第五课、TD-SCDMA在3G建设中的重要作用
在第三代移动通信(3G)标准领域，为了避免重演在2G领域由于各国(地区)频率分配的方式及制式技术选择的不同而造成的全球漫游困难，国际电信联盟(ITU) 在3G中提出了IMT-2000(国际移动通信-2000)的倡议，并由此而催生了最终的三大主流国际标准：WCDMA 、cdma 2000和TD-SCDMA 。其中，由中国提交的TD-SCDMA标准，虽然在ITU的标准征集阶段是后来者，却凭借其独特的技术优势最终胜出。同时，作为三个主流标准中惟一一个TDD标准，该技术从诞生初始就一直备受世人关注。那么，TD-SCDMA技术在我国3G网络建设中将扮演什么角色、发挥什么作用？将会对移动通信运营商和设备制造商产生哪些影响？
TD-SCDMA将有效缓解频率资源紧张
中国的移动通信用户截止到2003年4月底已达到2.26亿，但普及率仅为16.2%，远低于欧、美、日等普及率为60%以上的发达国家，而且仍以超过500万用户/月的速度稳步增长。同时，由于中国的移动通信用户分布严重不均，人口密度相对较高的城市地区移动通信用户的密度也远远高于平均水平，加之大城市中以商务人员和旅游者为主的流动人口越来越多，这些人大部分持有手机，所以部分地区GSM系统已经出现频率资源紧张的问题。与此同时，面向数据业务的GPRS业务占用的资源成倍增长(GPRS使用时将占用多个信道)，也加剧了GSM的频率危机。2G移动通信的进一步发展已经受到频率瓶颈的严重制约。因此，从某种意义上讲，3G也是移动数据业务进一步发展与2G频率资源严重不足之间难以调和的矛盾下的必然发展方向。那么，3G的出现能否缓解这种危机呢？
ITU、国内及欧洲对3G频率的规划方案
ITU在3G标准方案的征集之初，出于充分利用频率的考虑同时征集FDD和TDD两种方案，共收到10种地面移动标准提案。
从这些提案中可以得出的最后结论，欧、日、美提交的WCDMA和cdma 2000标准草案中均含有FDD、TDD两种方式。只是在后来的标准融合过程中，最终确定了欧洲提出的UTRATDD(TD-CDMA)和中国提出的TD-SCDMA为TDD国际标准。在后续的产业化开发中，由于TD-SCDMA明显的技术优势，使得所有从事于UTRATDD开发的公司全部放弃或转向了TD-SCDMA的开发。也就是说，目前世界上顺利进行产业化开发的3GTDD国际标准只有TD-SCDMA标准，也就意味着国际统一划分的TDD频段，将全部由TD-SCDMA技术使用，TD-SCDMA实现全球应用及漫游首先具备了宝贵的频率资源。
2002年初，美国联邦通信委员会(FCC)也正式对外公布了最新的TDD频谱分配方案。其中将原先由联邦政府控制的216-220MHz 、1390-1395MHz、1427-1435MHz 、1670-1675MHz、2385-2390MHz 共27MHz的频率转为TDD商业通信服务用途，加上以前分配的1910-1930MHz的20MHzTDD频段，目前共有47MHz的频率可用于3 GTDD移动通信。
在3G牌照发放上步伐较快的欧洲，基本上采取了将FDD频段与TDD频段捆绑发放的原则，几乎每个获得3G牌照的运营商都同时得到了FDD与TDD频段。
单纯依靠FDD技术难以有效解决3G的频率紧张问题
从3GFDD系统运营所需的基本频率的角度来进行分析。对FDD中的WCDMA技术来讲，其基本带宽为5MHz×2，如果运营者建设多层网，即用宏蜂窝完成大面积覆盖，用微蜂窝覆盖热点地区，用微微蜂窝提供高速接入，则至少需要3个频点，即15MHz ×2的频率。考虑到在使用过程中的一定灵活性，某些国家也考虑使用20MHz ×2频率。
我国的实际3G频率状况是：3GFDD制式(包括cdma 2000和WCDMA) 在中国分得60M×2的频率。假设在3G实施时国内有4家运营商经营3 GFDD移动通信业务，由于不同运营商的3 GFDD网络间难以同步，因此，不同的运营商的3 GFDD网会产生邻频共存干扰。为消除干扰的影响，则要求不同运营商在相邻频段之间预留5M×2的保护频段，以保证各运营商之间的运营质量，四家运营商间至少需要15M×2(30M) 的保护频段。其结果是其中三家运营商仅能得到10M×2的FDD频率，另一家得到15M×2的FDD频率。仅有一家运营商的频率勉强可以支撑3 GFDD 的全国综合性大网。尤其是3G不再单纯以话音业务为主，而是话音加多媒体数据业务的模式，而单一数据终端的传输速率就可达到2 Mbps ，同时要占用5M×2的频宽。同时，除了人———人间的通信外，在3G应用时还会出现大量的机———机之间的数据通信，因此，频率紧张的矛盾会更突出。
从另一个角度讲，目前的2G运营商可以使用现有的2G频率构成3G宏蜂窝，但现实的情况是，2G网络的用户数太多，网络短时期内不会在我国退出历史舞台，也就是说，2G网络将与3G网络长期共存。因此，短期内让同时拥有2G和3G运营牌照的运营商清退出2G频率开展3G业务，是不现实的。短期内可启动的扩展频段只有尚未使用的GSM 1800M部分频段，但频段的频率有限。除此之外，只有启用2GHz以上的频段，由于该频段的频率较高，覆盖半径会降低，从而使组网成本上升。
TD-SCDMA的频率使用特点将有效解决3G频率紧张的矛盾
对TD-SCDMA技术来讲，该技术的单载波带宽为1.6MHz ，而且不需要对称频段，在考虑三级网络结构时，分配5MHz就可组建一个基本的全国网。中国的3G频率规划中为TDD模式划分了155M频率，完全可以满足多个TD-SCDMA 运营商大容量建网的频率需求。
同时，TD-SCDMA的技术特点尤其适合3G的应用。在TDD的工作模式中，上下行数据的传输通过控制上、下行的发送时间长短来决定，可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例，这尤其适合今后的移动因特网、多媒体视频点播等非对称业务的高效传输。由于因特网业务中查询业务的比例较大，而查询业务中，从终端到基站的上行数据量很少，只需传输网址的代码，但从基站到终端的数据量却很大，收发信息量严重不对称。只有采用TDD模式时，才有可能通过自适应的时隙调整将上行的发送时间减少，将下行的接收时间延长，来满足非对称业务的高效传输。这种优势是FDD模式所不具备的。
TD-SCDMA有利于国内运营商发展
由于ITU为TDD技术在全球都划分了统一分配的频段，欧美各国也为TDD划分了专有频段。鉴于TD-SCDMA技术是目前国际上惟一的进行商业开发的3GTDD技术，只要各国运营商采用TDD技术，必将采用TD-SCDMA技术。因此，当其他国家决定建设TDD移动通信网时，中国运营商可以利用自身作为TD-SCDMA技术的首批运营者所积累的丰富运营经验，走向国际运营市场。
TD-SCDMA技术特点适合国内运营商进行业务创新。相对WCDMA和cdma 2000而言，TD-SCDMA是一项新生技术，首批采用TD-SCDMA的运营商，可以更有效地结合TD-SCDMA系统特性进行有针对性的业务创新。同时TD-SCDMA系统具有鲜明的技术特点，例如智能天线提供的强定位和追踪能力、上下行非对称业务、信道分配的灵活性、高频谱利用率等，这些特点都为国内运营商结合我国实际开发运营业务提供有力基础。
同时，TD-SCDMA技术的实施将为全球通信设备制造商提供新的机遇。
目前，作为国际上惟一在做商用研发的TDD的国际标准，关注、参与TD-SCDMA产品开发的厂商越来越多，TD-SCDMA 技术论坛的成员已突破410家，TD-SCDMA产业联盟的推进工作也逐步深入，包括芯片、系统、仪表的研发和产业化都已取得实质性突破。预计在技术验证和商用试验的基础上，TD-SCDMA将在未来1到2年内就会走向规模商用。
从目前来看，包括欧洲在内的世界大多数国家在3G频率规划和发放过程中，一般同时发放FDD和TDD频段。在3G这种以无线数据和多媒体业务为主的系统中，由于频率资源的压力，这些TDD频段早晚会被世界各大运营商使用，摆在3G设备制造商面前的，是如何切入TD-SCDMA设备开发的问题。因此，对全球相关芯片、软件和系统制造商而言，TD-SCDMA 是一个十分难得的历史机遇，特别是作为3G研发领域后来者的国内外设备制造商而言，更具有非同寻常的意义。WCDMA和cdma2000 相对开发时间较长，参与的设备制造商相对较多，但在实际商用运营中，运营商一般对一种标准的产品，只会选择前3至4名的设备制造商的产品，而位于3至4名之后的制造商和新的设备制造商都处于非常不利的地位，在市场上处于竞争劣势。在这种情况下，对落后者和后来者的制造商而言，做WCDMA、cdma2000产品的投资风险是非常大的。
同时，从知识产权角度来考虑，由于WCDMA和cdma2000的大部分核心专利由几十家公司所垄断，对于后来者而言，几乎不存在再创造新核心专利的机会。没有核心专利就意味着这些厂商不具备与其他拥有核心专利的公司进行核心专利交叉许可的条件，从而必须向多家拥有核心专利的厂商支付高昂的知识产权费，这将严重削弱这些后进入的设备制造商在3G产品价格上的竞争力，甚至将导致不得不退出自主研发的TD-SCDMA技术可在专网中实现第三代应用。
支持话音、数据和多媒体的3G移动通信系统，不仅适合于以公众运营为目的的公共网络，而且也适用于军队、电力、油田、水利等专用通信网络，使得这些专用领域的通信和信息化能力有大的飞跃。在这方面，中国自主知识产权的TD-SCDMA具有得天独厚的优势。
首先，包括核心芯片在内，国内厂商基本掌握其核心技术，又拥有相关的自主知识产权，因此，针对专用网络的应用特点，可以为其业务应用进行量身定制，例如提供加密功能、提供各种调度应用功能等。
其次，TD-SCDMA的技术特点可为专网的一些独特应用奠定基础。例如智能天线提供终端定位和跟踪能力、频率分配的灵活性、上下行数据不对称性等等。
同时，TD-SCDMA技术先进性带来实现低成本和业务灵活能力，以保证在专网中使用3G系统的经济可行性。据丹麦RTX公司估计，TD-SCDMA实现下来会比WCDMA便宜20%-25%，由于TD-SCDMA的码片速率为1.28Mbps，只是WCDMA标准的三分之一，因此，TD-SCDMA的终端完全可用软件无线电来实现基带处理，可极大地降低终端的成本和功耗，可有效解决专网应用特殊终端专用芯片的用量小、价格下不来的矛盾，而用软件无线电来满足各种特殊应用需求。
作为国际3G主流移动通信之一，TD-SCDMA技术为世人提供了一个充分利用宝贵频率资源的方案。同时，这项新生的技术给世界各国的运营商和通信设备制造商，尤其是那些后进入者提供了一个千载难逢的机会，大家将站在同一条起跑线上，在未来TD-SCDMA的巨大市场中共同发展。TD-SCDMA标准的诞生，不仅是中国通信史上的突破，更是世界通信史上的一个伟大创举。TD-SCDMA 技术标准必将把移动通信事业带入一个崭新的发展时代。
第六课、第三代移动通信相关技术及过渡策略
无线通信业前两代的发展特点主要表现在对提高业务质量的需求，提高频谱利用率以及对更大容量的需求。FDD、FDMA用于第一代（1G）无线系统的技术，主要侧重于模拟蜂窝电话业务。FDD、TDMA和FDD、CDMA用于第二代（2G）无线系统的技术，它将语音从模拟提高到数字蜂窝和PCS，面对语音与数据综合性多媒体无线通信设备的发展，无线互联网的发展要求高速数据传输，第三代无线通信将是移动IP标准化系统，这种系统需具备；更高的频谱效率和移动速度，以更好地支持“移动通信”以及不对称业务，更高的吞吐量和更少的延迟，以提高各项“IP”能力，在这种需求驱动下，各种技术涌现，到1998年6月30日，即第三代移动通信无线传输技术（RTT）标准征集截止日，ITU-R共收到16种3G RTT标准提案，其中有6种是卫星移动的RTT标准提案，其余10种是地面移动的3G RTT标准提案，这些提案分别来自于美、欧、中、日、韩等国家和地区。下面来看看各种3G技术的特点和相互比较。
一、CDMA和TDMA
ITU-R通过的五个无线传输技术的3G技术规范中有三个是基于CDMA技术的，有二个是基于TDMA技术的：
----基于CDMA技术的技术规范：
IMT-2000 CDMA DS(WCDMA、cdma2000)
IMT-2000 CDMA MC(cdma2000 MC)
IMT-2000 CDMA TDD(TD-SCDMA、TD-CDMA)
----基于TDMA技术的技术规范：
IMT-2000 TDMA SC
IMT-2000 TDMA MC(DECT)
1. CDMA将是3G发展趋势
（1）高的数据传输率是移动通信系统具备强大功能的基础。尽管TDMA系统的业务综合能力较高，能进行数据和话音的综合，但是终端接入速率有限。
（2）相比而言CDMA技术更具有系统容量大，话音质量好，抗干扰性强，保密性等优点。
（3）细说CDMA----CDMA即码分多址，是由美国Qualcomm公司首先提出的技术，其原理基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去，接收端由使用完全相同的伪随机码与接收的带宽信号做相关处理，以实现信息通信，与FDMA和TDMA相比，CDMA具有许多独特的优点，归纳起来，CDMA应用于数字移动通信的优点有：
----系统容量大，在CDMA系统中所有用户共用一个无线信道，当用户不讲话时，该信道内的所有其他用户会由于干扰减小而得益。因此利用人类话音特点的CDMA系统可大幅降低相互干扰，增大其实际容量近3倍。CDMA数字移动通信网的系统容量理论上比模拟网大20倍，实际上比模拟网大10倍，比GSM大4-5倍。
----系统通信质量更佳，软切换技术（先连接再断开）可以克服硬切换容易掉话的缺点，CDMA系统工作在相同的频率和带宽上，比TDMA系统更容易实现软切换技术，从而提高通信质量，CDMA系统采用确定声码器速率的自适应阈值技术，强有力的误码纠错，软切换技术和分离分多径分集接收机，可提供TDMA系统不能比拟的，极高的数据质量。
----频率规划灵活，用户按不同的序列码区分，不同CDMA载波可以相邻的小区内使用，因此CDMA网络的频率规划灵活，扩展简单。CDMA网络同时还具有建造运行费用低，基站设备费用低的特点，因而用户的费用也较低。
----频带利用率高。CDMA是一种扩频通信技术，尽管扩频通信系统抗干扰性能的提高是以占用频带带宽为代价的，但是CDMA允许单一频率在整个系统区域内可重复使用，使许多用户共用这一频带同时进行通话，大大提高了频带利用率。这种扩频CDMA方式，虽然要占用较宽的频带，但按每个用户占用的平均频带来计算，其频带利用率是很高的。CDMA系统还可以根据不同信号速率的情况，提供不同的信道频带利用动工，使给定频带得到更有效的利用。
----适用于多媒体通信系统，CDMA系统能方便地使用多CDMA信道方式和多CDMA帧方式，传送不同速率要求的多媒体业务信息，处理方式和合成方式都比TDMA方式和FDMA方式灵活、简便、有利于多媒体通信系统的应用，比如可以在提供话音服务的同时提供数据服务，使得用户在通话时也可以接收寻呼信息。
----CDMA手机的备用时间更长。低平均功率、高效的超大规模集成电路设计和先进的锂电池的结合显示了CDMA在便携式电话应用中的突破。用户可以长时间地使用手机接收电话，也可以在不挂机的情况下接收短消息。
然而，宽带CDMA系统的应用也还面临着一些技术困难，多址干扰的降低和抵消是CDMA的基本课题，也是提高宽带CDMA系统容量，发挥宽带CDMA系统特长的重要课题。
2. CDMA的关键技术
（1）功率控制技术
功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，CDMA功率控制的目的就是使系统即能维护高质量通信，又不对其他用户产生干扰。
（2）PN码技术
PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量，抗干扰能力，接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的，因而需求pn码自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等。目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列----m序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户。
（3）RAKE接收技术
移动通信信道是一种多径衰落信道，RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调 ，然后叠加输出来增强接收效果，在CDMA系统中多径信号不再是一个不利因素，而且变成了一个可供利用的有利因素。
（4）声码器速率的自适应阈值技术
CDMA系统使用了确定声码器速率的自适应阈值，自适应阈值可以根据背景声学噪音电平的变化改变声码器的数据速率。这些阈值的使用压制了背景声学噪声，因而在噪声环境下也能提供清晰的话音。
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