TD-SCDMA无线传输技术

浪者仁心

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 TG
8／1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。
　　4.　TD-SCDMA是向第三代移动通信演进的首选技术
　　据预测，第三代移动通信市场的发展至少分为以下三个阶段：
　（1）初期（2001～2005年）
　　第二代移动通信网（主要是GSM和IS95CDMA）继续发展和扩大；局部地区（城市等用
户密集区）开始提供第三代移动通信业务，数据传输速率局限在384kb／S以下；地区和
国际漫游仍依赖第二代移动通信系统；
　（2）中期（2004～2010年）
　　第三代系统的高速成长期，第二代网络和系统停止发展，全国或全球覆盖的第三代
移动通信网建设成功，全面达到IMT2000的各项要求。
　（3）后期 （2010年～）
　　全球 25％以上人口使用第三代系统，开始推出第四代设备，提供更高速率的多媒体
业务。
　　上述市场预测也是制定第二代移动通信向第三代演进策略的依据。笔者建议，演进
过程可分以下两阶段进行：
　（1）在第二代网络中提供第三代业务
　　当现有GSM网络扩容时，使用TD－SCDMA的基站子系统（BSS）；在用户集中地区的G
SM基站中，增加TD－SCDMA基站。用户使用TD－SCDMA／GSM双频双筷用户终端，在TD-SC
D－MA基站覆盖区内，可以享受3G服务；在覆盖区域外，则以GSM方式通信。初期用户享
受3G服务时，只能在同一 BSS的TD－SCDMA基站之间实现越区切换，但GSM功能不受影响
。用此方式，能以比简单的GSM网络扩容更低的费用改造网络，不仅可解决频谱资源不足
造成的容量问题，满足用户密集区的移动通信需求，还可为最急需的用户提供第三代业
务。同时，为今后全网进入第三代打下基础。按此步骤，第三代移动通信的覆盖范围可
逐步扩大到城市一级。大城市将有几十到上百个第三代BTS，系统将支持不同BSS之间的
自动越区切换。在没有达到全国和全球覆盖之前，自动漫游当然还得依靠GSM 系统。上
述解决方案不仅可以在GSM系统中采纳，同样可以在IS-95标准的第二代CDMA系统中采纳
。在CDMA系统中使用TD－SCDMA技术，主要目的是在用户密集区，解决用户高密度的话音
和数据业务需求；此外，在提供数据业务方面（特别是各种因特网接入服务），TD－SC
DMA将是一种更经济灵活的方式。这些特点也是目前北美运营商关心TD－SCDMA的原因所
在。
　（2）过渡到第三代移动通信网络
　　2004～2005年，第三代移动通信进入高速发展期，各国运营商将开始建设完整的第
三代网络。此时，网络中投资最大的BTS部分已经在第一阶段建设完毕，唯一需要投入的
费用就是BSS软件升级，以此满足3G对无线网络控制器（RNC）的全部要求；加上第三代
MSC，网络中不仅有TDD的基站，也将有FDD的基站，形成一个全国覆盖、国际漫游的完整
3G网络。在不大量增加新投资的情况下，完成向第三代的演进。

　　在过去两年间，我国首次大规模参加了制定和评估第三代移动通信技术和标准的工
作。我国提出的TD－SCDMA建议，已成为IMT－RSPC的组成部分，并将对我国和全球第三
代移动通信的发展产生重大影响。在第三代移动通信技术中，TDD模式的无线传输技术在
频谱灵活性、提供不对称业务和低价格等方面的优势已被国际上认可。根据我国提出的
TD－SCDMA技术标准开发的设备，可达到提供高频谱利用率、灵活和低成本的目标，在市
场上将有较强的竞争能力。本世纪初 （2001 ～ 2004年），在第二代移动通信网用户密
集区或要求数据和多媒体业务的地区，将依托第二代移动通信网，以TD-SCDMA的技术为
主，使用双频双模终端，开通第三代移动通信业务，平稳地向第三代移动通信过渡，并
将收到巨大的经济效益。