基于多载频技术的TD-SCDMA标准演进

TD-SCDMA标准的形成

　　TD-SCDMA作为具有我国自主知识产权的第三代移动通信标准，在我国的通信发展史上具有重要的意义。1999年TD-SCDMA标准以其具备的技术优势被ITU采纳，作为ITU认可的第三代移动通信无线传输技术之一，列入ITU-R M.1457。在2001年3月，TD-SCDMA被正式列入3GPP关于第三代移动通信系统的技术规范，包含在Release 4版本中，这表明TD-SCDMA作为一个国际标准，被众多的业界通信制造商和运营商所接受，并为以后的市场化打开了局面。

　　2002年10月23日，信息产业部公布TD-SCDMA频谱规划，为TD-SCDMA标准划分了总计155MHz的非对称频段，这一丰富的频率资源，为TD-SCDMA的发展提供了更为充分的条件。2006年1月20日，信息产业部正式颁布了作为第三移动通信技术的TD-SCDMA系列行业标准，为TD-SCDMA的商业运营奠定了良好的基础。近年来，TD-SCDMA的后续增强和演进技术一直在业界进行研究和完善，并以标准的形式逐步得以确立，形成了比较完整的TD-SCDMA技术发展路标。

　　TD-SCDMA技术诠释

　　在3GPP Release 4的接入技术中，引入了具有我国自主知识产权的TD-SCDMA标准，由于该标准使用的是时分双工，码片速率是1.28 Mcps，相比3.84Mcps TDD的速率较低，被称为“Low Chip Rate TDD”（LCR TDD）。

　　TD-SCDMA不仅采用了TDD的时分双工模式，还综合了多种接入技术：TDMA（时分多址）、CDMA（码分多址）、FDMA（频分多址）和SCDMA（空分多址）的特点，并能够支持国际电联在承载业务能力和不同无线传播环境方面对第三代移动通信系统的要求。此外TD-SCDMA还采用了智能天线、联合检测、同步CDMA等先进的关键无线技术，在频谱利用率和不对称业务的支持等方面，具有比较突出的优势。

　　作为一个时分双工的系统，TD-SCDMA空中接口的上行和下行工作在同一频率的不同时隙上，1.6MHz的带宽相对使用5MHz*2成对带宽的FDD（即WCDMA）和5MHz带宽的3.84Mcps TDD来说，具有更高的灵活性。通过上下行时隙数量的灵活配置，它能够很好的支持非对称业务。作为一个独立的移动通信系统，它还可以支持与GSM、 WCDMA或3.84Mcps TDD系统之间的切换和漫游。

　　从制定标准的角度讲，TD-SCDMA最大程度地和3.84Mcps TDD技术保持了共同性。在空中接口的高层协议和网络设施方面，TD-SCDMA都和其他模式保持了尽可能的相同。但在物理层结构和关键技术方面，TD- SCDMA却有着自己的特点。因此在高层的信令和接口协议中，对一些字段和参数做了相应的增加、修改或者扩展，来适应对物理层的支持。

　　物理层是TD-SCDMA最具有特色的地方，在空中接口物理层的帧结构、同步机制等方面，TD-SCDMA有其自身的特点。

　　TD-SCDMA的无线帧周期为10ms，一个无线帧周期被分成2个相同的5ms的子帧。每一个无线帧，被分为7个业务时隙和3个特殊时隙： DwPTS（下行导频时隙），GP（保护间隔）和UpPTS（上行导频时隙）。之所以要划分出2个5ms的子帧，主要是为了用来满足空中接口快速功率控制（每秒最大200次）和智能天线的波束赋型的需要。

　　事实上，由于传播时延的影响，上下行之间的切换可能会带来干扰。这种干扰决定了小区的大小。通过“DwPTS（下行导频）□GP（保护间隙） □UpPTS（上行导频）”的结构，上行和下行时隙间有了适当的间隔，相互间的干扰很大程度上得到了避免，同时GP的长度也决定了小区的覆盖半径，理论上最大半径可以达到11.25公里。

　　物理层过程中，最主要的不同点在于TD-SCDMA采用上行同步，和3.84 Mcps TDD中采用的由高层执行的定时提前的同步方式不同。由于减少了高层的参与，实现更为有效和直接。另外每秒200次的快速闭环功率控制用来减小干扰，抵抗深衰落。

　　TD-SCDMA HSDPA演进

　　为了能够更好地满足无线数据业务的急剧增加对网络性能带来的需求，3GPP Release 5引入了一项重要的增强技术——HSDPA（全称为高速下行分组接入）。它采用共享的下行信道进行数据传输，可以达到更高的数据吞吐量，它适合于瞬时下行速率要求较高的高突发性业务，并能有效降低数据重传的程度和传输时延，特别适合如视频点播、网上冲浪等各种上下行不对称的数据业务。

    HSDPA中采用了AMC（自适应调制编码）、HARQ（混合自动重传请求）等增强技术提高下行的吞吐量。HSDPA的调制方式采用QPSK和 16QAM，并使用更灵活的速率匹配机制实现多种编码速率。AMC在物理层实现了链路的自适应功能：下行的发送机制（包括调制方式、编码速率等等）将根据无线链路的条件在每一个发送时间间隔（TTI）进行实时的改变。而另一个主要特征HARQ和相应的HSDPA调度功能，则是在媒体接入控制层（MAC）完成。在UMTS无线接入网，这些功能都被包含在一个新的实体——MAC-hs。MAC-hs位于UE和NodeB，因此HSPDA的重传、调度都是由基站来完成的。由于减少了Iub接口的消息过程和RNC的参与，重传的时延被缩短、效率得到提高。 

　　3GPP Release 5也制定了TD-SCDMA的HSDPA技术规范，下行方向上定义了高速下行共享信道（HS-DSCH）完成高速的下行数据传输。作为一个时间共享的传输信道，它被映射到一个新定义物理下行数据信道——高速物理下行共享信道（HS-PDSCH）。和HS-DSCH相关的两个物理层的共享控制信道：下行的 HS-SCCH和上行的HS-SICH，也在规范中定义，通过这两个控制信道的配合，完成数据传输的闭环控制。

　　下行HS-DSCH信道用于承载高速共享信道的数据。对于TD-SCDMA系统，承载HS-DSCH的HS-PDSCH的扩频因子可以使用 SF16或SF1，多条HS-PDSCH可以采用码复用的方式用于多个UE，也可以给具有多码能力的一个UE使用。在时域上，TD-SCDMA的传输时间间隔为5ms。

　　HS-SCCH来发送HS-DSCH信道的控制信息。当UE要接收数据时，会先到HS-SCCH来监听在下一个HS-DSCH TTI上是否是传递给自己的数据，HS-SCCH要比HS-DSCH提前最少2个时隙。HS-SCCH携带该每一个HS-DSCH TTI相关的下行信令，包括UE的唯一标识；传输格式和资源信息（TFRI）；HARQ指示：指示UE当前数据块是否是传送过的数据块的重传。

　　UE用高速共享信息信道（HS-SICH）来传送HARQ的确认信息和信道质量，从而为NodeB的分组调度和重传提供反馈。HS-SICH和关联的HS-DSCH之间是最小8个时隙的定时关系。该信道由下行数据块的接收响应ACK/NAK和信道质量指示（CQI）两部分组成，共有8bit，3 条信道之间需要按照高层指定的时序关系，协同工作，从而完成高速可靠的下行数据传输。概括说来主要是依靠UE测量并上报接收的数据质量，NodeB根据反馈合理调整无线资源来实现对共享信道的快速调度和数据传输。