TD-SCDMA向未来B3G的演进--1

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    1、前言
      随着市场需求的不断增长，移动通信系统在这几十年中得到了迅猛发展，从初期的基于模拟信号处理技术的第一代移动通信系统，到取得巨大商业成功的基于数字信号处理技术的第二代移动通信系统经历了不到半个世纪的时间。目前，第三代移动通信（3G）系统包括中国的TD-SCDMA系统很快将会在中国市场上出现[1]。尽管目前的2.5G和正在发展的3G系统分别宣称能够提供高达384kbit/s和2Mbit/s的高速率数据业务，但是在忙时每个用户的平均吞吐量都不会超过171kbit/s。这样，2.5G和3G系统虽然能够提供基础业务，如语音、数据通信和低速率无线互联网接入等，但没有能力提供新的交互式多媒体业务，如多方视频会议、视频点播等这些业务需要的数据速率经常高达100 Mbit/s。
      为了满足更高速率业务的需求，目前国际的相关组织包括3GPP、3GPP2已经开始对3G的演进系统（LTE）制定标准，并提出了相关的物理层标准，标准的制定中充分考虑了系统的平滑演进和后向兼容性，也引入了为支持高速数据业务的增强型技术。同时，在全球范围内有很多的研究项目包括中国的FuTURE、欧洲的ISTMATRICE等更是针对更高速率的超三代移动通信（B3G）系统。一些新技术，包括正交频分复用（OFDM）、多入多出（MIMO）等将会被使用在B3G系统中。由于具有良好的对抗多径能力，OFDM技术被广泛地认为是适用在宽带无线通信系统中的一种调制方式。为了实现高频谱利用率和增大系统的覆盖范围，B3G系统必然会采用多天线技术来支持高速数据业务。此外，3G的TD-SCDMA系统中的一些先进技术能够直接应用到B3G系统中。码分多址（CDMA）作为最有前途的多址接入方式可以与OFDM技术结合使用。时分双工（TDD）系统可以灵活地分配上下行间的容量比例，能方便地同时提供对称业务（如语音等）和非对称业务（如移动互联网等）[2]。B3G的空中接口将会是3G中的成熟技术和针对高速数据业务提出的新技术的结合体。
      本文展望的B3G系统——TD-CDM-OFDM（timedivision-codedivisionmultiplexing-orthogonalfrequency division multiplexing）在充分考虑TD-SCDMA的平滑演进的基础上，给出了未来宽带无线接入的空中接口解决方案。该系统能够灵活地分配上行和下行间的容量，采用先进的接收检测算法，并且使用了码分多址、正交频分复用和多天线等技术。
      2、对演进系统的要求
      2.1后向兼容性
      演进系统需要与现有3G系统保持兼容性，也就是说在满足更高服务质量的基础上充分考虑引入增强型技术后对现有设备的投资进行保护，目标是在原来的设备上无需做太多的改动而同时支持多种系统标准。未来的3G演进系统可以采用如下的结构：在下行的独立载波上使用采用了基于OFDM技术的3G演进系统，并且随着未来需求的变化慢慢过渡到下行完全是3G演进系统；而上行在初期仍然使用原来3G系统的上行方案。这样做的最大好处就是当用户需要比较高的数据速率时，可以通过向基站端发出请求使用3G演进系统，那么下行就可以选择在独立的载波上用OFDM下行方案来支持。相反，如果用户仅仅只是需要语音业务，也可以继续使用原有的3G下行方案。另外，从长期演进的角度来讲，采用这种方法具有很大的灵活性。
      在物理层上采用一些增强型技术来提高数据速率的同时，需要考虑演进系统的协议结构调整。为了能够使原设备在B3G系统中继续使用，要尽量多地使用原来的协议栈和系统的结构，所以在调整物理层方案时，要尽量与原来的物理层结构保持一致，如帧结构等，减少对上层协议和系统结构的调整。
      2.2支持灵活带宽
      为了有效利用现有和即将使用的频谱，很多的运营商都希望未来的系统能够提供灵活的带宽支持，能够支持不同的带宽需求。而对于采用OFDM技术的B3G系统，可以使用相同的子载波间隔而不同的子载波数来满足灵活的带宽需求。由于子载波间隔并没有发生变化，有效的OFDM符号长度并不随着带宽的大小不同而发生变化，那么帧结构也不需要发生变化，极大地方便了系统在不同带宽下的运营。
      2.3高速数据速率
      ITU对未来B3G系统提出能够达到的高速数据要求：在低速环境中下行峰值速率（指将系统的所有资源分配给那些信道条件最好的用户所能达到的速率）达到1Gbit/s，在移动环境中下行峰值速率达到100Mbit/s。对物理层来说，高速数据传输意味着一方面要提高系统的频谱利用率，另一方面需要克服由于高速传输带来的严重的符号间干扰等一系列问题。
      2.4对高速移动的支持
      B3G系统要求能够同时支持步行和车载速度，希望最大能够支持的移动速度为350km/h。由于高速移动环境将会导致多普勒频移，信号经历的时间选择性衰落很严重。特别是对于采用了OFDM技术的系统，高速移动性的支持将对同步提出了更高的要求。另外，在确定OFDM的子载波间隔时，需要考虑多普勒频移频偏的存在，以便能够有效抵抗其影响。
      2.5低RAN延时
      B3G系统将会很好地支持TCP/IP协议栈，以便能够提供更好的QoS保证。要求之一就是希望有较小的往返时间（RTT），往返时间指的是从UE端到服务器端的往返时间。在空中接口部分的往返时间（RAN-RTT）占了RTT中的主要部分，未来无线系统要求RAN-RTT能够满足小于10ms。所以，在确定TTI大小时，需要根据系统对延时的要求来选取，并且，TTI长度的确定与选择合适的OFDM有效符号数及子载波间隔也有很大的关系。

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