TD-LTE发展若干关键问题探讨

TD-LTE发展若干关键问题探讨

TD-SCDMA已经作为中国移动的第三代移动通信标准向公众进行试商用。但是，与最高速率可以达到54Mbps和75Mbps的WiFi（WLAN）和WiMax网络相比，TD-SCDMA的标准384Kbps和最高只有2Mbps的速率在数据需求高速增长的今天，显然并不具有吸引力。为了提高3G的竞争力，3GPP等标准化组织先后提出了HSDPA、HSUPA等旨在提高3G数据传输速率的标准。近来，又提出了LTE（Long Term Evolution）作为未来的标准。LTE可以更好地利用频谱，并且以更低的价格提供良好的覆盖和信道容量，重要的是，它的下行速率可以达到50-100Mbps，上行速率也可以达到30-50Mbps。

　　2007年11月，3GPP工作组会议通过了LTE TDD融合技术提案，基于TD-SCDMA的帧结构统一了延续已有标准的两种TDD模式。同时，对LTE TDD的进一步优化领域的提案也被会议所接受。在2008年2月的巴塞罗那移动世界大会上，中国移动表示，将携手英国沃达丰、美国Verizon Wireless加入LTE长期演进技术的测试[1]。三家运营商的测试主要集中于LTE FDD和TD-LTE，后者也是中国TD-SCDMA标准向B3G的演进。目前，大唐电信、中兴通讯、爱立信、阿尔卡特朗讯等国内外多家大型企业已经先后成立了研发中心，以加速LTE TDD的商用化进程。而中国移动明确支持LTE技术，将大力推动LTE技术的发展。

　　但是，对于运营商来说，无论是出于业务互补，还是为了保护投资者利益，利用现有资源的目的，通常会经营多张网络。例如，对于中国移动来说，目前就经营了GSM、WLAN和TD-SCDMA三张网络。GSM网络给中国移动带来了巨大的成功，使中国移动成功晋级世界500强企业；WLAN网络则分别向在北京举办的第29届奥林匹克运动会提供了无线Info服务和即拍即传服务，并取得了成功，得到了国内外多家媒体的赞誉。而未来即使TD-SCDMA发展到了TD-LTE，也极有可能会像现在一样，与其它网络共存。如何有效地融合这些网络，降低运营成本，是运营商必须要考虑的问题。本文将重点就此进行讨论，同时也对TD-LTE发展过程中的终端、网络和服务管理等关键问题进行探讨。

　　2. TD-LTE发展中的关键技术

　　网络融合从广义上来讲，包括了技术、业务和资本等多个方面的融合[2]，本文将主要从技术和业务层面讨论未来无线宽带网络融合过程中需要面临的问题及可能的解决方案。

　　包括TD-SCDMA在内的3G网络、WiFi网络、PSTN等不同网络正在沿着自己的路线演进，从技术上来讲，宽带网络IP化是未来发展的趋势，因此，IP的融合是一个重要的方面。所谓全IP网络，通常定义为一些以IP技术为基础，可以提供给用户IP服务的实体的集合，而不同的接入系统都可以连接到这些实体上。全IP网络具备包括移动性、安全性、服务提供、计费和QoS等一系列的功能，从而可以向用户提供各种服务，并且连接到其它的外部网络中。通常会有一个或者多个接入系统来允许用户接入到全IP网络中。为了具备更好的互操作性和网际互联性，全IP网络通常要具备以下特点：

　　较低的时延、连接建立时间和较高的QoS；

　　更有效地利用无线资源；

　　可以兼容大多数的终端；

　　支持多种流量模式；

　　支持与其它全IP网之间的漫游。

　　无线IP接入网相对之前的网络来说，可以兼容多种无线协议，并且允许用户在选择接入网络方面具有更大的灵活性。因此，它能真正地保证设备之间具有良好的互操作性，进而降低操作成本。

　　在未来向全IP网络演进的过程中，首先需要考虑的问题是如何实现不同网络之间的切换，这也是目前各个运营商、服务提供商以及终端制造商最为关注的问题。为了能够通过蓝牙和Wi-Fi等网络接入到GSM或者GPRS网络中，以终端制造商和和运营商为首的一些组织提出了一种叫做UMA（Unlicensed Mobile Access）的技术[3]，该技术于2005年9月被3GPP所吸纳，更名为GAN（Generic Access Network），并且成为了一项标准。通过非授权网络（蓝牙或WiFi），该技术可从使用传统蜂窝网络或本地GSM/GPRS服务的手机自动切换到UMA接入点，使手机检测并且不中断地到速度最快、最经济的网络，从而使手机用户可以通过多种灵活的方式获得服务。在手机终端离开UMA接入点的覆盖范围后，会无缝切换回蜂窝网络。在UMA体系结构中，原有的蜂窝网络并没有进行调整，只是在网络中引入了一个新的网络组件——UMA控制器（UNC）。UNC的作用相当于GSM/GPRS原有接入网中的基站控制器（BSC），负责UMA网络的无线资源管理以及链路管理，此外UNC还通过IP网络与移动终端（MS）建立端到端的连接，并与MSC/GPRS交换信息。

　　与此同时，IEEE也正在努力增强WiFi与其它网络的互操作能力，并成立了IEEE 802.11u工作组，其目的是对802.11标准做一些增补，从而使IEEE802.11接入网络可以以一种更为通用和标准的方式来与其它网络实现互联互通[4]。而另一个标准IEEE 802.21，试图通过改进不同802网络之间的切换能力来提高用户对于移动终端的认知，无论用户通过有线还是无线方式接入，或者使用的媒体不同，网络之间的切换都是透明无缝的。该标准还试图来提高802系统和蜂窝系统的切换能力[5]。

　　除了IEEE之外，FMCA（Fixed-Mobile Convergence Alliance）也是一个对推进网络融合比较积极的组织。用它们自己的话来讲，是一个“全球电信运营商的联盟组织，目标就是推动网络融合的产品和服务的发展”[6]。它主要关注的是如何把固定宽带网络和局域无线接入技术无缝地结合起来。

　　当然，在网络融合的实现方面，还需要一个过程，并且需要考虑更多的问题。例如，为了最大限度地利用现有的网络设备，通常新的网络需要与已有的网络进行合路。但是，新旧网络之间的工作频段不同，在合路器口的信号接入电平等方面需要做一些综合的考虑。以室分系统为例，TD-SCDMA系统在与DCS1800系统和WLAN系统共路时，在合路器口设计的接入电平分别要比原系统高2dB和低11dB[7]。而未来TD-LTE系统与其它无线系统的合路时，也需要有类似的设计方面的考虑。

　　此外，即使全IP化的网络融合可以成功实现，在如此多的网络和服务环境之下，如何对网络和服务进行管理，也将成为一个问题。在用户对现有网络体验良好的前提下，用户的要求会更高，因此需要采用更为有效的方案来应对复杂的网络和服务管理。鉴于XML（Xtensible Markup Language）已经是目前一种互联网上成功的表示信息的语言，可以考虑采用SOAP协议加XML语言的方案来进行管理。首先，这样可以对TD-LTE网络的O&M系统采用以XML为基础的界面，这样就可以实时地对来自各个地方和网络的信息提供一种统一的服务管理方式。另外，还可以对计费系统等多种服务管理实体来进行统一的操作。有人已经针对这种模式初步提出了一种管理模型，对电信网络中的配置管理（CM）、性能管理（PM）和错误管理（FM）等各种单元进行了数据和解析操作等方面的定义[8]。将来TD-LTE的研究者们也可以在这种模型的基础上，结合TD-LTE的特点，开发出一套适合TD-LTE的管理系统。

　　但是，在考虑网络融合技术的同时，必须要重视的一个问题是是终端的问题。从业务上来说，目前的宽带业务越来越广泛，类似于PDA、音乐、视频、游戏、摄像甚至打印等多种电子产品的功能，未来将不再是手机终端的附加功能，而是核心功能。这些功能如果都需要通过多种无线宽带接入的方式加以实现，对于终端来说将是一个考验。由于TD-LTE具有高数据速率，低时延和不间断连接的特点，未来还会出现更多的应用。例如，MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）是LTE的一个核心功能，因此广播服务和VOD服务很可能会被引入，而低时延的特点更适合开发一些网络手机游戏。但是，正如TD-SCDMA在初期应用范围有限一样，TD-LTE在商用初期也会先在有限的范围内应用，这时候终端更需要具备与GMS、3G、WLAN和蓝牙等传统网络的互操作能力。但是，无论功能如何丰富，移动终端的重量、尺寸和电池寿命等因素必须要考虑进去。特别是电池的续航能力，在承载如此多的功能的同时，其耗电量水平要与目前相差无几，即在活动状态下，耗电量也不过50mW。为此，需要在功率控制方面做一些相关的研究。

　　在TD-LTE系统中采用适当的功率控制技术，将可以增加系统的容量。此外，还可以提高系统抗干扰性能、降低发射功率和节约制造成本等。由于功率控制对系统的影响是双向的，无论是上行还是下行链路，采用功率控制均可以适当降低终端或者基站设备的功耗。对于上行链路而言，采用适当的功率控制可以降低移动台的总发射功率，延长电池寿命；对于下行链路，它可以减小在静止状态、离基站较近或者受其它小区干扰很小的用户所消耗的功率，而将节省下来的功率留给那些信道条件较差、离基站较远、或误码率很高的用户。同时，采用类似目前TD—SCDMA系统中使用的将功率控制与智能天线相联合的技术，其性能将得到进一步提高。

　　3. 结论

　　作为中国第三代移动通信网络的自主标准，TD-SCDMA网络已经开始试商用，而TD-LTE在中国移动的支持下，作为TD-SCDMA未来的发展方向，极有可能成为未来的一种商用标准。尽管TD-LTE在未来的发展上仍然存在着种种变数，但本文所讨论的网络融合、终端技术及网络管理等问题，将仍然具有一定的典型意义。