TDSCDMA移动通信技术的发展与未来演进论文36911

TD-SCDMA移动通信技术的发展与未来演进摘要时分一同步码分多址（TDSCDMA）作为具有中国自主知识产权的第三代移动通信标准之一，即将全面商用化。TDSCDMA未来的增强和演进是目前热点问题之一，各种方案不断提出，但还没有一个结合短期发展和长期发展的可持续发展计划。根据采用的关键核心技术不同，文章提出了TDSCDMA增强和演进的4阶段论：第一阶段为当前的TDSCDMA阶段：第二阶段是TDSCDMA短期演进，即HsxPA阶段（包括HSDPA、HSUPA和HSPA演进）；第三阶段是长期演进阶段：最后一阶段是基于TDSCDMA的时分双工（TDD）超3G(B3G)或者第4代移动通信系统阶段。详细描述了演进过程中每个阶段的主要特点，以及多输入多输出（MIMO）、正交频分复用（OFDM）等新技术在演进过程的使用。关键词时分同步码分多址；高速数据分组接入；高速上行分组AbstractTime Division-Synchronous Code Division Multiple Access(TD-SCDMA),a home-grown standard for the third generation mobile Communications, is already mature and ready for commercial deploy ment.The enhancement and evolution of TD-SCDMA systems is a hot topic these days.Many strategies have been proposed,but there are no integrated solutions that can jointly consider the development both in the short term and in the long term.This paper discusses four evolution phases for TD-SCMA enhancement and evolution,which are proposed according to the Key technologies.Phase l is about the existing TD-SCDMA system.Phase 2 is the short term evolution of the system,i.e.the period of HsxPA,including evolution of High Speed Downlink Packet Access(HSDPA),High Speed Uplink packet Access(HSUPA) and High Speed packet Access(HSPA).Phase 3 is the Long Term Evolution(LTE).Phase 4is the Beyond 3G(B3G)/Fourth Generation(4G)mobile communication Time Division Duplex(TDD)system,based on TD-SCDMA.Key characters for every Evolution phase are discussed,as well as the new technologies adopted in The evolution process,such as Multiple lnput Multiple Output(MIMO) and Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM).Keywords WiMAX; CDMA;TD-SCMA;HSDPA;HSUPA;LTE不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外发展现状21.3 本文研究内容2第2章 TD-SCDMA移动通信发展过程32.1 TD-SCDMA第1阶段42.1.1 单载波技术42.1.2 多载波技术42.2 TDSCDMA第2阶段52.2.1 单载波技术52.2.2 多载波技术62.2.3 MIMO与HSxPA的结合62.2.4 分布式天线系统技术62.2.5 MBMS技术72.2.6 TDSCDMA和BWA的融合72.3 TDSCDMA LTE阶段82.3.1 LTE单载波系统82.3.2 LTE正交多载波技术92.3.3 MIMOOFDMA技术92.3.4 灵活的动态频率选择机制92.3.5 无线Mesh92.3.6 点对点通信技术112.4 基于TDSCDMA的第4代移动通信系统12第3章 移动通信发展及演进走向分析143.1 中国3G决策已经明朗143.2 发展3G是移动通信产业的主流15第4章 自主创新在3G演进中的延续与强化16 4.1 预测3G的演进途径及目前预计的困难 16 4.2 自主创新在现代通信技术发展中的重要性 16 4.3 中国3G的演进路线及有利的成长环境 164.4 自主创新取得的优异成绩及未来发展的前景 17结论18致谢19参考文献20千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景时分一同步码分多址（TD-SCDMA）是由中国提出的时分双工（TDD）模式的第3代移动通信技术标准，是3GPP标准的一个重要组成部分。TD-SCDMA采用了很多先进的无线通信技术，如上行同步码分多址、智能天线、联合检测、软件无线电、接力切换和动态信道分配技术等1。TDD模式不需要对称频带，无线资源在上下行间可以灵活分配，更适合于数据传输这样的非对称业务，在无线频带资源起来越短缺的今天，逐渐成为B3G/4G系统研究的焦点。在中国，频分双工（FDD），包括宽带码分多址（WCDMA）和CDMA2000模式，总共分得90MHz频带带宽，而TDD模式分得了155MHz的带宽，反映出中国政府对TD-SCDMA的大力支持，并预示了其良好的发展前景。与WCDMA和CDMA2000系统相比，TD-SCDMA有其技术上的优势，但缺乏商用经验。而在未来的演进过程中，TD-SCDMA与WCDMA具有很好的兼容性，这为未来在多系统之间进行切换和漫游打下了良好的基础。同时TD-SCDMA与WCDMA使用的都是3GPP提出的核心网版本，这种天然的结合使两种系统在未来的发展道路上可以相互补。从商业和投资的角度来看，核心网只占总系统投资的30%左右，所以，在未来演进过程中，TD-SCDMA与WCDMA的兼容依然是研究的重点。虽然与CDMA2000系统的体系结构有较大的差异，但为了全球通信服务的普遍性和用户的方便性，与CDMA2000系统的兼容也成为商业和技术研究关注的焦点。TD-SCDMA在热点覆盖地区峰值速率可达2Mb/s,在中速移动环境下可达384kb/s,在高速移动环境下可达144kb/s.然而随着移动移动业务的高速增长，TD-SCDMA的2Mb/s的峰值速率将无法满足需求。同时，根据国际电信联盟（ITU）的估计，新的B3G蜂窝系统可提供的100Mb/sGb/s的峰值速率预计将在2015年实现。与CDMA2000采用3载波的技术相似，TD-SCDMA也有单载波和多载波系统之分，采用多载波可以实现更高的传输速率，但也会加大系统的复杂度。另一方面，移动通信技术和无线宽带接入技术的融合也进行得如火如茶。TD-SCDMA与无线局域网（WLAN）的融合可以在室内环境或热点地区提供54Mb/s的峰值速率，有效地弥补了TD-SCDMA热点地区的覆盖。随着以IEEE802.16系列标准为基础的无线城域网技术（一般称为WIMAX）的发展，TD-SCDMA与WIMAX的融合也已进入正式规划日程当中，并成显现今技术讨论的焦点。WIMAX可以在20MHz的带宽下提供75Mb/s的峰值速率，为TD-SCDNA系统起到了强有力的补充效果，尤其是IEEE802.16e的提出，使融合系统在移动速度支持上得到很大改善。1.2 国内外发展现状3GPP从2004年11月开始着手其长期演进计划（LTE），LTE的目标是增大蜂窝通信系统的覆盖范围和容量，提高吞吐量，降低成本并减少服务时延，同时改善服务质量，为用户提供新的体验和感受。LTE的发展将在现有3G规划频带上，以成熟的B3G新技术为基础，向B3G/4G系统平滑过渡，并保持通信系统在未来的可持续发展性。中国政府出资发展TDD未来演进系统，并致力于B3G/4GTDD系统中空中接口和新网络构架等关键技术的研究。其目标是对3G网络的全网覆盖，并提供100Mb/s1G/s的峰值速率。通过采髟多输入多输出（MIMO0）多天线技术和正交频分复用（OFDM）多载波技术，第一个发布版本在20MHz的带宽内在下行传输中可以实现100Mb/s的速率，在上行可达50Mb/s的传输速率，同时，频带利用率可达2bps/Hz5bps/Hz。由于TDD系统的众多优点，TD-SCDMA演进 LTE/B3G TDD将势在必行。1.3 本文研究内容本文论述了TDD系统由TD-SCDMA到TDD未来演进系统的演进过程。由于TDD未来演进系统到2015年才能实现商用，并且TD-SCDMA到TDD未来演进系统数据速率的跨度很大，所以在TD-SCDMA到TDD未来演进系统过程中必将存在一些过渡阶段。TD-SCDMA的演进从引入新技术角度和峰值速率角度大体可分为4个阶段，而每个阶段又有着不同的技术层次：TD-SCDMA单载波和多载波阶段、HSx PA TDD的单载波和多载波以及与无线宽带技术融合阶段、LTE TDD单载波和多载波阶段、TDD未来演进阶段（TDD B3G/4G）。第2章 TD-SCDMA移动通信发展过程TD-SCDMA的演进目标是提供更高速率的服务，降低时延和成本，改善覆盖范围和容量。而为了达到这样的目的，将引入许多先进的技术，如自适应调制编码（AMC）、混合自动请求重传（HARQ）、OFDM、MIMO和多载波技术等，其中许多革命性技术在演进过程中起着关键的作用，是峰值速率不断提高的根本动力。在TD-SCDMA演进的过程中，随着用户业务需求的不断扩大，单载频系统中的部分小区（例如繁华地带）可能会出现业务量过大而无法承受的情况，因此必须考虑使用新的技术方案石料对系统进行扩容。系统扩容可以通过小区分裂或者增加载频等方式来实现。相对于前者来说，后者对网络规划、设计等影响较小，且成本更低。因此，引入多载波技术可以有效解决系统容量不足的问题。通过引入HsxPA（包括HSDPA 和HSUPA，还有增强技术HSPA+）能够进一步地提高上下行链路数据业务的吞吐量，HsxPA时代最显著的技术是AMC和HARQ。图2-1 TD-SCDMA演进及4阶段演进论MIMO和OFDM技术可以有效地改善频谱效率，随着计算机的发展和现代信号处理技术的进步，快速傅立叶变换/快速傅立叶逆变换FFT/IFFT的实现使OFDM技术在系统中实现的复杂程度大大降低。随着MIMO多天线技术的发展，在通信链路中引入了空域的概念，与时域、频域和码域一起获得集或复用增益，使通信系统的容量成倍增加，从而从本质上提高了传输速率。但MIMO技术更适于平坦信道，而在宽带无线通信中大爽是频率选择性信道，这时，OFDM与MIMO的结合，恰好利用了OFDM的循环前缀（CP）技术，克服多径影响，把频率选择性信道改造为平坦信道，再应用MIMO技术，传输增益显著3。如上所述，从TD-SCMA到TDD未来演进时代的演进过程如图2-1所示，演进过程大体分为4个阶段，每个阶段又分不同层次：分别是单载波/多载波TD-SCDMA系统、单载波/多载波HsxPA系统、LTE系统和基于TD-SCDMA的第4代移动通信系统（即TDD B3G/4G）。2.1 TD-SCDMA第1阶段第一阶段主要包括单载波和多载波的TD-SCDMA，采用的关键技术包括CDMA、上行同步、智能天线、联合检测、动态信道分配等，核心网基于3GPP标准的R4版本，单载波极限速率为2Mb/s，而对于N载波技术，理论极限速率可以达到N2Mb/s。2.1.1 单载波技术TD-SCDMA阶段就是现在的TD-SCDMA系统，采用了智能天线、联合检测、动态信道分配、软件无线电、上行同步码分多址技术、接力切换、低码片速率、多时隙、可变扩频、自适应功率调整和3GPP提出的高层协议和核心网。TD-SCDMA核心网采用R4版本。TD-SCDMA与WCDMA系统有很好的兼容性，并且满足了国际电联和3GPP提出的3G系统的指标要求，实现了3G的的各种场景环境。由于采用TDD模式，上下行链路使用同一频率，同一时刻上下行链路的空间物理特性相似，可以采取一些自适应无线信号处理技术，同时实现上下行链路间的灵活切换。这一模式的优势是，在上下行链路间的时隙分配可以被一个转换点改变，满足不同的业务。TD-SCDMA与联合检测相结合，在传输容量方面有显著增益。通过引进智能天线，容量还可以进一步提高。智能天线凭借其天线定向性和智能性减小了区内和小区间的干扰，能够提供更好的通信质量，提高系统容量，并且扩大小区的覆盖范围。2.1.2 多载波技术多载波技术是相对单载波技术而言的，就是在一个小区中配置多个载频。若将每个载频视为一个逻辑小区，则多载波小区实际上等效于将原来独立的多个单载波小区合并到一起，并将公共信道进行合并，这样就形成了一大体上多载波小区，从面而大大提高系统的业务承载能力。多载波技术的提出是从发展的角度看待网络容量的演变，这将有利于TD-SCDMA系统的进一步完善。在不考虑频率间相互干扰的情况下，多载波TD-CDMA系统的容量将会是单载波系统容量的N倍（N为载波数）。然而由于小区内载频间的混叠干扰，系统容量将会小于N倍单载频系统的容量。2.2 TDSCDMA第2阶段TDSCDMA演进的第二阶段主要包括引入高速数据分组接入（HSDPA）和高速上行分组接入（HSUPA），同时需要考虑和其他无线宽带接入系统的融合，共同支撑高速数据业务的传输，比如TDSCDMATwimax在核心网的融合等。此时采用的关键技术主要包括AMC、HARQ、快速分组调度（FPS）等，核心网基于IP多媒体子系统（IMS），对于单载波HSDPA/HSUPA来说，理论极限速率为2.8MB/s,对于3载波HSDPA/HSUPA来说，理论极限速率为8.4MB/S；当与wimax融合时，其理论极限速率可达75MB/S（20MHZ带宽时）。2.2.1 单载波技术HSxPA可以在现有TDSCDMA网络的基础上进行演进，在无线接入网络相应地修改，使得下行传输速率提升到每载波2.8MB/S,其中网络架构及核心网络保持不变。HSxPA是一种新的通用移动通信系统陆地无线接入网（UTRAN）传输技术，是对普通传输技术的一种补充。它通过采用高阶调制方式和快速重传机制增加系统吞吐量，减少传输时延，提高峰值速率。HSxPA与普通传输技术相比，其主要区别在于对信道质量变化进行补偿。普通传输技术通过快速功率控制维持恒定的数据速率，适合实时数据的传输，例如话音业务。在HSxPA中，所有用户的下行总发射功率传输过程中维持恒定。假定每个用户的功率保持恒定，则离基站近的用户路损较小，干扰较低，从而信道容量更高。离基站远的用户信道容量相对较低，HSxPA通过改变编码调制方式，以及HARQ机制来使数据速率随信道容量的变化而变化。显然，这种方式不能用于承载实时业务，但对数据业务则非常合适。在信道质量良好的情况下，HSxPA的理论峰值速率可以达到2.8MB/s。如果捆梆多个载波提供HSxPA的话，理论峰值可以达到N2.8MB/s（N为载波个数）。在这个阶段里，根据3GPP的R5版本，基于全IP的核心网将建成并投入使用，并引入IMS以提供基于IP的服务质量（Qos）。2.2.2 多载波技术在TDSCDMA系统中，由于每个载波带宽只有1.6MHz，所以即使使用5个下行时隙，TDD HSxPA也只能达到2.8MB/s的下行速率。而FDD的理论值速率能达到14.4MB/s，WLAN能达到54MB/S。与它们相比，TDSCDMA有不错的频谱效率，然而单个用户的峰值速率则远远不够。若采用多载波的与HSxPA，允许用户同时在多个载波上收发数据，则在3个载波的情况下，数据被分配到3个载波上同时传输，数据传输速率可以达到8.4MB/s。随着载波个数的增长，峰值速率还可以继续增长。这种方案的好处是，既可以达到很高的峰值速率，又可以实现灵活的配置。录所在地区的数据业务需求不是很大时，可以只使用一部分载波捆绑实现HSxPA业务。随着需求的增长，可以通过网络重新规划，使用更多的载波提供HSxPA业务。对于WCDMA，如果要在10MHz的带宽内提供HSDPA，要求上、下行的5MHz带宽分别都是连续的。而TDSCDMA则可以使用6个分离的1.6MHz载波。在载波资源受限的情况下，这无疑是一个极大的优势。2.2.3 MIMO与HSxPA的结合在通信系统中，通过采用多天线技术、在空域上实现空间分集、空间复用和波束成形，系统性能和传输能力能够得以很大提高。尤其在发送和接收时，不同天线上的衰落相对独立，信道容量和天线数呈线性增长关系。3GPP在R5版本中已经提出了很多MIMO方案来增强系统性能（如基于每根天线的速率控制）。在R6版本中，3GPP将MIMO技术引入TDSCDMA系统，从而在3载波上可实现14.4MB/s的峰值速率。有关HSxPA的演进和增强（称为HSPA+）目前还在标准化过程中，建议采用MIMO和高阶调制编码方案，以提供更高的传输速率。2.2.4 分布式天线系统技术TDSCDMA采用了智能天线和联合检测技术，系统容量受限主要是由于小区间干扰引起的，而不是由于小区内干扰引起的。TDSCDMA小区的呼吸效应并不明显，如果可以减弱小区间干扰，就可进一步改善系统容量。使用分布式天线可以增加覆盖范围并减少快衰影响。分布式天线采用多根邻近的天线使用一个处理单元的方法，形成一个逻辑的多天线阵列，同时为用户服务。下行同时发射相同的信号给用户，上行多个天线同时接收，送回处理中心进行处理。天线端尽量简化以减少成本，除了基本的部分，对信号的处理通常集中在处理中心。分布式天线系统对服务区域实现了较好的均匀覆盖，性能得到提高，特别是提高了切换的性能，当用户在同一个服务区域内移动时，尽管使用了不同的天线为其服务，但不需要进行切换。通过多个不同地点天线的接收，可以实现宏分集以抵抗阴影衰落。资源管理更加灵活，处理中心可以实现统一动态地分配资源，优化资源使用，极大地提高频谱效率，并且通过软件配置、管理的小区结构能更好的适应不同时段、不同地点的业务变化。2.2.5 MBMS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，而其中许多业务已经在现网中开始运营，如果将MBMS引入网络，能够为增加业务传送容量带来收益。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10MHz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被充，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。2.2.6 TDSCDMA和BWA的融合TDSCDMA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速率业务，如IEEE802.11aWLAN可以提供54mb/s的峰值速率。TDSCDMA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TDSCDMA来实现全网覆盖。TDSCDMA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20MHz的带宽下提供75mb/s的峰值速率，为TDSCDMA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。TDSCDMA和BWA的融合需要TDSCDMA终端可以同时支持BWA接入和TDSCDMA蜂窝网接入。并且TDSCDMA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。2.3 TDSCDMA LTE阶段TDSCDMA演进的第3个阶段则是LTE，LTETDD是TDSCDMA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（1.25MHz、1.6MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz）和分布式无线接入网络。通过使用MIMO和OFDM技术，在20MHz的带宽内下行峰值速率可达到100MB/s,上行可达到50MB/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（DFTSOFDM），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，以获得最大程序上的频率分集增益。IFDMA的信号在时域设计，从而实现了低峰均值比（PAPR）。在LTE阶段，TDSCDMA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。由于采用了选进的物理层处理机制，其频谱效率将为25bps/Hz。2.3.1 LTE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（SCFDMA）中抉择，最终由于多载波方案的高峰均比问题，面采用单载波方案作为上行链路方案。SCFDMA单载波系统包括IFDMA和SOFDM系统。SCFDMA单载波系统中，DFTSOFDM和IFDMA两系统的比较成为业界焦点。IFDMA系统是时域处理的SCFDMA单载波系统，而DFTSOFDM的PARR性能好，但频谱效率略低；DFTSOFDM与OFDMA系统比IFDMA实现起来更加复杂。与IFDMA系统相比，DFTSOFDM与OFDMA系统有更好的兼容性。由以上结果可以看出DFTSOFDM更适合作上行的单载波系统。2.3.2 LTE正交多载波技术在3GPPLTE中，下行链路方案是多载波OFDMA系统。无论是在3GPPLTE还是在wimax中，OFDMA都毫无争议地成为下行链路方案。和其他系统相比，OFDMA有更好的频谱效率，实现起来并不复杂，而多载波的高PAPR问题，可以在基站端做相对复杂的处理以减少PAPR，因此最终的多址接入方案应考虑为了减少PAPR所带来的额外复杂度和链路性能增益之间的平衡度。当MIMO多天线技术与OFDMA相结合时，会带来更大的增益和更优的系统性能。2.3.3 MIMOOFDMA技术MIMOOFDMA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。2.3.4 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。TDSCDMA系统将在LTE TDD系统之前部署，所以未来的频率演变中使用1.6MHz是很有可能的。另外LTE TDD在中国也应该考虑1.25MHz、5MHz、10MHz、20MHz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。2.3.5 无线Mesh在传统的蜂窝网中，使用的点对多点的结构，如图2-2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断，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达传输速率以加覆盖距离。发射功率一船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（MASH）则不同，MASH结构正是多跳与多点到多点的融合，如图2-3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舆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大，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。图2-2 传统点对多点网络拓扑结构图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住处和控制信令信息分开，以减少服务时延，降低系统事例和部署的成本。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。图2-3 Mesh网络拓扑图2.3.6 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。图2-4 传统的点对多点结构和点对点结构2.4 基于TDSCDMA的第4代移动通信系统对于基于TDSCDMA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（IMTAdvanced）提出的高速和低速移动环境下峰值速率分别达100MB/S和1GB/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（Cognitve 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提供模式，这种模式以屏蔽底层网络初稿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，这些网络中可以分担服务负载，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和传输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彩用。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选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。第3章 移动通信发展及演进走向分析3.1 中国3G决策已经明朗在“3G在中国”2007峰会上，信息产业部科技司司长闻库以“TDSCDMA已经实现了跨越式的发展，已经形成了包括系统、终端、芯片、软件等较完善的TDSCDMA产业链”的论述，再次肯定了TDSCDMA的进展。实际上，今年3月26日到4月5日，成为影响中国3G未来格局和走向最为重要的十天，中国移动对TDSCDMA网络试验进行主设备招标，成为中国“没有发令枪的”3G建设竞赛的起点，也成为中国3G的商用进程的标志性事件。随之，信息产业部在确定了三大3G标准为我国通信行业标准之后，又发布了涉及WCDMA、CDMA2000、TDSCDMA三大3G技术的130项推荐性通信行业标准。3G标准体系基本确立，无疑对中国3G的商用和产业化起到极大的促进作用。同时，信息产业部明确，中国已完成WCDMA与CDMA2000的两种3G标准系统测试，这意味着，在中国三种3G标准都首肯，其进程有了实质性突破。TD网络试验进展顺利，解开了纠缠中国发展3G的核心之结；3G三大国际标准都已确立为我国通信待业标准，解决了标准选用之感，中国发展3G只差牌照发放了。而TD广大网络规模试验正是规避了敏感的牌照问题，取得TD建设之实的精彩之笔，赢来了TD成熟的时间和宝贵的试商用经验，为中以TD为主发展3G产业奠定了基础。尽管TD仍然存在新建基站选址困难，设备和终端的完善以及网络的规划、优化方面都暴露出不足，但在政府强力支持与推进下，在业界的共同努力下，TD的成熟与成功无须存疑。中国3G看TD，TD引领中国3G的决策已经明朗。有人形象的比喻，2007年中国的3G像上膛的子弹，一触即发，目前只是处于爆发前暂时沉默。2008年，中国3G将如出膛子弹般一往无前。来自TD阵营的声音，描绘了TDSCDMA的商用前景，在今年底或明年初放号200万至300万，在2008年上半年计划放号1200万，这标志着不论我国3G牌照发放与否，TD都可迅速占领以数据业务为主的高端市场。TDSCDMA产业联盟最近预测称，在未来中国3G终端市场中，TD将占据50%的份额。而一旦3G牌照发放，WCDMA与CDMA2000借助国内外强大的技术、商用与资本实力会迅速形成规模，三种3G制式在中国的风云际会，一定会演绎出如火如荼的竞争与发展的“大戏”。3.2 发展3G是移动通信产业的主流信息产业部科技司司长闻库在近日的演讲中强调，目前E3G技术标准发展比较快，仍然是产业发展的主流。从全球角度看，国际上出现了第二次3G高峰，3G产业已逐渐步入良性发展的环境。到2007年的6月份，全球的3G网络共部署了171个WCDMA的商用网，其中128是HSDPA商用网，还有71个CDMAEVDO商用网。仅今年上半年就新增15个WCDMA商用网络，31个HSDPA的商用网络和10个CDMA1X的网络。WCDMA的用户有1.27亿用户，预计2009年底WCDMA的用户会达到6.8亿户，比2008年底增长超过2.8亿户。到2009年上半年HSDPA的建网速度超过了WCDMA。在上半年重大的3G商业中的1X的数量占42%，WCDMA占29%，而HSDPA却占到38%综合来看，包括HSPA和EVDO在内的3G增强型技术已经成为3G发燕尾服的主流技术。与些同时，中国移动移动制造企业在产品开发和产业方面逐步走同成熟，系统设备厂商已完全具备系统设备的设计、制作、新系统开发能力和产业化能力。在移动终端方面，中国已经初步具备了研发和产业化的能力，尤其是TDSCDMA的出现，促使从最原始的芯片研发入手，到解决方案提供和产品出厂，都已经达到非常高的水平。另外，运营企业积极参与了国内和国际标准的制定，不仅是在业务标准方面，在网络运行、维护、技术、性能标准的制定中都能看到运营企业的身影，总体技术的创新能力和核心竞争能力不断提高。因此，在2008年以后一个时期内，3G及其增强型技术将顺里成章的成为中国的发展主流。对中国3G及其增强型技术形成冲击的是WiMAX, wimax如同一匹“黑马”，加速着宽带化和移动化的进程。特别是移动wimax（IEEE 802.16e）已正式向国际电联（ITU）提出申请为成3G标准，期望在全球获得统一的2.5GHz频段。在今年10月19日ITU的世界无线电通信全会上，wimax以绝对优势获得通过成为全球新的3G标准，尽管它还需要得到今年在日内瓦召开的世界无线电通信大会的最后批准。便wimax成为3G标准的势头已不可阻挡。去年底推出的wimax802.16m标准则面向IMTAdvanced(4G),欲与3G演进的LTE、UMB争雄。但是，wimax在中国一直遭到冷遇，近日，信产部官员还明确表示，wimax无论从技术还是产品上，由于存在很多争议，尚没有成熟的产品推出。与此相呼应的是，在中国提交给ITU的IMTAdvanced(4G)频谱方案中，也将2.5GHz频段作为4G的必选频率，从而否定了在中国为wimax分配此频率的可能。由此可以看出，中国坚持3G及其演进技术为主导产业，那么在TD实现规模商用以及3G产业链壮大之前，wimax作为移动通信产业存在的可能性很小。第4章 自主创新在3G演进中的延续与强化4.1 预测3G的演进途径及目前预计的困难目前，3G的演进有三条路径，其一是以3GPP为基础的技术轨迹，即从第二代的GSM、2.5代的GPRS到第三代的WCDMA、第三代增强型的HSDPA，HSUPA，以及LTE发展路线，最后演进到IMTAdvanced,即B3G/4G。其二是以3GPP2为基础的技术路线，即从第二代的CDMA2000到2.75代CDMA20001X，再到第三代的CDMA2000 1X EVDO，以及长期演进的UMB升级版本，最后演进到B3G/4G。以上是移动通信演进的两个主流路线，也是占世界绝大多数移动通信市场的路线。其三是以WIMAX为以基础的技术路线，是宽带无线接入技术向着高移动性、高服务质量的方向演进的结果。但是，移动WiMAX的情况要复杂许多，作为大规模应用的、基于IP移动网络的全新技术，它不像3G那样是对已有技术的农步程式级，没有经过在真实移动复杂环境中的实际考验；另一个不确定的因素是WiMAX至今没有全球统一和足够的频谱支持，特别是在中国，至今尚未批准任何WiMAX的频率规划。4.2 自主创新在现代通信技术发展中的重要性LTE、UMB和移动WiMAX虽然各有差别，但是它们也有一些共同之处，三个系统都采用OFDM和MIMO技术以提供更高的频谱利用率。在未来的演进过程中，哪一种技术路线胜出，将是各国政治、经济、科技与技术力量博弈的结果。但是LTE、UMB和移动WiMAX并不属于第四代移动通信技术，第四代移动通信技术（即B3G/4G）是在2005年10月ITUR WP8F工作组的赫尔辛基会议上被正式名为IMTAdvanced。ITU将用3年的时间来完成IMTAdvanced技术的标准化开发工作。然后用23年的时间完成标准完善和产品商用化过程。IMTAdvanced技术将成为未来515年间主流的移动通信技术。4.3 中国3G的演进路线及有利的成长环境中国的3G演进路线也已明确，即进一步提高我国移动通信领域自主创新与核心竞争力，以TDSCDMA为主制定和推出3G演进技术路线，争取在IMTAdvanced技术中取得更大的成功。经过多次会议和多家国内外厂商的大量的讲座和方案融合，2005年11月，大唐联合我国相关企业共同推动的OFDM后续TDSCDMA演进方案被3GPP接受，这就意味着TDSCDMA系统可以平滑地向LTE演进。3GPP最近推出了LTE TDD系统的演进版本，其中在LTE TDD Type2版本中，TDSCDMA现有的核心技术大部分得到继承，如智能天线、基于帧结构的物理过程设计等，构成TDSCDMA进一步演进的LTE+TDD方案。在此方案中，TDSCDMA特色核心技术的扩展和增强，与MIMO、OFDMA主流技术有机结合，显著提高MIMO、OFDMA系统性能，包括了BROFDMA、基于智能天线的多流MIMO、基于BROFDMA的联合检测、基于TDSCDMA演进帧结构的同步、小区搜索、随即接入、寻呼等物理过程。在OFDMA+MIMO共性技术和现在标准基础上进一步完善和增强，进一步提高系统性能，包括多用户联合映射、分层调制、软频率复用、LDPC编码、中继（Relay）和分布式天线、用于MBMS的分层MIMO技术等。4.4 自主创新取得的优异成绩及未来发展的前景通过艰苦的国内餐博弈，TDSCDMA LTE中长期独立演进的战略问题基本得到解决，中国继续掌握着TDSCDMA的核心知识产权。在向4G技术的继续演进中，以TDSCDMA LTE中长期独立演进战略为基础，已形成一批拥有知识产权的技术创新点，为积极形成具有自主创新特色的4G标准创造了有利条件。中国政府也明确提出，要在目前的基础上，继续推动TDSCDMA不断成熟和商用；要推动落实信息产业鼓励自主创新的政策，并加强规划和指导；要继续实施标准战略，加强信息产业的标准制定工作。信产部相关官员近日表示，“不仅要看到我们这一代有TD，TD还要想到给全民，给我们产业界，给运营商、制造商提供一个思路要打造我们国家的创新能力。”因此，以TD为核心的3G独立演进路线已确定为中国移动通信向未来发展的主要走向。目前，中国移动8城市TDSCDMA试验网中至少有7个已全部按照合同的要求完成基站建设工作，进入补点及优化阶段。到目前为止，中国移动已根据建网进度向各系统设备厂商支付了80%以上的货款，个别厂商甚至已获得90%的货款。其中，北京和上海是这次TD网络建设的重中之重。由大唐承建的上海TD网覆盖范围为1100平方公里以上覆盖区域包括高速环线、磁浮、地铁、体育场馆等。最快的由普天和中兴通讯承建的秦皇岛，2007年10月份完成了全部设备的调试开通。接下来是天津、仍由中兴通讯和普天承建。随后，由中兴通讯、鼎桥等承建的沈阳、厦门TDSCDMA网、由大唐移动承建的广州TD网都先后完成了TDSCDMA基站部署。根据计划，广州TD试验网的覆盖区域全部面积达1153平方公里，除广州城区外，广州新白云国际机场、广深高速、机场高速、广惠高速、105国道等重要干道也将布网。至此，整个广州安装的TD基站达2000多台，在广州城区密集覆盖，达到GSM网络覆盖量95%左右。2007年的中国电信业在平稳的发展中少见亮点，但在10城市中进行的TDSCDMA扩大网络规模技术试验却是中国电信业画卷中具有开创性和震憾力的浓墨重彩。展望2008年及未来510年，中国的3G将在以TDSCDMA为主要力量的方向上快速起步和发展；3G的演进也会在坚持自主创新的前提下，融合先进技术，继续向移动通信的前沿领域挺进。千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。- 21 -结论TDSCDMA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民兵必然趋势。按照这种发展趋势，TDSCDMA阶段分为单载波TDSCDMA和多载波TDSCDMA；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TDSCDMA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。在2008年及以后的一个时期内，即使移动WiMAX被ITU批准为3G标准，中国仍会沿着成熟和壮大TDSCDMA产业，以及以TD为核心的3G独立演进路线发展并且倡导自主创新的未来宽带移动通信技术与标准。目前，需要进一步对TDSCDMA的继续演进开展研究，并推动相关标准的制定。我们相信，TDSCDMA技术和产品在实际应用中将不断发展，TDSCDMA在未来仍将是国际通信的主流标准之一。移动通信技术也在朝着宽带化的方向发展，力争在4G时代有更大的突破。展望2010年及未来510年，中国的3G将在以TDSCDMA为主要力量的方向上快速起步和发展；3G的演进也会在坚持自主创新的前提下，融合先进技术，继续向移动通信的前沿领域挺进。致谢在论文提交之际，我思绪万千，心情久久不能平静。我有幸得到了老师的关心和同学的帮助。我的论文指导老师是李继承老师，抽出大量时间指导我的论文写作，老师的谆谆教导和鼓励给了我信心和勇气。李老师治学严谨，学识渊博，品德高尚，平易近人，在我写论文期间不仅传授了做学问的秘诀，还传授了做人的准则，这些都将使我终生受益。在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节，得到李老师的认真指导和帮助。我愿借此机会向李老师表示衷心的感谢！路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。我愿在未来的学习和研究过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有老师、同学和朋友。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。 参考文献1彭木根，王广文.TD-SCDMA移动通信系统M.北京:机械工业出版社,2005.2彭木根，王广文.TD-SCDMA移动通信系统增强和演进。机械工业出版社,2008.3 LIUGuangyi,ZHANGJianhua,ZHANG Ping, et al. Evolution mapfrom TD-SCDMA to fuTURE B3G TDD J. IEEE Transactions on Communications Magazine, 2006, 44(3):54-61.4 3GPPTR25.895. Analysis of higher chip rates for UTRA TDDevolution S.2004.5 3GPPTS23.234 v.l.10.0. Group services and system aspect