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摘要 簡要介紹了TD-SCDMA系統(tǒng)及其特點，著重闡述了TD-SCDMA系統(tǒng)增強型技術(shù)HSDAP和HSUPA，最后分析了TD-SCDMA增強型技術(shù)的發(fā)展趨勢。
1、TD-SCDMA系統(tǒng)及其特點
TD-SCDMA系統(tǒng)靈活地結(jié)合了TDMA和CDMA兩種基本傳輸模式，采用了智能天線、多用戶檢測（JD）、正交可變擴頻系數(shù)、Turbo編碼技術(shù)、ODMA等技術(shù)。TD-SCDMA工作于2010～2025MHz，載波帶寬1.6MHz，碼片速率為1.28Mchips，最多能提供2Mbit/s的傳輸速率，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和用戶設(shè)備三部分組成。TD-SCDMA系統(tǒng)技術(shù)的突出特點都集中在其無線接入網(wǎng)的無線傳輸技術(shù)中，其主要特點有：（1）采用TDD方式，通過靈活改變上/下行鏈路間的時隙分配可以實現(xiàn)3G對稱和非對稱業(yè)務(wù)，滿足不同的業(yè)務(wù)要求；（2）采用智能天線，利用其定向性降低了小區(qū)間頻率復用所產(chǎn)生的干擾，并通過更高的頻率復用率提供了更高的上下行容量；（3）采用聯(lián)合檢測，把所有用戶的信號當作有用信號加以利用，消除和減輕了多徑多址干擾；（4）同步CDMA克服了異步CDMA多址技術(shù)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問題，提高了TD-SCDMA系統(tǒng)容量和頻譜利用率；（5）采用軟件無線電，通過軟件方式更加靈活地完成硬件的功能。
2、TD-SCDMA系統(tǒng)增強型技術(shù)
2.1 HSDPA技術(shù)
3G定義的2Mbit/s的峰值傳輸速率對于大部分現(xiàn)有的分組業(yè)務(wù)而言基本夠用，然而對于許多對流量和遲延要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，需要系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更短的時延。為了更好地發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，TD-SCDMA在R5中引入高速下行鏈路分組接入（HSDPA，High Speed Downlink Packet Access）技術(shù)，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上使下行數(shù)據(jù)峰值速率有了很大的提高。
HSDPA通過采用自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC），混合自動請求重發(fā)（HARQ），快速調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)增加系統(tǒng)吞吐量，減少傳輸時延，提高峰值速率。AMC能夠通過自適應(yīng)地調(diào)整HS-DSCH信道傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼方式。HARQ是通過發(fā)送冗余信息，改變編碼速率來自適應(yīng)信道條件，采用選擇性重傳和停止等待重傳兩種方式。HSDPA中的調(diào)度主要由Node B中新增的MAC-hs功能實體完成，其核心思想是合理分配共享資源（碼字、功率），最大化資源的利用率。HSDPA的調(diào)度很大程度上決定AMC和HARQ的效率和性能。
HSDPA主要靠其專用信道HS-DSCH來承載高速業(yè)務(wù)，HS-DSCH對應(yīng)的物理信道為HS-PDSCH。HS-DSCH采用QPSK或16QAM的調(diào)制方式，信道編碼只采用卷積碼，TTI（傳輸時間間隔）為2ms，不復用傳輸信道。為了支持HS-DSCH的操作，HSDPA在物理層引入了一個上行的HS-DSCH共享信息信道（HS-SCCH）和一個下行的HS-DSCH共享控制信道（HS-SICH），用于基站和UE控制信息的交互。HS-SCCH用于承載相關(guān)下行控制信息，傳送從Node B到UE的下行信令，包括UE識別、HARQ相關(guān)的信息以及鏈路自適應(yīng)機制所選擇的HS-DSCH傳輸格式的參數(shù)。HS-SCCH擴頻因子為16，調(diào)制方式為QPSK。HS-SICH用于反饋相關(guān)的上行信息，向Node B傳遞用于支持HARQ的ACK/NACK信令，同時它還傳輸用于鏈路自適應(yīng)的信道質(zhì)量指示（CQI，Channel Quality Indicator）。CQI用于指示當前信道的質(zhì)量，Node B根據(jù)CQI決定下一次發(fā)送的傳輸格式。HS-SICH的擴頻因子為16。
對于WCDMA系統(tǒng)，HSDPA理論峰值速率可達14.4Mbit/s，但是WCDMA系統(tǒng)如果要在10Mbit/s的帶寬內(nèi)提供HSDPA，須要求上下行的5Mbit/s帶寬分別都是連續(xù)的，而對于每個載波寬度只有1.6MHz的TD-SCDMA系統(tǒng)，HSDPA理論峰值速率雖然只有2.8Mbit/s，但TD-SCDMA可以使用若干個分離的1.28M載波。如采用多載波HSDPA方案，TD-SCDMA理論峰值速率可以達到N×2.8Mbit/s（N為載波個數(shù)），在10Mbit/s帶寬內(nèi)能夠達到的峰值速率大于WCDMA。此外，由于TD-SCDMA系統(tǒng)采用動態(tài)信道分配，可以動態(tài)地調(diào)整上下行時隙，使得系統(tǒng)能更好地支持HSDPA的非對稱業(yè)務(wù)，對于WCDMA在帶寬資源受限的情況下，這是一個優(yōu)勢。
2.2 HSUPA技術(shù)
與下行鏈路相比而言，上行鏈路速率和吞吐量偏低，為滿足要求更高的上行速率業(yè)務(wù)發(fā)展需要，3GPP從R6版本開始，開展了對上行鏈路增強或稱為高速上行分組接入（HSUPA）的研究和標準制定工作。在2006年2月的RAN1 #44會議上，完成了針對TD-SCDMA上行增強技術(shù)的驗證工作。TD-SCDMA上行鏈路增強研究主要考慮了同步HARQ，AMC以及更為靈活的快速數(shù)據(jù)調(diào)度算法等技術(shù)。
2.2.1 自適應(yīng)編碼調(diào)制（AMC）
AMC是一種鏈路自適應(yīng)技術(shù)，其基本原理是通過改變調(diào)制和編碼的格式使它在系統(tǒng)限制范圍內(nèi)和信道條件相適應(yīng)，提高小區(qū)平均吞吐量。通過采用AMC技術(shù)，處于有利位置的用戶可以在理想信道條件下使用較高階的調(diào)制編碼方式和較高的編碼速率，獲得盡可能高的數(shù)據(jù)吞吐率，而在不太理想的信道條件下則使用較低階的調(diào)制編碼方式和較低的編碼速率。AMC鏈路自適應(yīng)用基于改變調(diào)制編碼方式代替改變發(fā)射功率，減少了沖突。
以前版本中的TDD系統(tǒng)上行調(diào)制方式為QPSK，在Release 6中HSUPA引入8PSK調(diào)制方式。TDD系統(tǒng)中OVSF碼資源有限，所以高階調(diào)制方式的引進有可能提高系統(tǒng)的吞吐量。
2.2.2 自動重傳請求（HARQ）
HARQ是指在接收到的數(shù)據(jù)包發(fā)生錯誤時，發(fā)送端按照某種方式重傳。終端在收到數(shù)據(jù)后向基站發(fā)送報告信息，說明接收的數(shù)據(jù)正確或者錯誤。終端收到基站重傳數(shù)據(jù)后，在進行解碼時，不會拋棄傳輸失敗的數(shù)據(jù)塊而是結(jié)合前次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊以及重傳的數(shù)據(jù)塊，充分利用它們攜帶的相關(guān)信息，這樣就可以增加正確譯碼的概率。由于HARQ將前向糾錯編碼FEC和ARQ技術(shù)結(jié)合在一起，使發(fā)送端發(fā)送的碼不僅具有檢錯能力，還具有一定的糾錯能力，從而可以得到更低的剩余誤塊率。
HARQ具有鏈路自適應(yīng)性，它可以自動根據(jù)瞬時信道條件，靈活調(diào)整有效編碼速率，補償因采用鏈路適配所帶來的誤碼。HARQ數(shù)據(jù)包的重傳在移動終端和基站間直接進行，繞開了Iub接口傳輸，使得Node B控制的重傳時延更小，因此物理信道可工作于誤碼概率稍高的條件下，這樣就提升了系統(tǒng)的容量。HSUPA支持兩種合并機制：對基站重發(fā)相同的分組包進行前后合并或?qū)局匕l(fā)含有不同編碼（即冗余信息）的分組包進行增量冗余合并。
2.2.3 基于Node B的快速調(diào)度
Node B控制的快速分組調(diào)度在R6之前的版本標準中，支持對UE的傳輸格式組合（TFC）進行控制，但控制實體位于RNC。HSUPA將TFC控制和時間調(diào)度功能移到Node B，能夠?qū)ι闲胸撦d的快速變化做出及時響應(yīng)，大大縮短了調(diào)度控制信令和UE響應(yīng)的時延。不僅如此，這樣做還可以更好地對Node B接收機的上行干擾進行控制，降低背景噪聲，保留較高的上行RoT門限值，使小區(qū)負載總是處于十分接近預負載門限的水平，從而提供了更大的上行吞吐量，充分利用了有限的帶寬資源�？焖僬{(diào)度技術(shù)是HSUPA的一個重要要素，某種程度上決定了系統(tǒng)的性能。TDD系統(tǒng)中Node B快速調(diào)度包括快速速率調(diào)度和快速物理資源調(diào)度。
在基于Node B的快速速率調(diào)度中，由Node B控制TFCs集合，稱之為“Node B控制的TFC子集”，該子集的大小由RNC在連接建立初始時配置，在連接過程中可以用信令來改變該集合的大小和內(nèi)容。UE使用Rels 5中的TFC選擇算法從這些子集中選取合適的TFC。當用戶有足夠的功率余量和待傳的數(shù)據(jù)時，可以選擇子集中的任何TFC。
在TD-SCDMA系統(tǒng)中同一小區(qū)內(nèi)不同用戶采用相同擾碼，上行鏈路采用正交可變擴頻因子碼（OVSF）區(qū)分用戶，上行OVSF碼字資源是有限的。Node B的快速物理資源調(diào)度可以根據(jù)用戶的傳輸需求和信道條件，對包括時隙和OVSF碼字的物理資源進行動態(tài)分配和重分配，避免碼資源短缺，保障系統(tǒng)高效工作。將物理資源分配功能移至Node B能夠避免處理過程中Iub接口的延時，從而減小物理資源的初始請求/響應(yīng)的延時，也避免了UTRAN棧的延時，使得響應(yīng)的重傳延時減少；能夠更好地跟蹤UE緩存狀態(tài)，根據(jù)UE緩沖器指示快速改變資源分配，降低時延，改善小區(qū)吞吐量；能夠更好地跟蹤無線鏈路的性能，根據(jù)無線鏈路的性能分配資源，更有效地利用物理資源空間，減少為防止過載而預留的系統(tǒng)資源，從而改善小區(qū)整體的吞吐量。
3、TD-SCDMA增強型技術(shù)的發(fā)展趨勢
在基本完成HSDPA、HSUPA（統(tǒng)稱HSPA）的標準制訂后，3GPP尋求進一步增強UMTS系統(tǒng)通信能力的技術(shù)方案，保持UMTS系統(tǒng)在中長期的技術(shù)領(lǐng)先性與競爭力。業(yè)界普遍認為，HSPA網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)成未來3G系統(tǒng)的一部分，并且須提供一個向LTE平滑過渡的途徑。2006年3月，3GPP RAN第31次全會通過了開展HSPA演進（HSPA+）項目的決定，試圖進一步對HSDPA、HSUPA進行增強，對基于HSPA的無線網(wǎng)絡(luò)的容量和性能進行研究。2006年6月，3GPP RAN第32次會議上引入了HSPA+的技術(shù)報告。HSPA+的目標如下。
* 在轉(zhuǎn)化到3GPP LTE中的OFDM平臺之前，充分開發(fā)CDAM系統(tǒng)的潛能；
* 在5MHz頻譜內(nèi)能夠達到LTE的性能要求；
* HSPA演進系統(tǒng)和LTE系統(tǒng)間的互操作應(yīng)使得從一種技術(shù)向另一種技術(shù)盡可能平滑，并應(yīng)便于兩種技術(shù)的共同運行；
* 演進的HSPA網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能作為一種只提供分組業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)而運行；
* 與HSPA演進之前的系統(tǒng)相兼容，且以前的終端設(shè)備性能不會降低；
* HSPA網(wǎng)絡(luò)設(shè)施通過簡單升級就能支持HSPA演進系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。
LTE系統(tǒng)在接口技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上都將做出較大的變革，與現(xiàn)有系統(tǒng)并不具有十分明確的演進關(guān)系，是一種“革命性”的全新系統(tǒng)。HSPA+通過增強結(jié)構(gòu)來改進性能，同時向后兼容UTRAN現(xiàn)有的無線接口，與LTE相比更強調(diào)與此前3GPP系統(tǒng)的后向兼容性。HSPA+為RAN和核心網(wǎng)提供增強技術(shù)，平衡HSPA和LTE的運行和發(fā)展。
目前，HSPA+的研究工作處于早期討論階段，沒有進入正式地標準制定階段，應(yīng)抓緊時間、集中力量積極開展TDD HSPA+的研究，取得較大突破，形成相應(yīng)的國際標準，進一步擴大TD-SCDMA技術(shù)的后續(xù)發(fā)展空間。
4、結(jié)束語
當前，我國正處在建設(shè)和運營第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)的前夕，3G的運行需要提供更高速率、更大帶寬的業(yè)務(wù)，以及支持這些業(yè)務(wù)的增強型技術(shù)。將HSPA引入TD-SCDMA將能夠進一步發(fā)揮TD-SCDMA系統(tǒng)的優(yōu)勢，使其能提供更高速、可靠的業(yè)務(wù)。目前，需要進一步對TD-SCDMA的繼續(xù)演進開展研究，并推動相關(guān)標準的制定。我們相信，TD-SCDMA技術(shù)和產(chǎn)品在實際應(yīng)用中將不斷發(fā)展，TD-SCDMA在未來仍將是國際通信的主流標準之一。
