徐霞艷
[摘要] 本文首先回顧了TD-SCDMA標準的提出和制定歷程，然后介紹了我國TD-SCDMA行業(yè)標準的制定現(xiàn)狀。并對TD-SCDMA標準引入HSDPA、HSUPA等增強型技術(shù)的基本思路進行了探討，最后對3GPP LTE和HSPA演進進行了分析和總結(jié)。
1、前言
2000年5月的ITU-R全會上由我國提出的TD-SCDMA無線傳輸技術(shù)（RTT）被正式接納為IMT-2000方案之一，隨后開始了在3GPP組織內(nèi)的標準融合和制定工作，在2001年3月的3GPP RAN第11次全會上，包含TD-SCDMA無線接入技術(shù)在內(nèi)的3GPP R4版本規(guī)范正式發(fā)布。此時，TD-SCDMA系統(tǒng)具備了一整套技術(shù)標準，構(gòu)成了一個完整的移動通信系統(tǒng)。在3GPP的技術(shù)中，又常稱TD-SCDMA為LCR TDD（低碼片速率TDD）。
TD-SCDMA與WCDMA這兩種3G制式都是在3GPP組織內(nèi)進行標準化工作的，在實際的標準制定中，TD-SCDMA標準具有鮮明的特征。TD-SCDMA與WCDMA在核心網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)應(yīng)用等方面共用技術(shù)標準，差異主要體現(xiàn)在無線接入網(wǎng)（RAN）部分，特別是在無線接口物理層技術(shù)方面。
2、我國TD-SCDMA行業(yè)標準的制定
在積極參與國際標準制定和完善的同時，國內(nèi)的標準化組織等部門也在同步起草相關(guān)規(guī)范，并根據(jù)國際標準的最新版本不斷進行更新和完善。國內(nèi)對3G的標準化工作主要是由信息產(chǎn)業(yè)部無線通信標準研究組（CWTS）、中國通信標準化協(xié)會（CCSA）和信息產(chǎn)業(yè)部3G技術(shù)試驗專家組進行的。2000年初，CWTS啟動了TD-SCDMA、WCDMA和cdma20001x三種制式的標準研究。并起草了一批通信行業(yè)參考性技術(shù)文件。2001-2004年的3G技術(shù)試驗過程中，3G技術(shù)試驗專家組先后三次組織制定和更新了三種制式的技術(shù)規(guī)范，經(jīng)過試驗驗證，這些規(guī)范基本構(gòu)成了我國3G標準體系，為我國3G技術(shù)標準的制定奠定了堅實的基礎(chǔ)。2004年初，CCSA正式全面啟動了3G系列標準的起草及審查工作，2004年底，完成了基于3GPP R4的TD-SCDMA第一版行業(yè)標準的起草與審查工作。
2006年1月，信息產(chǎn)業(yè)部以“信部科2006（91）號文”發(fā)布了TD-SCDMA方面的23項推薦性通信行業(yè)標準，包括Uu接口物理層技術(shù)要求（分六部分）、Uu接口層2技術(shù)要求（分兩部分）、Uu接口層3技術(shù)要求、Iub接口技術(shù)要求（分八部分）、無線接入子系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)要求、無線接入子系統(tǒng)設(shè)備測試方法、Iub接口測試方法、終端設(shè)備技術(shù)要求和終端設(shè)備測試方法（分兩部分）等標準。這些標準構(gòu)成了包括系統(tǒng)設(shè)備、終端設(shè)備以及相關(guān)接口所組成的TD-SCDMA無線接入網(wǎng)完整的標準體系，為TD-SCDMA系統(tǒng)設(shè)備、終端芯片和終端設(shè)備等產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)、測試驗證提供了嚴格、統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)。標準的發(fā)布必將進一步發(fā)揮其引導(dǎo)示范作用，為TD-SCDMA技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大提供重要的技術(shù)保障。
隨著技術(shù)發(fā)展和研究的深入，在制定TD-SCDMA基于3GPP R4的第一版行業(yè)標準中引入了N頻點（多載頻）特性。簡單來說，N頻點特性是針對未考慮多載頻配置對網(wǎng)絡(luò)運行的影響所帶來的一些問題而提出的。
具體地說，此前的TD-SCDMA標準（即納入3GPP R4的LCR TDD）中，在Uu接口、Iub接口均是針對各載頻分別進行資源的操作與配置，每個載頻都被當(dāng)作一個邏輯小區(qū)，在每個小區(qū)都配置一整套公共信道。如一個三扇區(qū)三載頻基站，將被視作9個小區(qū)，所有小區(qū)都發(fā)送各自的導(dǎo)頻和廣播信息等公共信道，而其中的BCH、FACH和PCH等公共信道在小區(qū)覆蓋區(qū)內(nèi)是全向發(fā)射的。因此在采用多載頻基站組網(wǎng)時，不但對基站發(fā)射功率要求較高，而且在同頻組網(wǎng)情形下，將可能在某些覆蓋區(qū)域存在大量的同頻鄰小區(qū)，而這些同頻鄰小區(qū)都配置有全向發(fā)射的公共信道，彼此間的干擾將很突出。因此在多載頻基站所組成的無線網(wǎng)絡(luò)中，可能出現(xiàn)諸如小區(qū)搜索困難、終端測量復(fù)雜、切換困難和系統(tǒng)效率偏低等問題。
為解決上述問題，面向同一扇區(qū)／小區(qū)配置多個載頻，行業(yè)標準中引入了N頻點技術(shù)。N頻點技術(shù)的主要特性包括：
●每小區(qū)／扇區(qū)配置N個（典型為3個）載頻，其中一個為主載頻，其它為輔載頻。承載P-CCPCH信道的載頻為主載頻，不承載P-CCPCH的載頻為輔載頻，每小區(qū)／扇區(qū)有且只有一個主載頻，同一UE所占用的上下行時隙配置在同一載頻上。
●所有公共信道均配置于主載頻，輔載頻僅配置業(yè)務(wù)信道和有條件地配置部分公共信道（如UE在切換時可以在輔載頻上使用UpPCH、FPACH信道進行上行同步建立）。
基于N頻點技術(shù)的原理，相應(yīng)地在上述已經(jīng)發(fā)布的Uu接口物理層技術(shù)要求、Uu接口層3技術(shù)要求和Iub接口技術(shù)要求等行業(yè)標準中將N頻點相關(guān)的技術(shù)內(nèi)容納入，N頻點技術(shù)實際也成為TD-SCDMA技術(shù)標準一個不可分割的組成部分。
采用N頻點系統(tǒng)設(shè)備，在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時可按照相鄰小區(qū)“主載頻異頻、輔載頻可同頻”原則組網(wǎng)，即考慮以三個載頻（5MHz）為最小頻率單元來組網(wǎng)。圖1給出了采用三個載頻（F1、F2、F3）按照這種原則進行頻率規(guī)劃的方式。即對兩個相鄰小區(qū)（小區(qū)1、小區(qū)2），其中小區(qū)1配置F1為主載頻，F(xiàn)2、F3為輔載頻；小區(qū)2配置F2為主載頻，F(xiàn)1、F3為輔載頻。則從頻率資源使用率這個角度看，完全可認為這兩個小區(qū)是“同頻”的。從圖1可看出，小區(qū)的主載頻和與其緊鄰的第一圈鄰小區(qū)的主載頻均是異頻的，因此將大大減少小區(qū)間公共信道的干擾。
圖1 N頻點組網(wǎng)頻率規(guī)劃方式
3、高速下行分組接入（HSDPA）
為了滿足用戶日益增長的對高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，3GPP在R5引入了HSDPA技術(shù)。對TD-SCDMA和WCDMA而言，HSDPA所采用的關(guān)鍵技術(shù)是基本一致的。
HSDPA采用共享HS-DSCH信道機制，通過使用自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）、混合自動請求重傳（HARQ）以及快速調(diào)度等技術(shù)獲得比較高的用戶速率和系統(tǒng)吞吐量。AMC能夠通過自適應(yīng)地調(diào)整HS-DSCH信道傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼方式，補償由于信道變化對接收信號所造成的衰落影響，其中調(diào)制方式可選擇QPSK或16QAM，信道編碼采用1/3 Turbo碼以及通過相應(yīng)碼率匹配后產(chǎn)生其它速率的Turbo碼，HARQ重傳機制采用了N信道停等（stop-and-wait，SAW）方式，合并機制采用增量冗余（IR）方式（Chase合并作為其一特例也被采用）。
HSDPA在UE和Node B的MAC層引入了MAC-hs實體，完成相關(guān)調(diào)度、反饋和重傳等功能。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)重傳直接在Node B進行控制，提高了重傳的速度，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延。同時。為了完成相應(yīng)的控制、調(diào)度和反饋，HSDPA在物理層引入了HS-SCCH和HS-SICH上行和下行兩條控制信道，快速完成UE和Node B之間的信息交互。
對于FDD，HSDPA理論峰值速率可達14.4Mbit/s。而對于3GPP R5中定義的TD-SCDMA HSDPA，1.6MHz帶寬上理論峰值速率可達到2.8Mbit/s。因此，與FDD HSDPA相比，TD-SCDMA HSDPA單個載波上可提供的下行峰值速率偏低，難以滿足用戶對更高速率分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。
在已經(jīng)發(fā)布的基于3GPP R4的第一版行業(yè)標準中。引入N頻點特性。因此，在2005年，業(yè)內(nèi)提出了將N頻點特性和HS-DPA特性有機結(jié)合起來，通過多載波捆綁的方式提高TD-SCDMA HSDPA系統(tǒng)中單用戶峰值速率，即所謂的多載波HSDPA方案。
多載波HSDPA方案的主要技術(shù)原理是當(dāng)發(fā)送給一個用戶的下行數(shù)據(jù)需在多個載波上同時傳輸時，由位于Node B的MAC-hs協(xié)議層對數(shù)據(jù)進行分流，即將數(shù)據(jù)流分配到不同的載波，各載波獨立進行編碼映射、調(diào)制發(fā)送。UE接收時，則需要有同時接收多個載波數(shù)據(jù)的能力，各個載波獨立進行譯碼處理后，由UE內(nèi)的MAC-hs協(xié)議層進行合并。多個載波上的HS-PDSCH物理信道資源為多個用戶終端以時分或者碼分的方式共享，一個用戶終端可被同時分配一個或者多個載波上的HS-PDSCH物理信道資源。
采用N個載波的多載波HSDPA方案，理論上可以獲得N倍2.8Mbit/s的峰值速率，如3載波的HSDPA方案理論的峰值速率可以達到8.4Mbit/s。
2005下半年起，針對多載波HSDPA方案，業(yè)內(nèi)企業(yè)和研究單位開展了多次富有成效的技術(shù)討論，方案得到了進一步完善。在此基礎(chǔ)上，2005年12月的CCSA TC5第8次全會上，TD-SCDMA HSDPA接口和設(shè)備的系列標準列入了行業(yè)標準制定計劃。與CCSA TC5第8次全會同期召開的TC5 WG9 #3會議和2006年3月的TC5 WG9 #4會議，已經(jīng)開始了對多載波HS-DPA方案和標準的討論。預(yù)計在2006年中，包含多載波HSDPA方案的TD-SCDMA HSDPA行業(yè)標準將基本完成起草工作。
4、上行鏈路增強技術(shù)
3GPP R5引入HSDPA后，下行鏈路的傳輸速率和吞吐量得到了很大提高。相比而言，上行鏈路速率和吞吐量偏低，為滿足要求更高的上行速率業(yè)務(wù)發(fā)展需要，3GPP從R6版本開始，開展了對上行鏈路增強或稱為高速上行分組接入（HSUPA）的研究和標準制定工作。
2003年6月，3GPP RAN第20次全會上，對TDD（包括LCR TDD和HCR TDD）上行鏈路增強的可行性研究被列為研究項目（study item）。研究目的是考察包括Node B快速調(diào)度、HARQ和AMC等上行鏈路增強技術(shù)對提高上行鏈路的覆蓋和吞吐量，降低時延的可行性和性能。
在隨后的時間內(nèi)，RAN1工作組主要承擔(dān)了該項研究工作，并取得了較好的進展，形成了一個技術(shù)報告（TR 25.804）。在2006年2月的RAN1 #44會議上，完成了針對TD-SCDMA上行增強技術(shù)的驗證工作。
TD-SCDMA上行鏈路增強研究和考慮的主要技術(shù)如下：
（1）Node B控制的快速分組調(diào)度
在3GPP R99／R4／R5版本標準中，支持對UE的傳輸格式組合（TFC）進行控制，但控制實體位于RNC。HSUPA中將TFC控制和時間調(diào)度功能移到Node B，可更好地對Node B接收機的上行干擾進行控制，降低背景噪聲提升（RoT）的擾動，從而提高上行容量、增大覆蓋。
由于TD-SCDMA系統(tǒng)中同一小區(qū)內(nèi)不同用戶采用相同擾碼，上行鏈路采用正交可變擴頻因子碼（0VSF）區(qū)分用戶，而上行OVSF碼字資源有限，因此需要對包括時隙和OVSF碼字的物理資源進行動態(tài)分配和重分配，避免出現(xiàn)碼資源短缺，保障系統(tǒng)上行鏈路高效工作。
綜上所述，Node B控制的快速分組調(diào)度作為一種TDD上行鏈路增強技術(shù)，包括如下兩個方面：快速控制用戶傳輸數(shù)據(jù)速率（即速率調(diào)度），以對上行干擾進行更好地控制；快速控制傳輸數(shù)據(jù)所用的時隙和OVSF碼字資源（即物理資源調(diào)度），從而有效地使用物理資源，避免碼字受限。
研究表明對諸如在線游戲這類對時延要求比較高的業(yè)務(wù)來說，Node B控制的分組調(diào)度可顯著降低分組時延。從另一個角度看，則在達到一定時延前提下，與R5調(diào)度方式相比能支持更多的用戶。分組呼叫的吞吐量與業(yè)務(wù)的統(tǒng)計特性尤其是分組呼叫的平均時長緊密相關(guān)，分組呼叫的平均時長越短，采用Node B控制的分組調(diào)度對提高吞吐量的作用就越大。
（2）HARQ
在HSUPA中上行鏈路引入HARQ。Node B控制的HARQ可對接收到的出錯數(shù)據(jù)進行快速重傳，從而降低了RLC層重傳次數(shù)和時延。由于Node B控制的重傳從時延開銷角度看更小，因此與R5相比物理信道可工作于誤碼概率稍高的條件下，這樣就提升了系統(tǒng)的容量。
（3）AMC
對于TD-SCDMA系統(tǒng)，R5標準中上行鏈路一般采用QPSK調(diào)制，8PSK為可選方式。由于TDD系統(tǒng)中上行碼資源有限，因此在I-ISUPA中引入更高階調(diào)制（如8PSK、16QAM）有可能提高系統(tǒng)的吞吐量。
（4）幀內(nèi)擾碼跳碼技術(shù)
對采用短碼的CDMA系統(tǒng)而言，跳碼技術(shù)可改善性能、降低性能的可變性。TD-SCDMA系統(tǒng)中，由擾碼和信道化碼一起構(gòu)成有效擴頻碼，小區(qū)內(nèi)在同一時隙上發(fā)送的各個突發(fā)，采用相同擾碼，但信道化碼各自是惟一的。目前的TD-SCDMA系統(tǒng)內(nèi)，擾碼作為小區(qū)的一個參數(shù)，除非終端進行了小區(qū)重選，否則擾碼是不變的。在幀內(nèi)逐時隙改變上行擾碼這種跳碼技術(shù)的性能。可作為TD-SCDMA上行鏈路增強的一種物理層技術(shù)進一步開展研究。
HSUPA的引入對無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議框架的影響，主要包括需引入新的增強型上行傳輸信道E-UCH（enhanced uplink channel）以及新的MAC功能實體。
2006年3月在三亞召開的3GPP RAN第31次全會上，正式通過了由我國相關(guān)企業(yè)和研究單位提出的開展TD-SCDMA上行鏈路增強工作項目（work item）建議，旨在將上行鏈路增強技術(shù)寫入3GPP R7規(guī)范。
按照工作計劃，2006年12月的3GPP RAN第34次全會上將完成規(guī)范工作。在這么緊張的時間內(nèi)要完成規(guī)范的制定工作，迫切需要相關(guān)企業(yè)和研究單位共同努力，高效地推進標準的逐步制定和完善。
5、HSPA演進與LTE
面對WiMAX等寬帶無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，為了保證3G系統(tǒng)持續(xù)演進的競爭力，3GPP從2004年開始了LTE的研究。LTE研究的目標是要使3GPP無線接入技術(shù)向“高數(shù)據(jù)速率、低延遲和優(yōu)化分組數(shù)據(jù)應(yīng)用”方向演進。2005年6月3GPP提出了LTE的系統(tǒng)需求，形成了需求報告TR25.913。隨后開始了對各種全新的空中接口技術(shù)和接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究，對LTE的研究也成為3GPP相關(guān)工作組的工作重點。我國的有關(guān)研究機構(gòu)和企業(yè)也積極參與到LTE的研究過程中，提交技術(shù)提案，部分提案已寫入物理層、層二和層三等評估報告中。從LTE研究的空中接口技術(shù)和接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來看，與此前的3GPP系統(tǒng)（包括HSDPA、HSUPA）相比，LTE可以認為是一種“革命性”的全新系統(tǒng)，基本摒棄了3GPP一直堅持的后向兼容原則。
在對LTE研究積極推進以及基本完成HSDPA、HSUPA（統(tǒng)稱HSPA）的標準制訂后，3GPP對基于HSPA無線網(wǎng)絡(luò)的容量和性能增強的研究也一直在進行。
業(yè)界普遍認為，HSPA網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)成未來3G系統(tǒng)不可或缺的部分，并且必須提供向LTE的平滑演進路徑。在全球主要移動運營商的推動下，2006年3月的3GPP RAN第31次全會通過了開展HSPA演進（HSPA+）研究項目的決定，試圖進一步對HSDPA、HSUPA進行增強，為未來的3GPP系統(tǒng)提供平滑的演進路徑，并且確定研究要遵循如下指導(dǎo)原則：
●HSPA的頻譜效率、峰值數(shù)據(jù)速率、時延性能應(yīng)繼續(xù)演進提高，并應(yīng)考慮與LTE系統(tǒng)的權(quán)衡。
●HSPA演進系統(tǒng)和LTE系統(tǒng)間的互操作應(yīng)使得從一種技術(shù)向另一種技術(shù)盡可能平滑，并應(yīng)便于兩種技術(shù)的共同運行。
●演進的HSPA網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能作為一種只使用共享信道、只提供分組業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)而運行。
●HSPA演進之前的終端（包括R99終端和HSPA終端）應(yīng)能與實現(xiàn)了HSPA演進新特性的終端共用同一載波，且性能不會降低，HSPA演進應(yīng)支持后向兼容。
●理想地，HSPA網(wǎng)絡(luò)設(shè)施應(yīng)可通過簡單升級就能支持HSPA演進所定義的部分特性。
按照計劃，預(yù)計在2006年底通過關(guān)于HSPA演進的研究報告。目前看來，HSPA+更強調(diào)與此前3GPP系統(tǒng)的后向兼容性，這與LTE是存在明顯差異的。如將LTE、HSPA+視作HSDPA、HSUPA之后的兩種發(fā)展方向，可以認為兩者實質(zhì)上存在一定的競爭，今后HSPA+與LTE的發(fā)展前景與相互關(guān)系目前尚難預(yù)料。HSPA+的研究剛剛起步，應(yīng)抓緊時間、集中力量積極開展TDD HSPA+的研究，取得較大突破，形成相應(yīng)的國際標準，將進一步擴大TD-SCDMA技術(shù)的后續(xù)發(fā)展空間。
6、結(jié)束語
對于當(dāng)前和今后一段時間內(nèi)TD-SCDMA的研究和標準化工作，首先需要業(yè)界群策群力，爭取在較短的時間內(nèi)高效地完成多載波HSDPA行業(yè)標準的制定，為產(chǎn)品的開發(fā)奠定技術(shù)基礎(chǔ)；與此同時，對HSUPA的研究和標準化也是一項重要而迫切的任務(wù)。在HSDPA、HSUPA標準化工作的基礎(chǔ)上，需要進一步對TD-SCDMA的繼續(xù)演進開展研究，并推動相關(guān)標準的制定。總之，標準化工作的任務(wù)是艱巨的，但應(yīng)該相信，TD-SCDMA技術(shù)和產(chǎn)品在實際應(yīng)用中將不斷發(fā)展，從而又將推動標準向前發(fā)展。
