TD-SCDMA抗歐美　數位調變與智慧型天線逞威

透過增速編碼技術提升訊息傳遞效率  

一般來說，第k個使用者要傳遞資料訊息到基地台，在通道編碼和解碼議題上，主要朝更有效率低密度同位元編碼(Low Density Parity Coding, LDPC)努力，目前編碼技術則採用增速編碼(Turbo Coding)，適應性動態調整調變編碼組合，在AMC之間先作交錯(Interleaver)運算和串聯對並聯的轉換(S/P)。  

採用交錯運算的原因，是因為可以確保多工資料在傳遞和接收時能順利達成；至於串聯對並聯的轉換，則主要使用在訊號處理過程，再經由空間對時間的處理(Space-time Processing)，送入逆向快速傅利葉轉換(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)，經由並聯對串聯的轉換(P/S)，再加入週期預修(Cycle Prefix, CP)後依序放進時槽(Time Slot, TS)。  

每個時槽前都會加入頭碼(Preamble)，多個時槽在加上同步訊號(Sync Signal)後則組成一個訊框(Frame)，再經過數位對類比調變(D/A)使用多組天線發射，並經由無線電通道傳遞，抵達基地台端。  

同理，在基地台接收端使用多組天線接收後，經過類比對數位調變(A/D)，藉由訊框同步訊號(Sync Signal)還原訊框訊息與時槽訊息。此刻行動電話基地台接收端採用通道估測(Channel Estimation)技術，解出週期預修訊息後再依序使用串聯對並聯的轉換、傅利葉轉換(FFT)、空間對時間的處理、動態正交振幅調變解調、並聯對串聯的轉換、解交錯(Deinterleaver)、解增速編碼(Turbo Decoding)，最後完成接收使用者手機所傳遞的訊息(圖1)。

圖1　TD-SCDMA數位通訊系統

而訊息最後會傳送到網際網路(Internet)，雖然通訊使用者間以為訊息傳遞都是無線電通訊，實際上的傳播頻寬仍以有線傳輸線為主。圖2表示TD-SCDMA系統採用不同的數位調變技術，搭配不同的通道編碼方式，可以得到不同的通訊速率。

圖2　TD-SCDMA適應性調變編碼AMC

中國第三代行動電話以智慧型天線稱雄  

將智慧型天線(Smart Antenna)應用在使用者行動終端(Mobile Terminal, MT)與基地台(Access Point)上，也是TD-SCDMA的主要特色之一，不過今日TD-SCDMA的版本，在使用者行動終端採用四個輸出波束，在基地台則採用八個輸入波束，這種開放式設計將來可能會因為歐美各通訊大廠並非採用相同規格而改變。一般認為，智慧型天線與軟體無線電動態最佳化的使用，才能使無線通訊系統達成最大的發揮。  

雖然在輻射場觀點，智慧型天線可保證行動終端主波的接收，但是當使用者進行高速移動時，反射衰減卻使得無線電通道的估測更加困難，因此智慧型天線與軟體無線電直接關係到整體系統的效益。在實際的運作上，當使用者靜止(Stationary)時給予較高效率的64-QAM數位調變，而使用者高速移動(Mobility)時則給予較低效率的QPSK數位調變。不同的數位調變搭配不同的通道編碼(Channel Coding)率如圖2所示，智慧型天線與軟體無線電動態調整是對抗通訊上相位雜訊(Phase Noise)的極佳方式。  

TD-SCDMA基地台智慧型天線的主要特色是採用陣列型多束波天線，天線可經由軟體無線電模組，直接正確且快速的把射頻無線電訊號(RF)解調成基頻訊號(Baseband)，並再立即傳遞到全IP網路，而能夠讓這件事順利完成的關鍵模組，正是基頻訊號處理單元(Baseband Processing Unit)。  

基頻訊號處理單元是基地台的重心，可外接多個陣列型多束波天線，如圖3所示外接三組陣列型多束波天線，每組陣列型多束波天線都有獨立的上傳和下傳模組，分別接上空間時間轉換單元，再經由交換開關控制。

圖3　TD-SCDMA基地台智慧型天線

若是基地台基頻訊號處理單元欲外接七組陣列型多束波天線，則必須具備兩組交換開關控制上傳和下傳訊號，每組交換開關各接七組空間時間轉換單元。交換開關對上傳到基地台的訊號經基頻接收(Baseband Receiver)裝置轉變成基頻訊號後，再送到後級網路(Backplane Network)處理。  

同樣的，基地台要送出的訊號，也經後級網路處理與基頻傳遞(Baseband Transmitter)裝置，經交換開關控制與空間時間轉變成射頻訊號後發射。後級網路處理主要由基地台基頻訊號處理單元控制，後級網路處理本身也處理訊號間的交換，並藉由網路路由器連上基地台外部有線寬頻網路。基地台經由智慧型天線與軟體無線電結合，增加系統穩定度，且方便擴充行動電話總容量，降低系統建構成本，更新行動電話系統時可降低複雜度。全IP高速寬頻網路可整合無線個人區域網路(WPAN)、無線區域網路(WLAN)與空中介面等，支援各種範圍的蜂巢如圖4。

圖4　TD-SCDMA邁向全IP高速寬頻網路

交錯技術有助還原通訊數據  

無線通訊系統在使用正交多工調變前，同時對系統進行分時和分碼多工存取(Multiplex Access)可提升整體通訊速度，多工存取對多個使用者可以提供不同等級的通道編碼(Channel Coding)，在接收端使用綜合檢測得出個別使用者的傳遞資料。  

無線移動通訊常加入交錯技術，幫助接收端順利還原通訊資料(圖5)。假設行動通訊多工存取系統傳遞三個使用者，在發射端作通道編碼其增速編碼(Turbo Coding)經常配合軟體無線電動態改變，因此適應調變和編碼會彼此消長；在通道編碼之後搭配的交錯技術相對簡易，只要通訊發射端和接收端彼此發射端得知特定的交錯演算法則，訊號在接收端容易解調，如圖6(b)所示，以兩個使用者為例，在接收端採用解交錯符號(Deinterleaver Symbols)可辨識出多工使用者，再使用通道解碼(Channel Decoding)方式還原出原始訊號。

圖5　TD-SCDMA多工交錯技術

圖6　TD-SCDMA解多工交錯技術

圖6(b)所示的無線通訊系統採用一千零二十四個OFDM子載波，數位調變使用16QAM，增速編碼率為二分之一。如圖6(c)表示不論通訊使用者多寡，通訊調變訊息的訊號雜訊比(Signal to Noise Ratio, SNR)越高，在接收端的位元錯誤率(Bit Error Rate, BER)越低。而在以相同的訊號雜訊比作傳遞時，越多使用者通訊，位元錯誤率也越高。  

(本文作者任教於中州技術學院電子系)