TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)的增強(qiáng)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(xiàn)有WCDMA移動網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)，可與現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)無縫融合，方便移動運(yùn)營商對手機(jī)電視業(yè)務(wù)的運(yùn)營。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(shù)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運(yùn)營商運(yùn)營、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(xiàn)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)；通過點(diǎn)對點(diǎn)修復(fù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高可靠的下載業(yè)務(wù)。通過交互信道實(shí)現(xiàn)靈活的計費(fèi)。MBMS可用于承載移動廣播電視業(yè)務(wù)，但并不局限于此，MBMS還可以為用戶提供多種豐富的推(PUSH)業(yè)務(wù)，而其中

如何將MBMS與蜂窩網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)復(fù)用在一起漸漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，現(xiàn)在新的提案中大致有兩種模式，一種是時分復(fù)用(TDM)模式，另一種是頻分復(fù)用(FDM)模式。在TDM模式中，可以使用長的循環(huán)嵌綴，來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(shù)據(jù)復(fù)用在一個OFDM符號里，所以只可使用蜂窩系統(tǒng)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(xiàn)有的蜂窩系統(tǒng)是一種有效的補(bǔ)充，可在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上增加和改善一些功能實(shí)體，為用戶提供更多的服務(wù)。

1.2.6TD-SCDMA和BWA的融合

TD-SCDMA和寬帶無線接入(BWA)相比，峰值速率不夠高，但可以實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋，而BWA在低速移動環(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(qū)使用WLAN來提供高速率業(yè)務(wù)傳輸，同時使用TD-SCDMA來實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋。

TD-SCDMA與WiMAX的融合也已進(jìn)入規(guī)劃日程，并成為現(xiàn)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TD-SCDMA系統(tǒng)在熱點(diǎn)地區(qū)的覆蓋起到了強(qiáng)有力的補(bǔ)充效果，尤其802.16e(WiMAX的擴(kuò)展版本)的提出，使融合系統(tǒng)在移動速度支持上得到很大改善。TD-SCDMA和BWA的融合需要TD-SCDMA終端可以同時支持BWA接入和TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)接入，并且TD- SCDMA和BWA系統(tǒng)應(yīng)該增加一些特殊的功能實(shí)體以支持雙系統(tǒng)融合后的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[4]。

1.3TD-SCDMALTE階段

TD-SCDMA演進(jìn)的第3個階段則是 LTE，LTE TDD是TD-SCDMA在向4G系統(tǒng)演進(jìn)過程中的過渡階段，目的是在3G的平臺上使用4G的技術(shù)，為3G系統(tǒng)向4G系統(tǒng)的平滑過渡起到良好的鋪墊作用。現(xiàn)在LTE的大部分研究都集中在物理層，這個階段的傳輸性能和通信參數(shù)與TDD未來演進(jìn)時代十分接近，大多數(shù)技術(shù)特點(diǎn)是用于增強(qiáng)系統(tǒng)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)和分布式無線接入網(wǎng)絡(luò)。通過使用MIMO和OFDM技術(shù)，在20 MHz的帶寬內(nèi)下行峰值速率可達(dá)到100 Mb/s，上行可達(dá)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(kuò)展正交頻分復(fù)用(DFT-SOFDM)，在下行主要使用正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)。IFDMA設(shè)計目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)沒有多址接入干擾的頻分多址(FDMA)，系統(tǒng)中每一個用戶獨(dú)享一個子載波集，對不同用戶的子載波進(jìn)行交織。在IFDMA中，每個用戶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的信號在時域設(shè)計，從而實(shí)現(xiàn)了低峰均值比(PAPR)。在LTE階段，TD-SCDMA系統(tǒng)和其他無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的融合開始進(jìn)一步加強(qiáng)，從IP核心網(wǎng)的融合開始向無線接入網(wǎng)的融合過渡，核心網(wǎng)基于全I(xiàn)Pv6的IMS，業(yè)務(wù)不僅僅是傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)的多媒體數(shù)據(jù)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(jī)制，其頻譜效率將為2 ~5 bps/Hz。

1.3.1LTE單載波系統(tǒng)

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題，而采用單載波方案作為上行鏈路方案。SC-FDMA單載波系統(tǒng)包括IFDMA和SOFDM系統(tǒng)。SC-FDMA單載波系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)：低峰均比、用戶間頻域正交使小區(qū)內(nèi)干擾最小化、可以使用低復(fù)雜度的頻域均衡、多選擇的碼片速率。在SC-FDMA單載波系統(tǒng)中，DFT-SOFDM和IFDMA兩系統(tǒng)的比較成為業(yè)界焦點(diǎn)。 IFDMA系統(tǒng)是時域處理的SC-FDMA單載波系統(tǒng)，而DFT-SOFDM系統(tǒng)是頻域處理的SC-FDMA單載波系統(tǒng)。IFDMA比DFT-SOFDM 的PAPR性能好，但頻譜效率略低；DFT-SOFDM系統(tǒng)比IFDMA實(shí)現(xiàn)起來更加復(fù)雜。與IFDMA系統(tǒng)相比，DFT-SOFDM與OFDMA系統(tǒng)有更好的兼容性。由以上結(jié)果可以看出DFT-SOFDM更適合作上行的單載波系統(tǒng)。

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(tǒng)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(chǔ)。MIMO多天線技術(shù)在提高頻帶利用率方面有杰出表現(xiàn)，然而，占用頻帶越寬，多徑現(xiàn)象越明顯。傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)MIMO檢測而大大增加了接收機(jī)的復(fù)雜度，而OFDM的出現(xiàn)恰好可以解決這一問題。OFDM可以有效減弱頻率選擇性衰落的影響和符號間干擾，所以很適合在無線寬帶信道中實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)的傳輸。同時，OFDM由于使用了FFT/IFFT而變得容易實(shí)現(xiàn)，并且在每個子載波上使用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(tǒng)中極具競爭力。把MIMO和OFDM相結(jié)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MIMO的檢測系統(tǒng)也被簡化。

1.3.4靈活的動態(tài)頻率選擇機(jī)制

現(xiàn)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(tǒng)采用靈活的帶寬選擇在不同的帶寬上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高速率的信息傳輸，這就是動態(tài)頻率選擇技術(shù)。TD-SCDMA系統(tǒng)將在LTE TDD系統(tǒng)之前部署，所以未來的頻率演變中使用1.6 MHz是很有可能的。另外LTE TDD在中國也應(yīng)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(yīng)通信系統(tǒng)在時間和區(qū)域上的變化，并有效地利用各種不同的帶寬。

1.3.5無線Mesh

在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)中，使用的是點(diǎn)對多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，屬于集中控制機(jī)制，每個基站負(fù)責(zé)一個小區(qū)內(nèi)所有用戶的通信。

在未來演進(jìn)的通信系統(tǒng)中，為了提高覆蓋范圍和系統(tǒng)容量，引入了多跳的概念。多跳是指在原有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，使用用戶終端作為中繼，將信號傳輸至更遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，從而提高覆蓋范圍，由于有中繼增益也增大了系統(tǒng)容量。另一方面，由于傳統(tǒng)點(diǎn)對多點(diǎn)結(jié)構(gòu)任何一條鏈路的通信都需要經(jīng)過基站，即使兩個終端離得很近，也要先將信號傳送至歸屬基站，再由基站傳送至目標(biāo)終端，再加上信令交互的開銷，這樣一條鏈路浪費(fèi)了很大的資源。為了避免這種浪費(fèi)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(dá)到更快捷、方便、經(jīng)濟(jì)的傳輸數(shù)據(jù)。

在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，對于一定發(fā)射功率來說，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率越高，覆蓋范圍會越低。如果超過了最大允許發(fā)射功率，發(fā)射機(jī)必須降低數(shù)據(jù)傳輸速率以增加覆蓋距離。發(fā)射功率一般受到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和用戶設(shè)備電池的限制，所以在蜂窩系統(tǒng)中鄰近基站的用戶需要采用自適應(yīng)技術(shù)以提供較高的數(shù)據(jù)速率，但數(shù)據(jù)速率會隨著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(jié)構(gòu)正是多跳與多點(diǎn)到多點(diǎn)的融合，如圖3所示。它可以通過跳經(jīng)一系列中間節(jié)點(diǎn)以提供長的端到端通信距離，同時提供足夠高的數(shù)據(jù)傳輸速率。和發(fā)送端到接收端之間的距離相比，各節(jié)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(shù)據(jù)傳輸速率，從而使得在長距離的端到端通信系統(tǒng)中同樣能支持高數(shù)據(jù)傳輸速率，也就是說Mesh組網(wǎng)方式使得高數(shù)據(jù)傳輸速率和覆蓋范圍不再是一對矛盾體而是可以同時滿足。在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)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(tǒng)內(nèi)的干擾并使頻率復(fù)用可以更加密集。另外，由于可跳經(jīng)中間節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，Mesh網(wǎng)絡(luò)使得信號可以繞過障礙物和本地網(wǎng)絡(luò)的阻塞物建立健壯的路由。

Mesh結(jié)構(gòu)分為集中式和分布式結(jié)構(gòu)，集中式Mesh結(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)的點(diǎn)對多點(diǎn)結(jié)構(gòu)以用戶終端作為中繼進(jìn)行擴(kuò)展以增加覆蓋范圍和容量。分布式 Mesh結(jié)構(gòu)更加靈活多變，可以減少系統(tǒng)時延，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)中把用戶信息和控制信令信息分開，以減少服務(wù)時延，降低系統(tǒng)融合和部署的成本?？梢园淹顿Y直接轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長，同時節(jié)省網(wǎng)絡(luò)部署初始階段的開銷。多選擇性的結(jié)構(gòu)功能可提供靈活和高效傳輸性能，整個網(wǎng)絡(luò)的功能因此得到了優(yōu)化。這樣，B3G和4G的無線接入網(wǎng)只需要在基站和終端做稍許修改即可引進(jìn)到系統(tǒng)中來[5]。

1.3.6點(diǎn)對點(diǎn)通信技術(shù)

現(xiàn)今在計算機(jī)網(wǎng)中，點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)電話、比特流(BT)下載等。在無線通信網(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(dāng)中，在LTE及下一代網(wǎng)絡(luò)中，點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)結(jié)合Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中必然要與點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)相結(jié)合，如圖4所示，左圖是傳統(tǒng)的點(diǎn)對多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，終端之間不可通信，彼此之間的通信必須要經(jīng)過基站，由于基站的帶寬有限，就會有很多用戶的請求得不到滿足，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(tǒng)的“服務(wù)器/客戶端”結(jié)構(gòu)的概念，在通信中兩通信節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，可實(shí)現(xiàn)任意兩點(diǎn)間的自由通信。點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)的精神實(shí)質(zhì)是“節(jié)點(diǎn)合作”。因此，只要一個系統(tǒng)中沒有管理者，所有任務(wù)都是依靠結(jié)點(diǎn)之間的交換與配合完成，這個系統(tǒng)就可以認(rèn)為是點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)。

1.4基于TD-SCDMA的第4代移動通信系統(tǒng)

對于基于TD-SCDMA的后3G或者4G系統(tǒng)來說，將采用TDD模式，主要目的在于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)國際移動通信(IMT-Advanced)提出的高速和低速移動環(huán)境下峰值速率分別達(dá)100 Mb/s和1 Gb/s的無線傳輸能力，使用的關(guān)鍵技術(shù)包括感知無線電、網(wǎng)絡(luò)感知等，還將支持無線泛在服務(wù)(Wireless Ubiquitous Service)環(huán)境下的各種無線通信機(jī)制融合。在泛在服務(wù)體系架構(gòu)下，采用各種先進(jìn)技術(shù)，如超寬帶(UWB)和超窄帶(UAN)技術(shù)、感知無線電 (Cognitive Radio)和網(wǎng)絡(luò)感知技術(shù)等，以提供高速的數(shù)據(jù)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)信息論作為一門新的學(xué)科，在后3G或者4G移動通信系統(tǒng)中將占重要地位，它將指導(dǎo)泛在無線系統(tǒng)的組網(wǎng)和布置。

在TDD未來演進(jìn)時代，空中接口網(wǎng)絡(luò)的多樣性和共存性使得用戶可以得到多樣化的服務(wù)，但同時也給用戶在不同系統(tǒng)之間進(jìn)行切換、漫游帶來很多不便，尤其是終端要適應(yīng)于各種接入網(wǎng)絡(luò)，并且實(shí)現(xiàn)起來不可過于復(fù)雜，成本也不可過高。結(jié)合軟件無線電技術(shù)，終端可下載不同標(biāo)準(zhǔn)的接入網(wǎng)模式和流程，實(shí)現(xiàn)終端在不同網(wǎng)絡(luò)之間的兼容。在未來，組件化的、開放的、分布式體系結(jié)構(gòu)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(xì)節(jié)作為設(shè)計目標(biāo)之一，提供了良好的設(shè)計架構(gòu)，使業(yè)務(wù)的生成與部署更加簡便。在移動泛在網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)種類極其豐富，而且業(yè)務(wù)提供將面向用戶的最佳體驗(yàn)，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為中心的普遍服務(wù)。在不同的無線網(wǎng)絡(luò)中支持無縫切換和漫游，這些網(wǎng)絡(luò)可以分擔(dān)服務(wù)負(fù)載，并可以選擇最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)來提供不同的服務(wù)，最大地滿足用戶的需求。

在這個階段，為滿足下一代移動通信系統(tǒng)的高速率傳輸和無所不在的無線信號覆蓋的要求，無線中繼及多跳傳輸技術(shù)將會被采用。無線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。這個處理的過程可以很簡單，比如只是接收信號然后放大，也可以很復(fù)雜，需要MAC層以上的處理。無線中繼可以分為固定中繼和移動中繼。應(yīng)用多跳中繼可以擴(kuò)展小區(qū)的覆蓋范圍，服務(wù)基站信號的死角地區(qū)，如建筑物陰影、地下等，同時還可以平衡負(fù)載，轉(zhuǎn)移熱點(diǎn)地區(qū)的業(yè)務(wù)。另外，引入無線中繼還可以節(jié)省終端的發(fā)射功率，從而延長電池壽命。

為了簡化無線頻譜管理，將采用感知無線電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無線環(huán)境的感知。環(huán)境感知的思想就是將網(wǎng)絡(luò)延伸到各個角落，利用新型無線通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的環(huán)境感知能力，感知當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境狀況、用戶及周邊環(huán)境場景信息尤其是頻譜信息，并根據(jù)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(yīng)，把單個節(jié)點(diǎn)獲得的頻譜信息通告給相鄰的節(jié)點(diǎn)共享，以便充分利用獲得的頻譜資源，提高無線通信的覆蓋范圍，同時通過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(jié)束語

TD-SCDMA系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)是提供更高的數(shù)據(jù)速率、低時延、低成本、優(yōu)化的系統(tǒng)覆蓋和容量，以及對高移動性的支持。而近年來移動通信業(yè)務(wù)的快速增長推動著寬帶無線通信系統(tǒng)的演進(jìn)。數(shù)據(jù)速率和QoS需求的快速增長是通信系統(tǒng)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與無線寬帶接入的融合；下一個階段是LTE階段，在這個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代移動通信系統(tǒng)階段。整個TDD技術(shù)演進(jìn)的過程將是一個平滑過渡的過程，以最節(jié)省的投資獲得新技術(shù)的更新、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化，以及最大的用戶滿意度。