第三代移动通信系统TD-SCDMA的发展

熊军

一、第三代移动通信概述

　　移动通信经历过第一代和第二代的发展过程，特别是在GSM和窄带CDMA第二代移动通信时期，已经实现了全世界漫游，用户数量急剧膨胀。同时也暴露出了一些的问题，主要有：系统容量仍然比较小、频谱利用率不高、抗干扰能力较差、不适合于传输高速数据及多媒体业务等。随着信息时代的发展，移动IP、宽带数据和多媒体业务的比例在迅速增加，而第二代移动通信的缺点和局限性日益显现出来。所以，市场和技术驱动促使人们探索和研究新的通信系统，这就是第三代移动通信，即3G系统。第三代移动通信系统最初称为
未来公众移动通信系统（FPLMTS），后改为IMT-2000，意指在2000年左右开始商用并工作在2000M频段上的国际移动通信系统。199 7年4月，ITU向成员国征求IMT-2000无线接口候选传输技术（RTT），并在此基础上指定国际标准。由于CDMA技术在抗干扰、保密性、系统容量等方面的优势，因此成为第三代移动通信的首选技术。

1、宽带CDMA系统无线协议分层模型

　　在FPLMTS中将移动通信无线接口分成4层：物理层、媒体接入层、链路接入层、网络层（包括呼叫控制、移动性管理、无线电资源管理）。

　　前两层涉及无线传输共七个方面：多址技术、调制解调技术、通信编码和交织技术、双工技术、实际信道结构和多路复用技术、帧结构和射频信道参数等。

2、第三代移动通信系统IMT-2000的技术要求

　　1）全球统一频段-2GHz，频谱效率要高于第二代系统，系统容量要高于第二代。全球要统一标准，使终端在任何环境下能够提供各种业务。

　　2）能支持话音（最低业务质量达到ISDN 7kHz标准）、遥测，定位和导航、远程控制、信用卡认证、寻呼、通知、电子邮件、文件传送、第三类传真和第四类传真，运动图像及多媒体等业务，能提供电路交换和分组交换，除基本业务外，还能提供许多补充业务。

　　3）适应于多种无线运营环境，终端可以工作在静止、缓慢移动、高速运动等状态。拥有较高的通信服务质量业务质量。

3、第三代移动通信所面临的主要问题

　　第三代移动通信的所面临的技术难题有的是蜂窝移动通信所固有的，有的是3G系统所特有的：具体有多径衰落、时延扩展、多址干扰、远近效应、系统兼容等问题。

4、第三代移动通信几种主要RTT技术

　　第三代移动通信几种主要RTT的技术有cdma2000，w-cdmaT tdscdma。MH 欧盟提出的WCDMA和美国提出的cdma2000都采用的是FDD模式，只有TD-SCDMA采用的是TDD模式。FDD模式的特点是在分离的两个对称频率信道上，系统进行接收和传送，用保证频段来分离接收和传送信道。采用包交换等技术，可突破二代发展的瓶颈，实现高速数据业务，并可提高频谱利用率，增加系统容量。但FDD必须采用成对的频率，即在每2×5MHz的带宽内提供第三代业务。该方式在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在非对称的分组交换（互联网）工作时， 频谱利用率则大大降低（由于低上行负载，造成频谱利用率降低约40％），在这点上，TDD模式有着FDD无法比拟的优势。

二、TD-SCDMA技术的特点

　　TD-SCDMA——Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持，是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准。是集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术它采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系、自适应功率调整等技术基本系统。

TD-SCDMA技术的技术特点主要表现在：

1、频谱灵活性和支持蜂窝网的能力

　　TD-SCDMA仅需要1.6MHz的最小带宽。若带宽为5MHz则支持3个载波，在一个地区可组成蜂窝网，支持移动业务，并可通过自动信用卡道分配（DCA）技术提供不对称数据业务。

2、高频谱利用率

　　TD-SCDMA为对称话音业务和不对称数据业务提供的频谱利用率高。换言之，在使用相同频带宽度时，TD-SCDMA可支持多一倍的用户。

3、设备成本

　　在无线基站方面，TD-SCDMA的设备成本低，原因如下：

　　·智能无线，由多天线阵、相干收发信机和DSP算法组成。智能天线能有效地产生多射束图，这些射束的每一个都指向特定的移动终端，同时也能自适应跟随任何移动的移动终端，在接收端，这种空间选择性接收，能大大地增加接收灵敏度，减少同信道干扰，增加容量，同时，在发射端，也能降低干扰和输出功率。

　　所以达到了降低多址干扰、提高容量和接收灵敏度以及降低发射功率和无线基站成本等优点。

　　·上行同步，上行链路各终端信号在基站解调器完全同步。优点是CDMA码道正交，降低码道间干扰，提高CDMA容量简化硬件，降低成本可以简化基站硬件，降低无线基站成本。

　　·软件无线电，是通过DSP软件实现无线电功能的技术。在TD-SCDMA系统中很多原来传统由射频或基带模拟电路或专用集成电路执行的功能，现在均由DSP算法实现。可实现智能天线和多用户检测等基带数字信号处理，使系统可灵活地使用新技术，并可降低产品开发周期和成本。

4、系统兼容

　　支持多种通信接口，由于TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、IuR多种接口的要求，所以TD-SCDMA的基站子系统既可作为2G和2.5G GSM基站的扩容，又可作为3G网中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和长远未来的发展。

三、TD-SCDMA的发展

1、3G技术的融合

　　人们很早便开始了对第三代移动通信系统的研究。欧洲标准化组织——欧洲通信标准协会特别移动部（ETSI SMG）采纳了一项关于第三代移动通信系统的空中接口提案，这一提案被命名为全球移动通信系统，即人们现在常说的UMTS。与此同时，中国信息产业部电信科学技术研究院（CATT）、西门子公司和中国无线电信标准委员会（CWTS）也在加紧进行TDD模式的TD-SCDMA技术的开发。为了建立一个真正的全球第三代移动通信标准，1998年第三代协作项目组织（3GPP，http://www.3gpp.org）成立。该组织包括欧洲的ETSI、美国的T1、日本的ARIB、韩国的TTA、中国的CWTS等。3GPP非常好地协调了来自各地不同的标准化组织提出的建议，并为建立一个统一的第三代移动通信标准而努力。这个标准基于GSM核心网，并且包含FDD和TDD模式的第三代移动通信标准。与此相对应，第三代协作项目2组织（3GPP2，http://www.3gpp2.org）则正在发展cdma2000的第三代移动无线标准。

　　ITU希望各国的3G建议尽可能融合，如何在保持TD-SCDMA特点的原则下，尽可能和3GPP融合。2001年形成的标准，主要表现在：空间接口的高层（L2和L3）尽可能与UTRA TDD和FDD保持一致。目前，主要判别在于无线资源管理部分，因为不同物理层，无线资源差别是很大的；尽可能使CDMA物理层的基本技术相同，如数据的复接和分接、调制方式（QPSK）、扩频码、信道编码、交织等等。

2、TD-SCDMA标准的发展和现状

　　自3GPP R4发布后，TD-SCDMA标准规范的实质性工作主要在3GPP体系下完成。在R4标准发布之后的两年多时间里，大唐与其他众多的业界运营商、设备制造商一起，对TD-SCDMA标准规范的物理层处理、高层协议栈消息、网络和接口信令消息、射频指标和参数、一致性测试等部分的内容进行了一次次的修订和完善，使得到目前为止的TD-SCDMA R4规范达到了相当稳定和成熟的程度。

　　目前，在R4之后的3GPP版本发布中，TD-SCDMA标准也不同程度地引入了新的技术特性，用以进一步提高系统的性能，其中主要包括：通过代中接口实现基站之间的同步，作为基站同步的另一个备用方案，尤其适用于紧急情况下对于通信网可靠性的保证；终端定位功能，可以通过智能天线，利用信号到达角对终端用户位置定位。以便更好地提供基于位置的服务；高速下行分组接入，采用混合自动重传，自适应调制编码，实现高速率下行分组业务支持；采用基站和终端多天线技术和信号处理，提高无线系统性能；上行增强技术，采用自适应调制和编码，混合ARQ枝术，对专用/共享资源的快速分配以及相应的物理层和高层信令支持的机制，增强上行信道和业务能力。TD-SCDMA还积极参与了对3GPPR5、R6标准的完善、更新。HSDPA（高速下行分组接入）采用混合自动重传，自适应调制编码方案，目前R5标准中TDD HSDPA部分已经基本完成；在MIMO（多天线输入输出）技术上采用先进的天线技术和数字信号处理方察，大幅度提高了无线系统的性能，并对一些关键算法进行了分析和研究，进行了仿真工作。在3G 2500MHz-2690MHz扩展频段的研究方面，完成了扩展频段的分配、FDD和TDD系统共存的方案。根据3GPP规范，TD-SCDMA和WLAN的融合，提供WLAN和TD-SCDMA CS城之间的无缝切换。还进行了自组织网络的结合研究，包括对等通信、多跳/动态的拓扑结构等，在现有物理层的基础上进一步发展TD-SCDMA。另一项主要的工作是密切跟踪后3G新技术的发展。

3 TD-SCDMA产业化的发展

　　为业界所关注的第一次TD-SCDMA户外移动通话公开演示会取得了圆满的成功。《中国第二代移动通信频谱规划方案》出台，TD-SCDMA获国家政策面强劲支持。在TD-SCDMA研发不断推进的同时，TD-SCDMA产业链取得了明显的突破性的进展。

　　大唐移动近期将集中力量完成内部试验网上TD-SCDMA系统的各种功能性业务开发，并与运营商联合进行现场试验，在真实环境下验证TD-SCDMA的技术和应用，完成手机产品原理样机和芯片的开发以及基站、基站控制器等的一系列开发和测试。

　　目前中国电子、南方高科、海信、三星、LG、DB-TEL、联想、波导、夏新等九大厂商已经融入到TD-SCDMA终端的研发，TD-SCDMA核心网投入研发的有北电、中兴、西门子、华为、普天、阿尔卡特等厂商；接入网方面，大唐、中兴、普天、UT、华为、西门子等厂商都在大力推动TD-SCDMA的产业化进程。大唐移动将在明年进行大规模TD-SCDMA商用设备的测试，以便为2005年投入大规模商用做好准备。

　　熊军 毕业于北京联大信息工程学院通信工程专业，现任大唐移动通信设备有限公司TD-SCDMA研究开发部工程师。

摘自　邮电设计技术