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行業標準的制定現狀。并對TD-SCDMA標準引入HSDPA、HSUPA等增強型技術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。
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（RTT）被正式接納為IMT-2000方案之一，隨后開始了在3GPP組織內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無線接入技術在內的3GPP R4版本規范正式發布。此時，TD-SCDMA系統具備了一整套技術標準，構成了一個完整的移動通信系統。在3GPP的技術中，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在核心網絡、業務應用等方面共用技術標準，差異主要體現在無線接入網（RAN）部分，特別是在無線接口物理層技術方面。
2、我國TD-SCDMA行業標準的制定
在積極參與國際標準制定和完善的同時，國內的標準化組織等部門也在同步起草相關規范，并根據國際標準的最新版本不斷進行更新和完善。國內對3G的標準化工作主要是由信息產業部無線通信標準研究組（CWTS）、中國通信標準化協會（CCSA）和信息產業部3G技術試驗專家組進行的。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參考性技術文件。2001-2004年的3G技術試驗過程中，3G技術試驗專家組先后三次組織制定和更新了三種制式的技術規范，經過試驗驗證，這些規范基本構成了我國3G標準體系，為我國3G技術標準的制定奠定了堅實的基礎。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第一版行業標準的起草與審查工作。
2006年1月，信息產業部以“信部科2006（91）號文”發布了TD-SCDMA方面的23項推薦性通信行業標準，包括Uu接口物理層技術要求（分六部分）、Uu接口層2技術要求（分兩部分）、Uu接口層3技術要求、Iub接口技術要求（分八部分）、無線接入子系統設備技術要求、無線接入子系統設備測試方法、Iub接口測試方法、終端設備技術要求和終端設備測試方法（分兩部分）等標準。這些標準構成了包括系統設備、終端設備以及相關接口所組成的TD-SCDMA無線接入網完整的標準體系，為TD-SCDMA系統設備、終端芯片和終端設備等產品的設計、開發、測試驗證提供了嚴格、統一的技術依據。標準的發布必將進一步發揮其引導示范作用，為TD-SCDMA技術和產業的發展壯大提供重要的技術保障。
隨著技術發展和研究的深入，在制定TD-SCDMA基于3GPP R4的第一版行業標準中引入了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絡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，每個載頻都被當作一個邏輯小區，在每個小區都配置一整套公共信道。如一個三扇區三載頻基站，將被視作9個小區，所有小區都發送各自的導頻和廣播信息等公共信道，而其中的BCH、FACH和PCH等公共信道在小區覆蓋區內是全向發射的。因此在采用多載頻基站組網時，不但對基站發射功率要求較高，而且在同頻組網情形下，將可能在某些覆蓋區域存在大量的同頻鄰小區，而這些同頻鄰小區都配置有全向發射的公共信道，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絡中，可能出現諸如小區搜索困難、終端測量復雜、切換困難和系統效率偏低等問題。
為解決上述問題，面向同一扇區／小區配置多個載頻，行業標準中引入了N頻點技術。N頻點技術的主要特性包括：
●每小區／扇區配置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／扇區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，輔載頻僅配置業務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頻點技術的原理，相應地在上述已經發布的Uu接口物理層技術要求、Uu接口層3技術要求和Iub接口技術要求等行業標準中將N頻點相關的技術內容納入，N頻點技術實際也成為TD-SCDMA技術標準一個不可分割的組成部分。
采用N頻點系統設備，在無線網絡規劃時可按照相鄰小區“主載頻異頻、輔載頻可同頻”原則組網，即考慮以三個載頻（5MHz）為最小頻率單元來組網。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劃的方式。即對兩個相鄰小區（小區1、小區2），其中小區1配置F1為主載頻，F2、F3為輔載頻；小區2配置F2為主載頻，F1、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是“同頻”的。從圖1可看出，小區的主載頻和與其緊鄰的第一圈鄰小區的主載頻均是異頻的，因此將大大減少小區間公共信道的干擾。
圖1 N頻點組網頻率規劃方式
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據業務的需求，3GPP在R5引入了HSDPA技術。對TD-SCDMA和WCDMA而言，HSDPA所采用的關鍵技術是基本一致的。
HSDPA采用共享HS-DSCH信道機制，通過使用自適應調制編碼（AMC）、混合自動請求重傳（HARQ）以及快速調度等技術獲得比較高的用戶速率和系統吞吐量。AMC能夠通過自適應地調整HS-DSCH信道傳輸數據的調制和編碼方式，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碼以及通過相應碼率匹配后產生其它速率的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，完成相關調度、反饋和重傳等功能。在網絡側重傳直接在Node B進行控制，提高了重傳的速度，減少數據傳輸的時延。同時。為了完成相應的控制、調度和反饋，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據業務的需求。
在已經發布的基于3GPP R4的第一版行業標準中。引入N頻點特性。因此，在2005年，業內提出了將N頻點特性和HS-DPA特性有機結合起來，通過多載波捆綁的方式提高TD-SCDMA HSDPA系統中單用戶峰值速率，即所謂的多載波HSDPA方案。
多載波HSDPA方案的主要技術原理是當發送給一個用戶的下行數據需在多個載波上同時傳輸時，由位于Node B的MAC-hs協議層對數據進行分流，即將數據流分配到不同的載波，各載波獨立進行編碼映射、調制發送。UE接收時，則需要有同時接收多個載波數據的能力，各個載波獨立進行譯碼處理后，由UE內的MAC-hs協議層進行合并。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，業內企業和研究單位開展了多次富有成效的技術討論，方案得到了進一步完善。在此基礎上，2005年12月的CCSA TC5第8次全會上，TD-SCDMA HSDPA接口和設備的系列標準列入了行業標準制定計劃。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，已經開始了對多載波HS-DPA方案和標準的討論。預計在2006年中，包含多載波HSDPA方案的TD-SCDMA HSDPA行業標準將基本完成起草工作。
4、上行鏈路增強技術
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務發展需要，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快速調度、HARQ和AMC等上行鏈路增強技術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，RAN1工作組主要承擔了該項研究工作，并取得了較好的進展，形成了一個技術報告（TR 25.804）。在2006年2月的RAN1 #44會議上，完成了針對TD-SCDMA上行增強技術的驗證工作。
TD-SCDMA上行鏈路增強研究和考慮的主要技術如下：
（1）Node B控制的快速分組調度
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系統中同一小區內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分配和重分配，避免出現碼資源短缺，保障系統上行鏈路高效工作。
綜上所述，Node B控制的快速分組調度作為一種TDD上行鏈路增強技術，包括如下兩個方面：快速控制用戶傳輸數據速率（即速率調度），以對上行干擾進行更好地控制；快速控制傳輸數據所用的時隙和OVSF碼字資源（即物理資源調度），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務來說，Node B控制的分組調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調度方式相比能支持更多的用戶。分組呼叫的吞吐量與業務的統計特性尤其是分組呼叫的平均時長緊密相關，分組呼叫的平均時長越短，采用Node B控制的分組調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據進行快速重傳，從而降低了RLC層重傳次數和時延。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，這樣就提升了系統的容量。
（3）AMC
對于TD-SCDMA系統，R5標準中上行鏈路一般采用QPSK調制，8PSK為可選方式。由于TDD系統中上行碼資源有限，因此在I-ISUPA中引入更高階調制（如8PSK、16QAM）有可能提高系統的吞吐量。
（4）幀內擾碼跳碼技術
對采用短碼的CDMA系統而言，跳碼技術可改善性能、降低性能的可變性。TD-SCDMA系統中，由擾碼和信道化碼一起構成有效擴頻碼，小區內在同一時隙上發送的各個突發，采用相同擾碼，但信道化碼各自是惟一的。目前的TD-SCDMA系統內，擾碼作為小區的一個參數，除非終端進行了小區重選，否則擾碼是不變的。在幀內逐時隙改變上行擾碼這種跳碼技術的性能。可作為TD-SCDMA上行鏈路增強的一種物理層技術進一步開展研究。
HSUPA的引入對無線網絡協議框架的影響，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企業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寫入3GPP R7規范。
按照工作計劃，2006年12月的3GPP RAN第34次全會上將完成規范工作。在這么緊張的時間內要完成規范的制定工作，迫切需要相關企業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的快速發展，為了保證3G系統持續演進的競爭力，3GPP從2004年開始了LTE的研究。LTE研究的目標是要使3GPP無線接入技術向“高數據速率、低延遲和優化分組數據應用”方向演進。2005年6月3GPP提出了LTE的系統需求，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和接入網絡結構的研究，對LTE的研究也成為3GPP相關工作組的工作重點。我國的有關研究機構和企業也積極參與到LTE的研究過程中，提交技術提案，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和接入網絡架構來看，與此前的3GPP系統（包括HSDPA、HSUPA）相比，LTE可以認為是一種“革命性”的全新系統，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（統稱HSPA）的標準制訂后，3GPP對基于HSPA無線網絡的容量和性能增強的研究也一直在進行。
業界普遍認為，HSPA網絡將構成未來3G系統不可或缺的部分，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系統提供平滑的演進路徑，并且確定研究要遵循如下指導原則：
●HSPA的頻譜效率、峰值數據速率、時延性能應繼續演進提高，并應考慮與LTE系統的權衡。
●HSPA演進系統和LTE系統間的互操作應使得從一種技術向另一種技術盡可能平滑，并應便于兩種技術的共同運行。
●演進的HSPA網絡應能作為一種只使用共享信道、只提供分組業務的網絡而運行。
●HSPA演進之前的終端（包括R99終端和HSPA終端）應能與實現了HSPA演進新特性的終端共用同一載波，且性能不會降低，HSPA演進應支持后向兼容。
●理想地，HSPA網絡設施應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，預計在2006年底通過關于HSPA演進的研究報告。目前看來，HSPA+更強調與此前3GPP系統的后向兼容性，這與LTE是存在明顯差異的。如將LTE、HSPA+視作HSDPA、HSUPA之后的兩種發展方向，可以認為兩者實質上存在一定的競爭，今后HSPA+與LTE的發展前景與相互關系目前尚難預料。HSPA+的研究剛剛起步，應抓緊時間、集中力量積極開展TDD HSPA+的研究，取得較大突破，形成相應的國際標準，將進一步擴大TD-SCDMA技術的后續發展空間。
6、結束語
對于當前和今后一段時間內TD-SCDMA的研究和標準化工作，首先需要業界群策群力，爭取在較短的時間內高效地完成多載波HSDPA行業標準的制定，為產品的開發奠定技術基礎；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。在HSDPA、HSUPA標準化工作的基礎上，需要進一步對TD-SCDMA的繼續演進開展研究，并推動相關標準的制定。總之，標準化工作的任務是艱巨的，但應該相信，TD-SCDMA技術和產品在實際應用中將不斷發展，從而又將推動標準向前發展。
