TD-SCDMA增強(qiáng)技術(shù)及其演進(jìn)

摘要

TD-SCDMA在技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)上提供持續(xù)平滑的演進(jìn)能力，表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)可以沿著TD-HSDPA，TD-HSPA，TD-HSPA+，LTE TDD乃至4G的路線逐步演進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)在不斷提升系統(tǒng)性能的同時(shí)，充分保證運(yùn)營商和用戶對(duì)于系統(tǒng)后向兼容的需求。本文介紹了TD-SCDMA演進(jìn)過程中的增強(qiáng)技術(shù)，重點(diǎn)是HSPA+的相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)情況，并對(duì)HSPA+在未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中的地位和作用予以分析。

1 引言

無線通信系統(tǒng)的演進(jìn)是物理層面對(duì)資源控制逐漸精細(xì)化、快速化的過程；也是系統(tǒng)層面逐步減少控制開銷的過程。從QPSK演進(jìn)到HSPA的AMC是前一個(gè)過程的體現(xiàn)，而從HSPA的發(fā)展中出現(xiàn)的新的功能如PLCCH，F(xiàn)-DPCH等則是后一個(gè)過程的體現(xiàn)。由于TD-SCDMA在發(fā)展過程中主要的標(biāo)志性階段以HSDPA階段、HSPA階段、HSPA+階段為主線，本文將在介紹TD-SCDMA演進(jìn)路線和HSPA+相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析HSPA+在整個(gè)系統(tǒng)演進(jìn)中的地位和作用。

2  TD-SCDMA增強(qiáng)技術(shù)的演進(jìn)

2.1  TD-HSDPA

TD-HSDPA可以針對(duì)用戶所處的無線環(huán)境更快、更精確地分配資源，因而在與R99同樣的頻譜帶寬下，獲得更高的通信速率。HSDPA中主要采用的技術(shù)包括共享高速信道、基于NodeB的快速調(diào)度、AMC等。2005年12月CCSA TC5的第8次全會(huì)上，TD-SCDMA HSDPA接口和設(shè)備的系列標(biāo)準(zhǔn)列入了我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定制訂計(jì)劃。2006年底已完成包含多載波HSDPA方案的TD-SCDMA HSDPA行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草工作。

2.2  TD-HSPA

在引入HSDPA之后，TD網(wǎng)絡(luò)的下行傳輸速率和吞吐量得到極大提升，相比而言上行速率仍然偏低。在上行也采用與HSDPA相同的技術(shù)如AMC，NodeB調(diào)度等，網(wǎng)絡(luò)可以支持HSUPA，由此TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)一步演進(jìn)到HSDPA+HSUPA也就是HSPA階段。按照CCSA的工作計(jì)劃，2008年6月將完成TD-SCDMA HSUPA行標(biāo)的制定工作。

2.3  TD-HSPA+

LTE的提出一方面使得已經(jīng)在3G網(wǎng)絡(luò)中投入大量資金的運(yùn)營商擔(dān)心到LTE演進(jìn)的非平滑性，另一方面弱化了設(shè)備制造商CDMA相關(guān)專利在移動(dòng)通信中所起的作用。因此部分運(yùn)營商聯(lián)合設(shè)備制造商在3GPP中提出了HSPA+的概念，希望利用CDMA的HSPA同樣可以達(dá)到LTE相近的性能。TD-HSPA+的研究課題在2007年CCSA TC5 WG9的第15次會(huì)議上立項(xiàng)。目前在CCSA和3GPP，TD-HSPA+的主要工作集中在64QAM和EFACH的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作上。

2.3.1  TD-HSPA+關(guān)鍵技術(shù)

HSPA+是在HSPA基礎(chǔ)上的演進(jìn)，在保留了HSPA的主要特征和控制信道配置基礎(chǔ)上，F(xiàn)DD的HSPA+考慮的增強(qiáng)技術(shù)包括架構(gòu)的演進(jìn)、上行VoIP的RoT控制增強(qiáng)、層2的增強(qiáng)、EFACH、CPC、DL 64QAM、UL 16QAM、MIMO、干擾消除接收機(jī)等。針對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)，在CCSA和3GPP主要由國內(nèi)廠商主導(dǎo)，確定了TD-HSPA+的主要研究方向和標(biāo)準(zhǔn)化工作方向，包括：

（1）HSDPA引入64QAM：64QAM將在高的SNR區(qū)間上使頻譜效率和系統(tǒng)吞吐量得到提高，理論上引入64QAM后將使得TD-HSDPA單載波峰值速率和頻譜效率提高1.5倍，即分別達(dá)到4.2Mbit/s和3.9bit/s/Hz。目前在CCSA和3GPP，TD-HSPA+的64QAM技術(shù)正在研究過程當(dāng)中。

（2）CPC技術(shù)：CPC將進(jìn)一步優(yōu)化用戶在Cell_DCH狀態(tài)下的性能，進(jìn)一步降低資源消耗使得UE能夠長期保持在Cell_DCH狀態(tài)，同時(shí)降低UE的功耗和復(fù)雜性，更好地保證“一直在線”類業(yè)務(wù)和VoIP等業(yè)務(wù)的QoS。目前在CCSA和3GPP，正在進(jìn)行CPC的研究，但是暫時(shí)還沒有立項(xiàng)。

（3）CELL_FACH增強(qiáng)：由于業(yè)務(wù)的建立和信道分配延時(shí)是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，將SRB映射到HSPA上將大大降低傳輸延時(shí)。TDD系統(tǒng)的增強(qiáng)型CELL_FACH旨在提高CELL_FACH峰值速率和UE狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延。TD-HSPA+中的EFACH是目前標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議中討論較多的技術(shù)，其研究課題已經(jīng)在CCSA立項(xiàng)。

（4）層二增強(qiáng)：TD-SCDMA系統(tǒng)在支持64QAM HSDPA、MIMO之后峰值速率會(huì)明顯增加，需要引入靈活的RLC PDU大小。較大的RLC PDU的引入勢必帶來對(duì)MAC層分段/串接功能的需求。該項(xiàng)目目前在標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議中討論較少。

（5）MIMO：MIMO技術(shù)是在物理層提高系統(tǒng)吞吐量的一個(gè)重要手段，通過空間分集和復(fù)用，可以極大地提高通信速率。MIMO技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)工作暫時(shí)還沒有啟動(dòng)，其相關(guān)研究也在進(jìn)行當(dāng)中。

（6）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化：為了達(dá)到更高的延時(shí)性能，網(wǎng)絡(luò)中的RNC已經(jīng)成為事實(shí)上的瓶頸。但是如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化需要進(jìn)一步的研究，如用戶面的RNC和NodeB功能合一，保留控制面協(xié)議在RNC實(shí)現(xiàn)；保持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，僅在NodeB實(shí)現(xiàn)必要的RNC功能的鏡像；將RNC和NodeB完全合一等。目前，關(guān)于如何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還沒有開始討論，其相關(guān)細(xì)節(jié)有待進(jìn)一步的研究。

2.4  TD-HSPA+在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中的地位

TD-SCDMA到HSDPA，再到HSPA，系統(tǒng)的兼容性得到了很好的保持。從2004年開始，3GPP為了應(yīng)對(duì)WiMAX技術(shù)帶來的競爭提出了LTE

3G系統(tǒng)應(yīng)該由HSPA演進(jìn)到LTE。但是由于LTE TDD采用了OFDM技術(shù)，某種程度上對(duì)于以前的TD-SCDMA和HSPA系統(tǒng)兼容性較差，這也是HSPA+在性能上遜于LTE然而提出的時(shí)間卻晚于LTE的原因。HSPA+的提出一方面體現(xiàn)了部分設(shè)備廠商延續(xù)CDMA技術(shù)使用時(shí)間的需求，另一方面體現(xiàn)了已經(jīng)在3G及其演進(jìn)投入相當(dāng)資金的運(yùn)營商對(duì)3G系統(tǒng)演進(jìn)更加平滑的希望。因此，TD系統(tǒng)整體上的演進(jìn)路線有兩條：

（1）TD-SCDMA基本型—>HSDPA—>HSPA—>HSPA+—>LTE TDD

（2）TD-SCDMA基本型—>HSDPA—>HSPA—>LTE TDD

表1比較了R6，TD-HSPA+和LTE在性能上的主要特性�？梢钥闯�，HSPA+的目標(biāo)是在5MHz的帶寬下達(dá)到與LTE等同的性能。因此TD-HSPA+不僅僅將增強(qiáng)技術(shù)簡單地組合，為了達(dá)到接近LTE的性能，還需要在系統(tǒng)架構(gòu)等多方面進(jìn)行修改。TD-HSPA+相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定要晚于LTE，相應(yīng)的商業(yè)部署時(shí)間也會(huì)晚于LTE的商用，因此目前來看即使HSPA+可以提供LTE等同的性能，市場選擇HSPA+的可能性也較難預(yù)測。

表1  各種系統(tǒng)的特性和性能比較

對(duì)于一些已經(jīng)將3G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到HSDPA和HSUPA并且有一定規(guī)模的運(yùn)營商來說，HSPA+是一個(gè)很好的選擇。HSPA+不僅可以最大限度地兼容HSPA系統(tǒng)，還可以很小的投資升級(jí)網(wǎng)絡(luò)以達(dá)到LTE等同的性能；加上HSPA+采用與3G相同的帶寬和頻段，這都會(huì)極大降低網(wǎng)絡(luò)部署的難度，使其商用進(jìn)程更加迅速。

但是對(duì)于僅僅部分部署了WCDMA或者TD-SCDMA基本型的運(yùn)營商，暫時(shí)還沒有升級(jí)到HSPA的網(wǎng)絡(luò)，如果LTE標(biāo)準(zhǔn)化和商用化的過程較為順利，HSPA+很可能會(huì)被跳過，直接演進(jìn)到LTE�，F(xiàn)在看來，大多數(shù)運(yùn)營商屬于后者。

3  結(jié)束語

目前，我國的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具備了一定規(guī)模，在2008年開始支持HSDPA，2009年上半年可以支持HSUPA。為了提高TD-SCDMA系統(tǒng)在HSPA階段的競爭力，需要研究如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增強(qiáng)性能。TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)即使不經(jīng)歷完整的HSPA+階段，即不要求必須達(dá)到LTE相近性能的需求——那么HSPA的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不會(huì)進(jìn)行大的修改，但是仍然需要進(jìn)行一些重要技術(shù)如EFACH，CPC和64QAM等以及其它演進(jìn)技術(shù)的研究，這些技術(shù)對(duì)于TD-HSPA網(wǎng)絡(luò)能力的持續(xù)提升都有重要意義。同時(shí)，現(xiàn)有的HSPA標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)還可以在諸多方面進(jìn)行優(yōu)化，如減少或者去掉HSPA的伴隨信道、HSDPA和HSUPA控制信道的整合和優(yōu)化、對(duì)MBMS業(yè)務(wù)的支持等，這些研究工作對(duì)于后續(xù)系統(tǒng)如LTE乃至4G都有相當(dāng)?shù)慕梃b意義。