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本文是TD-SCDMA的标准协议

日本的ARIB在第三代系统的标准研究制订方面也走在世界前列。先后制订出6种RTT方案，经过层层筛选和合并，形成了以NTT DoCoMo公司为主提出的W-CDMA方案。日本的W-CDMA方案和欧洲提出的W-CDMA极为相似，与其融合。
这10种提案中以欧洲的W-CDMA技术和美国的CDMA2000技术最为看好，同时，中国的TD-SCDMA技术由于其本身的技术先进性并得到中国政府、运营商和产业界的支持，也很受瞩目。
    通过一年半时间的评估和融合，1999年11月5日ITU 在赫尔辛基举行的TG 8/1第18次会议上，通过了输出文件ITU-R M.1457[2]，确认了如下5种第三代移动通信RTT技术：    
       两种TDMA技术：
* SC-TDMA（UMC-136）；
* MC-TDMA（EP-DECT）；
     三种CDMA技术： 
* MC-CDMA（CDMA2000 MC）；
* DS-CDMA（包括UTRA/WCDMA和CDMA2000/DS）；
* TDD  CDMA（包括TD-SCDMA和UTRA TDD）；

表1.2   ITU确认的5种 第三代移动通信RTT
                     

CDMA	TDMA
MC	DS	TDD	SC	MC
CDMA	CDMA	CDMA	TDMA	TDMA

其中主流技术是上述三种CDMA技术。

ITU-R M.1457的通过标志着第三代移动通信标准的基本定型。我国提出的TD－SCDMA（Time Division Duplex－Synchronous Code Division Multiple Access）建议标准与欧洲、日本提出的W-CDMA和美国提出的cdma2000标准一起列入该建议，成为世界三大主流标准之一。   
1.2.3 三大主流标准的技术比较   
WCDMA最初主要有Ericsson、Nokia公司为代表的欧洲通信厂商提出。这些公司都在第二代移动通信技术和市场占尽了先机，并希望能够在第三代依然保持世界领先的地位。日本由于在第二代移动通信时代没有采用全球主流的技术标准，而是自己独立制订开发，很大程度上制约了日本的设备厂商在世界范围内的作为，所以日本希望借第三代的契机，能够进入国际市场。以NTT DoCoMo为主的各个公司提出的技术与欧洲的WCDMA比较相似，二者相融合，成为现在的WCDMA系统。WCDMA主要采用了带宽为5MHz的宽带CDMA技术、上下行快速功率控制、下行发射分集、基站间可以异步操作等技术特点。
CDMA2000是在IS-95系统的基础上由Qualcomm、Lucent、Motorola和Nortel等公司一起提出的，CDMA2000技术的选择和设计最大限度地考虑和IS-95系统的后向兼容，很多基本参数和特性都是相同的。并在无线接口进行了增强，如：
（１）提供反向导频信道，使反向相干解调成为可能。在IS-95系统中，反向链路没有导频信道，这使得基站接收机中的同步和信道估计比较困难；
（２）前相链路可采用发射分集方式，提高了信道的抗衰落能力；
（３）增加了前向快速功控，提高了前向信道的容量。在IS-95系统中，前向链路只支持慢速功控；
（４）业务信道可采用比卷积码更高效的Turbo码，使容量进一步提高；
（５）引入了快速寻呼信道，减少了移动台功耗，提高了移动台的待机时间。

WCDMA和CDMA2000都是采用FDD模式的技术，而TDD技术由于本身固有的特点突破了FDD技术的很多限制，如：上下行工作于同一频段，不需要大段的连续对称频段，在频率资源日紧张的今天，这一点尤显重要；这样，基站端的发射机可以根据在上行链路获得的信号来估计下行链路的多径信道的特性，便于使用智能天线等先进技术；同时能够简单方便地适应于3G传输上下行非对称数据业务的需要，提高系统频谱利用率；这些优势都是FDD系统难以实现的。因此，随着技术的发展，国际上对使用TDD的CDMA技术日益关注。
TD-SCDMA也就是在这种环境下诞生的，它综合TDD和CDMA的所有技术优势，具有灵活的空中接口，并采用了智能天线、联合检测等先进技术（这些在后面的章节中陆续将有阐述），使得TD-SCDMA具有相当高的技术先进性，并且在三个标准中具有最高的频谱效率。随着对大范围覆盖和高速移动等问题的逐步解决，TD-SCDMA将成为可以用最经济的成本获得令人满意的3G解决方案。

    图1-4（A）、（B）分别表示TD—SCDMA和WCDMA的多址方式结构。可以看出，TD—SCDMA方式采用了TDMA技术，有利于传输非对称数据业务。表1-3对WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000三种主流标准的主要技术性能进行了比较。其中仅有TD—SCDMA方式使用了智能天线、联合检测和同步CDMA等先进技术，所以在系统容量、频谱利用率和抗干扰能力方面具有突出的优势。

      
     (A)  TD—SCDMA多址方式结构示意图
 
            (B)  WCDMA多址方式结构示意图

          图1-4  WCDMA和TD-SCDMA多址方式比较


      表1-3  三种主流3G标准主要技术性能的比较
	WCDMA	TD-SCDMA	CDMA2000
载波间隔	5MHz	1.6MHz	1.25MHz
码片速率	3.84Mcps	1.28Mcps	1.2288Mcps
帧长	10ms	10ms（分为两个子帧）	20ms
基站同步	不需要	需要	需要典型方法是GPS
功率控制	快速功控：
上、下行1500Hz	0-200Hz	反向：800Hz
前向：慢速、快速功控
下行发射分集	支持	支持	支持
频率间切换	支持，可用压缩
模式进行测量	支持，可用空闲时
隙进行测量	支持
检测方式	相干解调	联合检测	相干解调
信道估计	公共导频	DwPCH，UpPCH，Midamble	前向、反向导频
编码方式	卷积码
Turbo码	卷积码
Turbo码	卷积码
Turbo码
1.3  TD-SCDMA标准的形成
现代电信技术的发展，尤其是近十多年来移动通信技术的发展过程告诉我们，标准是现代技术发展的核心。谁拥有了标准，掌握了大量的专利权，谁就赢得了主动权，占领了高科技的制高点。由于种种原因，我国在移动通信技术方面，错过了第一代移动通信发展的机遇，而在第二代时期仅仅赶上了个“末班车”，为外国产品进行散件组装。从而使我国80%以上的市场被外企所占有。实践证明，市场之争归根到底是技术之争、标准之争。
从ITU向全世界征求IMT-2000 RTT方案开始，我国开始意识到对第三代移动通信技术标准研究的重要性，积极参与3G标准的研究和制订。
TD-SCDMA第三代移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院（现大唐移动通信设备有限公司）在国家主管部门的支持下，根据多年的研究而提出的具有一定特色的3G通信标准。是中国百年通信史上第一个具有完全自主知识产权的国际通信标准，在我国通信发展史上具有里程碑的意义并将产生深远影响，是整个中国通信业的重大突破。TD-SCDMA的提出同时得到中国移动、中国电信、中国联通等公司的大力支持和帮助。该标准文件在我国无线通信标准组（CWTS）最终修改完成后，经原邮电部批准，于1998年6月代表我国提交到ITU（国际电信联盟）和相关国际标准组织。
TD－SCDMA系统全面满足IMT-2000的基本要求。采用不需配对频率的TDD（时分双工）工作方式，以及FDMA/TDMA/CDMA相结合的多址接入方式。同时使用1.28Mcps的低码片速率，扩频带宽为1.6MHz。
TD-SCDMA系统还采用了智能天线、联合检测、同步CDMA、接力切换及自适应功率控制等诸多先进技术，与其它3G系统相比具有较为明显的优势，主要体现在：

(1)频谱灵活性和支持蜂窝网的能力
TD-SCDMA采用TDD方式，仅需要 1.6MHz（单载波）的最小带宽。因此频率安排灵活，不需要成对的频率，可以使用任何零碎的频段，能较好地解决当前频率资源紧张的矛盾；若带宽为 5MHz则支持3个载波，在一个地区可组成蜂窝网，支持移动业务。
(2)高频谱利用率
TD-SCDMA频谱利用率高，抗干扰能力强，系统容量大，适用于人口密集的大、中城市传输对称与非对称业务。尤其适合于移动Internet业务（它将是第三代移动通信的主要业务）；
(3)适用于多种使用环境
TD-CDMA系统全面满足ITU的要求，适用于多种环境。
(4)设备成本低
    设备成本低，系统性能价格比高。具有我国自主的知识产权，在网络规划、系统设计、工程建设以及为国内运营商提供长期技术支持和技术服务等方面带来方便，可大大节省系统建设投资和运营成本。

TD-SCDMA标准公开之后，在国际上引起强烈的反响，得到西门子等许多著名公司的重视和支持。1999年11月在芬兰赫尔辛基召开的国际电信联盟会议上，TD-SCDMA被列入ITU 建议ITU-R M.1457，成为ITU认可的第三代移动通信RTT主流技术之一。2000年5月世界无线电行政大会正式接纳TD-SCDMA为第三代移动通信国际标准。从而使TD-SCDMA与欧洲、日本提出的WCDMA、美国提出的cdma2000并列为三大主流标准之一。这是百年来中国电信史上的重大突破，标志着我国在移动通信技术方面进入世界先进行列。图1.5表示了TD-SCDMA标准的发展历程。

 图1.5  TD-SCDMA标准发展历程

虽然ITU在第三代移动通信标准的发展过程中起着积极的推动作用，但是ITU的建议并不是完整的规范，上述标准的技术细节则主要由两个国际标准组织：3GPP和3GPP2再根据ITU建议进一步来完成的。其中，以欧洲为主体的3GPP主要制定基于GSM MAP核心网的第三代移动通信系统标准，其无线接入网标准则基于DS-CDMA（即WCDMA FDD模式）和CDMA TDD（UTRA TDD和TD-SCDMA）；而以美国为主体的3GPP2制订基于美国IS-41核心网的第三代移动通信标准，其无线接入网标准基于MC-CDMA（即CDMA2000，FDD模式）。
中国无线通信标准组（CWTS）是国际电联承认的标准化组织，也是上述两个国际组织的成员。TD-SCDMA为国际电联正式接纳后，1999年12月在3GPP RAN会议上确定了TD-SCDMA 与UTRA TDD标准融合的原则,经过一年的工作，2001年3月16日,在美国加里福尼亚州举行的3GPP TSG RAN第11次全会上，将TD-SCDMA列为3G标准之一，包含在3GPP版本4（Release 4）中。这是TD-SCDMA已经成为全球3G标准的一个重要里程碑，表明该标准已经被世界众多的移动通信运营商和生产厂家所接受。这也是TD-SCDMA的完全可商用版本的标准，在这之后，TD-SCDMA标准进入了稳定并进行相应改进和发展阶段。
1.4 本书预览
第二章主要从物理模型和功能模型方面介绍了3G系统的网络结构，
第三章介绍了TD-SCDMA接入网部分（UTRAN）的组成结构，接入网内的主要接口和协议模型。
第四章详细阐述了TD-SCDMA的物理层结构，包括TD-SCDMA的信道结构，编码复用技术，扩频调制及相关的物理层的过程和测量。TD-SCDMA与WCDMA及CDMA2000的主要区别就在于物理层及其相关的关键技术。
第五章主要探讨了TD-SCDMA空中接口的二三层结构，包括MAC，RLC，PDCP，BMC和RRC层。并简单讨论了接入网的安全结构。TD-SCDMA无线传输接口是空中接口，这个接口是TD-SCDMA特性最显著体现的部分。
第六章介绍了TD-SCDMA的射频特性，包括基站的射频特性和终端的射频特性。
第七章对无线资源管理作了一些研究，其中包括越区切换、动态信道分配和智能天线的影响等。无线资源管理也是TD-SCDMA技术的重要组成部分，其算法的好坏直接影响系统的整体性能。
第八章介绍了TD-SCDMA如何使用HSDPA（高速下行分组接入）更好地支持未来的高速数据业务。HSDPA技术在3GPP的提出是3G标准的一种发展趋势，能够促进TD-SCDMA在不断发展过程中支持的更高的数据速率。
最后，在本书的第九章概括介绍了3G的核心网结构及其主要实体和接口。并对网络的演进、组网、网络共享及TD—SCDMA灵活的组网方式等有关问题进行了探讨。



参考文献：
[1] 3GPP Technical Specification 25.4xx 系列规范。
[2] 3GPP Technical Specification 25.305 Stage 2 functional specification of UE positioning in UTRAN
[3] 3GPP Technical Specification 23.271 Functional stage 2 description of location services
[4] 3GPP Technical Specification 25.875 Intra Domain Connection of RAN Nodes to Multiple CN Nodes
[5] 3GPP Technical Specification 25.883 direct transport bearers between SRNC and Node-B
[6] 3GPP Technical Specification 32.xxx 系列规范
[7] 3GPP Technical Specification 23.xxx 系列规范
  第二章  第三代移动通信的网络结构
    
     由于人们对高速数据业务和多媒体业务的需求及第二代移动通信系统所固有的局限性，促使了第三代移动通信的出现。同时，鉴于全世界第二代移动通信体制和标准不尽相同，以及第二代与第三代将在今后较长的时间内共存，ITU提出了“IMT—2000家族”的概念。这意味着只要该系统在网络和业务能力上满足要求，都可以成为IM—2000成员。
2．1 IMT-2000的目标和要求

ITU 明确提出了3G系统的主要目标，即实现IT网络全球化、业务综合化和通信个人化。具体包括：
   1. 全球漫游。用户能够以低成本的多模式终端在整个系统和全球漫游。
   2. 适应于多种环境。IMT—2000应该适应于多层小区结构，如微微小区、微小区、宏小区等，同时将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起。
   3．提供多种业务，如高质量话音、可变速率的的数据、高分变率的图象和多媒体业务等。
   4．具有较高的频谱利用率和较大的系统容量。为此，系统需要拥有强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。
   5．在全球范围内，系统设计必须保持高度一致。在IMT—2000家族内部，以及IMT—2000与固定通信网络之间的业务要相互兼容。
   6．具有较好的经济性能。即网络投资费用，包括网络建设费、系统设备费和用户终端费要尽可能地低。并且终端设备应体积小、耗电省，满足通信个人化的要求。

   为了实现上述目标，对IMT—2000的无线传输技术提出了以下要求：
   （1）为支持高速率数据和多媒体业务，在各种条件下所应支持的业务速率：
        * 室内环境至少2Mbps；       
        * 室外步行环境至少384Kbps；
        * 室外车载运动中至少144Kbps。
（2）传输速率能够按需分配；
（3）上、下行链路适应于传输不对称业务的需要。
同时，第三代移动通信应能够后向兼容第二代移动通信系统，实现2G到3G的平滑过渡。
2．2 UMTS的物理结构模型

   UMTS是IMT—2000的重要成员之一，主要由欧洲和日本等国家和地区的移动通信设备供应商提出的。UMTS的一般结构可以从功能和物理的角度进行模型化。在物理方面使用域(Domain)的概念进行模型化。其物理结构模型如图2.1所示，域是最高级的物理实体，参考点在域间定义。在功能方面使用层（Stratum）的概念进行模型化。层是和一个或多个域提供的业务的一个方面有关的协议组。本节首先介绍UMTS的物理结构模型，然后再讨论其功能结构模型。

                        图2.1  UMTS的物理结构模型

   UMTS phase 1 与GSM的主要区别是UMTS支持可变速率的业务量及QOS的高比特率承载业务。特别是UMTS phase 1能以有效的方式支持突发和非对称业务，这将允许UMTS phase 1引入一系列新的业务如多媒体和IP业务等。
   一般的UMTS 的物理结构分为两个域：用户设备域和基本结构域。用户设备是用户用来接入UMTS 业务的设备，用户设备通过无线接口与基本结构相连接。基本结构由物理节点组成，这些物理节点完成终止无线接口和支持用户通信业务需要的各种功能。基本结构是共享的资源，它为其覆盖区域内的所有授权用户提供服务。
      2.2.1 用户设备域
     
     用户设备域包括具有不同功能的各种类型设备。它们可能兼容一种或多种现有的接入口（固定或无线）设备，如双模GSM/UMTS用户终端等。用户设备还可以包括智能卡。从图2.1可以看出，用户设备域可进一步分为移动设备（ME）域和用户业务识别单元（USIM）域。
    1．移动设备（ME）域
       移动设备域的功能是完成无线传输和应用。移动设备还可以分为实体，如完成无线传输和相关功能的移动终端（MT），包含端到端应用的终端设备（TE）。对移动终端没有特殊的要求，因为它与UMTS的接入层和核心网有关。