第三代移動通信系統(tǒng)TD-SCDMA的發(fā)展

熊軍



一、第三代移動通信概述



　　移動通信經(jīng)歷過第一代和第二代的發(fā)展過程，特別是在GSM和窄帶CDMA第二代移動通信時期，已經(jīng)實現(xiàn)了全世界漫游，用戶數(shù)量急劇膨脹。同時也暴露出了一些的問題，主要有：系統(tǒng)容量仍然比較小、頻譜利用率不高、抗干擾能力較差、不適合于傳輸高速數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)等。隨著信息時代的發(fā)展，移動IP、寬帶數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的比例在迅速增加，而第二代移動通信的缺點和局限性日益顯現(xiàn)出來。所以，市場和技術(shù)驅(qū)動促使人們探索和研究新的通信系統(tǒng)，這就是第三代移動通信，即3G系統(tǒng)。第三代移動通信系統(tǒng)最初稱為
未來公眾移動通信系統(tǒng)（FPLMTS），后改為IMT-2000，意指在2000年左右開始商用并工作在2000M頻段上的國際移動通信系統(tǒng)。199 7年4月，ITU向成員國征求IMT-2000無線接口候選傳輸技術(shù)（RTT），并在此基礎(chǔ)上指定國際標(biāo)準(zhǔn)。由于CDMA技術(shù)在抗干擾、保密性、系統(tǒng)容量等方面的優(yōu)勢，因此成為第三代移動通信的首選技術(shù)。



1、寬帶CDMA系統(tǒng)無線協(xié)議分層模型



　　在FPLMTS中將移動通信無線接口分成4層：物理層、媒體接入層、鏈路接入層、網(wǎng)絡(luò)層（包括呼叫控制、移動性管理、無線電資源管理）。



　　前兩層涉及無線傳輸共七個方面：多址技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、通信編碼和交織技術(shù)、雙工技術(shù)、實際信道結(jié)構(gòu)和多路復(fù)用技術(shù)、幀結(jié)構(gòu)和射頻信道參數(shù)等。



2、第三代移動通信系統(tǒng)IMT-2000的技術(shù)要求



　　1）全球統(tǒng)一頻段-2GHz，頻譜效率要高于第二代系統(tǒng)，系統(tǒng)容量要高于第二代。全球要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使終端在任何環(huán)境下能夠提供各種業(yè)務(wù)。



　　2）能支持話音（最低業(yè)務(wù)質(zhì)量達到ISDN 7kHz標(biāo)準(zhǔn)）、遙測，定位和導(dǎo)航、遠程控制、信用卡認(rèn)證、尋呼、通知、電子郵件、文件傳送、第三類傳真和第四類傳真，運動圖像及多媒體等業(yè)務(wù)，能提供電路交換和分組交換，除基本業(yè)務(wù)外，還能提供許多補充業(yè)務(wù)。



　　3）適應(yīng)于多種無線運營環(huán)境，終端可以工作在靜止、緩慢移動、高速運動等狀態(tài)。擁有較高的通信服務(wù)質(zhì)量業(yè)務(wù)質(zhì)量。



3、第三代移動通信所面臨的主要問題



　　第三代移動通信的所面臨的技術(shù)難題有的是蜂窩移動通信所固有的，有的是3G系統(tǒng)所特有的：具體有多徑衰落、時延擴展、多址干擾、遠近效應(yīng)、系統(tǒng)兼容等問題。



4、第三代移動通信幾種主要RTT技術(shù)



　　第三代移動通信幾種主要RTT的技術(shù)有cdma2000，w-cdmaT tdscdma。MH 歐盟提出的WCDMA和美國提出的cdma2000都采用的是FDD模式，只有TD-SCDMA采用的是TDD模式。FDD模式的特點是在分離的兩個對稱頻率信道上，系統(tǒng)進行接收和傳送，用保證頻段來分離接收和傳送信道。采用包交換等技術(shù)，可突破二代發(fā)展的瓶頸，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并可提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)容量。但FDD必須采用成對的頻率，即在每2×5MHz的帶寬內(nèi)提供第三代業(yè)務(wù)。該方式在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但在非對稱的分組交換（互聯(lián)網(wǎng)）工作時， 頻譜利用率則大大降低（由于低上行負(fù)載，造成頻譜利用率降低約40％），在這點上，TDD模式有著FDD無法比擬的優(yōu)勢。



二、TD-SCDMA技術(shù)的特點



　　TD-SCDMA——Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access是ITU正式發(fā)布的第三代移動通信空間接口技術(shù)規(guī)范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持，是中國電信百年來第一個完整的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。是集CDMA、TDMA、FDMA技術(shù)優(yōu)勢于一體、系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強的移動通信技術(shù)它采用了智能天線、聯(lián)合檢測、接力切換、同步CDMA、軟件無線電、低碼片速率、多時隙、可變擴頻系、自適應(yīng)功率調(diào)整等技術(shù)基本系統(tǒng)。



TD-SCDMA技術(shù)的技術(shù)特點主要表現(xiàn)在：



1、頻譜靈活性和支持蜂窩網(wǎng)的能力



　　TD-SCDMA僅需要1.6MHz的最小帶寬。若帶寬為5MHz則支持3個載波，在一個地區(qū)可組成蜂窩網(wǎng)，支持移動業(yè)務(wù)，并可通過自動信用卡道分配（DCA）技術(shù)提供不對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。



2、高頻譜利用率



　　TD-SCDMA為對稱話音業(yè)務(wù)和不對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供的頻譜利用率高。換言之，在使用相同頻帶寬度時，TD-SCDMA可支持多一倍的用戶。



3、設(shè)備成本



　　在無線基站方面，TD-SCDMA的設(shè)備成本低，原因如下：



　　·智能無線，由多天線陣、相干收發(fā)信機和DSP算法組成。智能天線能有效地產(chǎn)生多射束圖，這些射束的每一個都指向特定的移動終端，同時也能自適應(yīng)跟隨任何移動的移動終端，在接收端，這種空間選擇性接收，能大大地增加接收靈敏度，減少同信道干擾，增加容量，同時，在發(fā)射端，也能降低干擾和輸出功率。



　　所以達到了降低多址干擾、提高容量和接收靈敏度以及降低發(fā)射功率和無線基站成本等優(yōu)點。



　　·上行同步，上行鏈路各終端信號在基站解調(diào)器完全同步。優(yōu)點是CDMA碼道正交，降低碼道間干擾，提高CDMA容量簡化硬件，降低成本可以簡化基站硬件，降低無線基站成本。



　　·軟件無線電，是通過DSP軟件實現(xiàn)無線電功能的技術(shù)。在TD-SCDMA系統(tǒng)中很多原來傳統(tǒng)由射頻或基帶模擬電路或?qū)Ｓ眉�成電路�?zhí)行的功能，現(xiàn)在均由DSP算法實現(xiàn)�？蓪崿F(xiàn)智能天線和多用戶檢測等基帶數(shù)字信號處理，使系統(tǒng)可靈活地使用新技術(shù)，并可降低產(chǎn)品開發(fā)周期和成本。



4、系統(tǒng)兼容



　　支持多種通信接口，由于TD-SCDMA同時滿足Iub、A、Gb、Iu、IuR多種接口的要求，所以TD-SCDMA的基站子系統(tǒng)既可作為2G和2.5G GSM基站的擴容，又可作為3G網(wǎng)中的基站子系統(tǒng)，能同時兼顧現(xiàn)在的需求和長遠未來的發(fā)展。



三、TD-SCDMA的發(fā)展



1、3G技術(shù)的融合



　　人們很早便開始了對第三代移動通信系統(tǒng)的研究。歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織——歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會特別移動部（ETSI SMG）采納了一項關(guān)于第三代移動通信系統(tǒng)的空中接口提案，這一提案被命名為全球移動通信系統(tǒng)，即人們現(xiàn)在常說的UMTS。與此同時，中國信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院（CATT）、西門子公司和中國無線電信標(biāo)準(zhǔn)委員會（CWTS）也在加緊進行TDD模式的TD-SCDMA技術(shù)的開發(fā)。為了建立一個真正的全球第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)，1998年第三代協(xié)作項目組織（3GPP，http://www.3gpp.org）成立。該組織包括歐洲的ETSI、美國的T1、日本的ARIB、韓國的TTA、中國的CWTS等。3GPP非常好地協(xié)調(diào)了來自各地不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的建議，并為建立一個統(tǒng)一的第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)而努力。這個標(biāo)準(zhǔn)基于GSM核心網(wǎng)，并且包含F(xiàn)DD和TDD模式的第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)。與此相對應(yīng)，第三代協(xié)作項目2組織（3GPP2，http://www.3gpp2.org）則正在發(fā)展cdma2000的第三代移動無線標(biāo)準(zhǔn)。



　　ITU希望各國的3G建議盡可能融合，如何在保持TD-SCDMA特點的原則下，盡可能和3GPP融合。2001年形成的標(biāo)準(zhǔn)，主要表現(xiàn)在：空間接口的高層（L2和L3）盡可能與UTRA TDD和FDD保持一致。目前，主要判別在于無線資源管理部分，因為不同物理層，無線資源差別是很大的；盡可能使CDMA物理層的基本技術(shù)相同，如數(shù)據(jù)的復(fù)接和分接、調(diào)制方式（QPSK）、擴頻碼、信道編碼、交織等等。



2、TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和現(xiàn)狀



　　自3GPP R4發(fā)布后，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實質(zhì)性工作主要在3GPP體系下完成。在R4標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后的兩年多時間里，大唐與其他眾多的業(yè)界運營商、設(shè)備制造商一起，對TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的物理層處理、高層協(xié)議棧消息、網(wǎng)絡(luò)和接口信令消息、射頻指標(biāo)和參數(shù)、一致性測試等部分的內(nèi)容進行了一次次的修訂和完善，使得到目前為止的TD-SCDMA R4規(guī)范達到了相當(dāng)穩(wěn)定和成熟的程度。



　　目前，在R4之后的3GPP版本發(fā)布中，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)也不同程度地引入了新的技術(shù)特性，用以進一步提高系統(tǒng)的性能，其中主要包括：通過代中接口實現(xiàn)基站之間的同步，作為基站同步的另一個備用方案，尤其適用于緊急情況下對于通信網(wǎng)可靠性的保證；終端定位功能，可以通過智能天線，利用信號到達角對終端用戶位置定位。以便更好地提供基于位置的服務(wù)；高速下行分組接入，采用混合自動重傳，自適應(yīng)調(diào)制編碼，實現(xiàn)高速率下行分組業(yè)務(wù)支持；采用基站和終端多天線技術(shù)和信號處理，提高無線系統(tǒng)性能；上行增強技術(shù)，采用自適應(yīng)調(diào)制和編碼，混合ARQ枝術(shù)，對專用/共享資源的快速分配以及相應(yīng)的物理層和高層信令支持的機制，增強上行信道和業(yè)務(wù)能力。TD-SCDMA還積極參與了對3GPPR5、R6標(biāo)準(zhǔn)的完善、更新。HSDPA（高速下行分組接入）采用混合自動重傳，自適應(yīng)調(diào)制編碼方案，目前R5標(biāo)準(zhǔn)中TDD HSDPA部分已經(jīng)基本完成；在MIMO（多天線輸入輸出）技術(shù)上采用先進的天線技術(shù)和數(shù)字信號處理方察，大幅度提高了無線系統(tǒng)的性能，并對一些關(guān)鍵算法進行了分析和研究，進行了仿真工作。在3G 2500MHz-2690MHz擴展頻段的研究方面，完成了擴展頻段的分配、FDD和TDD系統(tǒng)共存的方案。根據(jù)3GPP規(guī)范，TD-SCDMA和WLAN的融合，提供WLAN和TD-SCDMA CS城之間的無縫切換。還進行了自組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合研究，包括對等通信、多跳/動態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，在現(xiàn)有物理層的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展TD-SCDMA。另一項主要的工作是密切跟蹤后3G新技術(shù)的發(fā)展。



3 TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展



　　為業(yè)界所關(guān)注的第一次TD-SCDMA戶外移動通話公開演示會取得了圓滿的成功�！吨袊�第二代移動通信頻譜規(guī)劃方案》出臺，TD-SCDMA獲國家政策面強勁支持。在TD-SCDMA研發(fā)不斷推進的同時，TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈取得了明顯的突破性的進展。



　　大唐移動近期將集中力量完成內(nèi)部試驗網(wǎng)上TD-SCDMA系統(tǒng)的各種功能性業(yè)務(wù)開發(fā)，并與運營商聯(lián)合進行現(xiàn)場試驗，在真實環(huán)境下驗證TD-SCDMA的技術(shù)和應(yīng)用，完成手機產(chǎn)品原理樣機和芯片的開發(fā)以及基站、基站控制器等的一系列開發(fā)和測試。



　　目前中國電子、南方高科、海信、三星、LG、DB-TEL、聯(lián)想、波導(dǎo)、夏新等九大廠商已經(jīng)融入到TD-SCDMA終端的研發(fā)，TD-SCDMA核心網(wǎng)投入研發(fā)的有北電、中興、西門子、華為、普天、阿爾卡特等廠商；接入網(wǎng)方面，大唐、中興、普天、UT、華為、西門子等廠商都在大力推動TD-SCDMA的產(chǎn)業(yè)化進程。大唐移動將在明年進行大規(guī)模TD-SCDMA商用設(shè)備的測試，以便為2005年投入大規(guī)模商用做好準(zhǔn)備。



　　熊軍 畢業(yè)于北京聯(lián)大信息工程學(xué)院通信工程專業(yè)，現(xiàn)任大唐移動通信設(shè)備有限公司TD-SCDMA研究開發(fā)部工程師。




摘自　郵電設(shè)計技術(shù)