摘 要：首先概要介绍了第三代移动通信标准；讨论了在IMT-2000中时分双工（TDD）无线传输技术的主要优点和不足之处；之后较详细地介绍了TD-SCDMA的主要技术特点，包括TD-SCDMA多址技术的选择，基带数字信号处理技术和智能天线；最后讨论了TD-SCDMA的演进策略。

　　关键词：第三代移动通信；标准；TD-SCDMA

　　在20世纪的最后20年内，现代移动通信技术走过了第一代（模拟系统）和第二代（窄带数字系统）两个阶段。在千年之交的时期，将要完成第三代移动通信（正式名称为IMT-2000）标准的制定工作，为今后10余年移动通信的发展打下基础。

　　从20世纪90年代起，移动通信就以极高速度发展。1999年，在通信设备市场中，移动通信产品所占份额已超过50％。而且，此比例还在逐渐增加。手持机的逐渐普及带来了对通信个人化的强烈需求，互联网的高速发展又带来了移动数据通信的机遇。回顾近10年的发展，可以说，移动通信技术的发展开辟了一个巨大的市场，而市场的急需又推动了第三代移动通信技术的进步和国际标准的制定。

　　1 第三代移动通信标准概况

　1.1 第三代移动通信标准的要求

　　第三代移动通信是近20年来现代移动通信技术和实践的总结与发展。1985年ITU TG8/1成立时，当时昂贵的第一代模拟移动通信系统在全世界仅有几十万用户，没想到10余年后，移动通信竟成为通信领域中的主流。1996年，ITU正式确认使用IMT-2000这个名称；1997年，确定了基本要求并征求RTT建议。至此，第三代移动通信进入了制定和完成国际标准的快车道，成为全球通信业技术和市场竞争的一个焦点。

　　目前，第三代移动通信系统的框架已确定，将以卫星移动通信网与地面移动通信网相结合，形成一个对全球无缝覆盖的立体通信网络，满足城市和偏远地区不同密度用户的通信需求，支持话音、数据和多媒体业务，实现人类个人通信的理想。

　　ITU对第三代陆地移动通信系统的基本要求是：

　三种环境：室内、手持机和高速移动环境。

　　·所能传输的业务数据速率：

　　室内：2Mbit／s；

　　手持机：384kbit／s；

　　高速移动：FDD方式，64/144kbit／s，移动速度达到500km／h；

　　TDD方式，64／144kbit／s，移动速度达到120km／h。

　　·业务质量：数据业务的误码率不超过10^-3或10^-6（根据具体业务要求）。

　　·全球无缝覆盖。

　　在对各种RTT评估时，除满足上述基本要求外，应当着重考虑如下几方面的特性：

　　·无线频谱利用率，在有限频谱资源条件下为尽可能多的用户服务。

　　·技术（设备）的复杂性，它将影响到设备的可靠性和制造成本。

　　·系统设备成本，低成本才可能被用户所接受。

　　在1999年11月5日结束的ITU TG／1第18次会议上，顺利通过了输出文件：IMT-RSPC，标志着第三代移动通信标准的基本定型。

　　1.2 IMT-2000标准的构成

　　作为一个完整的移动通信标准，IMT-2000的标准由两个主要部分构成：核心网络（CN）和无线接入网（RAN）。鉴于历史和现状，核心网主要是以第二代移动通信的两种网络为基础：基于MAP的GSM网络和基于IS-41的CDMA网络，从而形成了两套网络标准。2000年5月，在世界无线电通信大会（WRC-2000）上，正式批准第三代移动通信系统（IMT-2000）无线接口技术规范建议——IMT.RSPC成为国际电联建议。在IMT-RSPC中，无线接入网形成了5种技术标准：

　　·两种TDMA标准：SC-TDMA（美国的UMC-136）；MC-TDMA（欧洲的EP-DECT）。

　　·三种CDMA标准：MC-CDMA（CDMA2000）；DS-CDMA（W-CDMA）；CDMA TDD（包括中国的TD-SCDMA和欧洲的UTRA TDD）。

　　显然作为主导地位的是CDMA标准，其中MC-CDMA是FDD方式，将基于IS-41核心网；DS-CDMA和CDMA TDD（TDD方式）将基于MAP核心网，CDMA TDD的无线接口采用相同的高层信令和不同的物理层。由于在MC-CDMA中没有TDD模式的标准，故CDMA TDD必须同时工作于两种核心网。CDMA TDD是3GPP内基于MAP核心网制定的第2层和第3层协议的技术规范，若工作于IS-41核心网，必须在第2层和第3层中同时开发两种核心网之间的接口（Hook and Extension）。

　　1.3 第三代移动通信网络

　　这里，我们仅考虑IMT-2000 RTT中的主要部分——CDMA。其核心网络将基于第二代移动通信的两种主要网络——GSM MAP和美国的IS-41，而两类RAN（3GPP的DS CDMA+CDMA TDD及3GPP2的MC CDMA）均能够接入此两类CN。在本文中，我们将只讨论CDMA TDD的RAN。

　　根据3GPP的概念，RAN就是图1中的RNS（无线接入网系统），它由无线网络管理器（RNC）、无线基站子系统（Node B）和用户终端（UE）所构成。RNS主要由lu系列接口标准所定义。由于IP技术的快速发展，此部分的标准将在2001年5月左右确定。在本文中，将主要介绍图中的空间接口（Uu）的技术。

　　2 在IMT-2000中的TDD RTT

　　在第三代移动通信标准制定过程中，国际上对TDD方式第一次给予了高度重视，在CDMA和TDMA系统中都制定了TDD的标准。很多国家的营运商都表示了首先选用TDD系统的愿望。其主要原因是TDD两个方面的优势。

　　2.1 TDD的主要优势

　　在同样满足IMT-2000要求的前提下，TDD系统有如下特点：

　　·TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率；

　　·TDD适宜 和于不对称的上下行数据传输速率，特别适用于IP型的数据业务；

　　·TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的；

　　·TDD系统设备成本较低，将可能比FDD系统低20%～50%。

　　2.2 TDD的不足

　　和FDD系统比较，TDD系统的主要问题是在终端的移动速度上，目前ITU要求TDD系统的移动速度达到120km／h，而FDD系统则要求达到500km／h。这主要是因为FDD系统是连续控制，而TDD系统是时间分隔控制的。在高速移动时，多普勒效应将导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深。在目前的芯片处理速度和算法的基础上，TD-SCDMA只能做到移动速度最高250km／h。与FDD系统的500km／h相比，还有一定的差距。

　　可见，移动通信一定是以FDD为主流的传统论点已受到挑战，TDD系统在第三代移动通信中的位置已不可动摇。目前，多数人预测第三代移动通信网络的前提是一个共同的网络，卫星移动通信系统用来完成全球无缝覆盖，FDD系统用来建设全国和国际移动通信网，而TDD系统用来在城市人口集中地区提供高密度和高容量的话音、数据及多媒体业务，用双模式甚至多模式用户终端来实现全球漫游。

　　3 TD-SCDMA的主要技术特点

　　TD-SCDMA是由大唐电信科技产业集团代表中国政府提出的第三代移动通信技术标准的TDD模式技术。该技术标准的产品开发已进入性能样机开发的后期，计划2001年一季度末、二季度初进入现场试验，2002年底至2003年初提供正式商用设备。

　　3.1 TD-SCDMA多址技术的选择

　　为了让多个用户能够共享同一个资源，在公众移动通信系统中，都设法利用各方面的资源，设计出最高效率的多址技术来满足要求。目前，能够考虑的资源是频率、时间和波形（码）。因而，在IMT-2000中的TD-SCDMA中同时使用了FDMA、TDMA和CDMA的技术。众所周知，在移动通信系统中，都必须使用多个载波频率，以充分利用一个频段资源，这就是传统的FDMA。在CDMA技术出现的初期，即美国的IS-95CDMA系统，是使用直接扩频（DS）技术的，并没有采用时分多址（TDMA）技术。近年的发展证明，CDMA和TDMA的联合使用可以进一步提高系统的容量和灵活性，特别是对不对称的IP型业务。因而，在TD-SCDMA技术中同时采用这几种多址技术。

　　此外，TD-SCDMA正在研究另一种多址技术——空分多址（SDMA）。空分多址将可能成倍地提高系统的容量。SDMA是基于智能天线技术，用波束成形来分隔不同方向的用户，使同一组资源可以在不同方向上复用。此技术的使用首先要求天线波束成形的技术更完善，不同波束之间的干扰大大降低。虽然按目前的技术水平，包括算法的复杂度和微电子的能力，在存在多址干扰的环境下和使用有限天线阵列尺寸的条件下，达到理想的成形波束是相当困难的。但TD-SCDMA在使用了智能天线技术后，已初步实现了空分多址的雏形。随着基带信号处理技术的进步，算法的优化，在TD-SCDMA系统中完善SDMA的功能是可能的。

　　TD-SCDMA是一种在TDD模式下可进行并行或串行信号传输的多址接入方式，在非对称频段上可进行电路和分组交换数据业务的传输，每个时隙的信道数可在16个话音信道和1个高速数据信道之间变化，其高TRX效率（每个收发信机的码道数）有利于采用小基站，使其客户容量可大大提高，或可大大降低基站的成本。其中各时隙独立工作是不对称频段的TDD模式的先决条件，在各时隙里面，多用户独立信号检测由Joint Detection来实现。

　　3.2 TD-SCDMA基带数字信号处理技术

　　现代移动通信技术的进展在非常大的程度上依靠了基带数字信号处理技术的进步。大家知道，移动通信系统是工作在存在严重干扰、多径传播和具有多普勒效应的实际环境中。要实现可靠的通信，必须保证接收机能克服这些干扰和衰落，获得可靠的接收信号，这对CDMA系统来说更是至关重要的。目前，在TD-SCDMA系统中主要使用的基带数字信号处理技术包括如下几个方面：

　　（1）信道编码和交织

　　在IMT-2000中，一致使用卷积码（R=1/2及1/3）作为低速率数据的信道编码方式，对速率较高（例如32kbit/s）的数据信号则使用Turbo码。信道交织深度则选用10～80ms。

　　（2）联合检测

　　在TD-SCDMA技术中采用了联合检测技术。通过对已知的训练序列（Midamble）进行信道估值，对多码道信号联合处理。理论上，联合检测比RAKE接收等单信道检测的效果要好。但由于算法的复杂性，目前还只能在TDD系统中使用。

　　（3）干扰抵销

　　和联合检测类似，同样通过地已知的训练序列（Midamble）进行信道估值，对多码道信号联合处理，找出干扰和多径分量进行抵销。目前，此技术达到的效果和联合检测差不多。

　　（4）同步CDMA

　　同步CDMA，或称上行同步是降低多址干扰，简化基站接收机的一项重要技术。在TD-SCDMA中使用此技术，为实现智能天线打下基础。

　　3.3 TD-SCDMA智能天线

　　从一定意义上，TD-SCDMA系统就是基于智能天线来设计的。现代智能天线的基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射，时，通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。

　　TD-SCDMA由于在TDD模式中上下行链路使用双向TDD载波，上下行的互易性使智能天线能产生最大的C/I增益，因此TDD模式是通过智能天线得到最佳C/I增益的先决条件。智能天线通过其方向性，从而减小了小区间干扰（8元阵列时约减小8dB），并在因干扰而使高业务量受限的人口密集的城市中允许更密集的频率复用。因为其方向性，智能天线使无线覆盖范围在因AWGN而受限的用户密集度低的农村得到扩展（≈8dB=2倍）。网络运营商利用此技术可获得更高的频谱利用率，并且所需安装的基站数目可减少。

　　由于采用了智能天线，在小区复用因子C=1时，3个带宽为1.6MHz的载波可在同一个小区，则每个小区的数据吞吐量增加3倍。

　　可见，TD-SCDMA可使频谱在所有对称和不对称的三代业务中得到最佳的利用，智能智能天线的使用，种子业务的频谱利用率（因子可高达3），从而最大限度地减少了在干扰受限区域内的所需基站数量。智能天线中无线覆盖范围的扩展，可最大限度地减少因AWGN而受限的农村所需的基站数。而高TRX效率可使用小基站。因此，TD-SCDMA是能够以高频谱利用率在所有无线环境中实现全部第三代业务的最优方案之一（尤其是在城市人口密集地区），而基于GSM结构的TD-SCDMA是从第二代无线业务过渡到第三代无线业务的真正最优解决方案。

　　4 TD-SCDMA的演进策略

　　ITU要求第三代移动通信的发 应是从二代到三代的平滑过渡。目前除少数国家外，其他各国的第三代移动通信的发展均是从现有的第二代移动通信演进和发展，而不是完全重新建设一个移动通信网。其初期业务仍然是话音业务，数据业务将逐渐增加。

　　目前，第二代移动通信能满足话音和低速数据的要求，仅在大城市等人口密集地区出现了频率资源问题。在第三代移动通信投入运行的初期（2001～2005年），在多数国家和地区，到GSM已出现网络容量不足（频率资源不足）的问题，同时用户已有对移动数据业务，主要是Internet业务、不对称的业务的需求，而且此类用户大都集中在用户高度密集，且有较高要求和支付能力的大、城市城市及近郊。因此，在已有的第二代（如GSM）网络上增加第三代的TD-SCDMA设备，为用户密集地区提供第三代业务是TD-SCDMA从二代向三代过渡的第一步。而从解决微小区和不对称业务、降低运营商投资成本等角度来看，TD-SCDMA系统当是首选。

　　在已有的第二代（GSMAK CDMA One）网络上增加TD-SCDMA设备，逐渐演进，其方案的特点在于：

　　·在GSM网络用户密集大的地区首先应用，解决GSM容量不足问题；

　　·与GSM系统同基站安装，不需基建投资；

　　·采用双频双模终端，在第三代网络覆盖范围内使用TD-SCDMA模式；在第三代网络覆盖不到的地方使用GSM，使用户没有局部覆盖的感觉；

　　·双频双模式手持机的价格和现在GSM双频手持机相近；

　　·在向第三代网络过渡时，TD-SCDMA无线基站完全可以继续使用，不致有越来越大的第二代系统的包袱。

　　在具体应用中，则可在GSM网络中插入TD-SCDMA BTS，使用GSM在900MHz的基站站址增加TD-SCDMA。这不需要频率规划，相邻小区可以使用相同频率，不同小区半径的基站发射功率不同，天线的应用，对功率规划的要求也不严格，每个小区内可以根据用户密度使用多个载频。在TD-SCDMA基站覆盖区内提供第三代业务，在TD-SCDMA基站覆盖区外使用GSM系统，提供二代业务。

　　到2004年、2005年，第三代移动通信进入高速发展期，各国运营商将开始建设完整的第三代网络。此时，网络中投资最大的BTS部分已经在第一阶段建设完毕，唯一需要投入的费用就是BSS软件升级，以此满足第三代系统对无线网络控制器（RNC）的全部要求；加上第三代MSC，网络中不仅有TDD的基站，也将有FDD的基站，形成一个全国覆盖、际漫游的完整三代网络。在不大量增加新投资的情况下，完成向第三代的演进。