課題。這種編碼方式被認(rèn)為是目前效率最高的編碼技術(shù)，在保證有較好話音質(zhì)量的前提下，大大提高了系統(tǒng)的容量。由于所有的基站都使用同一個頻率，相互之間是存在干擾的，如果小區(qū)規(guī)劃做得不好，將直 接影響話音質(zhì)量和使系統(tǒng)容量打折扣，因而在進(jìn)行站距、天線高度等方面的設(shè)計時應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎。許多標(biāo)準(zhǔn)都仍在研究才試制定之中。還有的使用 Is－ 634/TSB－ 80。 (3) 由于功率控制的誤差所導(dǎo)致的系統(tǒng)容量的減少。 同時同頻全雙工 (CCFD)的近端設(shè)備與遠(yuǎn)端設(shè)備的無線業(yè)務(wù)相互傳輸發(fā)生在同樣的時間、相同的頻率帶寬上，這與現(xiàn)有的時分雙工 (TDD: Time Division Duplexing)和頻分雙工 (FDD: Frequency Division Duplexing)體制相比，理論頻率效率可以提升 1 倍。自干擾消除能力將直接