TD-SCDMA增强技术及其演进

摘要

TD-SCDMA在技术和标准上提供持续平滑的演进能力，表现在网络可以沿着TD-HSDPA，TD-HSPA，TD-HSPA+，LTE TDD乃至4G的路线逐步演进。网络在不断提升系统性能的同时，充分保证运营商和用户对于系统后向兼容的需求。本文介绍了TD-SCDMA演进过程中的增强技术，重点是HSPA+的相关技术和标准情况，并对HSPA+在未来网络演进中的地位和作用予以分析。

1 引言

无线通信系统的演进是物理层面对资源控制逐渐精细化、快速化的过程；也是系统层面逐步减少控制开销的过程。从QPSK演进到HSPA的AMC是前一个过程的体现，而从HSPA的发展中出现的新的功能如PLCCH，F-DPCH等则是后一个过程的体现。由于TD-SCDMA在发展过程中主要的标志性阶段以HSDPA阶段、HSPA阶段、HSPA+阶段为主线，本文将在介绍TD-SCDMA演进路线和HSPA+相关技术的基础上，分析HSPA+在整个系统演进中的地位和作用。

2  TD-SCDMA增强技术的演进

2.1  TD-HSDPA

TD-HSDPA可以针对用户所处的无线环境更快、更精确地分配资源，因而在与R99同样的频谱带宽下，获得更高的通信速率。HSDPA中主要采用的技术包括共享高速信道、基于NodeB的快速调度、AMC等。2005年12月CCSA TC5的第8次全会上，TD-SCDMA HSDPA接口和设备的系列标准列入了我国行业标准制定制订计划。2006年底已完成包含多载波HSDPA方案的TD-SCDMA HSDPA行业标准的起草工作。

2.2  TD-HSPA

在引入HSDPA之后，TD网络的下行传输速率和吞吐量得到极大提升，相比而言上行速率仍然偏低。在上行也采用与HSDPA相同的技术如AMC，NodeB调度等，网络可以支持HSUPA，由此TD-SCDMA网络可以进一步演进到HSDPA+HSUPA也就是HSPA阶段。按照CCSA的工作计划，2008年6月将完成TD-SCDMA HSUPA行标的制定工作。

2.3  TD-HSPA+

LTE的提出一方面使得已经在3G网络中投入大量资金的运营商担心到LTE演进的非平滑性，另一方面弱化了设备制造商CDMA相关专利在移动通信中所起的作用。因此部分运营商联合设备制造商在3GPP中提出了HSPA+的概念，希望利用CDMA的HSPA同样可以达到LTE相近的性能。TD-HSPA+的研究课题在2007年CCSA TC5 WG9的第15次会议上立项。目前在CCSA和3GPP，TD-HSPA+的主要工作集中在64QAM和EFACH的研究和标准化工作上。

2.3.1  TD-HSPA+关键技术

HSPA+是在HSPA基础上的演进，在保留了HSPA的主要特征和控制信道配置基础上，FDD的HSPA+考虑的增强技术包括架构的演进、上行VoIP的RoT控制增强、层2的增强、EFACH、CPC、DL 64QAM、UL 16QAM、MIMO、干扰消除接收机等。针对TD-SCDMA系统的特点，在CCSA和3GPP主要由国内厂商主导，确定了TD-HSPA+的主要研究方向和标准化工作方向，包括：

（1）HSDPA引入64QAM：64QAM将在高的SNR区间上使频谱效率和系统吞吐量得到提高，理论上引入64QAM后将使得TD-HSDPA单载波峰值速率和频谱效率提高1.5倍，即分别达到4.2Mbit/s和3.9bit/s/Hz。目前在CCSA和3GPP，TD-HSPA+的64QAM技术正在研究过程当中。

（2）CPC技术：CPC将进一步优化用户在Cell_DCH状态下的性能，进一步降低资源消耗使得UE能够长期保持在Cell_DCH状态，同时降低UE的功耗和复杂性，更好地保证"一直在线"类业务和VoIP等业务的QoS。目前在CCSA和3GPP，正在进行CPC的研究，但是暂时还没有立项。

（3）CELL_FACH增强：由于业务的建立和信道分配延时是一个重要的性能指标，将SRB映射到HSPA上将大大降低传输延时。TDD系统的增强型CELL_FACH旨在提高CELL_FACH峰值速率和UE状态转换时产生的时延。TD-HSPA+中的EFACH是目前标准会议中讨论较多的技术，其研究课题已经在CCSA立项。

（4）层二增强：TD-SCDMA系统在支持64QAM HSDPA、MIMO之后峰值速率会明显增加，需要引入灵活的RLC PDU大小。较大的RLC PDU的引入势必带来对MAC层分段/串接功能的需求。该项目目前在标准会议中讨论较少。

（5）MIMO：MIMO技术是在物理层提高系统吞吐量的一个重要手段，通过空间分集和复用，可以极大地提高通信速率。MIMO技术的标准工作暂时还没有启动，其相关研究也在进行当中。

（6）网络架构的优化：为了达到更高的延时性能，网络中的RNC已经成为事实上的瓶颈。但是如何进行网络架构优化需要进一步的研究，如用户面的RNC和NodeB功能合一，保留控制面协议在RNC实现；保持现有网络架构，仅在NodeB实现必要的RNC功能的镜像；将RNC和NodeB完全合一等。目前，关于如何优化网络架构还没有开始讨论，其相关细节有待进一步的研究。

2.4  TD-HSPA+在TD-SCDMA网络演进中的地位

TD-SCDMA到HSDPA，再到HSPA，系统的兼容性得到了很好的保持。从2004年开始，3GPP为了应对WiMAX技术带来的竞争提出了LTE

3G系统应该由HSPA演进到LTE。但是由于LTE TDD采用了OFDM技术，某种程度上对于以前的TD-SCDMA和HSPA系统兼容性较差，这也是HSPA+在性能上逊于LTE然而提出的时间却晚于LTE的原因。HSPA+的提出一方面体现了部分设备厂商延续CDMA技术使用时间的需求，另一方面体现了已经在3G及其演进投入相当资金的运营商对3G系统演进更加平滑的希望。因此，TD系统整体上的演进路线有两条：

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

（2）TD-SCDMA基本型—>HSDPA—>HSPA—>LTE TDD

表1比较了R6，TD-HSPA+和LTE在性能上的主要特性。可以看出，HSPA+的目标是在5MHz的带宽下达到与LTE等同的性能。因此TD-HSPA+不仅仅将增强技术简单地组合，为了达到接近LTE的性能，还需要在系统架构等多方面进行修改。TD-HSPA+相关标准的制定要晚于LTE，相应的商业部署时间也会晚于LTE的商用，因此目前来看即使HSPA+可以提供LTE等同的性能，市场选择HSPA+的可能性也较难预测。

表1  各种系统的特性和性能比较

对于一些已经将3G网络升级到HSDPA和HSUPA并且有一定规模的运营商来说，HSPA+是一个很好的选择。HSPA+不仅可以最大限度地兼容HSPA系统，还可以很小的投资升级网络以达到LTE等同的性能；加上HSPA+采用与3G相同的带宽和频段，这都会极大降低网络部署的难度，使其商用进程更加迅速。

但是对于仅仅部分部署了WCDMA或者TD-SCDMA基本型的运营商，暂时还没有升级到HSPA的网络，如果LTE标准化和商用化的过程较为顺利，HSPA+很可能会被跳过，直接演进到LTE。现在看来，大多数运营商属于后者。

3  结束语

目前，我国的TD-SCDMA网络已经具备了一定规模，在2008年开始支持HSDPA，2009年上半年可以支持HSUPA。为了提高TD-SCDMA系统在HSPA阶段的竞争力，需要研究如何在现有基础上增强性能。TD-SCDMA网络的演进即使不经历完整的HSPA+阶段，即不要求必须达到LTE相近性能的需求——那么HSPA的网络架构不会进行大的修改，但是仍然需要进行一些重要技术如EFACH，CPC和64QAM等以及其它演进技术的研究，这些技术对于TD-HSPA网络能力的持续提升都有重要意义。同时，现有的HSPA标准和系统还可以在诸多方面进行优化，如减少或者去掉HSPA的伴随信道、HSDPA和HSUPA控制信道的整合和优化、对MBMS业务的支持等，这些研究工作对于后续系统如LTE乃至4G都有相当的借鉴意义。