第三代移動通信系統TD-SCDMA的發展

2019-11-03 09:12:33

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熊軍

一、第三代移動通信概述

　　移動通信經歷過第一代和第二代的發展過程，特別是在GSM和窄帶CDMA第二代移動通信時期，已經實現了全世界漫游，用戶數量急劇膨脹。同時也暴露出了一些的問題，主要有：系統容量仍然比較小、頻譜利用率不高、抗干擾能力較差、不適合于傳輸高速數據及多媒體業務等。隨著信息時代的發展，移動ip、寬帶數據和多媒體業務的比例在迅速增加，而第二代移動通信的缺點和局限性日益顯現出來。所以，市場和技術驅動促使人們探索和研究新的通信系統，這就是第三代移動通信，即3G系統。第三代移動通信系統最初稱為未來公眾移動通信系統（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。199 7年4月，ITU向成員國征求IMT-2000無線接口候選傳輸技術（RTT），并在此基礎上指定國際標準。由于CDMA技術在抗干擾、保密性、系統容量等方面的優勢，因此成為第三代移動通信的首選技術。

1、寬帶CDMA系統無線協議分層模型

　　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、網絡層（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、調制解調技術、通信編碼和交織技術、雙工技術、實際信道結構和多路復用技術、幀結構和射頻信道參數等。

2、第三代移動通信系統IMT-2000的技術要求

　　1）全球統一頻段-2GHz，頻譜效率要高于第二代系統，系統容量要高于第二代。全球要統一標準，使終端在任何環境下能夠提供各種業務。

　　2）能支持話音（最低業務質量達到ISDN 7kHz標準）、遙測，定位和導航、遠程控制、信用卡認證、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務，能提供電路交換和分組交換，除基本業務外，還能提供許多補充業務。

　　3）適應于多種無線運營環境，終端可以工作在靜止、緩慢移動、高速運動等狀態。擁有較高的通信服務質量業務質量。

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難題有的是蜂窩移動通信所固有的，有的是3G系統所特有的：具體有多徑衰落、時延擴展、多址干擾、遠近效應、系統兼容等問題。

4、第三代移動通信幾種主要RTT技術

　　第三代移動通信幾種主要RTT的技術有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，可突破二代發展的瓶頸，實現高速數據業務，并可提高頻譜利用率，增加系統容量。但FDD必須采用成對的頻率，即在每2×5MHz的帶寬內提供第三代業務。該方式在支持對稱業務時，能充分利用上下行的頻譜，但在非對稱的分組交換（互聯網）工作時，頻譜利用率則大大降低（由于低上行負載，造成頻譜利用率降低約40％），在這點上，TDD模式有著FDD無法比擬的優勢。

二、TD-SCDMA技術的特點

　　TD-SCDMA——Time DivisionSynchronous Code Division Multiple access是ITU正式發布的第三代移動通信空間接口技術規范之一，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標準。是集CDMA、TDMA、FDMA技術優勢于一體、系統容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強的移動通信技術它采用了智能天線、聯合檢測、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、自適應功率調整等技術基本系統。

TD-SCDMA技術的技術特點主要表現在：

1、頻譜靈活性和支持蜂窩網的能力

　　TD-SCDMA僅需要1.6MHz的最小帶寬。若帶寬為5MHz則支持3個載波，在一個地區可組成蜂窩網，支持移動業務，并可通過自動信用卡道分配（DCA）技術提供不對稱數據業務。

2、高頻譜利用率

　　TD-SCDMA為對稱話音業務和不對稱數據業務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、設備成本

　　在無線基站方面，TD-SCDMA的設備成本低，原因如下：

　　·智能無線，由多天線陣、相干收發信機和DSP算法組成。智能天線能有效地產生多射束圖，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射功率和無線基站成本等優點。

　　·上行同步，上行鏈路各終端信號在基站解調器完全同步。優點是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軟件實現無線電功能的技術。在TD-SCDMA系統中很多原來傳統由射頻或基帶模擬電路或專用集成電路執行的功能，現在均由DSP算法實現?？蓪崿F智能天線和多用戶檢測等基帶數字信號處理，使系統可靈活地使用新技術，并可降低產品開發周期和成本。

4、系統兼容

　　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的基站子系統既可作為2G和2.5G GSM基站的擴容，又可作為3G網中的基站子系統，能同時兼顧現在的需求和長遠未來的發展。

三、TD-SCDMA的發展

1、3G技術的融合

　　人們很早便開始了對第三代移動通信系統的研究。歐洲標準化組織——歐洲通信標準協會特別移動部（ETSI SMG）采納了一項關于第三代移動通信系統的空中接口提案，這一提案被命名為全球移動通信系統，即人們現在常說的UMTS。與此同時，中國信息產業部電信科學技術研究院（CATT）、西門子公司和中國無線電信標準委員會（CWTS）也在加緊進行TDD模式的TD-SCDMA技術的開發。為了建立一個真正的全球第三代移動通信標準，1998年第三代協作項目組織（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非常好地協調了來自各地不同的標準化組織提出的建議，并為建立一個統一的第三代移動通信標準而努力。這個標準基于GSM核心網，并且包含FDD和TDD模式的第三代移動通信標準。與此相對應，第三代協作項目2組織（3GPP2，http://www.3gpp2.org）則正在發展cdma2000的第三代移動無線標準。

　　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年形成的標準，主要表現在：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物理層的基本技術相同，如數據的復接和分接、調制方式（QPSK）、擴頻碼、信道編碼、交織等等。

2、TD-SCDMA標準的發展和現狀

　　自3GPP R4發布后，TD-SCDMA標準規范的實質性工作主要在3GPP體系下完成。在R4標準發布之后的兩年多時間里，大唐與其他眾多的業界運營商、設備制造商一起，對TD-SCDMA標準規范的物理層處理、高層協議棧消息、網絡和接口信令消息、射頻指標和參數、一致性測試等部分的內容進行了一次次的修訂和完善，使得到目前為止的TD-SCDMA R4規范達到了相當穩定和成熟的程度。

　　目前，在R4之后的3GPP版本發布中，TD-SCDMA標準也不同程度地引入了新的技術特性，用以進一步提高系統的性能，其中主要包括：通過代中接口實現基站之間的同步，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；高速下行分組接入，采用混合自動重傳，自適應調制編碼，實現高速率下行分組業務支持；采用基站和終端多天線技術和信號處理，提高無線系統性能；上行增強技術，采用自適應調制和編碼，混合ARQ枝術，對專用/共享資源的快速分配以及相應的物理層和高層信令支持的機制，增強上行信道和業務能力。TD-SCDMA還積極參與了對3GPPR5、R6標準的完善、更新。HSDPA（高速下行分組接入）采用混合自動重傳，自適應調制編碼方案，目前R5標準中TDD HSDPA部分已經基本完成；在MIMO（多天線輸入輸出）技術上采用先進的天線技術和數字信號處理方察，大幅度提高了無線系統的性能，并對一些關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系統共存的方案。根據3GPP規范，TD-SCDMA和WLAN的融合，提供WLAN和TD-SCDMA CS城之間的無縫切換。還進行了自組織網絡的結合研究，包括對等通信、多跳/動態的拓撲結構等，在現有物理層的基礎上進一步發展TD-SCDMA。另一項主要的工作是密切跟蹤后3G新技術的發展。

3 TD-SCDMA產業化的發展

　　為業界所關注的第一次TD-SCDMA戶外移動通話公開演示會取得了圓滿的成功?！吨袊诙苿油ㄐ蓬l譜規劃方案》出臺，TD-SCDMA獲國家政策面強勁支持。在TD-SCDMA研發不斷推進的同時，TD-SCDMA產業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部試驗網上TD-SCDMA系統的各種功能性業務開發，并與運營商聯合進行現場試驗，在真實環境下驗證TD-SCDMA的技術和應用，完成手機產品原理樣機和芯片的開發以及基站、基站控制器等的一系列開發和測試。

　　目前中國電子、南方高科、海信、三星、LG、DB-TEL、聯想、波導、夏新等九大廠商已經融入到TD-SCDMA終端的研發，TD-SCDMA核心網投入研發的有北電、中興、西門子、華為、普天、阿爾卡特等廠商；接入網方面，大唐、中興、普天、UT、華為、西門子等廠商都在大力推動TD-SCDMA的產業化進程。大唐移動將在明年進行大規模TD-SCDMA商用設備的測試，以便為2005年投入大規模商用做好準備。

　　熊軍畢業于北京聯大信息工程學院通信工程專業，現任大唐移動通信設備有限公司TD-SCDMA研究開發部工程師。

摘自　郵電設計技術

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