三大3G主流制式比較

蘇翰 2009/02/24

序言

　　2009年1月7日，工業(yè)和信息化部批準(zhǔn)發(fā)放3張第三代移動(dòng)通信（3G）牌照，此舉標(biāo)志著我國正式進(jìn)入了3G時(shí)代。它們分別是基于FDD制式的CDMA2000和WCDMA,以及TDD制模式的TD-SCDMA。其中TD-SCDMA在高效的頻譜利用率以及對業(yè)務(wù)支撐的靈活性等方面有著天然的優(yōu)勢，非常符合未來移動(dòng)通信的發(fā)展方向，將會在未來的3G競爭中展現(xiàn)出強(qiáng)大的競爭力。

TDD與FDD比較

　　在FDD（頻分雙工）制式中，系統(tǒng)采用成對對稱的頻譜來提供語音業(yè)務(wù)以及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。整個(gè)頻帶被裁分未若干窄帶業(yè)務(wù)信道，每對信道之間須保留一定的保護(hù)間隔，以防止臨頻干擾。毫無疑問，F(xiàn)DD制式非常適合于語音類的上下行對稱業(yè)務(wù)，因而可以成為移動(dòng)通信系統(tǒng)的典型標(biāo)準(zhǔn)之一。然而，用戶對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L，3GPP提出3G的下行傳輸速度需達(dá)到2Mbit/s以適應(yīng)各種對稱的以及非對稱的業(yè)務(wù)需求，由此導(dǎo)致用戶對頻帶以及數(shù)據(jù)吞吐量猛增。因而，頻譜的利用效率必將成為3G競爭的重點(diǎn)。

　　FDD難以實(shí)現(xiàn)最佳的頻譜效率

　　在3G的對稱業(yè)務(wù)方面，上、下行鏈路形成一個(gè)對稱的雙工業(yè)務(wù)負(fù)載。在FDD制式下，由于上、下行鏈路業(yè)務(wù)負(fù)載的對稱性，對稱業(yè)務(wù)將在成對對稱的頻譜上呈現(xiàn)最佳的頻譜效率。然而，隨著大規(guī)模的無線包交換業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用，非對稱雙工業(yè)務(wù)成為無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要負(fù)載。其最典型的特征就是上、下行鏈路中的業(yè)務(wù)負(fù)載量不再是對稱出現(xiàn)，而是取決于不同的業(yè)務(wù)類型。為了達(dá)到最佳的頻譜效率，則需要各種業(yè)務(wù)都可能靈活的調(diào)用有限的頻譜資源。然而在FDD的固定的上、下行頻譜分配的模式下，靈活的將對稱的頻譜分配給非對稱的上、下行業(yè)務(wù)負(fù)載是不可能的。因此，基于FDD成對對稱的頻帶分配制式實(shí)現(xiàn)語音或數(shù)據(jù)等對稱及非對稱的業(yè)務(wù)負(fù)載很難達(dá)到最佳的頻譜利用效率，最終將造成一定程度上的頻譜資源浪費(fèi)。

　　TDD將頻譜利用率推向最高

　　為了實(shí)現(xiàn)對稱及非對稱業(yè)務(wù)的最佳的頻譜效率，靈活的、自適應(yīng)的頻譜分配是十分必要的。在TDD制式中，無線信道被分為若干的TDMA無線幀，這個(gè)幀結(jié)構(gòu)又被進(jìn)一步細(xì)化為若干的時(shí)隙，從而實(shí)現(xiàn)了無線信道在時(shí)域中的周期性重復(fù)。TD-SCDMA采用時(shí)分雙工制式，能在同一頻段的不同時(shí)隙中發(fā)送上行（由終端到基站）或下行（由基站到終端）數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了基于不同的業(yè)務(wù)類型，上、下行頻段的靈活分配。當(dāng)無線信道承載非對稱業(yè)務(wù)是，更多的時(shí)隙被分配給下行鏈路；而當(dāng)進(jìn)行語音等對稱業(yè)務(wù)時(shí)，上、下行鏈路則占有相同數(shù)量的時(shí)隙。碼分多址接入（CDMA）技術(shù)的采用，使得同一頻段的同一時(shí)隙中可以承載多個(gè)用戶，用戶間使用獨(dú)立的碼分信道，用戶數(shù)據(jù)分布于整個(gè)帶寬上，從而更加高效的利用了頻譜資源。TD-SCDMA有效的結(jié)合了TDD和CDMA的優(yōu)勢，大幅度的提高了無線傳輸速率（達(dá)到2Mbit/s）；同時(shí)支持根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型，靈活的分配上、下行鏈路的頻譜資源。

　　由以上的分析可以看出，F(xiàn)DD制式下的上、下行鏈路固定頻譜分配，無法從頻域上根本的解決頻譜利用率低的問題。而TD-SCDMA采用TDD系統(tǒng)制式，可以靈活分配對稱、非對稱以及混合業(yè)務(wù)的上、下行鏈路所占用的頻譜資源。同時(shí)，由于TD-SCDMA不需要成對的頻帶資源支持，因而可以利用目前頻譜規(guī)劃中的散雜頻譜資源，使得整個(gè)頻譜規(guī)劃更加簡便。

　　3TD-SCDMA,WCDMA以及CDMA2000比較

　　TD-SCDMA，WCDMA及CDMA2000都是基于CDMA技術(shù)的無線通信制式，分別由3GPP和3GPP2開發(fā)和維護(hù)。其各自的主要特點(diǎn)如上表所示。

　　由表1可以得出，TD-SCDMA系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢。它同時(shí)采用智能天線和聯(lián)合檢測技術(shù)，減少了用戶間的干擾，增加系統(tǒng)容量；采用上、下行時(shí)隙不對稱分配，提高了頻譜利用效率，更適應(yīng)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸；采用接力切換技術(shù)，有效地結(jié)合了軟切換的低掉話率和硬切換的高資源利用率。然而，由于TD-SCDMA系統(tǒng)特殊的物理層結(jié)構(gòu)和對同步精度的較高要求，導(dǎo)致其所支持的用戶移動(dòng)速率比較低；同時(shí)，它仍然存在TDD系統(tǒng)所固有的基站間干擾問題。WCDMA和CDMA2000的特點(diǎn)比較相似，而且WCDMA更具有基站間無需嚴(yán)格同步的特點(diǎn)。TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000都在提高系統(tǒng)下行速率方面有了很大發(fā)展。下面將具體分析這三種通信系統(tǒng)的區(qū)別。

　　1. 不同的雙工模式

　　TD-SCDMA

　　系統(tǒng)采用TDD雙工方式，無線幀傳輸不再需要成對頻譜，使頻譜的分配更加靈活；上、下行時(shí)隙可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)靈活分配，可同時(shí)適用于對稱的語音業(yè)務(wù)和不對稱的數(shù)據(jù)傳輸或IP業(yè)務(wù)，大大提高了頻譜的利用效率。WCDMA和CDMA2000采用FDD雙工方式，比較適合于相對對稱的業(yè)務(wù)，如語音，交互式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)等。

　　2. 多址及檢測技術(shù)

　　TD-SCDMA

　　采用空分多址SDMA，碼分多址CDMA，頻分多址FDMA，時(shí)分多址TDMA相結(jié)合的方式，利用智能天線、聯(lián)合檢測和上、下行同步等技術(shù)降低同信道干擾（CCI）、碼間干擾（ISI）和多址干擾（MAI），縮短了頻譜復(fù)用距離，提高頻譜利用效率并且有效地降低了系統(tǒng)成本。WCDMA和CDMA2000采用碼分多址CDMA和頻分多址FDMA相結(jié)合的技術(shù)，采用智能天線導(dǎo)頻符號輔助相干檢測的技術(shù)，降低系統(tǒng)中各種干擾，提高頻譜的利用效率。

　　3. 信道分配

　　在基于CDMA技術(shù)的3G系統(tǒng)中，信息傳輸都是占用公共信道。因而，固定信道分配（FCA）沒有被采用，而是采用動(dòng)態(tài)信道分配（DCA）和隨機(jī)信道分配（RCA）相結(jié)合的方式。雖然3G系統(tǒng)中主要采用DCA信道分配方式，但是由于數(shù)據(jù)包長度有限，可能無法及時(shí)地傳送足夠的信道質(zhì)量信息，此時(shí)采用與RCA結(jié)合的方法能夠更有效的利用資源。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，采用DCA信道分配方式，可以在空域、時(shí)域、頻域以及碼域根據(jù)實(shí)時(shí)測得的信道質(zhì)量，靈活的進(jìn)行信道分配。該方式能夠有力的保證信道有效利用，增加系統(tǒng)容量，但TD-SCDMA系統(tǒng)對設(shè)備的要求相對較高。

　　4. 切換方式

　　在3G系統(tǒng)中，軟切換取代了以往的硬切換方式，有效地降低掉話率，保證了通信質(zhì)量。WCDMA系統(tǒng)在扇區(qū)間和小區(qū)間采用軟切換，載頻間切換則采用硬切換。WCDMA系統(tǒng)是異步系統(tǒng)，因此不需要外部同步資源。在執(zhí)行軟切換之前，終端須測量兩個(gè)基站之間的下行共享信道的定時(shí)差別，并將該差別報(bào)告給服務(wù)基站，服務(wù)基站根據(jù)該差別調(diào)整下行軟切換執(zhí)行時(shí)間。CDMA2000同樣采用扇區(qū)間和小區(qū)間的軟切換，以及載頻間的硬切換。軟切換的過程與WCDMA時(shí)分類似。TD-SCDMA系統(tǒng)采用接力切換，它不同于傳統(tǒng)的軟切換和硬切換，而是采用二者結(jié)合的方式。他支持同頻或異頻操作，根據(jù)用戶的位置（通過智能天線和用戶定位技術(shù)），結(jié)合算法和上行同步技術(shù)準(zhǔn)確的將移動(dòng)終端切換到新基站，大大提高了通信質(zhì)量，同時(shí)節(jié)省了系統(tǒng)資源開銷。

　　5. 功率控制技術(shù)

　　在WCDMA和CDMA2000系統(tǒng)中，采用前向和反向信道快速功率控制。而在TD-SCDMA系統(tǒng)中，繼承第二代GSM功率控制的基礎(chǔ)上，采用開環(huán)和閉環(huán)的慢速功率控制（控制速度僅為0-200次/sec）。在未來的3G技術(shù)發(fā)展過程中，克服功率控制與信道通信性能之間的矛盾仍然是一個(gè)值得研究的問題。

TD-SCDMA系統(tǒng)優(yōu)勢

　　作為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，最主要的目標(biāo)就是能夠提供語音、視頻以及日益增征的包交換等對稱或非對稱業(yè)務(wù)。TD-SCDMA能夠提供峰值為2Mbit/s的下行速率，符合未來通信需求；其特有的技術(shù)能使無線資源達(dá)到較高的利用效率；同時(shí)，由于其非對稱性，它向未來第四代通信系統(tǒng)的過渡也相對容易。

　　TD-SCDMA

　　系統(tǒng)靈活的綜合了SDMA,FDMA,CDMA和TDMA等基本傳輸方式，通過聯(lián)合檢測技術(shù)，使其能夠提供較高的系統(tǒng)容量。同時(shí)，由于智能天線側(cè)采用，有效地減低了用戶間干擾，容量進(jìn)一步被提高，而且通信質(zhì)量也得到了優(yōu)化。與CDMA2000和WCDMA相比，TD-SCDMA具有以下幾方面的優(yōu)勢。

　　1. 高頻譜利用率

　　TD-SCDMA

　　采用TDMA,CDMA多址技術(shù)，可以隨業(yè)務(wù)需求而設(shè)置上、下行之間的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。如為對稱的業(yè)務(wù)設(shè)置對稱的上下行時(shí)隙（3:3）而為數(shù)據(jù)等非對稱業(yè)務(wù)設(shè)置非對稱上下行鏈路（1:5）等等。因此，TD-SCDMA系統(tǒng)可以使總的頻譜效率達(dá)到較高水平。

　　2. 頻譜靈活性強(qiáng)

　　TD-SCDMA

　　第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有較高的頻譜靈活性，僅需要1.6M帶寬便可提供2Mbps傳輸速率。并且它并不需要成對的頻譜實(shí)現(xiàn)上下行鏈路，可以利用頻譜劃分過程中的散雜頻段，使系統(tǒng)的成本有效降低。

　　3. 較高系統(tǒng)穩(wěn)定性

　　TD-SCDMA

　　系統(tǒng)采用TDD雙工方式，上、下行鏈路在相同頻率載波發(fā)送。因此，對上行信號波束的估算結(jié)果，完全可以應(yīng)用于下行波束賦形,使智能天線能夠更加簡便有效的工作，減少系統(tǒng)內(nèi)干擾，并且減低了設(shè)備成本。同時(shí)，采用聯(lián)合檢測技術(shù)，有效地抑制了用戶碼間干擾，在增加系統(tǒng)容量的同時(shí)，有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　4. 系統(tǒng)優(yōu)勢

　　TD-SCDMA

　　系統(tǒng)能夠支持從現(xiàn)有通信系統(tǒng)到第三代通信系統(tǒng)的平滑過渡，支持現(xiàn)有的覆蓋結(jié)構(gòu)。信令協(xié)議等也支持后向兼容，系統(tǒng)中不需要引進(jìn)新的呼叫模式。并且TD-SCDMA系統(tǒng)支持Ｎ頻點(diǎn)技術(shù)，在不增加系統(tǒng)干擾的情況下，可以成倍地增加熱點(diǎn)地區(qū)的用戶容量。

結(jié)語

　　在當(dāng)今的移動(dòng)通信市場中，頻譜資源日益匱乏。找到能夠供FDD系統(tǒng)利用的成對頻譜已經(jīng)非常困難。在這種情況下，具有很高頻譜效率，并且不需要成對頻譜構(gòu)成上、下行鏈路的TD-SCDMA系統(tǒng)的優(yōu)勢將日益顯現(xiàn)。它不但可以解決頻譜資源不足問題，并且可以滿足用戶密集區(qū)的通信要求。在諸多標(biāo)準(zhǔn)中，起步較晚的TD-SCDMA系統(tǒng)將以其特殊的優(yōu)勢，和相對較低的成本稱為未來3Ｇ市場中強(qiáng)有力的競爭者。

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