第2章 TD-SCDMA移动通信系统
2.1 移动通信系统的发展历程
移动通信从产生到现在的历史并不长，然而其发展速度却超出了人们的预料。尤其是最近十几年来，随着微电子技术、计算机和软件工程的发展，移动通信设备在质量、使用方便和可靠性等方面的发展日新月异。
纵观移动通信的发展历程，当代移动通信可分为四个阶段：
1、 第一代移动通信以模拟调频、频分多址为主体技术，包括以蜂窝网系统为代表的公用移动通信系统、以集群系统为代表的专用移动通信系统以及无绳电话，主要向用户提供模拟话音业务。
2、 第二代移动通信系统以数字传输、时分多址或码分多址为主体技术，简称数字移动通信，包括数字蜂窝系统、数字无绳电话系统和数字集群系统等，主要向用户提供数字话音业务和低速数据业务。
3、 第三代（3G）移动通信以CDMA为主要技术，向用户提供2Mb/s到10Mb/s的多媒体业务。
4、 超（后）三代（B3G）或第四代（4G）移动通信的研究和开发，采用OFDM和多天线等新技术，将向用户提供100Mb/s甚至1Gb/s的数据速率。
2.2 TD-SCDMA系统结构
（一）TD-SCDMA系统的功能结构
图2-1 TD-SCDMA系统的功能模块结构
TD-SCDMA系统的设计集FDMA、TDMA、CDMA和SDMA技术为一体，并考虑到当前中国和世界上大多数国家广泛采用GSM第二代移动通信的客观实际，它能够由GSM平滑过渡到3G系统。TD-SCDMA系统的功能模块（见图2-1）主要包括：用户终端设备（UE）、基站（BTS）、基站控制器（BSC）和核心网。在建网初期，该系统的IP业务通过GPRS网关支持节点（GGSN）接入到X.25分组交换机，话音和
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ISDN业务仍使用原来GSM的移动交换机。待基于全IP的3G核心网建成以后，将过渡到完全的TD-SCDMA第三代移动通信系统。 （二）TD-SCDMA系统的网络结构模型
TD-SCDMA系统结构完全遵循3GPP指定的UMTS（Universal Mobile
Telecommunication System）网络结构，可以分为UMTS地面无线接入网（UTRAN，UNTS Terrestrial Radio Access Network）和核心网（CN，Core Network）。按照现有的3GPP的TD-SCDMA LCR标准，其核心网，甚至业务平台与WCDMA都是相同的。 TD-SCDMA系统的网络结构与标准化组织3GPP指定的UMTS网络结构是一样的，按照功能可分为两个基本域，用户设备域（User Equipment Domain）和基本结构域（Infrastructure Domain）。 1、用户设备域
用户设备域由具有不同功能的各类设备组成，如双模GSM/UMTS用户终端、智能卡等。其中，前者能够兼容一种或多种现有的接入（固定或无线）设备。用户设备域可进一步分为移动设备域和用户业务识别单元域。 1）移动设备域
移动设备域主要完成无线传输和应用，其接口和功能与UMTS的接入层和核心网结构有关，而与用户无关。 2）用户业务识别单元域
用户业务识别单元用来安全地签订用户的身份。这些功能一般存入智能卡。它只与特定的用户有关，而与用户所使用的移动设备无关。 2、基本结构域
基本结构域可进一步分为接入网域和核心网域。接入网域由与接入技术相关的功能模块组成，直接与用户相连接，而核心网域的功能与接入技术无关，两者通过开放接口连接。从功能方面出发，核心网域又可以分为分组交换业务域和电路交换业务域，网络和终端可以只具有分组交换功能或电路交换功能，也可以同时具有两种功能。 1）接入网域
接入网域由一系列的物理实体来管理接入网资源，并向用户提供接入到核心网域的机制。UMTS地面无线接入网（UTRAN）由无线网络子系统（RNS）组成，这些RNS通过Iu接口和核心网相连。
UMTS将支持各种接入方法，以便于用户利用各种固定和移动终端接入UMTS核心网和虚拟家庭环境（VHE，Virtual Home Environment）业务。此时，不同模式的移
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动终端对应不同的无线接入环境，用户则依靠用户业务识别单元接入相应的UMTS网络。
2）核心网域
核心网域包括支持网络特征和通信业务的物理实体，提供用户位置信息的管理，网络特性和业务的控制，信令和用户信息的传输机制等功能。核心网域又可分为服务网域、原籍网域和传输网域。
服务网域与接入网域相连接，其功能是呼叫寻路和将用户数据与信息从源传输到目的。它既和原籍网络联系以获得和用户有关的数据和业务，也和传输网域联系以获得与用户无关的数据和业务。
原籍网络管理用户永久的位置信息。用户业务识别单元和原籍网络有关。 传输网络是服务网络和远端用户间的通信路径。
2.3 TD-SCDMA的主要技术特点及优势
1、TD-SCDMA系统的主要技术性能
由于TD-SCDMA系统采用许多先进技术，保证了系统具有优良的性能和较强的竞争优势。系统的主要技术性能指标如下：
1) 工作频率：2010~2025MHz（符合ITU和世界各国对3G/TDD的频率安排）； 2) 载波带宽：1.6MHz；
3) 占用带宽：5MHz（容纳三个载波，即1.6MHz×3）； 4) 每载波码片速率：1.28Mc/s； 5) 扩频方式：DS，SF=1/2/4/8/16； 6) 调制方式：QPSK；
7) 帧结构：超帧720ms，无线帧10ms； 8) 子帧：5ms； 9) 时隙数：7；
10) 支持的业务种类：高质量的话音通信、电路交换数据（与当前GSM网络9.6kb/s 兼容）、分组交换数据（9.6~384kb/s，以后达2Mb/s）、多媒体业务、短消息； 11）每载波支持对称业务容量：
★ 每时隙话音信道数：16（8kb/s话音，双向信道，同时工作；也可用两个信道支持13kb/s话音）；
★ 每载波话音信道数：16×3=48（对称业务）；
★ 频谱利用率：25Erl/MHz（每载波支持非对称业务容量）；
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12）每载波支持非对称业务容量：
★ 每时隙总传输速率：281.6kb/s（数据业务）； ★ 每载波总传输速率：1.97Mb/s； ★ 频谱利用率：1.232Mb/s/Mhz； 13）基站覆盖范围：
★ 在人口密集市区：3~5km（根据电波传输环境条件决定）；
★ 在城市郊区：适当调整时隙结构可达到10~20km（与FDD制式相同）； 14）通信终端移动速度：基于智能天线和联合检测的高性能数字信号处理技术，通过仿真，通信终端的移动速度可达到250km/h；
15）具有良好系统兼容性：支持与GSM/MAP、CDMA/IS-41核心网连接；支持与GSM系统间的切换及漫游；具有与WCDMA （FDD或TDD）相同的高层信令及网络结构；支持核心网向全IP方向发展。 2、TD-SCDMA系统的主要技术特点 对系统性能起关键作用的主要技术有： 1）TDD双工方式； 2）智能天线技术； 3）联合检测技术； 4）接力切换技术； 5）同步CDMA技术；
同时，还采用低码片速率、时隙动态分配、可变扩频系数和自动功率控制等先进技术，保证TD-SCDMA系统具有突出的特点和良好的性能。 3、TD-SCDMA系统的突出的技术优势
TD-SCDMA在系统性能方面，具有许多突出的优点，主要有： 1）提供3G系统所要求8kb/s~2Mb/s的各种业务；
2）系统频谱利用率高、容量大，是GSM的10倍；与其他3G/FDD系统相比较，是WCDMA话音业务的8倍或数据业务的3倍，是cdma2000话音业务的4倍或数据业务的1.25倍；
3）同时支持多种业务，如话音、数据、图像、多媒体等对称和不对称业务。尤其适用于上/下行不对称的数据传输，如当前迅速发展的IP业务等；
4）较好的解决码间干扰、用户间干扰、小区干扰和多径干扰问题，系统抗干扰能力强，特别适用于人口密集的大、中城市地区，覆盖半径约3~5km。郊区使用覆盖半
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径约与FDD相同；
5）通信终端的移动速度可达250km/h；
6）采用TDD双工方式，上/下行链路工作于同一频带，对称的电波传输特性使智能天线的优良性能得以充分发挥；
7）低功耗，在同等传输距离条件下，发射功率最小，符合国家环保要求； 8）组网灵活，按用户实际需要和容量大小，提供各种类型基站；
★ 单扇区，单载波基站：即最简单的基站，支持1.6MHz的单载波，提供一个全向或扇区覆盖；
★ 单扇区，3载波基站：支持3个1.6MHz载波，用5MHz的带宽提供全向或单扇区覆盖；
★ 3扇区，3载波基站：这是最大容量的基站，使用3个120°扇区天线，在每扇区提供3个1.6MHz载波，占用5MHz带宽，可供上万个手持机使用；
9）具有良好的系统兼容性，符合我国及大多数国家的实际国情。支持与GSM/MAP、CDMA/IS-41核心网的连接；具有与WCDMA（FDD或TDD）相同的高层信令及网络结构；支持核心网向全IP方向发展。能从现有的GSM网络平滑过渡到3G系统，可充分利用现有的GDM网络，保护运营商和广大用户现有的投资和利益。
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