导读：(海峰编译报道)随着互联网的普及，数字通信成了我们的身边之物。从最初只有低速调制解调器，到现在通过ADSL实现高速通信。但由于ADSL属于有线通信，其使用方式受到一定局限，不能“随时随地”地使用。也许用户正渴望无线ADSL的问世吧。 提

(海峰编译报道)随着互联网的普及，数字通信成了我们的身边之物。从最初只有低速调制解调器，到现在通过ADSL实现高速通信。但由于ADSL属于有线通信，其使用方式受到一定局限，不能“随时随地”地使用。也许用户正渴望无线ADSL的问世吧。

提起无线接续互联网，也许首先想到的是像无线LAN那样的接入点服务。这种服务在美国似乎已经非常成功。但实地考察一下就会发现，美国有人群集中且可以长时间休闲的场所，而且国土宽广，接入点与接入点间的距离远远超出了步行的范围。与日本的国情完全不同。

因此，如何确保高速互联网也能“随时随地”地接入就成为一项重要课题。确保移动灵活性，作为无线ADSL，IMT-2000标准中所包含的无线方式TD-CDMA（TimeDivision-CDMA）值得期待。笔者坚信这种TD-CDMA也一定能适用于第4代移动通信。

图1：CDMA的远近效应
如果终端与基站距离不同的话，远处终端的发射信号将被近处终端的发射信号所覆盖。

图2：FDD需要防护频带
由于FDD的上行链路与下行链路分别使用不同的频率，所以需要有较宽的防护频带。

图3：在很短的保护时间内进行切换的TDD
由于TDD使用同一频率来实现上行链路与下行链路的切换，所以需要一段很短的保护时间。

图4：发射信号电平控制系统
相对于基站与终端全都进行控制的FDD，TDD由于上行链路与下行链路的传输具有关联关系，终端可根据下行链路的电平来控制上行链路的电平。

TD-CDMA起源于日本

TD-CDMA的原型来自于本文作者中川正雄与其学生RiazEsmailzadeh于1991年8月在日本电子信息通信学会SST（SpreadSpectrumTechnology）研究会上提出的方案。

作者从PHS（PersonalHandyphoneSystem）原理中感受到了TDD（Time Division Duplex：时分双工）在简易性方面的魅力。所谓Duplex（双工），就好比声音中的“喂喂”、“是的是的”，或者图像中为相互看到对方而发出的联络信号。TDD的别名又叫乒乓传输，能高速将双方的短脉冲信号错开时间进行交换。将目光转向PHS以外的话，发现有线通信中的ISDN也在使用这种方式。

笔者意识到将TDD用于CDMA首先会有以下好处，就是可将使用同一频率进行信号传送的移动电话系统、特别是CDMA中存在的发射信号电平控制（TransmitPowerControl:TPC）问题大大简化。

CDMA在研究阶段遇到一个问题，就是距基站远近不同的手机混在一起使用时，离基站较远的手机无法进行通信（图1）。由于手机向基站发出的信号功率大小是一样的，但远处手机的信号在到达基站前衰减较多。

这样一来，由于近处手机的信号电平大于远处的手机，所以基站就只接收距离较近的手机信号。这就是所谓的远近效应。为消除远近效应，手机与基站间必须通过控制信号将功率保持在适当的水平上。

但如果是TDD的话，无需交换控制信号就可以控制发射信号电平。分析结果表明，在通过TDD控制信号电平时，即使基站不向终端发送控制信号，手机本身也完全可以实现TPC。在当初发表时被命名为TDD-CDMA，后来根据IMT-2000标准进行了改进，就改名为TD-CDMA。

有效使用同一频率

首先通过图2与图3来比较一下TDD与FDD（FrequencyDivisionDuplex：频分双工）的原理有何不同。

FDD继第一代模拟手机之后仍采用传统的双工模式。手机到基站的上行链路（图中朝上的箭头）与基地到手机的下行链路（图中朝下的箭头）采用不同的频带。为防止这两个频带相互干扰而必须保持一定间隔。中间的间隔频带就是作为缓冲的保护频带，可用于其他用途。在IMT-2000中保护频带的带宽达到100MHz。

为什么要有保护频带呢？原因就在于手机的结构。手机将信号发送单元与信号接收单元全都收容到同一个小盒子里。因此，在用同一天线接收很微弱信号的同时，还必须将较强的信号发送出去。在对信号接收与发送进行切换的检波器上，有时接收信号与发送信号的电平差能达到100dB，此时若上行与下行链路的频带相邻的话，检波器就难以切断发送信号。因此，需要一个保护频带将信号频带隔开。如果频率分配比较宽裕的话，也就很容易申请到保护频带，但考虑到可以分配的频率越来越少，今后要获得频率配额将会非常困难。

而TDD利用的则是同一频带。下行链路与上行链路进行交互传输。这样一来，就可以像图3那样通过很短的保护时间将两条链路分离开来。

另外，通过转换开关对上行链路与下行链路的利用时间进行相互切换。与检波器相比，转换开关的切断效果较好，缩短了保护时间。但如果覆盖区域较大时，产生的时间差也较大，因此要有更长的保护时间。因为基站与移动台之间还存在时间延迟问题。

如采用TD-CDMA，以目前的保护时间可以完全满足半径7公里以内的通信。但半径范围超过7公里后再采用这一保护时间就不行了。

控制发射信号电平更加简单

手机是否采用CDMA曾在80年代后半期到90年代初引起很大争议。但不久以后，在“多个手机的发射信号可以以同一电平被基站接收”这一理想状态下CDMA具有优势的观点被大多数人所认可。

但FDD使用的TPC（发射信号电平控制）结构复杂。在变动较大的移动通信中，基站要不停地测定输入信号电平，再将控制信号反馈到移动台以便进行控制。而且还存在延迟问题。

如果是TDD的话，由于使用的是同一频率，只要上行链路的通信状态保持良好，下行链路的通信状态同样也是良好的。因此，如果基站的发射信号电平固定的话，移动台的接收信号电平降低后就会自动提高发射信号电平，从而使基站的发射信号电平保持稳定（图4）。也就是说，仅靠终端的控制就能调节发射信号电平。而FDD的上行链路与下行链路频率不同，所以无法通过一条链路的通信状况去推算另一条链路的通信状况，因此也就难以进行这样的操作。

松下通信产业（现松下移动通信公司）对这一特性进行了详细试验。根据该公司的报告，在室内实验中，TDD的发射信号电平控制所需的输出功率比FDD还要好数个dB，野外实验时在横滨市佐江户以40km时速行走了1km，完全证实了这一能力。

图5：简化控制的分组传输
。

根据到基站的距离将终端分为几个组，分别为每个组分配时隙。通过分组可以将发射信号电平控制等控制过程简化。
通过分组传输提高效率

作为TD-CDMA更有效的传输方法，出现了GroupTransmission这么一个方案。所谓GroupTransmission，就是将手机归类为几个组，使用时分别为每个组定下时隙。相对于为每部手机分别分配时隙，这样可以简化整体控制（图5）。这样一来，发射信号电平控制不仅得到简化而且还提高了精度。将这种TDMA思路融入CDMA后获得了成功。这一思路后来也被IMT-2000所采用。

在引入分组传输后，无论是上行链路还是下行链路，为时隙分配的移动台数量都减少为1/N，因此CDMA的扩频信号间的相干机制也得到简化。例如，往往很容易复杂化的JointDetection（一种对CDMA扩频信号间的干扰进行消除与发散的合成检波方式）也可以很简单地完成了。JointDetection在接收到数种信号时，一边对扩频码进行正交化一边调整平衡。但也正因为如此，才使得TD-CDMA每帧的扩频码最大为16，远远低于FCC的最大512。

美国厂商IPWireless已经引进了JointDetection装置。FDD的W-CDMA则由于JointDetection过于复杂而无法实际安装。该公司通过加入Joint Detection装置，频率使用效率比FDD提高了数倍。

通过非对称方式为下行链路增速

在TDD中采用像ADSL那样的非对称链路就可以很容易地提高下行链路的传输容量。在TD-CDMA中可以改变时隙数量，使上行链路有3个时隙、下行链路有9个时隙。这样一来，如果采用相同调制方式、发射电平也相同的话，上行与下行速度就达到1:3，从而提高下行链路的容量。

而且与上行链路相比，下行链路还有多种有利条件。特别是下行链路是由基站发出的，所以在加大发射电平时无需考虑电池因素，可以享受提高发射电平的好处。通过增加发射信号电平，可以提高16QAM等多值传送的传输速度。

在FDD中，由于无法利用时间的非对称性，所以只能依靠多值传送。

保持同步的技术

除下行链路外，如何提高上行链路的频率效率也出台了一些方案。RiazEsmailzadeh在1994年提出了一个方案（标准中未采纳）。具体来讲，就是如何与上行链路扩频信号保持同步的技术。中国正在推动的TD-SCDMA（TimeDivision-SynchronousCDMA）同样也利用了同步技术。

该方案与中国推动的TD-SCDMA的区别在于不使用控制信号就能取得同步。在TD-SCDMA中，打开电源的终端在首次向基站发去信号后，基站只要接到信号就立即发送消除远近效应的控制信号。

而RiazEsmailzadeh提出的方案则不使用控制信号，而是采用所谓的准同步技术（Quasisynchronous），通过终端自身时钟来保持信号间的同步。带有时钟的终端计算出来自基站的数据包与自身发出的数据包之间的时间差，然后调整保护时间。由于终端自身可以改变保护时间，就不需要基站来控制了。

TD-CDMA的频带为15MHz

TD-CDMA才刚刚开始讨论商业化问题，在IMT-2000中也为TD-CDMA分配了频率。日本为TD-CDMA分配了从2010M到2025MHz间的15MHz带宽。

在日本提供服务时，如何使用这15MHz带宽非常重要。在实际服务中，15MHz带宽完全可以满足服务，但如果分给多家运营商，分割为5MHz等来使用的话就难以发挥TD-CDMA的优势。

适合第4代通信的技术

以上介绍了作为第3代移动电话技术候选方案的TD-CDMA技术及优势。但TD-CDMA是一项隐含着扩展性的技术，如能实现这些扩展性，还很有希望成为第3代以后的技术。

说起今后的话题，第4代移动通信马上就要到来。推测大致情况为：（1）利用4G到6GHz附近的频率；（2）通信速度达到100Mbit/秒；（3）在蜂窝式与类似无线LAN那样的AdHoc网络间也能漫游。

笔者认为，第4代移动通信将会采用TD-CDMA技术。并提出了基于TD-CDMA的方案，即不论所处位置、以机动性著称的蜂窝技术将与固定场合使用的高速AdHoc网络结合起来在同一频带中使用。设想的应用方式为：在家里通过AdHoc网络进行通信，一旦出了家门，能在瞬间自动切换到蜂窝式通信中去。

TD-CDMA扩频信号的相干性好，除可以扩充容量外，还可以利用前面所讲的可变时隙。这样就容易与采用同样时隙的像无线LAN那样的时分通信方式组合到一起。在所有的蜂窝通信中，即使与面前的人谈话，也要特意通过远处的基站来转接。如果与AdHoc网络组合起来的话，就可以有效利用资源，进一步提高通信效率
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