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HSDPA护航TD-SCDMA稳健演进
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1、引言
众所周知，今年年中结束的TD-SCDMA产业化专项测试，证明了TD-SCDMA系统完全可以大规模独立组网，另外基于TDD特性所采用的一些先进的关键技术也同时得到了有力验证。在TD-SCDMA产业取得全面突破，并在不久的将来实现规模商用已成必然的情形下，这一我国提出的3G标准技术的可持续发展能力也将是运营商(尤其是新运营商)将来进行3G建网时制式选择的一个重要考虑因素。本文将简要介绍TD-SCDMA的HSDPA/HSUPA增强型技术和TD-SCDMA LTE技术方案的特点与优势，同时说明TD-SCDMA系统将沿着规划的技术演进路线，持续向更新一代移动通信网络实现平滑演进。
2、TD-SCDMA HSDPA/HSUPA增强型技术
随着当今社会移动数据业务的不断增长，可以预见在传统无线话音通信时代尚未体现的上下行业务量的非对称性将会更加凸显出来，同时也将要求无线通信系统本身必须具有适合传输数据业务的一些特性，如高吞吐量、高突发性、高可靠性等。虽然3G技术已经针对2G系统的不足，在加强分组数据传输性能方面做了很大的增强，但市场需求的快速增长将使得3G定义的2Mbps峰值传输速率显得不足。对此，在第三代移动通信技术的发展过程中，3GPP 在R5和R6版本规范中分别引入了重要的增强技术，即HSDPA（高速下行分组接入）和HSUPA（高速上行分组接入）技术。
HSDPA是一些无线增强技术的集合，利用HSDPA技术可以在现有技术的基础上使下行数据峰值速率有很大的提高。HSDPA技术同时适用于FDD和TDD无线传输模式，在不同系统中的实现方式是十分相似的。其基本的底层关键技术都包括AMC（自适应调制与编码）、HARQ（混合自动重传请求）和快速调度算法等。
虽然FDD WCDMA和TDD TD-SCDMA的HSDPA在技术实现方式上大致相似，而且网络演进都可以在不改变已经建设的网络架构的情况下只需软件升级即可完成，但是综合考量而言，TD-SCDMA HSDPA还是具有一些相对优势。首先是频谱利用效率仍然较高，在上下行时隙配置为1:5时,单载波（1.6MHz带宽）TD-SCDMA HSDPA的理论峰值速率可以达到2.8Mbps。在10MHz带宽内（WCDMA系统的一个载波带宽）能够达到的峰值速率16.8Mbps已经大于WCDMA HSDPA相应的14.4Mbps。而在多载波TD-SCDMA HSDPA系统中，若考虑将辅载波上物理帧结构中常规时隙TS0也利用起来承载数据，则系统的绝对数据传输速率将达到（（N-1）X 3.3 + 2.8）Mbps （N为载波个数），此时系统的频谱利用效率较WCDMA HSDPA系统将更有优势；再者对于WCDMA，如果要在10MHz的带宽内提供HSDPA，要求上下行的5MHz带宽分别都是连续的。而TD-SCDMA则可以使用6个分离的 1.6MHz载波，在载波资源受限情形下，这无疑是一个极大的优势；此外在R4和HSDPA网络共存部署方面，基于窄带宽载波的TD-SCDMA HSDPA网络在资源利用率、组网成本、移动性管理复杂度和灵活性等方面相较WCDMA HSDPA系统都有优势。
在TD-SCDMA增强型技术的产业化进展方面，TD-SCDMA产业联盟已经给出了技术演进路标，并在商用时间节点上有着相对统一的规划。在此基础上，技术演进路线由各个厂家自行制订。目前国内相关企业对其的研发已经进入到了实质性阶段，尤其是一直以来作为TD-SCDMA标准和产业领军企业的大唐移动公司，在增强型演进技术方面仍然保持了其一贯的领先优势。2005年10月的北京国际通信展上，大唐移动基于其自身研发的TD-SCDMA HSDPA设备，在空口成功实现单载波承载2.8Mbps数据速率，并演示了VoD和高速FTP下载等典型3G业务，受到业内人士广泛好评。按照现今研发态势和规划路标，预计大唐移动将在2006年年中率先实现TD-SCDMA HSDPA系统的商用化准备，可以满足运营商在3G网络建设初期在数据业务热点区域部署HSDPA网络的需求。而随着HSDPA规模需求前景的日渐清晰，TD-SCDMA联盟内的其它企业也都正在加紧HSDPA系统和终端设备的研发工作。
目前看来，在我国的3G网络建设启动后，HSDPA技术已经可以满足一定时期内市场上用户数据业务的需求。至于HSUPA，在3GPP R6/R7的标准化工作仍在进行。虽然由于上下行链路功率资源及其它特性存在差异，所以HSDPA的技术方法并不全部适用于上行链路，但HSUPA的关键技术仍然包括HARQ和更为灵活的快速数据调度算法。预计HSUPA技术将随着我国3G网络运营的逐步成熟和业务发展需求而在将来适时引入。
增强型技术对于TD-SCDMA的意义并不仅仅限于数据速率的提升，在更高的频谱利用率的基础上，还可以降低每用户的运营成本，并增强网络覆盖和网络容量，同时保证系统的后向兼容性。而这些无疑都是运营商在衡量3G网络建设费效比时非常关心的本要问题。
3、TD-SCDMA LTE
近年来，在传统蜂窝移动通信技术快速发展的同时，部分宽带无线接入技术(如移动WiMAX-802.16e技术)也开始提供部分的移动功能，力图抢占移动通信的部分市场。在这种背景下，移动通信业界提出了新的市场需求，要求进一步改进3G技术，提供更强大的数据业务能力，以便向用户提供更好的服务，并与其他技术进行竞争。因此，3GPP和3GPP2相应启动了3G技术长期演进(LTE - Long Term Evolution)的研究工作，以保持3G技术的竞争力和在移动通信领域的领导地位。TD-SCDMA做为国际3G标准之一，也已经在3GPP组织下，为向下一代国际标准演进展开了相应工作。
3GPP LTE的技术需求目标可概略为：更高的数据传输速率和频谱利用效率，要求下行速率达到50-100Mbps，上行速率达到30-50Mbps，而频谱利用效率达到3GPP R6规划值的2-4倍；在保持现今规划的3G小区覆盖范围大致不变的情形下，提升小区边缘数据传输速率；无线接入网络延时（用户平面UE-RNC-UE）应该低于10ms，减小控制平面时延(技术目标规划为低于100ms，不包括下行寻呼延时)；要求支持可变带宽（1.25 / 2.5 / 5 / 10 / 15 / 20MHz），以适应用户业务对于灵活数据传输速率的需求；支持与现有的3G系统和非3GPP规范系统的协同工作；增强的MBMS；降低CAPEX(资本支出- Capital Expenditure)和OPEX(运营支出- Operation Expenditure)的成本；降低从R6 UTRA空口和网络架构演进的成本；系统和终端具有合理的复杂性、成本和功耗；支持增强的IMS和核心网；尽可能保证后向兼容，当与系统性能或容量的提高矛盾时可以考虑适当的折衷；有效的支持多种业务类型，特别是分组域业务(如VoIP等)；系统应能为低移动速度终端提供最优服务，同时也应支持高移动速度终端；系统应能工作在对称和非对称频段；应支持多运营商的邻频共存。
3GPP LTE技术路线仍然存在FDD 和TDD之分。相较而言，TDD模式下频谱分配更加灵活。FDD不仅需要成对频谱，更需要足够的双工间隔。在LTE中要求更大的带宽，运营商要获得符合要求的宽带成对频谱越来越困难。所以适合宽带无线通信的频谱更有可能按照非成对分配，事实上在某些情况下只有非成对频谱可用。TDD是非成对频谱下最有希望的候选方案，甚至是唯一的候选。另外TDD模式可以支持灵活的非对称业务，例如改变一帧中上下行的比例。很多新业务是非对称的，TDD非常适合支持这些业务。TDD模式的优点还包括利用信道对称性可以显著提高系统性能。TDD模式的信道对称性可以在很多先进技术中得到利用以提高频谱效率或功率效率，比如链路自适应，多输入-多输出技术（MIMO），预均衡等等。同样，通过利用信道对称性，TDD在以下方面还具有优势：可以使用开环自适应和控制使系统具有更低的时延；信令和控制信息可以大大简化；另外一些先进技术（如MIMO）的实现也可以得到简化等。
现今在3GPP内处于评估状态的LTE技术方案中，我国提交的两个TDD LTE技术方案，在上下行链路中引入更适合传输高速数据的OFDM技术，进一步利用和挖掘TDD无线传输模式的特点优势，采用与TD-SCDMA基本相同的帧结构，完全满足3GPP LTE要求的容量、覆盖、时延、不同系统共存性和对前有系统的后向兼容性要求，为LCR TD-SCDMA向将来的LTE TD-SCDMA网络实现平滑演进构建了良好的技术理论基础。
4、结束语
综上所述，TD-SCDMA向增强型技术和LTE的演进，将使TD-SCDMA具备持续的发展能力和更长远的竞争力。而TDD系统更适合承载移动宽带业务的特性使得我们有理由相信，TD-SCDMA及其演进技术在未来仍将是国际主流移动通信标准。现今阶段TD-SCDMA群体力量在相关标准和产业工作中已经取得的可喜成果和进展态势，无疑将更加增强运营商在3G建网制式选择时对于TD-SCDMA系统的信心。
作者：张建辉 来源：《网络通信世界》
众所周知，今年年中结束的TD-SCDMA产业化专项测试，证明了TD-SCDMA系统完全可以大规模独立组网，另外基于TDD特性所采用的一些先进的关键技术也同时得到了有力验证。在TD-SCDMA产业取得全面突破，并在不久的将来实现规模商用已成必然的情形下，这一我国提出的3G标准技术的可持续发展能力也将是运营商(尤其是新运营商)将来进行3G建网时制式选择的一个重要考虑因素。本文将简要介绍TD-SCDMA的HSDPA/HSUPA增强型技术和TD-SCDMA LTE技术方案的特点与优势，同时说明TD-SCDMA系统将沿着规划的技术演进路线，持续向更新一代移动通信网络实现平滑演进。
2、TD-SCDMA HSDPA/HSUPA增强型技术
随着当今社会移动数据业务的不断增长，可以预见在传统无线话音通信时代尚未体现的上下行业务量的非对称性将会更加凸显出来，同时也将要求无线通信系统本身必须具有适合传输数据业务的一些特性，如高吞吐量、高突发性、高可靠性等。虽然3G技术已经针对2G系统的不足，在加强分组数据传输性能方面做了很大的增强，但市场需求的快速增长将使得3G定义的2Mbps峰值传输速率显得不足。对此，在第三代移动通信技术的发展过程中，3GPP 在R5和R6版本规范中分别引入了重要的增强技术，即HSDPA（高速下行分组接入）和HSUPA（高速上行分组接入）技术。
HSDPA是一些无线增强技术的集合，利用HSDPA技术可以在现有技术的基础上使下行数据峰值速率有很大的提高。HSDPA技术同时适用于FDD和TDD无线传输模式，在不同系统中的实现方式是十分相似的。其基本的底层关键技术都包括AMC（自适应调制与编码）、HARQ（混合自动重传请求）和快速调度算法等。
虽然FDD WCDMA和TDD TD-SCDMA的HSDPA在技术实现方式上大致相似，而且网络演进都可以在不改变已经建设的网络架构的情况下只需软件升级即可完成，但是综合考量而言，TD-SCDMA HSDPA还是具有一些相对优势。首先是频谱利用效率仍然较高，在上下行时隙配置为1:5时,单载波（1.6MHz带宽）TD-SCDMA HSDPA的理论峰值速率可以达到2.8Mbps。在10MHz带宽内（WCDMA系统的一个载波带宽）能够达到的峰值速率16.8Mbps已经大于WCDMA HSDPA相应的14.4Mbps。而在多载波TD-SCDMA HSDPA系统中，若考虑将辅载波上物理帧结构中常规时隙TS0也利用起来承载数据，则系统的绝对数据传输速率将达到（（N-1）X 3.3 + 2.8）Mbps （N为载波个数），此时系统的频谱利用效率较WCDMA HSDPA系统将更有优势；再者对于WCDMA，如果要在10MHz的带宽内提供HSDPA，要求上下行的5MHz带宽分别都是连续的。而TD-SCDMA则可以使用6个分离的 1.6MHz载波，在载波资源受限情形下，这无疑是一个极大的优势；此外在R4和HSDPA网络共存部署方面，基于窄带宽载波的TD-SCDMA HSDPA网络在资源利用率、组网成本、移动性管理复杂度和灵活性等方面相较WCDMA HSDPA系统都有优势。
在TD-SCDMA增强型技术的产业化进展方面，TD-SCDMA产业联盟已经给出了技术演进路标，并在商用时间节点上有着相对统一的规划。在此基础上，技术演进路线由各个厂家自行制订。目前国内相关企业对其的研发已经进入到了实质性阶段，尤其是一直以来作为TD-SCDMA标准和产业领军企业的大唐移动公司，在增强型演进技术方面仍然保持了其一贯的领先优势。2005年10月的北京国际通信展上，大唐移动基于其自身研发的TD-SCDMA HSDPA设备，在空口成功实现单载波承载2.8Mbps数据速率，并演示了VoD和高速FTP下载等典型3G业务，受到业内人士广泛好评。按照现今研发态势和规划路标，预计大唐移动将在2006年年中率先实现TD-SCDMA HSDPA系统的商用化准备，可以满足运营商在3G网络建设初期在数据业务热点区域部署HSDPA网络的需求。而随着HSDPA规模需求前景的日渐清晰，TD-SCDMA联盟内的其它企业也都正在加紧HSDPA系统和终端设备的研发工作。
目前看来，在我国的3G网络建设启动后，HSDPA技术已经可以满足一定时期内市场上用户数据业务的需求。至于HSUPA，在3GPP R6/R7的标准化工作仍在进行。虽然由于上下行链路功率资源及其它特性存在差异，所以HSDPA的技术方法并不全部适用于上行链路，但HSUPA的关键技术仍然包括HARQ和更为灵活的快速数据调度算法。预计HSUPA技术将随着我国3G网络运营的逐步成熟和业务发展需求而在将来适时引入。
增强型技术对于TD-SCDMA的意义并不仅仅限于数据速率的提升，在更高的频谱利用率的基础上，还可以降低每用户的运营成本，并增强网络覆盖和网络容量，同时保证系统的后向兼容性。而这些无疑都是运营商在衡量3G网络建设费效比时非常关心的本要问题。
3、TD-SCDMA LTE
近年来，在传统蜂窝移动通信技术快速发展的同时，部分宽带无线接入技术(如移动WiMAX-802.16e技术)也开始提供部分的移动功能，力图抢占移动通信的部分市场。在这种背景下，移动通信业界提出了新的市场需求，要求进一步改进3G技术，提供更强大的数据业务能力，以便向用户提供更好的服务，并与其他技术进行竞争。因此，3GPP和3GPP2相应启动了3G技术长期演进(LTE - Long Term Evolution)的研究工作，以保持3G技术的竞争力和在移动通信领域的领导地位。TD-SCDMA做为国际3G标准之一，也已经在3GPP组织下，为向下一代国际标准演进展开了相应工作。
3GPP LTE的技术需求目标可概略为：更高的数据传输速率和频谱利用效率，要求下行速率达到50-100Mbps，上行速率达到30-50Mbps，而频谱利用效率达到3GPP R6规划值的2-4倍；在保持现今规划的3G小区覆盖范围大致不变的情形下，提升小区边缘数据传输速率；无线接入网络延时（用户平面UE-RNC-UE）应该低于10ms，减小控制平面时延(技术目标规划为低于100ms，不包括下行寻呼延时)；要求支持可变带宽（1.25 / 2.5 / 5 / 10 / 15 / 20MHz），以适应用户业务对于灵活数据传输速率的需求；支持与现有的3G系统和非3GPP规范系统的协同工作；增强的MBMS；降低CAPEX(资本支出- Capital Expenditure)和OPEX(运营支出- Operation Expenditure)的成本；降低从R6 UTRA空口和网络架构演进的成本；系统和终端具有合理的复杂性、成本和功耗；支持增强的IMS和核心网；尽可能保证后向兼容，当与系统性能或容量的提高矛盾时可以考虑适当的折衷；有效的支持多种业务类型，特别是分组域业务(如VoIP等)；系统应能为低移动速度终端提供最优服务，同时也应支持高移动速度终端；系统应能工作在对称和非对称频段；应支持多运营商的邻频共存。
3GPP LTE技术路线仍然存在FDD 和TDD之分。相较而言，TDD模式下频谱分配更加灵活。FDD不仅需要成对频谱，更需要足够的双工间隔。在LTE中要求更大的带宽，运营商要获得符合要求的宽带成对频谱越来越困难。所以适合宽带无线通信的频谱更有可能按照非成对分配，事实上在某些情况下只有非成对频谱可用。TDD是非成对频谱下最有希望的候选方案，甚至是唯一的候选。另外TDD模式可以支持灵活的非对称业务，例如改变一帧中上下行的比例。很多新业务是非对称的，TDD非常适合支持这些业务。TDD模式的优点还包括利用信道对称性可以显著提高系统性能。TDD模式的信道对称性可以在很多先进技术中得到利用以提高频谱效率或功率效率，比如链路自适应，多输入-多输出技术（MIMO），预均衡等等。同样，通过利用信道对称性，TDD在以下方面还具有优势：可以使用开环自适应和控制使系统具有更低的时延；信令和控制信息可以大大简化；另外一些先进技术（如MIMO）的实现也可以得到简化等。
现今在3GPP内处于评估状态的LTE技术方案中，我国提交的两个TDD LTE技术方案，在上下行链路中引入更适合传输高速数据的OFDM技术，进一步利用和挖掘TDD无线传输模式的特点优势，采用与TD-SCDMA基本相同的帧结构，完全满足3GPP LTE要求的容量、覆盖、时延、不同系统共存性和对前有系统的后向兼容性要求，为LCR TD-SCDMA向将来的LTE TD-SCDMA网络实现平滑演进构建了良好的技术理论基础。
4、结束语
综上所述，TD-SCDMA向增强型技术和LTE的演进，将使TD-SCDMA具备持续的发展能力和更长远的竞争力。而TDD系统更适合承载移动宽带业务的特性使得我们有理由相信，TD-SCDMA及其演进技术在未来仍将是国际主流移动通信标准。现今阶段TD-SCDMA群体力量在相关标准和产业工作中已经取得的可喜成果和进展态势，无疑将更加增强运营商在3G建网制式选择时对于TD-SCDMA系统的信心。
作者：张建辉 来源：《网络通信世界》
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