編者按
第三代移動通信系統(tǒng)（簡稱3G）的技術發(fā)展和商用進程是近年來全球移動通信產(chǎn)業(yè)領域最為關注的熱點問題之一。目前，國際上最具代表性的3G技術標準有三種，分別是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA屬于時分雙工（TDD）模式，是由中國提出的3G技術標準；而WCDMA和CDMA2000屬于頻分雙工（FDD）模式，WCDMA技術標準由歐洲和日本提出，CDMA2000技術標準由美國提出。為使公眾對3G三種主流技術標準有整體了解，并對TD-SCDMA技術有全面的掌握和認識，本報根據(jù)中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部網(wǎng)站“3G知識”欄目的相關內(nèi)容，編發(fā)此專題?！?br />
什么是3G
第三代移動通信系統(tǒng)是國際電信聯(lián)盟(ITU)在1985年首先提出的，當時被稱為未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)，即FPLMTS(FuturePublic Land Mobile TelecommunicationSystems)。隨著時間的推移，IMT-2000的要求和目標愈加清晰，由于FPLMTS這個名稱含義不準確，發(fā)音拗口，1996年ITU正式將其更名為全球移動通信系統(tǒng)IMT-2000，意即工作在2000MHz頻段，預期在2000年左右商用的系統(tǒng)。IMT-2000最主要的目標和特征為：(1)全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一制式，全球無縫漫游；(2)高頻譜效率；(3)支持移動多媒體業(yè)務，即室內(nèi)環(huán)境支持2Mbps、步行/室外到室內(nèi)支持384kbps、車速環(huán)境支持144kbps等。
3G技術和標準的組成
在1999年11月的ITU-RTG8/1會議上，通過了IMT-2000的無線接口技術規(guī)范，包括CDMA和TDMA兩大類共五種技術，并在2000年5月的ITU-R全會上正式通過，標志著第三代移動通信技術的格局最終確定。
目前，國際上最具代表性的3G技術標準有三種，它們分別是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA屬于時分雙工（TDD）模式，是由中國提出的3G技術標準；而WCDMA和CDMA2000屬于頻分雙工（FDD）模式。國際上，TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000的具體標準化工作主要是由兩個第三代移動通信合作伙伴組織3GPP、3GPP2負責的。其中TD-SCDMA、WCDMA由3GPP負責具體標準化工作，而CDMA2000由3GPP2負責具體標準化工作。
在我國，由信息產(chǎn)業(yè)部領導的中國無線通信標準研究組(CWTS)以及后來的中國通信標準化協(xié)會（CCSA），積極參與ITU及3GPP、3GPP2等組織的標準化活動，推動TD-SCDMA標準的不斷完善與發(fā)展。
TD-SCDMA是中國第一個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國際標準，開創(chuàng)了中國參與國際電信標準化的先河。TD-SCDMA標準的提出，是中國通信業(yè)技術創(chuàng)新的典范，也是中國對第三代移動通信發(fā)展所做出的重要貢獻。
TD-SCDMA簡介
TD-SCDMA(Time Division-Synchronization
Code Division
MultipleAccess)的中文含義為時分同步碼分多址接入。TD-SCDMA從2001年3月開始，正式寫入3GPP的Release4版本。目前TD-SCDMA已有Release
4、Release 5、Release
6等版本。
TD-SCDMA采用不需成對頻率的TDD雙工模式以及FDMA/TDMA/CDMA相結(jié)合的多址接入方式，使用1.28Mcps的低碼片速率，擴頻帶寬為1.6MHz，同時采用了智能天線、聯(lián)合檢測、上行同步、接力切換、動態(tài)信道分配等先進技術?；赗elease4版本，TD-SCDMA可在1.6MHz的帶寬內(nèi)，提供最高384kbps的用戶數(shù)據(jù)傳輸速率。
TD-SCDMA在Release5版本引入了HSDPA技術，在1.6MHz帶寬上理論峰值速率可達到2.8Mbps。通過多載波捆綁的方式可進一步提高HSDPA系統(tǒng)中單用戶峰值速率。TD-SCDMA上行鏈路增強（或稱HSUPA）的研究和標準制定工作目前也正在3GPP、CCSA等組織內(nèi)進行。
在3GPP開展的LTE研究和標準化工作中，TD-SCDMA長期演進技術的研究和標準化工作也在同步進行。
CDMA2000簡介
CDMA2000是由IS-95A/B標準演進而來的第三代移動通信標準，由3GPP2負責具體標準化工作。目前CDMA2000有由3GPP2制定的Release0、A、B、C和D五個支持CDMA2000
1X及其增強型技術的版本，以及由EIA/TIA發(fā)布的支持CDMA2000
1XEV-DO的IS-856和IS-856A標準。
CDMA20001x采用直接序列擴頻碼分多址（DS-CDMA）、頻分雙工（FDD）方式，碼片速率為1.2288Mcps，載波帶寬為1.25MHz。CDMA20001xEV-DO（也稱為HRPD）技術，主要對數(shù)據(jù)業(yè)務進行了增強，不支持語音，在1.25MHz的帶寬內(nèi)可提供最高2.4Mbps的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。DORel
0版本已經(jīng)在韓國、美國和日本等國家商用，目前正在向DO RelA版本發(fā)展。該版本在1.25MHz的帶寬內(nèi)可提供最高3.1Mbps的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。在DO
RelA的基礎上，采用多載波捆綁的方式進一步提高數(shù)據(jù)速率，形成了DO Rel
B標準，也稱為空中接口演進（AIE）Phase1，該標準已經(jīng)發(fā)布。目前3GPP2正在制定 AIE
Phase2標準，與3GPP的LTE演進類似，同樣以OFDM、MIMO等技術為基礎。
WCDMA簡介
WCDMA是一種由3GPP具體制定的，基于GSMMAP核心網(wǎng)，以UTRAN（UMTS陸地無線接入網(wǎng)）為無線接口的第三代移動通信系統(tǒng)。目前WCDMA有Release99、Release
4、Release 5、Release
6等版本。
WCDMA采用直接序列擴頻碼分多址（DS-CDMA）、頻分雙工（FDD）方式，碼片速率為3.84Mcps，載波帶寬為5MHz?；赗elease99/
Release 4版本，可在5MHz的帶寬內(nèi)，提供最高384kbps的用戶數(shù)據(jù)傳輸速率。在Release5版本引入了下行鏈路增強技術，即HSDPA（High
Speed Downlink
PacketAccess，高速下行分組接入）技術，在5MHz的帶寬內(nèi)可提供最高14.4Mbps的下行數(shù)據(jù)傳輸速率。在Release6版本引入了上行鏈路增強技術，即HSUPA（High
Speed Uplink
PacketAccess，高速上行分組接入）技術，在5MHz的帶寬內(nèi)可提供最高約6Mbps的上行數(shù)據(jù)傳輸速率。目前國際上基于Release99、Release
4、Release 5的WCDMA系統(tǒng)已先后進入商用。
除了上述標準版本之外，3GPP從2004年即開始了LTE（Long
TermEvolution，長期演進）的研究，基于OFDM、MIMO等技術，試圖發(fā)展無線接入技術向“高數(shù)據(jù)速率、低延遲和優(yōu)化分組數(shù)據(jù)應用”方向演進。目前在3GPP組織內(nèi)正在進行LTE的標準化工作。
TD-SCDMA系統(tǒng)中的組播和廣播業(yè)務（MBMS）
為了有效地利用移動網(wǎng)絡資源，3GPP提出了組播和廣播業(yè)務（MBMS：Multimedia
Broadcast/MulticastService），即在移動網(wǎng)絡中提供一個數(shù)據(jù)源向多個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)的點到多點業(yè)務，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源共享，提高網(wǎng)絡資源的利用率，尤其是空口接口資源。3GPP定義的MBMS不僅能實現(xiàn)純文本低速率的消息類組播和廣播，而且還能實現(xiàn)高速多媒體業(yè)務的組播和廣播，順應了未來移動數(shù)據(jù)發(fā)展的趨勢。
采用TD-SCDMAMBMS技術，將能夠提供如視頻會議、電視廣播、視頻點播、廣告等多媒體業(yè)務，滿足移動用戶不斷上升的業(yè)務需求，為3G發(fā)展提供更好的業(yè)務前景。
TD-SCDMA系統(tǒng)中的HSDPA技術
HSDPA（High Speed Downlink Packet
Access，高速下行分組接入），是3GPP在Release5協(xié)議中為了滿足上、下行數(shù)據(jù)業(yè)務不對稱的需求而提出的一種增強技術。為了達到提高下行分組數(shù)據(jù)速率和減少時延的目的，HSDPA技術采用混合自動請求重傳（H-ARQ）、自適應調(diào)制編碼（AMC）和快速調(diào)度等技術，提供高速的下行分組數(shù)據(jù)傳輸，相關標準在3GPPRelease5版本中已經(jīng)完成。采用HSDPA后，TD-SCDMA增加了一種傳輸信道、三種物理信道，還增加了16QAM調(diào)制技術。采用HSDPA技術可以讓TD-SCDMA系統(tǒng)下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率有很大的提高，單載波支持數(shù)據(jù)傳輸速率達到2.8Mbps。HSDPA是3G網(wǎng)絡建設中提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務速率的一種重要技術，可以在不改變已經(jīng)建設的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的情況下，大大提高下行數(shù)據(jù)業(yè)務速率。
除上述的單頻點HSDPA技術外，TD-SCDMA系統(tǒng)還可以提供“多頻點HSDPA”技術，即多個載波上的信道資源可以為同一個用戶服務，該用戶可以同時接收本小區(qū)多個載波發(fā)送的信息。這樣，如果采用N個載波同時為一個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，理論上用戶可以獲得原來N倍的數(shù)據(jù)速率。如3載波的HSDPA（5MHz帶寬），理論峰值速率可以達到8.4Mbps；6載波的HSDPA（10MHz帶寬），理論峰值速率可以達到16.8Mbps。目前，中國通信標準化協(xié)會（CCSA）已基本完成了TD-SCDMA多頻點HSDPA相關技術標準的制定工作。
TD-SCDMA系統(tǒng)中的HSUPA技術
在引入HSDPA技術大幅提高下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率和吞吐量后，為滿足上行速率要求更高的業(yè)務發(fā)展需要，3GPP、CCSA等標準化組織進一步開展了對上行鏈路增強技術的研究，業(yè)界習慣稱之為高速上行分組接入（HSUPA）。HSUPA采用NodeB快速調(diào)度、混合自動請求重傳（HARQ）、自適應調(diào)制編碼（AMC）等增強技術，提高上行鏈路的速率和吞吐量，降低時延。
2006年初，在3GPP內(nèi)，完成了TD-SCDMAHSUPA的可行性研究，明確了上述技術對于增強TD-SCDMA上行鏈路通信能力的作用。目前正在3GPP
Release7版本中制定TD-SCDMA HSUPA的相關標準。
上行同步信道（UpPCH）靈活配置技術
TD-SCDMA系統(tǒng)采用時分雙工模式，不同基站之間保持同步。TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)中下行導頻時隙DwPTS與上行導頻時隙UpPTS之間，為長度75us的保護間隔GP。由此可推算，如果兩個相距22.5千米以上的基站間存在傳播路徑，其中一個基站在DwPTS時隙發(fā)射的下行信號經(jīng)傳播后到達另一個基站，由于傳播時延的原因，將進入UpPTS時隙；而如果上行同步信道（UpPCH）配置在UpPTS時隙，就可能對另一個基站接收上行同步信道形成干擾。
在電波的傳播上，可能產(chǎn)生這種干擾的傳播機制包括視距傳播、衍射傳播，以及對流層散射、大氣波導效應等機制。TD-SCDMA系統(tǒng)采用一種稱為“UpPCHShifting”方案的上行同步信道（UpPCH）靈活配置技術，可徹底克服上述干擾。其基本原理是由無線網(wǎng)絡控制器（RNC）根據(jù)基站（NodeB）對上行時隙的干擾測量，調(diào)整終端在幀的合適位置（如TS1業(yè)務時隙）發(fā)送上行同步信道（UpPCH），以達到規(guī)避干擾的目的。利用這種上行同步信道（UpPCH）靈活配置技術，還可實現(xiàn)TD-SCDMA單基站的超遠覆蓋，比如幾十公里乃至上百公里的小區(qū)覆蓋半徑。
TD-SCDMA 系統(tǒng)的N頻點技術
在多頻點小區(qū)中，如果采用小區(qū)重疊的方式，每個小區(qū)（也即頻點）各有一套獨立的資源配置，同時在每個頻點上都配置有一整套公共信道。這樣會引起一些問題，例如小區(qū)碼重用率高、小區(qū)搜索困難、終端測量復雜、切換困難、系統(tǒng)效率低等。N頻點技術較好地解決了這個問題。一個小區(qū)可配置多個載頻，確定其中一個作為主載頻，其它載頻為輔載頻，僅在主載頻上發(fā)送DwPTS和廣播信息（TS0）等公共信道。
TD-SCDMA無線資源管理
TD-SCDMA系統(tǒng)的無線資源包括頻率、時隙、碼字、功率和空間角度等。無線資源管理的目的就是為了管理分配系統(tǒng)無線資源以及控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能?！?br /> 無線資源管理主要是監(jiān)測通信系統(tǒng)中所有無線資源的使用情況，并根據(jù)業(yè)務需求、信令請求以及各種測量報告，進行無線資源的調(diào)整，并且能夠通過一些算法對系統(tǒng)的性能和質(zhì)量進行優(yōu)化和控制。
TD-SCDMA系統(tǒng)中的動態(tài)信道分配（DCA）及其特點
所謂信道分配是指在采用信道復用技術的小區(qū)制蜂窩移動通信系統(tǒng)中，在多信道共用的情況下，以最有效的頻譜利用方式為每個小區(qū)的通信設備提供盡可能多的可使用信道。在動態(tài)信道分配（DCA）技術中，所有的信道資源放置在中心存儲區(qū)中，信道完全共享。采用動態(tài)信道分配技術可帶來的好處是：
能夠較好地避免干擾，使信道重用距離最小化，從而高效率地利用有限的無線資源，提高系統(tǒng)容量。
滿足第三代移動通信業(yè)務的需要，尤其是高速率的上下行不對稱的數(shù)據(jù)業(yè)務和多媒體業(yè)務的需要。
TD-SCDMA系統(tǒng)的資源包括頻率、時隙、碼道等方面，一條物理信道由頻率、時隙、碼道的組合來標志。采用動態(tài)信道分配技術可靈活分配或調(diào)整信道所使用的頻率、時隙或碼道。
TD-SCDMA系統(tǒng)中的接力切換技術
接力切換是TD-SCDMA系統(tǒng)的一項特色技術。
接力切換的設計思想是：利用終端上行預同步技術，預先取得與目標小區(qū)的同步參數(shù)，并通過開環(huán)方式保持與目標小區(qū)的同步，一旦網(wǎng)絡判決切換，終端可迅速由原小區(qū)切換到目標小區(qū)。在切換過程中，終端從源小區(qū)接收下行數(shù)據(jù)，向目標小區(qū)發(fā)送上行數(shù)據(jù)，即上下行通信鏈路先后轉(zhuǎn)移到目標小區(qū)，提高了切換成功率，縮短了切換時延。
TD-SCDMA系統(tǒng)中的聯(lián)合檢測技術及其好處
CDMA系統(tǒng)中多個用戶的信號在時域和頻域上是混疊的，接收時需要在數(shù)字域上用一定的信號分離方法把各個用戶的信號分離開來。信號分離的方法大致可以分為單用戶檢測和多用戶檢測兩種。
傳統(tǒng)的CDMA系統(tǒng)信號分離方法是把多址干擾（MAI）看作熱噪聲一樣的干擾，它會導致信噪比惡化，系統(tǒng)容量也隨之下降。這種將單個用戶的信號分離看作是各自獨立的過程的信號分離技術稱為單用戶檢測。
實際上，由于MAI中包含許多先驗的信息，如確知的用戶信道碼，各用戶的信道估計等等，因此MAI不應該被當作噪聲處理，可以將其利用起來以提高信號分離方法的準確性。這樣充分利用MAI中的先驗信息而將所有用戶信號的分離看作一個統(tǒng)一的過程的信號分離方法稱為多用戶檢測。多用戶檢測算法可以分為線性、非線性兩大類。例如干擾抵消是一種非線性算法，而目前TD-SCDMA系統(tǒng)采用的聯(lián)合檢測（JointDetection，JD）是一種線性算法。
聯(lián)合檢測技術是目前第三代移動通信技術中的熱點，它指的是充分利用多用戶信息，同時將所有用戶的信號都分離開來的一種信號分離技術。聯(lián)合檢測技術能夠大大降低干擾，增大容量，降低功控要求，削弱遠近效應。
聯(lián)合檢測計算復雜度比較高，尤其是當擴頻系數(shù)較大時（比如64、128）計算量非常龐大，因此設備實現(xiàn)上比較困難。這也是其它系統(tǒng)難以采用聯(lián)合檢測技術的原因所在。
TD-SCDMA系統(tǒng)擴頻系數(shù)較低（最大只有16），有利于采用聯(lián)合檢測技術。從實現(xiàn)來看，聯(lián)合檢測又分為單小區(qū)聯(lián)合檢測、多小區(qū)聯(lián)合檢測兩種。其中單小區(qū)聯(lián)合檢測指對一個小區(qū)范圍內(nèi)的多用戶信號進行聯(lián)合檢測，多小區(qū)聯(lián)合檢測則是同時針對多個小區(qū)（包括本小區(qū)和若干鄰小區(qū)）的信號進行檢測以降低甚至消除同頻小區(qū)間的干擾。
聯(lián)合檢測是TD-SCDMA系統(tǒng)不可或缺的一項關鍵技術。在TD-SCDMA的基站、終端設備中都采用了聯(lián)合檢測技術。
TD-SCDMA系統(tǒng)中的智能天線技術及其好處
智能天線在硬件上是一個天線陣列，通過調(diào)節(jié)各天線陣元的信號幅度和相位的加權(quán)因子，然后相加，產(chǎn)生一個輸出信號。其原理是使一組天線和對應的收發(fā)信機按照一定的方式進行排列和激勵，利用波的干涉原理產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖。
TD-SCDMA系統(tǒng)由于采用TDD雙工方式，可以利用上下行信道的互易性，即基站對上行信道估計的信道參數(shù)可以用于智能天線的下行波束成型，這樣，相對于FDD模式，TD-SCDMA系統(tǒng)比較容易實現(xiàn)智能天線技術。
如果使用數(shù)字信號處理方法在基帶進行處理，使得輻射方向圖的主瓣自適應地指向用戶來波方向，就能達到提高信號的載干比、降低發(fā)射功率、提高系統(tǒng)覆蓋范圍的目的。
智能天線的主要功能：
——提高了基站接收機的靈敏度
——提高了基站發(fā)射機的等效發(fā)射功率
——降低了系統(tǒng)的干擾
——增加了系統(tǒng)的容量
——改進了小區(qū)的覆蓋
從天線結(jié)構(gòu)看，TD-SCDMA系統(tǒng)中的智能天線一般采用4至8個天線陣元結(jié)構(gòu)。目前用得比較多的是8個陣元構(gòu)成的天線陣。天線陣元數(shù)越多，增益越高，波束賦形的性能越好，但同時造價和實現(xiàn)的復雜度也會相應增加。
采用智能天線，可實現(xiàn)下行業(yè)務信號的高增益定向發(fā)射，使得在相同的基站功放輸出功率下終端接收有用信號功率增強，或者說在終端接收功率要求一定的前提下所需的基站發(fā)射功率可降低，這就是所謂的賦形增益。
智能天線是TD-SCDMA系統(tǒng)不可或缺的一項關鍵技術，同時智能天線與聯(lián)合檢測、動態(tài)信道分配等其它技術一起工作，相互補充，共同發(fā)揮作用。
TD-SCDMA系統(tǒng)的同步技術
TD-SCDMA系統(tǒng)采用TDD雙工技術和FDMA/TDMA/CDMA多址方式，為了減少干擾、提高系統(tǒng)容量，要求各基站間、基站與終端之間同步。TD-SCDMA系統(tǒng)中的同步技術主要由兩部分組成，一個是基站間的同步，另一個是移動臺間的上行同步技術。TD-SCDMA采用GPS或其它技術來實現(xiàn)基站間的同步。
所謂上行同步就是上行鏈路中各終端的信號在基站解調(diào)器完全同步，在TD-SCDMA中用上行同步算法和幀結(jié)構(gòu)設計來實現(xiàn)嚴格的上行同步，它是一個同步的CDMA系統(tǒng)。通過上行同步，可以讓使用正交擴頻碼的各個碼道在解擴時完全正交，相互間不會產(chǎn)生多址干擾，克服了異步CDMA多址技術由于每個終端發(fā)射的碼道信號到達基站的時間不同而造成碼道非正交所帶來的干擾，從而大大提高了CDMA系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。
TD-SCDMA的多址方式
在頻率上，TD-SCDMA系統(tǒng)以1.6MHz為基本間隔，劃分成許多載波。
在時間上，TD-SCDMA系統(tǒng)以10ms為一幀，每一幀又進一步分成2個各5ms長的子幀，兩個子幀的結(jié)構(gòu)相同。在一個子幀內(nèi)，分成3個特殊時隙（DwPTS、GP、UpPTS）和7個常規(guī)時隙（TS0，TS1，……，TS6）。TS0時隙為下行時隙，用于基站發(fā)送廣播等公共控制信道。TS1~TS6這6個時隙用于承載諸如話音等各種業(yè)務，在業(yè)務建立時系統(tǒng)可將用戶分配到不同的時隙上。
在同一時隙內(nèi)，又可進一步采用碼分，即為不同用戶（或信道）分配不同的擴頻碼的方式來區(qū)分用戶（或信道）。
因此TD-SCDMA的多址方式綜合利用了FDMA、TDMA、CDMA不同方式，常表示為
FDMA /TDMA/CDMA。
TDD雙工模式和FDD雙工模式的區(qū)別
FDD頻分雙工模式，接收和發(fā)送是在分離的兩個對稱頻率信道（即載波）上，在頻率上來分離接收和發(fā)送信道。在TDD時分雙工模式中，接收和發(fā)送是在同一頻率信道的不同時隙，在時間上來分離接收和發(fā)送信道。
TD-SCDMA系統(tǒng)采用TDD時分雙工模式。
在頻譜利用方面，TD-SCDMA系統(tǒng)具有什么特點
TD-SCDMA系統(tǒng)每載波僅需1.6MHz的帶寬，采用了智能天線、聯(lián)合檢測等先進技術，具有較高的頻譜利用率。TD-SCDMA系統(tǒng)采用TDD技術，不需要成對的頻率，頻率使用更加靈活。TD-SCDMA支持N頻點（多載波）同頻組網(wǎng)，呼吸效應不明顯，理論上可以支持滿碼道工作。同時，TD-SCDMA系統(tǒng)可以靈活地調(diào)整上下行時隙分配比例，更好地支持不對稱數(shù)據(jù)業(yè)務。
2002年，信息產(chǎn)業(yè)部確定了我國的3G頻率規(guī)劃，其中為TDD規(guī)劃了共155MHz頻率資源，包括1880至1920MHz、2010至2025MHz這55MHz為主要工作頻段，2300至2400MHz這100MHz為補充工作頻段。
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