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TD-SCDMA无线传输技术(一)

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TD-SCDMA无线传输技术(一)



摘要 我国提出的TD-SCDMA无线传输技术(RTT)建议已成为ITU IMT-RSPC(TGS/1输出文
件)的一个组成部分,并将实现CDMA TDD标准的集成,开发IS-41核心网的接口,形成统一的TDD
国际标准。文章对该标准和建议作简单介绍,着重讨论采用TD-SCDMA的必要性和该技术的竞争
力。



关键词 第三代移动通信标准 TDD方式 TD-SCDMA无线传输技术



在1999年11月5日结束的ITU TG8/1第18次会议上,顺利地通过了IMT-RSPC输出文件,标志
着第三代移动通信标准基本定型。1985年TG8/1成立,世界各国投入数千人的劳动和数亿美元的
资金,经过14年的艰苦工作,最终通过一个代表当今最新技术,并获得各国认可的标准,这是全球
通信业的巨大成功。在此过程中,我国第一次提出了自己的建议:TD-SCDMA,并在此无线传输技
术(RTT)的基础上与国际合作,完成了TD-SCDMA标准,成为CDMA TDD标准的一员。2000年,在
3GPP内将完成CDMA TDD标准的集成,并通过国际合作,形成用于IS-41核心网的接口(H—kook
and Extension),使 CDMATDD模式不仅和可以用于基于MAP的核心网,也能用于IS-41的核心
网,成为名副其实的第三代移动通信国际标准。这是我国移动通信界的一次创举,也是中国对第三
代移动通信发展的贡献。



目前,我国拥有世界上第三大移动通信网,并仍以每月100多万用户的速度增长。从2000年
起,在GSM网继续高速发展的同时,中国联通将新建一个IS-95的CDMA网。因此,了解第三代移动
通信技术和标准的动态,认真考虑现有GSM网和即将建设的CDMA网向第三代移动通信演进的策略,
是一个十分紧迫的问题。本文将简单介绍第三代移动通信标准,对TDD模式的特点和TD-SCDMA标准
和技术进行说明,并对向第三代移动通信演进的策略问题提出笔者的看法。



1 第三代移动通信标准概况



第三代移动通信是近20年来现代移动通信技术和实践的总结和发展。1985年ITU TG8/1成立
时,当时昂贵的第一代模拟移动通信系统在全世界仅有几十万用户,没想到二十多年后,移动通信
竟成为通信领域中的主流。1996年,ITU正式确认使用IMT-2000这个名称;1997年,确定了基本
要求和征求RTT建议。至此,第三代移动通信进入了制定和完成国际标准的快车道,成为全球通信
业技术和市场竞争的一个焦点。



目前,第三代移动通信系统的框架已确定,将以卫星移动通信网与地面移动通信网结合,形
成一个对全球无缝覆盖的立体通信网络,满足城市和偏远地区不同密度用户的通信需求,支持话
音、数据和多媒体业务,实现人类个人通信的理想。



ITU对第三代陆地移动通信系统的基本要求是:在室内、手持机及移动三种环境下,支持话音
和各种多媒体数据业务(速率达2 Mb/s),实现高质量、高频谱利用率、低成本的无线传输技术
以及全球兼容的核心网络。



第三代移动通信网由核心网、无线接人网和用户终端构成。鉴于历史和现状,核心网主要是
以第二代移动通信的两种网络为基础:基于MAP的GSM网络和基于IS-41的CDMA网络,从而形成了
两套网络标准。在IMT-RSPC中,无线接入网形成了5种技术标准:



·两种TfDMA标准:SC-TDMA(美国的UMC-136)和MC-TDM以欧洲的EP-DECT)



·三种CDMA标准:MG-CDMA(CDMA2000)、DS-CDMA(W-CDMA)和CDMA TDD(包括
TD-SCDMA和 UTRA TDD)。



显然作为主导地位的是CDMA标准,其中MC-CDMA是FDD方式,将基于IS-41核心网;DSCDMA
和CDMA TDD(TDD方式)将基于MAP核心网,CDMA TDD的无线接口采用相同的高层信令和不同的物
理层。由于在MC-CDMA中没有 TDD模式的标准,故CDMA TDD必须同时工作于两种核心网。由于
CDMA TDD是3GPP内基于MAP核心网制定的第2层和第3层协议的技术规范,工作于IS-41核心网,必
须在L2和L3中同时开发两种核心网之间的接口(Hook and Extension)。目前开发两种核心网之
间接口的工作已开始,预计今年将完成。



2 TDD方式在第三代移动通信中的重要性



在第三代移动通信标准制定的过程中,业内人士第一次对无线通信中的TDD方式给予了高度重
视,在CDMA和TYDMA系统中均制定了TDD标准。许多国家的运营商表示了首先选用TDD系统的愿望。
主要原因是在满足IMT 2000要求的前提下,TDD系统具有以下优点:



(1)第三代移动通信需要大约400MHz的频谱资源,在3GHz以下很难实现。而TDD则能使用各
种频率资源,不需要成对的频率;



(2)在第三代移动通信中,数据业务将占主要地位,尤其是不对称的IP业务。TDD方式特别
适用于上下行不对称、不同传输速率的数据业务;



(3)TDD上下行工作于同一频率,对称的电波传播特性使之便于利用智能天线等新技术,可
达到提高性能、降低成本的目的;



(4)TDD系统设备成本低,比FDD系统低20%~ 50%。



TDD系统的主要缺陷在于终端的移动速度和覆盖距离:(1)采用多时隙不连续传输方式,抗
快衰落和多普勒效应能力比连续传输的FDD方式差,因此ITU要求TDD系统用户终端的移动速度达
120km/h,而FDD系统则要求达到500km/h;(2)TDD系统平均功率与峰值功率之比随时隙数增
加而增加,考虑到耗电和成本因素,用户终端的发射功率不可能很大,故通信距离(小区半径)较
小,一般不超过10km,而FDD系统的小区半径可达到数10km。



尽管如此,移动通信以FDD为主流的传统观点已受到挑战,TDD系统在第三代移动通信中的位
置被广泛接受。多数人预测,第三代移动通信网络将是一个综合的网络,卫星移动通信系统用于实
现全球无缝覆盖,FDD系统用于建设国内和国际移动通信网,TDD系统则用于为城市人口密集区提
供高密度大容量话音。数据和多媒体业务,用户通过双频双模或多模终端实现全球漫游。



3 TD-SCDMA RTT的优势



CDMA TDD两种物理层标准(UTRA TDD和TD-SCDMA)的高层信令和部分物理层技术是相同
的,但两种标准的设计出发点不同,所用的技术也不同,因此主要特性和用途均不同(见表1)。




TD-SCDMA技术的高性能主要表现在:



(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。老带宽为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,并可通过自动信道分配(DCA)技术提供不对称数据业务。这些都是UTRA TDD
所不能提供的。



(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比UTRA TDD高一倍。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)多种使用环境



TD-SCDMA系统是按照ITU要求的三种环境设计的,而 UTRA TDD则不支持移动环境。



(4)设备成本



在无线基站方面,TD-SCDMA的设备成本至少比UTRA TDD低 30%。



TD-SCDMA与UTRA TDD两种标准产生上述差别的主要原因是:



(1)设计的出发点不同



TD-SCDMA系统是根据ITU对IMT-2000的全部要求设计的,它本身就可以组成一个完整的蜂
窝网络。 UTRA TDD则是为WCDMA设计的TDD补充模式,用于解决室内办公环境和“热点”地区
(如机场、火车站和大商场等)的通信需求,因此在设计中,为了尽可能与WCDMA保持一致,
UTRA TDD宁愿牺牲部分特性。



(2)使用的技术不同



TD-SCDMA采用最新技术,以获最佳性能:



·智能天线,尽量降低多址干扰、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。



·上行同步,可以简化基站硬件,降低无线基站成本。



·软件无线电,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。



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