LAS-CDMA方案

由于各种技术的局限性，TDD技术只能应用于诸如DECT和PHS等小区域系统，至今不能应用到大区域系统。其固有的局限性主要有如下3点。

(1)发送(TX)和接收(RX)之间的功率切换

在FDD技术中，每个FDD移动台的收/发信机的载频之间都有一定的隔离带，以隔离发信机对收信机的干扰。

FDD移动台用一根公共的天线同时发射和接收无线信号，因此需要一台双工器用于隔离输出和输入信号。FDD指定的隔离频带有益于双工器隔离输出信号对输入信号的干扰，如图1所示。

TDD技术采用同一频带发射和接收无线帧，它通过时分方式动态分配上行和下行链路的无线资源。发送和接收之间有一个时间切换开关。由于高灵敏度和大发射功率，TDD基站收发系统(BTS)要求很长的保护时隙，类似FDD的保护频带，以保证系统性能和覆盖范围。但结果是降低了总的频谱效率。鉴于此，所有现存的TDD系统仅适合部署在低功率和低成本的小区域。

(2)邻近小区的干扰

FDD和TDD系统都不可避免地受到相邻小区的干扰。FDD系统中，由于存在隔离带，邻小区的发射信号并不影响服务小区内移动台的接收性能。

如图2所示，FDD系统是同步的，信号1、信号2和信号3同时从不同的信号源发射。正在服务的FDD基站收发系统从移动台接收所需的信号，同时也接收邻小区的信号。信号2通过隔离带而被滤掉。无疑，信号不仅受到服务小区移动台的干扰，而且还会受到邻小区移动台的干扰。相同的隔离措施也应用于移动台。

TDD系统没有频带隔离。它们采用时隙隔离来自于相邻小区的干扰。在小区内部，上行链路和下行链路的传输是同步的。然而，由于传播延时，它依然存在上行和下行链路之间的干扰。

TDD系统中，上行和下行链路工作于同一载频，尤其当基站收发系统具有高的天线塔、大功率和高灵敏度时，信号2将干扰所需要的信号3。为了消除这些干扰，大多数TDD系统采用综合时间隔离、空间隔离和频率隔离的频率复用技术，然而这会降低频谱效率。因而，一些TDD系统仅部署在孤立的小区中，如图3所示。

(3)小区覆盖范围和频谱效率之间的折衷

除干扰外，TDD小区覆盖范围也依赖于嵌入在无线帧之间的时隙间隔的大小。因为不能在同一时刻发射和接收信号，TDD系统就必须分配足够大的时隙间隔以覆盖信号的往返时间。例如，服务半径为15km的小区，时隙间隔要求至少0.1ms。

同FDD技术相比较，TDD技术所要求的时隙间隔抵消了其较高的频谱效率，如图4所示。

(1)简单的频谱分配和较高的频谱效率

TDD技术仅需要分配一个单一频段，而不是双频段，单一频段的分割可以用于TDD系统。在FDD系统中，为了上行链路和下行链路的同时运作，需分配一对相同带宽的频段。这些系统是为那些上行链路和下行链路有相同业务负载的应用而设计的。随着电信服务和数据应用的结合，无线频谱所承担的业务性质完全改变了。这时，上行链路和下行链路对无线资源的要求会改变。所以，有可能在下行链路无线带宽即将耗尽的时候，上行链路仍然剩余大量带宽。表2列出了基于无线系统业务性质所分配频谱的使用情况。

表2 基于无线系统业务性质分配频谱利用率

可以看出，在给定业务方案为3∶1时，利用率是67%，也就是说，33%的频谱浪费掉了。

采用TDD技术，频谱效率将得到大幅度提高。通常，市区或商业区要求大容量，因此采用较小的小区。小区越小，TDD技术的频谱效率越高。表3列出了TDD系统的频谱效率。

表3 TDD系统的频谱效率

*假设为单小区，20ms的TDD无线帧

可以看出，现有的TDD系统的频谱效率优于现存的FDD系统，它们是微蜂窝和微微蜂窝较理想的应用。

(2)低成本和简单的无线设计

FDD系统中，采用独立的发射和接收天线或用收/发天线双工器，它增加了射频设计的复杂度和功率损耗。

TDD系统不需要双工器或带通滤波器隔离上行链路和下行链路。无线资源的时间共享不存在如同FDD双工器所产生的功率损耗。射频设计相对简单，功耗小、设备成本低、体积小。

现有TDD系统相对于FDD系统有如下优势:

a.简单的频谱分配--单频段。

b.低成本的系统。

c.低成本的手机。

d.小型的TDD 手机。

e.长待机时间和长运行时间。

f.对不同应用的友好性。

g.高频谱效率。

TD-LAS通过突破部分TDD系统的局限性，与任何现存TDD系统相比提供了更多的优势。TD-LAS是LAS-CDMA技术与TDD技术的结合。LAS-CDMA技术通过智能化的LAS码，抑制或消除了由CDMA系统所产生的干扰。LAS码由两个码集构成，因而LAS-CDMA在干扰抑制方面有其独到之处，如图5所示。

当码信号与接收机处的预分配码信号相关后，初始码信号得到恢复，并伴随有来自其他码信号所产生的干扰。随着相关信号强度的不同和码信号数的不同，这些干扰所占比例也不同。现有CDMA系统采用各种手段来减少这些类型的干扰，如:快速功率控制和软/更软切换等。这些复杂的手段同时也带来了一些负面影响，例如，软/更软切换会引起码道数的短缺，而快速功率控制会引起对其他码信号较高的干扰。而LAS-CDMA可以消除由其他码信号引起的干扰，如图6所示。

因此，理论上 LAS-CDMA是噪声受限的CDMA技术，它不同于现有干扰受限的CDMA技术。随着TD-LAS技术的到来，现有TDD系统中存在的相邻小区干扰不再存在。智能化的LAS码能将所需的信号从干扰信号中提取出来。

TD-LAS系统拥有以下特性:LAS-CDMA技术无需复杂的快速功率控制、软/更软切换等来补偿系统干扰。另外，与任何现有CDMA系统相比，要维持相同的无线链路质量，它只需消耗小得多的功率。

(1)无需复杂的快速功率控制

功率控制在现有从第二代到第三代的各种无线系统中都有应用。在第二代系统中有的采用了频率复用和跳频技术来抑制干扰。第三代系统甚至采用了更快速的功率控制来抑制系统产生的干扰。快速功率控制是一种非常复杂的机制，开环和闭环快速功率控制机制为现有CDMA系统所采用。当网络处于满负荷时，功率控制并不能真正抑制干扰，它只是提供了一种均衡所有用户干扰的机制。

TD-LAS系统采用智能化码集来抑制干扰，无需快速功率控制来均衡干扰。它采用简单的功率调整机制来降低移动台的功率消耗，并在移动台用户的环境发生变化时维持链路质量。

(2)无需联合检测方案

在某些第三代系统的基站收发系统中，规定使用联合检测方案来抑制由多用户所引起的干扰。它需要实时信息和巨大的系统资源，来推导出所有用户的活动状态，并基于此补偿其他用户对本用户的影响。当用户的活动状态或用户环境发生变化，或发射功率改变时，相关信息也需要实时产生，因此会消耗更多的功率和系统资源。联合检测方案有助于提高这类系统的上行链路性能。在现实中，多数时候下行链路需要更多带宽，但联合检测方案并不能解决这一系统瓶颈。

TD-LAS系统中不存在这种由于多个用户所带来的干扰。它通过智能化的LAS码来抑制该类型的干扰。与现今一些第三代系统相比，TD-LAS系统简单得多，成本也低得多。

(3)无需新型天线(如智能天线)技术

天线技术是另一种提高频谱效率的方法。空间接收分集已被普遍采用，以提高接收机的灵敏度，从而降低移动台处所需的发射功率。TD-LAS可以利用这些通用的天线技术来节约移动台的发射功率。

智能天线是一种采用波束来跟踪每个用户，从而降低来自其他用户干扰的新的天线技术。智能天线采用复杂的算法，需要消耗较高的计算功率。另外，由于尺寸问题，天线的配置也有一定的困难。为蜂窝网的应用寻找合适的环境来架设智能天线是一个难题。

TD-LAS系统利用智能码来抑制来自其他多址用户和系统的干扰。基于现有的天线技术，TD-LAS即可为所有无线应用提供了一种简单、低成本和高频谱效率的解决方案。在结合应用智能天线技术后，TD-LAS在整体系统性能方面还可获得进一步提高。

(4)无需软切换

在现有CDMA系统中，软/更软切换是当一个移动用户走近小区边界时，减轻相邻小区干扰的一项关键技术。通常，采用切换方案可增加约3dB的增益，但却要付出两倍或三倍地占用系统资源的代价。TD-LAS系统是使用智能码来抑制相邻小区间的干扰，因此，无需通过多径间的软切换来降低ACI干扰，而采用了硬切换来提供小区内或小区间的无缝切换。

这些改进的综合最终会形成一个协调的标准，使今天的TD-LAS技术逐步成为跨越现今第三代系统的"新三代"无线解决方案。

CDMA在理论上是应用于移动通信领域的最好技术之一。但是，必须找到理想的地址码才能真正发挥它的潜能。寻找好的地址码的原则有三条:一是地址码的非周期自相关函数的副峰要小，最好全为零;二是地址码之间的非周期互相关函数应该较小，最好处处为零;三是具有上述两种特性的地址码的数量越多越好。理论研究结果证明，这样的地址码在二元域、有限域乃至复数域根本不存在，而且，自相关函数和互相关函数是一对矛盾，二者不可兼得。正因为如此，所有CDMA技术的地址编码方式，都不可避免地因多径传播效应导致各个地址码对其自身和对其他地址码的干扰，包括符号间干扰(ISI)、多址干扰(MAI)和邻小区干扰(ACI)。这些干扰使系统频谱效率和容量的提高受到了很大限制。为了克服因干扰所造成的"远近效应"，传统CDMA系统必须采用快速功率控制以避免系统容量的下降。这样做的结果不但使系统结构更趋复杂，而且使系统覆盖半径受到了限制。

李道本教授的贡献在于他用两个码来构造一个具有上述要求的地址码，其中一个码用来完全消除符号间干扰及多址干扰，它被称为LS码。它由L码及S码组成。这是一对真正的相关函数互补码，其自相关函数之和除原点外全为零，互相关函数在特定窗口内也全为零，且非零值只在个别离散点即"窗棱"处出现。"窗棱"间的距离取决于窗口的大小。考虑到码的正交性，LAS-CDMA技术会在小区交界处造成一个无干扰区(IFA)。为了防止两个移动台到达某基站的信号位置恰在"窗棱"上而产生大的干扰，本方案又提出采用一种不等间隔的LA码，使得在某一时间区间内，只有很短时间处于"窗棱"处。另外，为了避免因不同小区之间的码有部分不正交所出现的小区间干扰，又采取了前向功率的按需分配，即根据移动台距离基站的远近与传播条件好坏来分配前向功率的大小。以上独特的LAS智慧编码理论，构造了"自干扰"为零和在某些特定"窗口"内其"互干扰"也为零的优异性能，从而使CDMA系统由现有的"干扰受限"转变为LAS-CDMA的"噪声受限"系统，并使系统频谱效率和容量获得极大的提高。这样，在同样发射功率下可有更大的区域覆盖，而且避免了功率控制等复杂技术的采用。

1999年，这项发明在ITU的会议上首次公开亮相就得到了我国科技部、信息产业部和中国工程院的关注。

2000年3月，在CWTS的支持下，LAS-CDMA技术被3GPP2接受为CDMA2000单载波增强的备选方案之一。同年9月，LAS-CDMA技术及其原理样机通过了验证与评估，证明了这一技术理论上的正确性和无干扰窗口的存在，以及应用上的充分现实性。

2001年初，以LAS-CDMA为核心的应用TDD模式并以全IP网为目标的新一代移动通信系统TD-LAS投入开发。年中，该系统的准商用机在户外试验并获得了成功。这一技术是移动通信领域继模拟技术、数字技术和CDMA技术之后的又一个新的里程碑。