TD-SCDMA移動(dòng)通信系統的增強和演進(jìn)（下）

（接上）

1.2.5MBMS技術(shù)

組播和廣播業(yè)務(wù)(MBMS)是對現有WCDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的增強，可與現有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )無(wú)縫融合，方便移動(dòng)運營(yíng)商對手機電視業(yè)務(wù)的運營(yíng)。然而3GPP 在R6版本中的TDD模式下也提出了MBMS。MBMS技術(shù)與其他數字電視廣播技術(shù)具有完全不同的商業(yè)模式，MBMS提供了一套完全由移動(dòng)運營(yíng)商運營(yíng)、控制的廣播/多播傳輸通道。

MBMS可以利用蜂窩網(wǎng)已有的雙向信道實(shí)現交互。除了廣播業(yè)務(wù)，MBMS還可以提供更豐富的組播業(yè)務(wù)；通過(guò)點(diǎn)對點(diǎn)修復機制，實(shí)現高可靠的下載業(yè)務(wù)。通過(guò)交互信道實(shí)現靈活的計費。MBMS可用于承載移動(dòng)廣播電視業(yè)務(wù)，但并不局限于此，MBMS還可以為用戶(hù)提供多種豐富的推(PUSH)業(yè)務(wù)，而其中

如何將MBMS與蜂窩網(wǎng)絡(luò )數據復用在一起漸漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，現在新的提案中大致有兩種模式，一種是時(shí)分復用(TDM)模式，另一種是頻分復用(FDM)模式。在TDM模式中，可以使用長(cháng)的循環(huán)嵌綴，來(lái)得到更好的抗多徑性能。但TDM模式不支持可變帶寬，只能工作在10 MHz的帶寬下。在FDM模式中，由于MBMS與蜂窩網(wǎng)絡(luò )數據復用在一個(gè)OFDM符號里，所以只可使用蜂窩系統的CP(CP較短)。但FDM模式支持可變帶寬，可以工作在多種選擇的帶寬模式下。

MBMS的引入對于現有的蜂窩系統是一種有效的補充，可在現有網(wǎng)絡(luò )上增加和改善一些功能實(shí)體，為用戶(hù)提供更多的服務(wù)。

1.2.6TD-SCDMA和BWA的融合

TD-SCDMA和寬帶無(wú)線(xiàn)接入(BWA)相比，峰值速率不夠高，但可以實(shí)現大面積覆蓋，而B(niǎo)WA在低速移動(dòng)環(huán)境下可以提供高速率業(yè)務(wù)，如 IEEE 802.11a WLAN可以提供54 Mb/s的峰值速率。TD-SCDMA和WLAN的融合，可以在熱點(diǎn)地區使用WLAN來(lái)提供高速率業(yè)務(wù)傳輸，同時(shí)使用TD-SCDMA來(lái)實(shí)現全網(wǎng)覆蓋。

TD-SCDMA與WiMAX的融合也已進(jìn)入規劃日程，并成為現今技術(shù)討論的焦點(diǎn)。WiMAX可以在20 MHz的帶寬下提供75 Mb/s的峰值速率，為T(mén)D-SCDMA系統在熱點(diǎn)地區的覆蓋起到了強有力的補充效果，尤其802.16e(WiMAX的擴展版本)的提出，使融合系統在移動(dòng)速度支持上得到很大改善。TD-SCDMA和BWA的融合需要TD-SCDMA終端可以同時(shí)支持BWA接入和TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)接入，并且TD- SCDMA和BWA系統應該增加一些特殊的功能實(shí)體以支持雙系統融合后的協(xié)議標準[4]。

1.3TD-SCDMALTE階段

TD-SCDMA演進(jìn)的第3個(gè)階段則是 LTE，LTE TDD是TD-SCDMA在向4G系統演進(jìn)過(guò)程中的過(guò)渡階段，目的是在3G的平臺上使用4G的技術(shù)，為3G系統向4G系統的平滑過(guò)渡起到良好的鋪墊作用?，F在LTE的大部分研究都集中在物理層，這個(gè)階段的傳輸性能和通信參數與TDD未來(lái)演進(jìn)時(shí)代十分接近，大多數技術(shù)特點(diǎn)是用于增強系統性能的，如使用 MIMO、OFDM、靈活的帶寬選擇(1.25 MHz、1.6 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz)和分布式無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)使用MIMO和OFDM技術(shù)，在20 MHz的帶寬內下行峰值速率可達到100 Mb/s，上行可達到50 Mb/s。所有的服務(wù)在共享和公用信道上提供，并且將使用基于IPv6的核心網(wǎng)。

考慮到OFDM技術(shù)在上行鏈路的峰均比高，只在下行鏈路使用OFDM技術(shù)，而在上行鏈路使用單載波技術(shù)，包括交織的頻分多址(IFDMA)和離散傅立葉變換－擴展正交頻分復用(DFT-SOFDM)，在下行主要使用正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)。IFDMA設計目標是實(shí)現沒(méi)有多址接入干擾的頻分多址(FDMA)，系統中每一個(gè)用戶(hù)獨享一個(gè)子載波集，對不同用戶(hù)的子載波進(jìn)行交織。在IFDMA中，每個(gè)用戶(hù)占用的子載波在傳輸頻段上均勻分配，以獲得最大程度上的頻率分集增益。IFDMA的信號在時(shí)域設計，從而實(shí)現了低峰均值比(PAPR)。在LTE階段，TD-SCDMA系統和其他無(wú)線(xiàn)寬帶接入網(wǎng)絡(luò )的融合開(kāi)始進(jìn)一步加強，從IP核心網(wǎng)的融合開(kāi)始向無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的融合過(guò)渡，核心網(wǎng)基于全IPv6的IMS，業(yè)務(wù)不僅僅是傳統的點(diǎn)對點(diǎn)的多媒體數據業(yè)務(wù)，還包括MBMS業(yè)務(wù)，以及更加靈活的點(diǎn)對點(diǎn)業(yè)務(wù)。由于采用了先進(jìn)的物理層處理機制，其頻譜效率將為2 ~5 bps/Hz。

1.3.1LTE單載波系統

在3GPP LTE中，上行鏈路方案在多載波方案(OFDMA)和單載波方案(SC-FDMA)中抉擇，最終由于多載波方案的高峰均比問(wèn)題，而采用單載波方案作為上行鏈路方案。SC-FDMA單載波系統包括IFDMA和SOFDM系統。SC-FDMA單載波系統有很多優(yōu)點(diǎn)：低峰均比、用戶(hù)間頻域正交使小區內干擾最小化、可以使用低復雜度的頻域均衡、多選擇的碼片速率。在SC-FDMA單載波系統中，DFT-SOFDM和IFDMA兩系統的比較成為業(yè)界焦點(diǎn)。 IFDMA系統是時(shí)域處理的SC-FDMA單載波系統，而DFT-SOFDM系統是頻域處理的SC-FDMA單載波系統。IFDMA比DFT-SOFDM 的PAPR性能好，但頻譜效率略低；DFT-SOFDM系統比IFDMA實(shí)現起來(lái)更加復雜。與IFDMA系統相比，DFT-SOFDM與OFDMA系統有更好的兼容性。由以上結果可以看出DFT-SOFDM更適合作上行的單載波系統。

1.3.2LTE正交多載波技術(shù)

在3GPPLTE中，下行鏈

1.3.3MIMO-OFDMA技術(shù)

MIMO-OFDMA 是下一代通信系統中最具有革命性的技術(shù)，是3GPP LTE提高峰值速率和服務(wù)質(zhì)量的基礎。MIMO多天線(xiàn)技術(shù)在提高頻帶利用率方面有杰出表現，然而，占用頻帶越寬，多徑現象越明顯。傳統的單載波系統為了實(shí)現MIMO檢測而大大增加了接收機的復雜度，而OFDM的出現恰好可以解決這一問(wèn)題。OFDM可以有效減弱頻率選擇性衰落的影響和符號間干擾，所以很適合在無(wú)線(xiàn)寬帶信道中實(shí)現高速率數據的傳輸。同時(shí)，OFDM由于使用了FFT/IFFT而變得容易實(shí)現，并且在每個(gè)子載波上使用AMC，可以更有效地利用頻帶。OFDM的這些特點(diǎn)使其在LTE和B3G系統中極具競爭力。把MIMO和OFDM相結合，有頻率選擇性的MIMO信道可以被分成許多平坦的子信道，同時(shí)MIMO的檢測系統也被簡(jiǎn)化。

1.3.4靈活的動(dòng)態(tài)頻率選擇機制

現今頻譜資源極其短缺，為了能夠有效地利用任意的蜂窩頻譜資源，LTE系統采用靈活的帶寬選擇在不同的帶寬上實(shí)現高質(zhì)量高速率的信息傳輸，這就是動(dòng)態(tài)頻率選擇技術(shù)。TD-SCDMA系統將在LTE TDD系統之前部署，所以未來(lái)的頻率演變中使用1.6 MHz是很有可能的。另外LTE TDD在中國也應該考慮1.25 MHz、5 MHz、10 MHz、20 MHz的帶寬。這樣，靈活的帶寬選擇可以適應通信系統在時(shí)間和區域上的變化，并有效地利用各種不同的帶寬。

1.3.5無(wú)線(xiàn)Mesh

在傳統的蜂窩網(wǎng)中，使用的是點(diǎn)對多點(diǎn)的結構，如圖2所示，屬于集中控制機制，每個(gè)基站負責一個(gè)小區內所有用戶(hù)的通信。

在未來(lái)演進(jìn)的通信系統中，為了提高覆蓋范圍和系統容量，引入了多跳的概念。多跳是指在原有的拓撲結構上，使用用戶(hù)終端作為中繼，將信號傳輸至更遠的節點(diǎn)，從而提高覆蓋范圍，由于有中繼增益也增大了系統容量。另一方面，由于傳統點(diǎn)對多點(diǎn)結構任何一條鏈路的通信都需要經(jīng)過(guò)基站，即使兩個(gè)終端離得很近，也要先將信號傳送至歸屬基站，再由基站傳送至目標終端，再加上信令交互的開(kāi)銷(xiāo)，這樣一條鏈路浪費了很大的資源。為了避免這種浪費而引入了多點(diǎn)到多點(diǎn)的概念，即指在網(wǎng)絡(luò )中任意兩點(diǎn)都可以自由通信，達到更快捷、方便、經(jīng)濟的傳輸數據。

在傳統的網(wǎng)絡(luò )結構中，對于一定發(fā)射功率來(lái)說(shuō)，傳輸的數據速率越高，覆蓋范圍會(huì )越低。如果超過(guò)了最大允許發(fā)射功率，發(fā)射機必須降低數據傳輸速率以增加覆蓋距離。發(fā)射功率一般受到標準規范和用戶(hù)設備電池的限制，所以在蜂窩系統中鄰近基站的用戶(hù)需要采用自適應技術(shù)以提供較高的數據速率，但數據速率會(huì )隨著(zhù)與基站間隔距離增加而急劇下降。而格狀網(wǎng)(Mesh)則不同，Mesh結構正是多跳與多點(diǎn)到多點(diǎn)的融合，如圖3所示。它可以通過(guò)跳經(jīng)一系列中間節點(diǎn)以提供長(cháng)的端到端通信距離，同時(shí)提供足夠高的數據傳輸速率。和發(fā)送端到接收端之間的距離相比，各節點(diǎn)之間的距離(每跳)相對較短，每一跳可以完成比直接通信高得多的數據傳輸速率，從而使得在長(cháng)距離的端到端通信系統中同樣能支持高數據傳輸速率，也就是說(shuō)Mesh組網(wǎng)方式使得高數據傳輸速率和覆蓋范圍不再是一對矛盾體而是可以同時(shí)滿(mǎn)足。在Mesh網(wǎng)絡(luò )中，每個(gè)節點(diǎn)只需傳輸很短的距離，所以它們的發(fā)送功率相對較小，從而大大降低系統內的干擾并使頻率復用可以更加密集。另外，由于可跳經(jīng)中間節點(diǎn)傳送數據，Mesh網(wǎng)絡(luò )使得信號可以繞過(guò)障礙物和本地網(wǎng)絡(luò )的阻塞物建立健壯的路由。

Mesh結構分為集中式和分布式結構，集中式Mesh結構將傳統的點(diǎn)對多點(diǎn)結構以用戶(hù)終端作為中繼進(jìn)行擴展以增加覆蓋范圍和容量。分布式 Mesh結構更加靈活多變，可以減少系統時(shí)延，避免網(wǎng)絡(luò )“瓶頸”和單點(diǎn)故障，并可以改善服務(wù)質(zhì)量和提供多種綜合服務(wù)。分布式網(wǎng)絡(luò )中把用戶(hù)信息和控制信令信息分開(kāi)，以減少服務(wù)時(shí)延，降低系統融合和部署的成本?？梢园淹顿Y直接轉化成網(wǎng)絡(luò )規模的增長(cháng)，同時(shí)節省網(wǎng)絡(luò )部署初始階段的開(kāi)銷(xiāo)。多選擇性的結構功能可提供靈活和高效傳輸性能，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的功能因此得到了優(yōu)化。這樣，B3G和4G的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)只需要在基站和終端做稍許修改即可引進(jìn)到系統中來(lái)[5]。

1.3.6點(diǎn)對點(diǎn)通信技術(shù)

現今在計算機網(wǎng)中，點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應用，如網(wǎng)絡(luò )電話(huà)、比特流(BT)下載等。在無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )中，點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)的引進(jìn)也將成為必然的趨勢。3GPP已經(jīng)把點(diǎn)對點(diǎn)業(yè)務(wù)提到議事日程當中，在LTE及下一代網(wǎng)絡(luò )中，點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)結合Mesh拓撲結構將得到進(jìn)一步發(fā)展。在802.11中，分布式的 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )采用的是多點(diǎn)到多點(diǎn)的拓撲結構，其中必然要與點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)相結合，如圖4所示，左圖是傳統的點(diǎn)對多點(diǎn)結構，終端之間不可通信，彼此之間的通信必須要經(jīng)過(guò)基站，由于基站的帶寬有限，就會(huì )有很多用戶(hù)的請求得不到滿(mǎn)足，從整體上看，下載效率很低。右圖是點(diǎn)對點(diǎn)通信，打破傳統的“服務(wù)器/客戶(hù)端”結構的概念，在通信中兩通信節點(diǎn)的地位是平等的，可實(shí)現任意兩點(diǎn)間的自由通信。點(diǎn)對點(diǎn)系統的精神實(shí)質(zhì)是“節點(diǎn)合作”。因此，只要一個(gè)系統中沒(méi)有管理者，所有任務(wù)都是依靠結點(diǎn)之間的交換與配合完成，這個(gè)系統就可以認為是點(diǎn)對點(diǎn)系統。

1.4基于TD-SCDMA的第4代移動(dòng)通信系統

對于基于TD-SCDMA的后3G或者4G系統來(lái)說(shuō)，將采用TDD模式，主要目的在于實(shí)現先進(jìn)國際移動(dòng)通信(IMT-Advanced)提出的高速和低速移動(dòng)環(huán)境下峰值速率分別達100 Mb/s和1 Gb/s的無(wú)線(xiàn)傳輸能力，使用的關(guān)鍵技術(shù)包括感知無(wú)線(xiàn)電、網(wǎng)絡(luò )感知等，還將支持無(wú)線(xiàn)泛在服務(wù)(Wireless Ubiquitous Service)環(huán)境下的各種無(wú)線(xiàn)通信機制融合。在泛在服務(wù)體系架構下，采用各種先進(jìn)技術(shù)，如超寬帶(UWB)和超窄帶(UAN)技術(shù)、感知無(wú)線(xiàn)電 (Cognitive Radio)和網(wǎng)絡(luò )感知技術(shù)等，以提供高速的數據傳輸和最佳的網(wǎng)絡(luò )接入和網(wǎng)絡(luò )布置方案。網(wǎng)絡(luò )信息論作為一門(mén)新的學(xué)科，在后3G或者4G移動(dòng)通信系統中將占重要地位，它將指導泛在無(wú)線(xiàn)系統的組網(wǎng)和布置。

在TDD未來(lái)演進(jìn)時(shí)代，空中接口網(wǎng)絡(luò )的多樣性和共存性使得用戶(hù)可以得到多樣化的服務(wù)，但同時(shí)也給用戶(hù)在不同系統之間進(jìn)行切換、漫游帶來(lái)很多不便，尤其是終端要適應于各種接入網(wǎng)絡(luò )，并且實(shí)現起來(lái)不可過(guò)于復雜，成本也不可過(guò)高。結合軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，終端可下載不同標準的接入網(wǎng)模式和流程，實(shí)現終端在不同網(wǎng)絡(luò )之間的兼容。在未來(lái)，組件化的、開(kāi)放的、分布式體系結構正在成為主流的業(yè)務(wù)生成與提供模式. 這種模式以屏蔽底層網(wǎng)絡(luò )實(shí)施的細節作為設計目標之一，提供了良好的設計架構，使業(yè)務(wù)的生成與部署更加簡(jiǎn)便。在移動(dòng)泛在網(wǎng)絡(luò )中，業(yè)務(wù)種類(lèi)極其豐富，而且業(yè)務(wù)提供將面向用戶(hù)的最佳體驗，即對服務(wù)QoS的保證。不同的網(wǎng)絡(luò )在保證QoS的前提下可以提供以用戶(hù)為中心的普遍服務(wù)。在不同的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中支持無(wú)縫切換和漫游，這些網(wǎng)絡(luò )可以分擔服務(wù)負載，并可以選擇最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò )來(lái)提供不同的服務(wù)，最大地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。

在這個(gè)階段，為滿(mǎn)足下一代移動(dòng)通信系統的高速率傳輸和無(wú)所不在的無(wú)線(xiàn)信號覆蓋的要求，無(wú)線(xiàn)中繼及多跳傳輸技術(shù)將會(huì )被采用。無(wú)線(xiàn)中繼的基本思想是使用中繼站將基站的信號重新處理后再發(fā)送出去。這個(gè)處理的過(guò)程可以很簡(jiǎn)單，比如只是接收信號然后放大，也可以很復雜，需要MAC層以上的處理。無(wú)線(xiàn)中繼可以分為固定中繼和移動(dòng)中繼。應用多跳中繼可以擴展小區的覆蓋范圍，服務(wù)基站信號的死角地區，如建筑物陰影、地下等，同時(shí)還可以平衡負載，轉移熱點(diǎn)地區的業(yè)務(wù)。另外，引入無(wú)線(xiàn)中繼還可以節省終端的發(fā)射功率，從而延長(cháng)電池壽命。

為了簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)頻譜管理，將采用感知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，實(shí)現無(wú)線(xiàn)環(huán)境的感知。環(huán)境感知的思想就是將網(wǎng)絡(luò )延伸到各個(gè)角落，利用新型無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的環(huán)境感知能力，感知當前網(wǎng)絡(luò )環(huán)境狀況、用戶(hù)及周邊環(huán)境場(chǎng)景信息尤其是頻譜信息，并根據這些狀況利用大量先進(jìn)的物理層技術(shù)做出計劃、決定和反應，把單個(gè)節點(diǎn)獲得的頻譜信息通告給相鄰的節點(diǎn)共享，以便充分利用獲得的頻譜資源，提高無(wú)線(xiàn)通信的覆蓋范圍，同時(shí)通過(guò)靈活的資源分配方式提高頻譜、功率等資源的利用效率。

2 結束語(yǔ)

TD-SCDMA系統的發(fā)展目標是提供更高的數據速率、低時(shí)延、低成本、優(yōu)化的系統覆蓋和容量，以及對高移動(dòng)性的支持。而近年來(lái)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的快速增長(cháng)推動(dòng)著(zhù)寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統的演進(jìn)。數據速率和QoS需求的快速增長(cháng)是通信系統發(fā)展的必然趨勢。按照這種發(fā)展趨勢，TD-SCDMA發(fā)展演進(jìn)的歷程分為以下幾個(gè)階段：首先的TD-SCDMA階段分為單載波TD-SCDMA和多載波TD-SCDMA；之后是HSxPA階段，其中包括單載波HSxPA、多載波HSxPA以及HSxPA與無(wú)線(xiàn)寬帶接入的融合；下一個(gè)階段是LTE階段，在這個(gè)階段上行傾向于采用單載波傳輸技術(shù)，而下行則使用多載波技術(shù)；最后是基于TD-SCDMA的第4代移動(dòng)通信系統階段。整個(gè)TDD技術(shù)演進(jìn)的過(guò)程將是一個(gè)平滑過(guò)渡的過(guò)程，以最節省的投資獲得新技術(shù)的更新、網(wǎng)絡(luò )架構的優(yōu)化，以及最大的用戶(hù)滿(mǎn)意度。