TD-SCDMA移动通信系统的增强和演进（下）

（接上）

1.2.5MBMS技术

组播和广播业务(MBMS)是对现有WCDMA移动网络的增强，可与现有移动网络无缝融合，方便移动运营商对手机电视业务的运营。然而3GPP 在R6版本中的TDD模式下也提出了MBMS。MBMS技术与其他数字电视广播技术具有完全不同的商业模式，MBMS提供了一套完全由移动运营商运营、控制的广播/多播传输通道。

MBMS可以利用蜂窝网已有的双向信道实现交互。除了广播业务，MBMS还可以提供更丰富的组播业务；通过点对点修复机制，实现高可靠的下载业务。通过交互信道实现灵活的计费。MBMS可用于承载移动广播电视业务，但并不局限于此，MBMS还可以为用户提供多种丰富的推(PUSH)业务，而其中

如何将MBMS与蜂窝网络数据复用在一起渐渐成为人们关注的焦点，现在新的提案中大致有两种模式，一种是时分复用(TDM)模式，另一种是频分复用(FDM)模式。在TDM模式中，可以使用长的循环嵌缀，来得到更好的抗多径性能。但TDM模式不支持可变带宽，只能工作在10 MHz的带宽下。在FDM模式中，由于MBMS与蜂窝网络数据复用在一个OFDM符号里，所以只可使用蜂窝系统的CP(CP较短)。但FDM模式支持可变带宽，可以工作在多种选择的带宽模式下。

MBMS的引入对于现有的蜂窝系统是一种有效的补充，可在现有网络上增加和改善一些功能实体，为用户提供更多的服务。

1.2.6TD-SCDMA和BWA的融合

TD-SCDMA和宽带无线接入(BWA)相比，峰值速率不够高，但可以实现大面积覆盖，而BWA在低速移动环境下可以提供高速率业务，如 IEEE 802.11a WLAN可以提供54 Mb/s的峰值速率。TD-SCDMA和WLAN的融合，可以在热点地区使用WLAN来提供高速率业务传输，同时使用TD-SCDMA来实现全网覆盖。

TD-SCDMA与WiMAX的融合也已进入规划日程，并成为现今技术讨论的焦点。WiMAX可以在20 MHz的带宽下提供75 Mb/s的峰值速率，为TD-SCDMA系统在热点地区的覆盖起到了强有力的补充效果，尤其802.16e(WiMAX的扩展版本)的提出，使融合系统在移动速度支持上得到很大改善。TD-SCDMA和BWA的融合需要TD-SCDMA终端可以同时支持BWA接入和TD-SCDMA蜂窝网接入，并且TD- SCDMA和BWA系统应该增加一些特殊的功能实体以支持双系统融合后的协议标准[4]。

1.3TD-SCDMALTE阶段

TD-SCDMA演进的第3个阶段则是 LTE，LTE TDD是TD-SCDMA在向4G系统演进过程中的过渡阶段，目的是在3G的平台上使用4G的技术，为3G系统向4G系统的平滑过渡起到良好的铺垫作用。现在LTE的大部分研究都集中在物理层，这个阶段的传输性能和通信参数与TDD未来演进时代十分接近，大多数技术特点是用于增强系统性能的，如使用 MIMO、OFDM、灵活的带宽选择(1.25 MHz、1.6 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz)和分布式无线接入网络。通过使用MIMO和OFDM技术，在20 MHz的带宽内下行峰值速率可达到100 Mb/s，上行可达到50 Mb/s。所有的服务在共享和公用信道上提供，并且将使用基于IPv6的核心网。

考虑到OFDM技术在上行链路的峰均比高，只在下行链路使用OFDM技术，而在上行链路使用单载波技术，包括交织的频分多址(IFDMA)和离散傅立叶变换－扩展正交频分复用(DFT-SOFDM)，在下行主要使用正交频分多址(OFDMA)技术。IFDMA设计目标是实现没有多址接入干扰的频分多址(FDMA)，系统中每一个用户独享一个子载波集，对不同用户的子载波进行交织。在IFDMA中，每个用户占用的子载波在传输频段上均匀分配，以获得最大程度上的频率分集增益。IFDMA的信号在时域设计，从而实现了低峰均值比(PAPR)。在LTE阶段，TD-SCDMA系统和其他无线宽带接入网络的融合开始进一步加强，从IP核心网的融合开始向无线接入网的融合过渡，核心网基于全IPv6的IMS，业务不仅仅是传统的点对点的多媒体数据业务，还包括MBMS业务，以及更加灵活的点对点业务。由于采用了先进的物理层处理机制，其频谱效率将为2 ~5 bps/Hz。

1.3.1LTE单载波系统

在3GPP LTE中，上行链路方案在多载波方案(OFDMA)和单载波方案(SC-FDMA)中抉择，最终由于多载波方案的高峰均比问题，而采用单载波方案作为上行链路方案。SC-FDMA单载波系统包括IFDMA和SOFDM系统。SC-FDMA单载波系统有很多优点：低峰均比、用户间频域正交使小区内干扰最小化、可以使用低复杂度的频域均衡、多选择的码片速率。在SC-FDMA单载波系统中，DFT-SOFDM和IFDMA两系统的比较成为业界焦点。 IFDMA系统是时域处理的SC-FDMA单载波系统，而DFT-SOFDM系统是频域处理的SC-FDMA单载波系统。IFDMA比DFT-SOFDM 的PAPR性能好，但频谱效率略低；DFT-SOFDM系统比IFDMA实现起来更加复杂。与IFDMA系统相比，DFT-SOFDM与OFDMA系统有更好的兼容性。由以上结果可以看出DFT-SOFDM更适合作上行的单载波系统。

1.3.2LTE正交多载波技术

在3GPPLTE中，下行链

1.3.3MIMO-OFDMA技术

MIMO-OFDMA 是下一代通信系统中最具有革命性的技术，是3GPP LTE提高峰值速率和服务质量的基础。MIMO多天线技术在提高频带利用率方面有杰出表现，然而，占用频带越宽，多径现象越明显。传统的单载波系统为了实现MIMO检测而大大增加了接收机的复杂度，而OFDM的出现恰好可以解决这一问题。OFDM可以有效减弱频率选择性衰落的影响和符号间干扰，所以很适合在无线宽带信道中实现高速率数据的传输。同时，OFDM由于使用了FFT/IFFT而变得容易实现，并且在每个子载波上使用AMC，可以更有效地利用频带。OFDM的这些特点使其在LTE和B3G系统中极具竞争力。把MIMO和OFDM相结合，有频率选择性的MIMO信道可以被分成许多平坦的子信道，同时MIMO的检测系统也被简化。

1.3.4灵活的动态频率选择机制

现今频谱资源极其短缺，为了能够有效地利用任意的蜂窝频谱资源，LTE系统采用灵活的带宽选择在不同的带宽上实现高质量高速率的信息传输，这就是动态频率选择技术。TD-SCDMA系统将在LTE TDD系统之前部署，所以未来的频率演变中使用1.6 MHz是很有可能的。另外LTE TDD在中国也应该考虑1.25 MHz、5 MHz、10 MHz、20 MHz的带宽。这样，灵活的带宽选择可以适应通信系统在时间和区域上的变化，并有效地利用各种不同的带宽。

1.3.5无线Mesh

在传统的蜂窝网中，使用的是点对多点的结构，如图2所示，属于集中控制机制，每个基站负责一个小区内所有用户的通信。

在未来演进的通信系统中，为了提高覆盖范围和系统容量，引入了多跳的概念。多跳是指在原有的拓扑结构上，使用用户终端作为中继，将信号传输至更远的节点，从而提高覆盖范围，由于有中继增益也增大了系统容量。另一方面，由于传统点对多点结构任何一条链路的通信都需要经过基站，即使两个终端离得很近，也要先将信号传送至归属基站，再由基站传送至目标终端，再加上信令交互的开销，这样一条链路浪费了很大的资源。为了避免这种浪费而引入了多点到多点的概念，即指在网络中任意两点都可以自由通信，达到更快捷、方便、经济的传输数据。

在传统的网络结构中，对于一定发射功率来说，传输的数据速率越高，覆盖范围会越低。如果超过了最大允许发射功率，发射机必须降低数据传输速率以增加覆盖距离。发射功率一般受到标准规范和用户设备电池的限制，所以在蜂窝系统中邻近基站的用户需要采用自适应技术以提供较高的数据速率，但数据速率会随着与基站间隔距离增加而急剧下降。而格状网(Mesh)则不同，Mesh结构正是多跳与多点到多点的融合，如图3所示。它可以通过跳经一系列中间节点以提供长的端到端通信距离，同时提供足够高的数据传输速率。和发送端到接收端之间的距离相比，各节点之间的距离(每跳)相对较短，每一跳可以完成比直接通信高得多的数据传输速率，从而使得在长距离的端到端通信系统中同样能支持高数据传输速率，也就是说Mesh组网方式使得高数据传输速率和覆盖范围不再是一对矛盾体而是可以同时满足。在Mesh网络中，每个节点只需传输很短的距离，所以它们的发送功率相对较小，从而大大降低系统内的干扰并使频率复用可以更加密集。另外，由于可跳经中间节点传送数据，Mesh网络使得信号可以绕过障碍物和本地网络的阻塞物建立健壮的路由。

Mesh结构分为集中式和分布式结构，集中式Mesh结构将传统的点对多点结构以用户终端作为中继进行扩展以增加覆盖范围和容量。分布式 Mesh结构更加灵活多变，可以减少系统时延，避免网络“瓶颈”和单点故障，并可以改善服务质量和提供多种综合服务。分布式网络中把用户信息和控制信令信息分开，以减少服务时延，降低系统融合和部署的成本。可以把投资直接转化成网络规模的增长，同时节省网络部署初始阶段的开销。多选择性的结构功能可提供灵活和高效传输性能，整个网络的功能因此得到了优化。这样，B3G和4G的无线接入网只需要在基站和终端做稍许修改即可引进到系统中来[5]。

1.3.6点对点通信技术

现今在计算机网中，点对点技术已经得到广泛的应用，如网络电话、比特流(BT)下载等。在无线通信网络中，点对点技术的引进也将成为必然的趋势。3GPP已经把点对点业务提到议事日程当中，在LTE及下一代网络中，点对点技术结合Mesh拓扑结构将得到进一步发展。在802.11中，分布式的 Ad Hoc网络采用的是多点到多点的拓扑结构，其中必然要与点对点技术相结合，如图4所示，左图是传统的点对多点结构，终端之间不可通信，彼此之间的通信必须要经过基站，由于基站的带宽有限，就会有很多用户的请求得不到满足，从整体上看，下载效率很低。右图是点对点通信，打破传统的“服务器/客户端”结构的概念，在通信中两通信节点的地位是平等的，可实现任意两点间的自由通信。点对点系统的精神实质是“节点合作”。因此，只要一个系统中没有管理者，所有任务都是依靠结点之间的交换与配合完成，这个系统就可以认为是点对点系统。

1.4基于TD-SCDMA的第4代移动通信系统

对于基于TD-SCDMA的后3G或者4G系统来说，将采用TDD模式，主要目的在于实现先进国际移动通信(IMT-Advanced)提出的高速和低速移动环境下峰值速率分别达100 Mb/s和1 Gb/s的无线传输能力，使用的关键技术包括感知无线电、网络感知等，还将支持无线泛在服务(Wireless Ubiquitous Service)环境下的各种无线通信机制融合。在泛在服务体系架构下，采用各种先进技术，如超宽带(UWB)和超窄带(UAN)技术、感知无线电 (Cognitive Radio)和网络感知技术等，以提供高速的数据传输和最佳的网络接入和网络布置方案。网络信息论作为一门新的学科，在后3G或者4G移动通信系统中将占重要地位，它将指导泛在无线系统的组网和布置。

在TDD未来演进时代，空中接口网络的多样性和共存性使得用户可以得到多样化的服务，但同时也给用户在不同系统之间进行切换、漫游带来很多不便，尤其是终端要适应于各种接入网络，并且实现起来不可过于复杂，成本也不可过高。结合软件无线电技术，终端可下载不同标准的接入网模式和流程，实现终端在不同网络之间的兼容。在未来，组件化的、开放的、分布式体系结构正在成为主流的业务生成与提供模式. 这种模式以屏蔽底层网络实施的细节作为设计目标之一，提供了良好的设计架构，使业务的生成与部署更加简便。在移动泛在网络中，业务种类极其丰富，而且业务提供将面向用户的最佳体验，即对服务QoS的保证。不同的网络在保证QoS的前提下可以提供以用户为中心的普遍服务。在不同的无线网络中支持无缝切换和漫游，这些网络可以分担服务负载，并可以选择最优的网络来提供不同的服务，最大地满足用户的需求。

在这个阶段，为满足下一代移动通信系统的高速率传输和无所不在的无线信号覆盖的要求，无线中继及多跳传输技术将会被采用。无线中继的基本思想是使用中继站将基站的信号重新处理后再发送出去。这个处理的过程可以很简单，比如只是接收信号然后放大，也可以很复杂，需要MAC层以上的处理。无线中继可以分为固定中继和移动中继。应用多跳中继可以扩展小区的覆盖范围，服务基站信号的死角地区，如建筑物阴影、地下等，同时还可以平衡负载，转移热点地区的业务。另外，引入无线中继还可以节省终端的发射功率，从而延长电池寿命。

为了简化无线频谱管理，将采用感知无线电技术，实现无线环境的感知。环境感知的思想就是将网络延伸到各个角落，利用新型无线通信网络节点的环境感知能力，感知当前网络环境状况、用户及周边环境场景信息尤其是频谱信息，并根据这些状况利用大量先进的物理层技术做出计划、决定和反应，把单个节点获得的频谱信息通告给相邻的节点共享，以便充分利用获得的频谱资源，提高无线通信的覆盖范围，同时通过灵活的资源分配方式提高频谱、功率等资源的利用效率。

2 结束语

TD-SCDMA系统的发展目标是提供更高的数据速率、低时延、低成本、优化的系统覆盖和容量，以及对高移动性的支持。而近年来移动通信业务的快速增长推动着宽带无线通信系统的演进。数据速率和QoS需求的快速增长是通信系统发展的必然趋势。按照这种发展趋势，TD-SCDMA发展演进的历程分为以下几个阶段：首先的TD-SCDMA阶段分为单载波TD-SCDMA和多载波TD-SCDMA；之后是HSxPA阶段，其中包括单载波HSxPA、多载波HSxPA以及HSxPA与无线宽带接入的融合；下一个阶段是LTE阶段，在这个阶段上行倾向于采用单载波传输技术，而下行则使用多载波技术；最后是基于TD-SCDMA的第4代移动通信系统阶段。整个TDD技术演进的过程将是一个平滑过渡的过程，以最节省的投资获得新技术的更新、网络架构的优化，以及最大的用户满意度。