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一、序言 2009年1月7日，工業(yè)和信息化部批準(zhǔn)發(fā)放3張第三代移動通信（3G）牌照，此舉標(biāo)志著我國正式進(jìn)入了3G時代。它們分別是基于FDD制式的CDMA2000和WCDMA,以及TDD制模式的TD-SCDMA。其中TD-SCDMA在高效的頻譜利用率以及對業(yè)務(wù)支撐的靈活性等方面有著天然的優(yōu)勢，非常符合未來移動通信的發(fā)展方向，將會在未來的3G競爭中展現(xiàn)出強(qiáng)大的競爭力。 二、TDD與FDD比較 在FDD（頻分雙工）制式中，系統(tǒng)采用成對對稱的頻譜來提供語音業(yè)務(wù)以及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。整個頻帶被裁分未若干窄帶業(yè)務(wù)信道，每對信道之間須保留一定的保護(hù)間隔，以防止臨頻干擾。毫無疑問，F(xiàn)DD制式非常適合于語音類的上下行對稱業(yè)務(wù)，因而可以成為移動通信系統(tǒng)的典型標(biāo)準(zhǔn)之一。然而，用戶對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L，3GPP提出3G的下行傳輸速度需達(dá)到2Mbit/s以適應(yīng)各種對稱的以及非對稱的業(yè)務(wù)需求，由此導(dǎo)致用戶對頻帶以及數(shù)據(jù)吞吐量猛增。因而，頻譜的利用效率必將成為3G競爭的重點(diǎn)。 1 FDD難以實(shí)現(xiàn)最佳的頻譜效率 在3G的對稱業(yè)務(wù)方面，上、下行鏈路形成一個對稱的雙工業(yè)務(wù)負(fù)載。在FDD制式下，由于上、下行鏈路業(yè)務(wù)負(fù)載的對稱性，對稱業(yè)務(wù)將在成對對稱的頻譜上呈現(xiàn)最佳的頻譜效率。然而，隨著大規(guī)模的無線包交換業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用，非對稱雙工業(yè)務(wù)成為無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要負(fù)載。其最典型的特征就是上、下行鏈路中的業(yè)務(wù)負(fù)載量不再是對稱出現(xiàn)，而是取決于不同的業(yè)務(wù)類型。為了達(dá)到最佳的頻譜效率，則需要各種業(yè)務(wù)都可能靈活的調(diào)用有限的頻譜資源。然而在FDD的固定的上、下行頻譜分配的模式下，靈活的將對稱的頻譜分配給非對稱的上、下行業(yè)務(wù)負(fù)載是不可能的。因此，基于FDD成對對稱的頻帶分配制式實(shí)現(xiàn)語音或數(shù)據(jù)等對稱及非對稱的業(yè)務(wù)負(fù)載很難達(dá)到最佳的頻譜利用效率，最終將造成一定程度上的頻譜資源浪費(fèi)。 2 TDD將頻譜利用率推向最高 為了實(shí)現(xiàn)對稱及非對稱業(yè)務(wù)的最佳的頻譜效率，靈活的、自適應(yīng)的頻譜分配是十分必要的。在TDD制式中，無線信道被分為若干的TDMA無線幀，這個幀結(jié)構(gòu)又被進(jìn)一步細(xì)化為若干的時隙，從而實(shí)現(xiàn)了無線信道在時域中的周期性重復(fù)。TD-SCDMA采用時分雙工制式，能在同一頻段的不同時隙中發(fā)送上行（由終端到基站）或下行（由基站到終端）數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了基于不同的業(yè)務(wù)類型，上、下行頻段的靈活分配。當(dāng)無線信道承載非對稱業(yè)務(wù)是，更多的時隙被分配給下行鏈路；而當(dāng)進(jìn)行語音等對稱業(yè)務(wù)時，上、下行鏈路則占有相同數(shù)量的時隙。碼分多址接入（CDMA）技術(shù)的采用，使得同一頻段的同一時隙中可以承載多個用戶，用戶間使用獨(dú)立的碼分信道，用戶數(shù)據(jù)分布于整個帶寬上，從而更加高效的利用了頻譜資源。TD-SCDMA有效的結(jié)合了TDD和CDMA的優(yōu)勢，大幅度的提高了無線傳輸速率（達(dá)到2Mbit/s）；同時支持根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型，靈活的分配上、下行鏈路的頻譜資源。 由以上的分析可以看出，F(xiàn)DD制式下的上、下行鏈路固定頻譜分配，無法從頻域上根本的解決頻譜利用率低的問題。而TD-SCDMA采用TDD系統(tǒng)制式，可以靈活分配對稱、非對稱以及混合業(yè)務(wù)的上、下行鏈路所占用的頻譜資源。同時，由于TD-SCDMA不需要成對的頻帶資源支持，因而可以利用目前頻譜規(guī)劃中的散雜頻譜資源，使得整個頻譜規(guī)劃更加簡便。 三、 關(guān)鍵技術(shù) 1.發(fā)射分集：TSTD STTD、FBTD； 2.支持軟切換和更軟切換； 3．MAP和GPRS隧道技術(shù)是WCDMA模式移動性管理的關(guān)鍵。 1).智能天線：提高頻譜效率； 2).同步CDMA技術(shù)：降低用戶間干擾； 3).聯(lián)合檢測：降低用戶間干擾； 4).接力切換:降低掉話率，提高切換效率。 5).基站間須同步，以減少基站間干擾。 (1).前向發(fā)射分集：OTD、STS； (2).支持F-QPCH，延長手機(jī)待機(jī)時間； (3).采用可變幀長； 4.核心網(wǎng)基于ANSI網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，并保持與ANSI網(wǎng)絡(luò)的兼容性。 5.支持軟切換和更軟切換。 TD-SCDMA，WCDMA及CDMA2000都是基于CDMA技術(shù)的無線通信制式，分別由3GPP和3GPP2開發(fā)和維護(hù)。其各自的主要特點(diǎn)如上表所示。 由表1可以得出，TD-SCDMA系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢。它同時采用智能天線和聯(lián)合檢測技術(shù)，減少了用戶間的干擾，增加系統(tǒng)容量；采用上、下行時隙不對稱分配，提高了頻譜利用效率，更適應(yīng)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸；采用接力切換技術(shù)，有效地結(jié)合了軟切換的低掉話率和硬切換的高資源利用率。然而，由于TD-SCDMA系統(tǒng)特殊的物理層結(jié)構(gòu)和對同步精度的較高要求，導(dǎo)致其所支持的用戶移動速率比較低；同時，它仍然存在TDD系統(tǒng)所固有的基站間干擾問題。WCDMA和CDMA2000的特點(diǎn)比較相似，而且WCDMA更具有基站間無需嚴(yán)格同步的特點(diǎn)。TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000都在提高系統(tǒng)下行速率方面有了很大發(fā)展。下面將具體分析這三種通信系統(tǒng)的區(qū)別。 1. 不同的雙工模式 TD-SCDMA 系統(tǒng)采用TDD雙工方式，無線幀傳輸不再需要成對頻譜，使頻譜的分配更加靈活；上、下行時隙可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)靈活分配，可同時適用于對稱的語音業(yè)務(wù)和不對稱的數(shù)據(jù)傳輸或IP業(yè)務(wù)，大大提高了頻譜的利用效率。WCDMA和CDMA2000采用FDD雙工方式，比較適合于相對對稱的業(yè)務(wù)，如語音，交互式實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)等。 2. 多址及檢測技術(shù) TD-SCDMA 采用空分多址SDMA，碼分多址CDMA，頻分多址FDMA，時分多址TDMA相結(jié)合的方式，利用智能天線、聯(lián)合檢測和上、下行同步等技術(shù)降低同信道干擾（CCI）、碼間干擾（ISI）和多址干擾（MAI），縮短了頻譜復(fù)用距離，提高頻譜利用效率并且有效地降低了系統(tǒng)成本。WCDMA和CDMA2000采用碼分多址CDMA和頻分多址FDMA相結(jié)合的技術(shù)，采用智能天線導(dǎo)頻符號輔助相干檢測的技術(shù)，降低系統(tǒng)中各種干擾，提高頻譜的利用效率。 3. 信道分配 在基于CDMA技術(shù)的3G系統(tǒng)中，信息傳輸都是占用公共信道。因而，固定信道分配（FCA）沒有被采用，而是采用動態(tài)信道分配（DCA）和隨機(jī)信道分配（RCA）相結(jié)合的方式。雖然3G系統(tǒng)中主要采用DCA信道分配方式，但是由于數(shù)據(jù)包長度有限，可能無法及時地傳送足夠的信道質(zhì)量信息，此時采用與RCA結(jié)合的方法能夠更有效的利用資源。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，采用DCA信道分配方式，可以在空域、時域、頻域以及碼域根據(jù)實(shí)時測得的信道質(zhì)量，靈活的進(jìn)行信道分配。該方式能夠有力的保證信道有效利用，增加系統(tǒng)容量，但TD-SCDMA系統(tǒng)對設(shè)備的要求相對較高。 4. 切換方式 在3G系統(tǒng)中，軟切換取代了以往的硬切換方式，有效地降低掉話率，保證了通信質(zhì)量。WCDMA系統(tǒng)在扇區(qū)間和小區(qū)間采用軟切換，載頻間切換則采用硬切換。WCDMA系統(tǒng)是異步系統(tǒng)，因此不需要外部同步資源。在執(zhí)行軟切換之前，終端須測量兩個基站之間的下行共享信道的定時差別，并將該差別報告給服務(wù)基站，服務(wù)基站根據(jù)該差別調(diào)整下行軟切換執(zhí)行時間。CDMA2000同樣采用扇區(qū)間和小區(qū)間的軟切換，以及載頻間的硬切換。軟切換的過程與WCDMA時分類似。TD-SCDMA系統(tǒng)采用接力切換，它不同于傳統(tǒng)的軟切換和硬切換，而是采用二者結(jié)合的方式。他支持同頻或異頻操作，根據(jù)用戶的位置（通過智能天線和用戶定位技術(shù)），結(jié)合算法和上行同步技術(shù)準(zhǔn)確的將移動終端切換到新基站，大大提高了通信質(zhì)量，同時節(jié)省了系統(tǒng)資源開銷。 5. 功率控制技術(shù) 在WCDMA和CDMA2000系統(tǒng)中，采用前向和反向信道快速功率控制。而在TD-SCDMA系統(tǒng)中，繼承第二代GSM功率控制的基礎(chǔ)上，采用開環(huán)和閉環(huán)的慢速功率控制（控制速度僅為0-200次/sec）。在未來的3G技術(shù)發(fā)展過程中，克服功率控制與信道通信性能之間的矛盾仍然是一個值得研究的問題。 四、TD-SCDMA系統(tǒng)優(yōu)勢 作為第三代移動通信系統(tǒng)，最主要的目標(biāo)就是能夠提供語音、視頻以及日益增征的包交換等對稱或非對稱業(yè)務(wù)。TD-SCDMA能夠提供峰值為2Mbit/s的下行速率，符合未來通信需求；其特有的技術(shù)能使無線資源達(dá)到較高的利用效率；同時，由于其非對稱性，它向未來第四代通信系統(tǒng)的過渡也相對容易。 TD-SCDMA 系統(tǒng)靈活的綜合了SDMA,FDMA,CDMA和TDMA等基本傳輸方式，通過聯(lián)合檢測技術(shù)，使其能夠提供較高的系統(tǒng)容量。同時，由于智能天線側(cè)采用，有效地減低了用戶間干擾，容量進(jìn)一步被提高，而且通信質(zhì)量也得到了優(yōu)化。與CDMA2000和WCDMA相比，TD-SCDMA具有以下幾方面的優(yōu)勢。 1. 高頻譜利用率 TD-SCDMA 采用TDMA,CDMA多址技術(shù)，可以隨業(yè)務(wù)需求而設(shè)置上、下行之間的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。如為對稱的業(yè)務(wù)設(shè)置對稱的上下行時隙（3:3）而為數(shù)據(jù)等非對稱業(yè)務(wù)設(shè)置非對稱上下行鏈路（1:5）等等。因此，TD-SCDMA系統(tǒng)可以使總的頻譜效率達(dá)到較高水平。 2. 頻譜靈活性強(qiáng) TD-SCDMA 第三代移動通信系統(tǒng)具有較高的頻譜靈活性，僅需要1.6M帶寬便可提供2Mbps傳輸速率。并且它并不需要成對的頻譜實(shí)現(xiàn)上下行鏈路，可以利用頻譜劃分過程中的散雜頻段，使系統(tǒng)的成本有效降低。 3. 較高系統(tǒng)穩(wěn)定性 TD-SCDMA 系統(tǒng)采用TDD雙工方式，上、下行鏈路在相同頻率載波發(fā)送。因此，對上行信號波束的估算結(jié)果，完全可以應(yīng)用于下行波束賦形,使智能天線能夠更加簡便有效的工作，減少系統(tǒng)內(nèi)干擾，并且減低了設(shè)備成本。同時，采用聯(lián)合檢測技術(shù)，有效地抑制了用戶碼間干擾，在增加系統(tǒng)容量的同時，有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 4. 系統(tǒng)優(yōu)勢 TD-SCDMA 系統(tǒng)能夠支持從現(xiàn)有通信系統(tǒng)到第三代通信系統(tǒng)的平滑過渡，支持現(xiàn)有的覆蓋結(jié)構(gòu)。信令協(xié)議等也支持后向兼容，系統(tǒng)中不需要引進(jìn)新的呼叫模式。并且TD-SCDMA系統(tǒng)支持Ｎ頻點(diǎn)技術(shù)，在不增加系統(tǒng)干擾的情況下，可以成倍地增加熱點(diǎn)地區(qū)的用戶容量。 五、結(jié)語 在當(dāng)今的移動通信市場中，頻譜資源日益匱乏。找到能夠供FDD系統(tǒng)利用的成對頻譜已經(jīng)非常困難。在這種情況下，具有很高頻譜效率，并且不需要成對頻譜構(gòu)成上、下行鏈路的TD-SCDMA系統(tǒng)的優(yōu)勢將日益顯現(xiàn)。它不但可以解決頻譜資源不足問題，并且可以滿足用戶密集區(qū)的通信要求。在諸多標(biāo)準(zhǔn)中，起步較晚的TD-SCDMA系統(tǒng)將以其特殊的優(yōu)勢，和相對較低的成本稱為未來3Ｇ市場中強(qiáng)有力的競爭者。 |
