WiMAX與TD-SCDMA聯(lián)合組網中切換技術的研究1、TD-SCDMA與WiMAX技術特點 近些年，通信產業(yè)界最熱門的話題莫過于3G與WiMAX技術發(fā)展了。而3G標準中又以中國自主開發(fā)、擁有自主知識產權的時分同步碼分多址（TD-SCDMA）系統(tǒng)尤為突出。與其它兩個3G標準（WCDMA、cdma2000）相比，TD-SCDMA的優(yōu)點有：（1）TD-SCDMA采用時分數(shù)字雙工（TDD）模式。TDD是上下行的傳輸使用同一頻帶的雙工模式，根據時間區(qū)分上、下行并進行切換，物理層的時隙被分為上、下行兩部分，不需要成對的頻率，上下行鏈路業(yè)務共享同一信道，可以不平均分配，特別適用于非對稱的分組交換數(shù)據業(yè)務（如互聯(lián)網）。TDD的頻譜利用率高，而且成本低廉。（2）TD-SCDMA對頻率資源的利用率是最高的。TD-SCDMA系統(tǒng)僅采用1.28Mchip/s的碼片速率，采用TDD雙工模式，只需占用單一的1.6 M帶寬，就可傳送2 Mbit/s的數(shù)據業(yè)務。同時TD-SCDMA也有很多不足：（1）由于采用多時隙的不連續(xù)傳輸方式，基站發(fā)射峰值功率與平均功率的比值較高，造成基站功耗較大，基站覆蓋半徑較小，同時也造成抗衰落和抗多普勒頻移的性能較差，當手機處于高速移動的狀態(tài)時通信能力較差。（2）由于TD-SCDMA系統(tǒng)僅采用 1.28 Mchip/s的碼片速率，然而碼片速率高才能有效地利用頻率選擇性分集以及空間的接收和發(fā)射分集，可以有效地解決多徑問題和衰落問題，因此TD- SCDMA在高速率數(shù)據傳輸上，很難完全滿足用戶對高速多媒體業(yè)務的需求。
WiMAX是一項無線城域網（WMAN）接入技術，經過一段時間的發(fā)展已從最開始的802.16標準演化出了目前的802.16a、802.16d、802.16e等一系列標準。以基于IEEE802.16d標準的WiMAX技術（即固定WiMAX技術）為例，它的單個基站覆蓋范圍最大可達50公里，每扇區(qū)數(shù)據帶寬最高達75Mbit/s，此外，WiMAX技術還具備系統(tǒng)建設快、成本低、系統(tǒng)易擴展升級、頻率劃分和調整靈活、在媒體訪問控制（MAC）層提供QoS保證、安全性強等特點。而802.16e技術標準更是針對802.16d標準移動性欠缺的問題，使得用戶端以車載速度移動時依然可以獲得較高的帶寬。
2、TD-SCDMA與WiMAX聯(lián)合組網技術上的可能性
TD-SCDMA蜂窩移動網絡與WiMAX寬帶無線網絡雖然是兩種不同結構的的網絡，但二者之間也具有一些共同的特性。
TD-SCDMA無線傳輸方案是FDMA、TDMA和CDMA這三種基本傳輸模式的靈活結合。通過與聯(lián)合檢測相結合以及智能天線的應用，TD-SCDMA的傳輸容量顯著增長。為了提高系統(tǒng)性能，TD-SCDMA采用了很多先進的關鍵技術：
（1）智能天線技術。這種技術通過各陣元信號的幅度和相位加權改變陣列的方向圖形狀，能夠把主波束對準入射信號并自適應實時的跟蹤信號，同時將零點對準干擾信號，從而抑制干擾信號，提高信號的信噪比，改善整個通信系統(tǒng)的性能。此外它還引入了空分多址方式（SDMA），使得在相同時隙、相同頻率或相同地址碼情況下，仍可以根據信號不同的空間傳播路徑區(qū)分用戶。在多個指向不同用戶的并行天線波束控制下，可以顯著降低用戶信號彼此間的干擾，大大提高系統(tǒng)頻譜利用率。
（2）聯(lián)合檢測技術。它是在多用戶檢測技術基礎上提出的。該技術是減弱或消除多址干擾、多徑干擾和遠近效應的有效手段，能夠簡化功率控制，降低功率控制精度，彌補正交擴頻碼互相相關性不理想所帶來的消極影響，從而改善系統(tǒng)性能、提高系統(tǒng)容量、增大小區(qū)覆蓋范圍。
（3）同步CDMA技術。同步CDMA指上行鏈路各終端信號與基站解調器完全同步，它通過軟件及物理層設計實現(xiàn)，可使正交擴頻的各碼道在解擴時完全正交，相互間不會產生多址干擾，克服了異步CDMA多址技術由于移動終端發(fā)射的碼道信號到達基站時間不同，造成碼道非正交所帶來的干擾，從而提高CDMA系統(tǒng)容量、簡化硬件、降低成本。
（4）軟件無線電技術。該技術是利用數(shù)字信號處理軟件實現(xiàn)無線通信功能的一種技術，它能在同一硬件平臺上利用軟件處理基帶信號，通過加載不同的軟件，可實現(xiàn)不同的業(yè)務性能。
（5）接力切換技術。TD-SCDMA系統(tǒng)的基站和基站控制器可采用接力切換技術，根據用戶的方位和距離信息，判斷手機用戶現(xiàn)在是否移動到應該切換給另一基站的臨近區(qū)域。如果進入切換區(qū)，便可通過基站控制器通知另一基站做好切換準備，達到接力切換的目的。接力切換可提高切換成功率，降低切換時臨近基站信道資源的占用。
WiMAX在物理層上分別有單載波、OFDM、正交頻分多址（OFDMA）三種技術體制。其中單載波體制使用的是QPSK、160AM、640AM、2560AM調制技術加頻域均衡，后兩種體制都采用了利于抗衰落、抗多徑、降低實現(xiàn)成本，及提高頻譜效率的OFDM調制技術。在MAC層，WiMAX采用的是TDMA方式，可以是TDD雙工模式或FDD雙工模式。這種多址方式能保證傳輸時延，支持面向連接的業(yè)務，以及為系統(tǒng)提供QoS和差異化服務、帶寬的動態(tài)分配。通過這種多址方式可以使WiMAX基站同時接入數(shù)千個遠端用戶站，既可滿足無連接傳輸?shù)男枨螅�如�?shù)據業(yè)務，也可在QoS下進行面向連接的傳輸，如需要有QoS保證的視頻和話音（VoIP）業(yè)務。
從上述TD-SCDMA與WiMAX的一些特點可以看出兩者的確具有一些共同的特點，如二者在空中接口方面都采用了OFDM/OFDMA/MIMO等先進技術以追求更高的頻譜效率和更快的數(shù)據速率，都將業(yè)務分成了若干類別，提供QoS保證，都制訂了協(xié)議規(guī)范確保支持移動性等。尤其是隨著主體數(shù)據業(yè)務的確立和VoIP技術的發(fā)展，特別是由于IMS的提出，TD-SCDMA網絡邁出了面向全IP核心網的關鍵一步，因此二者的目標更加接近，都指向了有QoS保證的IP核心網和移動寬帶接入網。

正是由于TD-SCDMA與WiMAX的這些共性特征，使得兩者在技術上可以達到很好的融合。而隨著各種無線技術的迅速發(fā)展，移動辦公的流行和便攜設備的普及，用戶對綜合化的、隨時隨地、永遠在線的無線移動服務的需求將持續(xù)增長。這也為兩種網絡的融合創(chuàng)造了業(yè)務需求的前提。
3、混合網絡的切換
如果實現(xiàn)TD-SCDMA與WiMAX的混合組網，切換問題則可以說是其最重要的一個技術問題。在保證一定的掉線率和切換成功率的前提下，用戶如何從一個網絡平滑地切入另一個網絡是混合網絡設計的關鍵要素。對于混合網絡而言，各種網絡可能架構不同，使用不同的技術，因此現(xiàn)在還沒有一套統(tǒng)一的關于異構網切換的技術標準。不同的異構網進行混合，需要根據異構網的特征采用不同的切換技術。在這里筆者對根據接收信號強度、遲滯電平和信標為判斷準則的切換機制進行了研究。
由3GPP協(xié)議可知，以接收信號強度（RSS）做切換指標時，切換執(zhí)行前后臨界時刻的采樣平均值最為關鍵。故設MS經過采樣臨界點前最后一次采樣均值為λ1，而切換后第一次采樣均值為λ2，前后2次采樣的差值為Dss，WiMAX和TD-SCDMA的接收信號強度模型分別為：

式中：d和D-d分別為移動臺到WiMAX接入點和TD-SCDMA基站的距離；P0、n、K1和K2為路徑損失參數(shù)，F(xiàn)(d)和υ(d)為同陰影衰落有關的靜態(tài)零均值高斯白噪聲過程且不相關（方差均為）。


保切換發(fā)生于兩種網絡的邊界上，因而有效地避免了乒乓效應的發(fā)生。其中λ1、λ2要根據網絡拓撲的實際情況，如切入點密度和基站距離來實際確定。
結合以上分析，并針對兩種網絡在信道特性、數(shù)據速率和業(yè)務類型上的差異，可以有下列兩種無縫切換控制方案。在高帶寬的WiMAX和低帶寬的TD-SCDMA之間切換時，先設定用戶已經進入這兩種網絡的交叉覆蓋區(qū)域，并開始信號強度的檢測工作。
3.1從WiMAX向TD-SCDMA切換
從WiMAX向TD-SCDMA切換如圖1所示。用戶在網絡中運行高速數(shù)據業(yè)務時，在從WiMAX切換到TD-SCDMA之前必須做傳輸數(shù)據率的調整。當達到Rw＜Rt時就開始執(zhí)行切換的準備工作，即移動臺向TD-SCDMA要求信標，協(xié)調傳輸帶寬，信標條件滿足后執(zhí)行切換。而協(xié)調過程消耗的時延則用來減小切換時的乒乓效應；如果原網絡運行數(shù)據率不高于TD-SCDMA的普通業(yè)務，則盡量保持在條件較好的WiMAX網絡中，直到滿足Rt≥Rw+hv才切換，由于遲滯電平的作用，同樣可以減少乒乓效應。

圖1從WiMAX向TD-SCDMA切換
3.2從TD-SCDMA向WiMAX切換
從TD-SCDMA向WiMAX切換如圖2所示。雖然原則上當有高帶寬的網絡可用時盡量向其切換，但從帶寬相對較低的TD-SCDMA向WiMAX切換時，文章提出的策略并不因新網絡帶寬高就立即切換過去，而是從保證業(yè)務的可靠性角度出發(fā)來做判決，考慮當前業(yè)務是否是實時性的。由于異構網切換過程中的時延開銷較大，容易帶來實時業(yè)務中斷。因此，在滿足Rw≥Rt+hv時，就根據當前業(yè)務的實時性進行判斷，如不是實時業(yè)務，那么TD-SCDMA就立即向WiMAX切換；如是實時業(yè)務，那么向TD-SCDMA要求信標，并在要求滿足后切換，這樣切換時的TD-SCDMA網絡條件較好，為實時業(yè)務的順利交接提供了保障，同時避免了乒乓效應。

圖2從TD-SCDMA向WiMAX切換
總之，由以上的推導可知，我們得到了遲滯電平值。從TD-SCDMA向WiMAX切換時，在滿足Rw≥Rt+hv時，根據當前業(yè)務的實時性來進行判斷，如不是實時性業(yè)務，那么TD-SCDMA就立即向WiMAX切換；如是實時業(yè)務，那么向TD-SCDMA要求信標，在要求滿足后切換；然而從WiMAX切換到TD-SCDMA之前必須做傳輸數(shù)據率的調整，因此達到Rw＜Rt時才可以開始執(zhí)行切換的準備工作（移動臺向TD-SCDMA要求信標）來協(xié)調傳輸帶寬，信標條件滿足后執(zhí)行切換，如果原網絡運行數(shù)據率不高于TD-SCDMA的普通業(yè)務，則盡量保持在條件較好的WiMAX網絡中，直到滿足Rw≥Rt+hv才切換，這樣均可以減少乒乓效應。
4、結語
在現(xiàn)今無線通信領域，很難有哪種技術或標準能夠一統(tǒng)天下，多種技術共存是一個不爭的事實，多種技術融合發(fā)展也是必然的趨勢。
TD-SCDMA是無線網絡寬帶化的成果，而WiMAX系統(tǒng)則使寬帶網絡向無線化邁出了重要一步。目前兩者實現(xiàn)的獨立組網的網絡已經出現(xiàn)，但由于兩者本身的一些特點使得兩者的結合也不可避免，這樣有利于兩大系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)勢互補，達成雙贏的局面，所以說，各類通信技術演進發(fā)展，最終將會在未來融合，共同為用戶創(chuàng)造一個美好的信息時代。