北京郵電大學(xué)：TD-LTE直面挑戰(zhàn)

　　TD-SCDMA演進(jìn)系統(tǒng)TD-LTE及后續(xù)的TD-LTE+系統(tǒng)，面對(duì)來自世界范圍內(nèi)LTEFDD、UMB和WiMAX的競(jìng)爭(zhēng)壓力和挑戰(zhàn)，在良好的國(guó)內(nèi)策略及市場(chǎng)導(dǎo)引下和在業(yè)已成熟完善的產(chǎn)業(yè)鏈背景下，必將以其優(yōu)異的技術(shù)殺出重圍，增強(qiáng)我國(guó)在世界移動(dòng)通信領(lǐng)域內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　幀結(jié)構(gòu)統(tǒng)一邁向4G第一步

　　近年來，3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部屬已經(jīng)悄然開始，而國(guó)際上對(duì)于3G以后(Beyond3G)，即4G系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作也已經(jīng)開始提上議事日程。國(guó)際電信聯(lián)盟從2000年啟動(dòng)4G相關(guān)研究，于去年11月16日結(jié)束的2007年世界無線電通信大會(huì)(WRC-07)上為國(guó)際IMT(第三代及第四代移動(dòng)通信系統(tǒng))確定了新的頻段，并從2008年開始向全世界征求4G候選技術(shù)。2007年3月，中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部成立了IMT-Advanced推進(jìn)組，其主要任務(wù)之一就是推進(jìn)TD-SCDMA在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織內(nèi)的順利演進(jìn)。

　　就目前TD-SCDMA演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程來看，在2007年11月召開的3GPP　RAN151次會(huì)議上通過了由27家公司聯(lián)署的LTETDD融合的幀結(jié)構(gòu)建議，今后LTDTDD的幀結(jié)構(gòu)不再分為Type1和Type2，而是統(tǒng)一成為一種，并且這一幀結(jié)構(gòu)被確定為基于我國(guó)的TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)。

　　TD-LTE優(yōu)勢(shì)凸顯

　　但是，TD-LTE在其發(fā)展過程中，也必將要應(yīng)對(duì)來自其他系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，這主要包括3GPP中LTEFDD陣營(yíng)、3GPP2的UMB陣營(yíng)和同樣采用TDD方式的WiMAX(IEEE802.16e及演進(jìn)版本IEEE802.16m)陣營(yíng)。其中，3GPP2已確定UMB為CDMA2000系列標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)升級(jí)版本，也于日前正式公布了空中接口規(guī)范；IEEE于2005年底推出了支持移動(dòng)性的寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.16e，并于近期成為了國(guó)際3G標(biāo)準(zhǔn)中的一員，其演進(jìn)版本IEEE802.16m正在向全球征集技術(shù)提案，也必將成為4G的有力候選者。

　　面對(duì)這些挑戰(zhàn)，TD-LTE系統(tǒng)具有其自身的優(yōu)勢(shì)，這主要是來自于TD-SCDMA現(xiàn)有的核心技術(shù)大部分得到了繼承、擴(kuò)展和增強(qiáng)，同時(shí)也有與MIMO、OFDM主流技術(shù)有機(jī)結(jié)合，引入新型技術(shù)以顯著提高系統(tǒng)性能，為在未來的4G標(biāo)準(zhǔn)中能夠取得更多的專利提供了可能。

　　考慮到目前3GPPLTE已經(jīng)完成了技術(shù)提案的征集工作，LTE的標(biāo)準(zhǔn)(TR36系列)已經(jīng)進(jìn)入完善的過程中，不再會(huì)有大的改動(dòng)。相對(duì)于3GPP對(duì)3G系統(tǒng)所制定的標(biāo)準(zhǔn)，LTE標(biāo)準(zhǔn)有個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是在整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中充分考慮了TDD和FDD模式的相似性，即所采用的各種技術(shù)要盡量減少在兩種應(yīng)用下需要做的修改。我認(rèn)為這種思路對(duì)于TD-LTE的發(fā)展和應(yīng)用來說是利大于弊的：首先，3G標(biāo)準(zhǔn)中的WCDMA和CDMA2000由于商用啟動(dòng)時(shí)間較早，而且在技術(shù)層面的發(fā)展成熟也有清晰的路線，無論在起跑點(diǎn)還是國(guó)際上的關(guān)注程度來說都優(yōu)于TD-SCDMA，那么如果在LTE中盡量消除TDD與FDD的差異的話，很多FDD系統(tǒng)的演進(jìn)版本也將支持TDD系統(tǒng)，這對(duì)TD-LTE系統(tǒng)的成熟和國(guó)際市場(chǎng)推廣具有良好的推動(dòng)作用；其次，針對(duì)未來有限的頻帶資源，TD-LTE相對(duì)于LTE　FDD來說具有“天然”的優(yōu)勢(shì)，這為運(yùn)營(yíng)商考慮在有限頻帶上提供服務(wù)，并同時(shí)不用額外增加很多設(shè)備重復(fù)投資提供了可能，那么對(duì)于那些已經(jīng)部署了FDD制式的運(yùn)營(yíng)商來說TD-LTE也將會(huì)是不錯(cuò)的選擇；再次，針對(duì)TDD的特點(diǎn)，可采用多種先進(jìn)技術(shù)來提高性能，比如像基于智能天線的多流MIMO技術(shù)，信號(hào)處理算法更加靈活和有效?？偠灾?，LTE中TDD與FDD的差異很大程度上僅表現(xiàn)在幀結(jié)構(gòu)上，在技術(shù)層面上，包括多址方式、多天線方案和調(diào)制編碼方式等等都保持了很高的一致性，而這種要求是有利于TD-LTE的初期發(fā)展的。

　　挑戰(zhàn)猶存

　　3GPP2為CDMA2000系列標(biāo)準(zhǔn)制定的演進(jìn)升級(jí)版本命名為UMB，是與3GPP的LTE平行的一個(gè)概念，很多系統(tǒng)需求和增強(qiáng)型的物理層技術(shù)都與LTE相同，比如都支持可升級(jí)至20MHz的帶寬，都是以O(shè)FDMA技術(shù)為基礎(chǔ)，并針對(duì)無線移動(dòng)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化的移動(dòng)無線寬帶系統(tǒng)，也同樣采用了AMC、HARQ以及MIMO技術(shù)以更有效地提高傳輸速率和接收性能。但相對(duì)于LTE來說，UMB也有其自身的特點(diǎn)，它是3G標(biāo)準(zhǔn)中CDMA2000的演進(jìn)版本，因此在標(biāo)準(zhǔn)中繼承了部分原來CDMA系統(tǒng)的技術(shù)。根據(jù)3GPP2公布的數(shù)據(jù)，UMB系統(tǒng)由于采用了64QAM調(diào)制方式和4×4MIMO以后，系統(tǒng)在20MHz帶寬中前、反向物理鏈路上可以達(dá)到的峰值速率為288Mbps/75Mbps，并且對(duì)于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，如VoIP進(jìn)行了優(yōu)化，通過系統(tǒng)信令開銷的降低，將VoIP容量擴(kuò)大到4倍以上。但從其物理層上來說，UMB仍然采用的是FDD的雙工方式，也必然存在如前述相對(duì)于TDD的“天然”的劣勢(shì)。另外，雖然業(yè)界對(duì)UMB能提供的良好用戶體驗(yàn)持樂觀的態(tài)度，但是由于某種技術(shù)的發(fā)展前景也必將是其所處的市場(chǎng)環(huán)境、政府策略導(dǎo)向以及整條產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展來決定的，所以筆者對(duì)UMB在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用前景持謹(jǐn)慎態(tài)度。

　　相對(duì)于前述的FDD系統(tǒng)來說，對(duì)TD-LTE構(gòu)成的最大挑戰(zhàn)來自于WiMAX陣營(yíng)。WiMAX的提出可以追溯到2004年，IEEE為了應(yīng)對(duì)城域?qū)拵o線接入的發(fā)展，于當(dāng)年正式發(fā)布固定WiMAX802.16d標(biāo)準(zhǔn)，為城域范圍內(nèi)的固定寬帶無線接入提出了一種解決方案，為了迎合全球通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展移動(dòng)化和寬帶化結(jié)合的趨勢(shì)，于2005年底推出了支持移動(dòng)性的WiMAX802.16e，并于日前成為了國(guó)際3G標(biāo)準(zhǔn)中的一員，加入到3G標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際范圍內(nèi)的大博弈中。而其演進(jìn)版本IEEE802.16m正在向全球征集技術(shù)提案，面向的就是ITU的4G標(biāo)準(zhǔn)方案，因此WiMAX成為了TD-LTE的又一個(gè)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。之所以說它相對(duì)于FDD系統(tǒng)來說更具有挑戰(zhàn)性，是因?yàn)閃iMAX所提交的標(biāo)準(zhǔn)方案也是采用TDD的模式，在頻譜分配及設(shè)備方面具有非常多的相似性，而物理層方面也具有很多類似的技術(shù)，這無疑為我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA乃至演進(jìn)系統(tǒng)的商業(yè)化道路上增加了變數(shù)。但是，筆者認(rèn)為TD-LTE無論從技術(shù)層面還是市場(chǎng)層面相對(duì)于WiMAX都具有一定的優(yōu)勢(shì)，最突出的表現(xiàn)是國(guó)內(nèi)已經(jīng)積累了TD-SCDMA大規(guī)模組網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)，已建立了芯片、終端、基站、核心網(wǎng)、配套軟件、儀表等完整的產(chǎn)業(yè)鏈，而WiMAX尚沒有成熟的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，也就無現(xiàn)今大規(guī)模組網(wǎng)的可能性，并且WiMAX的標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中，由于要兼顧各方面存在的諸多利益，故存在很多的候選項(xiàng)，雖然增加了靈活性，但這喪失了相關(guān)行業(yè)，特別是設(shè)備制造商的統(tǒng)一性，也會(huì)對(duì)日后組網(wǎng)設(shè)備的兼容性產(chǎn)生不可預(yù)期的影響。當(dāng)然，由于兩者都是采用TDD的雙工方式，很多技術(shù)也都是可以互相借鑒和進(jìn)步的，特別是在TD-LTE的后續(xù)演進(jìn)中，也許能夠達(dá)到一定程度的融合。

　　各種3G系統(tǒng)向IMT-Advanced可能的演進(jìn)如圖所示，為保持TD-SCDMA的可持續(xù)發(fā)展，并進(jìn)一步擴(kuò)大我國(guó)在未來4G系統(tǒng)中的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院、中國(guó)移動(dòng)研究院、華為、中興、大唐等企業(yè)和以清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)等高校為核心，從2006年10月開始共同開展IMT-Advanced研究工作，并向ITU提交了我國(guó)自主的4G技術(shù)提案，一方面對(duì)TD-SCDMA特色核心技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展和增強(qiáng)，使之與MIMO、OFDMA主流技術(shù)更有效地結(jié)合，主要體現(xiàn)在更好的多址方式、對(duì)智能天線技術(shù)在MIMO下的擴(kuò)展、針對(duì)新型多址方式的新型聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)和TDD下的同步技術(shù)等；另一方面對(duì)在OFDMA+MIMO共性技術(shù)和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出新型技術(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，主要體現(xiàn)在先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方案、有效的信道編碼，甚至考慮中繼和分布式天線等增強(qiáng)型技術(shù)。