TD-SCDMA系统的机遇与挑战

摘要　本文通过对TD-SCDMA系统的性能加以深入分析，并对其在网络规划中的特点与WCDMA系统进行比较，进一步加深对TD-SCDMA系统的认识。

    随着下一代移动通信网络的实施逐渐被各运营商提到议事日程上，人们越来越多地开始关注3G网络规划与优化的一些细节问题。对于可能采用WCDMA或TD-SCMDA系统体制的运营商，最关心的是如何快速地建设一张高性价比的移动通信网络，即要求有较高的网络容量、良好的无线覆盖，可有效保证用户的多媒体业务及QoS需求。本文将通过阐述TD-SCDMA系统的特点并在网络规划等方面将其与WCDMA系统进行的比较，对TD-SCDMA系统的发展加以展望。

    1、TD-SCDMA系统的优势与不足

    TD-SCDMA系统的多址方式很灵活，可以看作FDMA/TDMA/CDMA/SCDMA的有机结合，综合利用4种技术，资源分配时在不同角度上的自由度，得到可以动态调整的最优资源分配。它的主要特点如下。

    1.1　频谱利用率高

    由于TD-SCDMA采用CDMA和TDMA的多址技术，所以在传输中很容易设置一个上行和下行链路转换点，来针对不同类型的业务，类似于可根据交通的流量来控制“红绿灯”转换的时间间隔。对于像互联网这样的“不对称”传输业务，可使其转换为“不对称”，而对于像语音这样的“对称”传输业务，可以使其转换为“对称”，这使总的频谱效率更高。另外，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。

    1.2　支持多种通信接口

    由于TD-SCDMA同时满足Iub、A、Gb、Iu、IuR多种接口要求，所以，基站子系统既可作为2G和2.5G GSM基站的扩容，又可作为3G网络中的基站子系统，能同时兼顾现在的需求和未来长远的发展。

    1.3　系统性能稳定

    TD-SCDMA收发在同一频段上，上行链路和下行链路的无线环境一致性很好，更适合使用新兴的“智能天线”技术；利用了CDMA和TDMA结合的多址方式，更利于联合检测技术的采用，这些技术都能减少干扰，提高系统的性能稳定性。

    1.4　能与传统系统进行兼容

    TD-SCDMA支持现存的覆盖结构，信令协议可以后向兼容，网络不再需要引入新的呼叫模式，能够实现从现存的通信系统到下一代移动通信系统的平滑过渡。

    1.5　系统设备成本低

    由于TD-SCDMA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，这也可达到降低成本的目的。在无线基站方面，TD-SCDMA的设备成本至少比UTRA FDD低20%以上。

    1.6　支持与传统系统间的切换功能

    TD-SCDMA技术支持多载波直接扩频系统，可以再利用现有的框架设备、小区规划、操作系统、账单系统等，在所有环境下支持对称或不对称的数据速率。

    TDD系统的主要缺陷在于终端的移动速度和覆盖距离。

    （1）终端的移动速度。由于TD-SCDMA系统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。这主要是因为FDD系统是连续控制，而TDD系统是时间分隔控制的。由于快衰落对TDD系统有很大影响，因此TD-SCDMA系统在支持高移动特性的终端问题上存在着挑战。虽然在TD-SCDMA系统中，基带数字信号处理采用了基于智能天线和联合检测技术，解决了设备基带数据信号处理能力和算法复杂性之间的矛盾，但该技术仅能确保TD-SCDMA系统在移动速度为250km/h和UMTS（3GPP）移动环境下正常工作（目前尚在测试阶段）。

    （2）覆盖距离。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，而FDD系统的小区半径可达到数10km。

    通过采用时分双工（Time Division Duplex）、联合检测（Joint Detection）、智能天线（Smart Antenna）、动态信道分配（Dynamic Channel Allocation）、接力切换（Baton Handover）、功率控制（Power Control）、上行同步（Uplink Synchronization）等关键技术，可以达到扬长补短的效果。由于对这几种TD-SCDMA系统关键技术的介绍较多，这里就不再赘述了。

    2、TD-SCDMA系统与WCDMA系统比较

    一般来说，对于硬件配置的设计与规划同产品的各项参数有直接关系，例如无线链路的天线增益、隔离度、基带信号电平等。这方面的规划设计涉及天线方位角、俯仰角、高度等。无线资源管理（RRM）包括切换控制、功率控制、鉴权控制、负荷控制等。而针对不同的业务模式，信道模式及系统体制，规划／优化软件要采用不同的算法。对于3G系统，WCDMA／cdma2000／TD-SCDMA这3种国际标准在业务模式、信道模式两方面是完全相同的，而系统体制的不同表现在无线调制上，不同的物理层技术决定了不同的无线传播参考模型。TD-SCDMA系统与3GPP所推荐的其它3G标准不同，技术上的差异体现在智能天线、联合检测、上／下行链路同步、特殊帧结构等方面。因此，网络规划同其他体制的网络规划流程基本相似，只是在参考模型上略有不同，TD-SCDMA网络规划流程如图1所示。

图1　TD-SCDMA网络规划流程

    以上流程是一般3G网络规划通用的流程，限于篇幅，具体细节不详述。

    对于较为熟悉WCDMA系统的业内人士来讲，更多的可能是习惯将TD-SCDMA系统与WCDMA从网络规划、系统性能到产品质量等方面进行比较。我们不能简单地从比较的结果来判断两个系统孰优孰劣，但通过比较我们可以为更快更便捷掌握系统特点提供途径。下面我们将结合TD-SCDMA的特点对其系统性能、链路特点及规划差异几方面加以比较。如表1所示。

表1　TD-SCDMA与WCDMA系统性能对比

    TD-SCDMA与WCDMA在传播链路上的比较如表2所示。

表2　TD-SCDMA与WCDMA链路差异

    结合TD-SCDMA的技术特点，以及TD-SCDMA与WCDMA在系统性能、链路预算等方面的差异，可以了解到TD-SCDMA与WCDMA在规划方面的差异如表3所示。

表3　TD-SCDMA与WCDMA在规划方面的差异

    需要指出的是，对室内覆盖来说，在WCDMA系统中，对于热点的覆盖，尤其是大型建筑的室内覆盖，广泛使用室内信号分配系统，建立微蜂窝、增加直放站等设备提高无线资源利用率，通过这种方式接入Node B的用户，其信号被Node B视为通过不同天线接收到的同一用户的多径信号。而在TD-SCDMA系统中，系统通过智能天线估计到达时间差DoA（Different of Arrival），但直放站和室内天线没有此功能。另外，TD-SCDMA系统上行链路同步的建立与维持需要测量发射功率，并且通过测量移动台发射功率、变化趋势及信号时延的统计与估计，确定用户具体位置。但由于室内天线的增益与Node B不同，若用户在室内外天线覆盖范围间反复切换，Node B就无法根据其发射功率判断出用户的距离，也就无法维持上行链路的同步，针对这种情况需要对延时或增益值进行补偿以保证同步，对于具体算法，还要在组网实践中摸索相关的经验值。

    3、结束语

    3G最主要的挑战来自系统能否同时提供诸如语音或视频传输的对称的电路交换业务，以及日益增长的非对称包交换业务如移动互联网接入，而通过采用MIMO和自适应调制等新技术，TD-SCDMA可以在1.28MHz的载频上提供高达5Mbit/s的数据速率，完全做到和WCDMA、cdma2000相当，非常适合宽带应用，同时其所采用的技术能使无线频率资源达到最优利用率。TD-SCDMA与欧洲支持的WCDMA和美国的cdma2000有很大的不同。从技术上，它是一个TDD（时分双工）标准，起步相对比较晚，开始阶段并未受到世界移动通信界的足够重视，加之ITU在制订3G国际标准时，对TDD系统和FDD（频分双工）系统提出了不同的要求，主要是对高速移动的要求，TDD系统比FDD系统要低。这样，在一开始就有人怀疑TDD系统支持高速移动的能力；支持TD-SCDMA技术的厂商又比较少，因而TD-SCDMA并未取得与WCDMA和cdma2000同样的地位。人们认为，TD-SCDMA将作为WCDMA的补充，有可能取得一定的市场份额。但是，随着TD-SCDMA开发工作的深入，以及人们对3G认识程度的加深，TDD方式优势逐步显露。人们看到了TDD方式在频谱利用率方面的优势；在支持被认为是未来3G服务支柱的移动互联网服务方面的优势；在制造成本方面的优势；在从GSM平滑演进到3G方面的优势等。